تجهیزصنعت تامین و تجهیز صنایع
توضیحات
سنسور القایی چیست؟
سنسور القایی (Inductive) نوعی سنسور غیرتماسی است که از اصل القای الکترومغناطیسی برای تشخیص حضور یا موقعیت اشیاء فلزی استفاده میکند و توانایی تشخیص اجسام فلزی را بدون اینکه تماس فیزیکی با آنها داشته باشند را دارند.
این سنسورها از یک سیم‌پیچ برای ایجاد میدان مغناطیسی متناوب استفاده می‌کنند. زمانی که یک جسم فلزی وارد میدان مغناطیسی سنسور میشود، جریان‌های گردابی در آن ایجاد میشود. این جریان‌ها میدان مغناطیسی سنسور را تحت تاثیر قرار داده و باعث ایجاد سیگنال الکتریکی در آن میشوند. این سیگنال الکتریکی نشان‌دهنده وجود یا عدم وجود جسم فلزی در محدوده سنسور است.
این سنسور یکی از انواع سنسور مجاورتی proximity (غیرتماسی) است که در مقابل وجود اجسام فلزی یک سیگنال را به سیستم های کنترلی مانند رله ها، سلونوئید ولو ها و PLC ارسال میکند.
این سنسور ها در ابعاد و اشکال مختلف همچنین با خروجی های مختلف تولید میشوند و در صنایع مورد استفاده قرار میگیرند. در ادامه این مطلب به معرفی انواع سنسور های القایی یا Inductive Sensors میپردازیم:
عملکرد سنسور القایی
عملکردی سنسور القایی-مجاورتی به این صورت میباشد که بوبین سنسور یک میدان الکترومغناطیسی AC تولید میکند. هرگاه جسمی فلزی در مجاورت سنسور القایی قرار میگیرد، در سطح خارجی سنسور جریان های گردابی (Eddy Current) تولید میشود.
این جریان ها گردابی در جهت مخالف با جهت میدانی هستند که خود سنسور ایجاد میکند. بنابر این دامنه میدان الکترومغناطیسی کاهش پیدا میکند و سنسور این تغییرات دامنه را تشخیص داده و متوجه حضور که یک جسم فلزی در مجاورت خود خواهد شد.
رنج اندازه گیری یک سنسور مجاورتی القایی inductive به نوع فلزی که در مجاورت سنسور قرار میگیرد بستگی خواهد داشت. این سنسورها اغلب برای اجسام فلزی مانند آهن، آلومینیوم و مس مورد استفاده قرار میگیرند.
مزایای سنسورهای القایی
- بدون تماس: این سنسورها نیازی به تماس فیزیکی با جسم مورد نظر ندارند، به همین دلیل در برابر سایش و پارگی مقاوم هستند و می‌توان از آنها در محیط‌های آلوده یا خشن استفاده کرد.
- دقت بالا: سنسورهای القایی میتوانند اشیاء فلزی را با دقت بالایی تشخیص دهند.
- سرعت سوئیچینگ بالا: این سنسورها میتوانند به سرعت تغییرات را تشخیص داده و به آنها پاسخ دهند.
- طول عمر بالا: سنسورهای القایی به دلیل نداشتن قطعات متحرک، عمر طولانی دارند.
- مقاومت در برابر شرایط محیطی نامناسب: این سنسورها در برابر آب، روغن، گرد و غبار و لرزش مقاوم هستند.
اجزای سنسور مجاورتی – القایی
سنسور مجاورتی القایی متشکل از چهار قسمت هستند. هسته آهنی همراه با سیم‌پیچ‌ها، یک نوسان‌ساز (Oscillator)، مدار اشمیت تریگر (Schmitt Trigger) و یک تقویت‌کننده خروجی.
در قسمت سر سنسور مجاورتی القایی یک سیم پیچ القایی با هسته آهنی وجود دارد که فقط می تواند برای تشخیص بدنه های فلزی استفاده شود. اسیلاتور یک میدان مغناطیسی متناوب و نوسانی در سطح سر حسگر ایجاد می کند که از هسته آهنی و سیم‌پیچ‌ها گسیل میشود.
هنگامیکه جسم فلزی به حسگر نزدیک می شود و وارد میدان مغناطیسی این سنسور میشود، جریان الکتریکی مستقل کوچکی، که به جریان گردابی (Eddy) معروف است در سطح فلز القا میشود. این جریان سبب تغییر در رلوکتانس (مقاومت مغناطیسی) و فرکانس طبیعی مدار مغناطیسی میشود. جریان گردابی انرژی نوسان را جذب می کند در نتیجه دامنه نوسان کاهش می‌یابد.
با ورود بیشتر فلز به میدان مغناطیسی، دامنه نوسان بیشتر ضعیف شده و کاهش پیدا میکند و در نهایت لرزش متوقف شده و از بین می‌رود.
این پدیده اصل ECKO نام دارد (Eddy Current Killed Oscillator). مدار اشمیت تریگر به این تغییر دامنه پاسخ می‌دهد و خروجی سنسور را مطابق با آن تنظیم میکند.
زمانی که شی فلزی سرانجام از برد (Range) سنسور به سمت خارج حرکت کند، مدار دوباره شروع به نوسان میکند و مدار اشمیت تریگر خروجی سنسور را به حالت قبلی باز می‌گرداند. تقویت‌کننده‌های سیگنال کوچک، معمولاً در دستگاه‌هایی به کار می‌روند که سیگنال ورودی آنها ضعیف است.
خروجی های سنسور های القائی میتوانند هم به صورت سیگنال های دیجیتالی و هم آنالوگ باشند. به عبارتی هرچقدر فلز بیشتر و بیشتر به سنسور نزدیک بشود، افت دامنه اسیلاتور بیشتر میشود و بدین صورت سنسور های القایی میتوانند خروجی های آنالوگ نیز داشته باشند.
انواع خروجی های سنسور های القایی
خروجی آنالوگ (Analog):
خروجی های جریانی یا ولتاژی در سنسورهای سه سیم بر اساس فاصله بین سنسورها و اجسام فلزی تشخیص داده میشوند.
خروجی نامور (NAMUR):
این نوع سنسور، یک سنسور دو سیم است که مقاومت داخلی آن بسته به فاصله جسم از سنسور تغییر میکند و اغلب با یک آمپلی‌فایر سوییچینگ جداگانه کار میکند. در برابر فلزات واکنش نشان می‌دهند، این واکنش به عنوان یک ولتاژ یا جریان خطی در خروجی ظاهر میشود.
باید به این نکته اشاره کنیم که این سنسورها در محیط‌های خطرناک و جایی که خطر انفجار و احتراق وجود دارد استفاده میشوند. دلیل این مساله جریان و ولتاژ محدود در سنسور های خروجی نامور میباشد.
خروجی NPN:
خروجی NPN یا خروجی سینکینگ وقتی که سنسور یک جسم را حس میکند و منبع تغذیه متصل است، ولتاژ از منفی منبع تغذیه به خروجی اعمال میشود.
در این نوع سنسور، دو سیم برای منبع تغذیه و یک سیم برای خروجی سنسور استفاده میشود.
خروجی PNP:
خروجی PNP یا خروجی سورسینگ با اتصال منبع تغذیه و قرارگیری جسم در جلوی سنسور، ولتاژ از مثبت منبع تغذیه به خروجی اعمال میشود. در این نوع سنسور، دو سیم برای منبع تغذیه و یک سیم برای خروجی سنسور استفاده میشود.
انواع سنسور القایی
- سنسورهای القایی استوانه‌ای: این نوع سنسورها به شکل استوانه هستند و برای تشخیص اشیاء فلزی در محدوده دایره‌ای استفاده میشوند.
- سنسورهای القایی شیاری: این نوع سنسورها به شکل مستطیل هستند و برای تشخیص اشیاء فلزی در محدوده خطی استفاده میشوند.
- سنسورهای القایی مینیاتوری: این نوع سنسورها ابعاد کوچکی دارند و برای استفاده در فضاهای محدود مناسب هستند.
- Flush mount: قسمت حساس سنسور در بدنه فلزی واقع میباشد. اگر چند سنسور از این نوع در کنار هم قرار گیرند باید به اندازه قطر سنسور بین آنها فاصله باشد.
- Non flush mount : قسمت حساس سنسور در بدنه پلاستیکی قرار می گیرد، البته این سنسور بدنه فلزی نیز دارد که قسمت حساس را در بر نمی گیرد. فاصله بین دو سنسور از این نوع به اندازه دو برابر قطر سنسورها است.
کاربردهای سنسور القایی
این سنسور ها در ابعاد و اشکال مختلف همچنین با خروجی های مختلف تولید میشوند و در صنایع مورد استفاده قرار میگیرند.
- تشخیص موقعیت قطعات در خطوط مونتاژ
- کنترل سطح مایعات
- شمارش قطعات
- تشخیص وجود یا عدم وجود فلز در مواد
- سیستم‌های امنیتی
- درب‌های اتوماتیک
- در ماشین‌آلات صنعتی
- در تولید کویل و ترانسفورماتورها
- در فرآیندهای ماشینکاری
- در موقعیت ابزار و اندازه گیری فاصله
- در کنترل سیستم نقاله
- در چراغهای راهنما و کنترل ترافیکی و آشکارسازهای فلزی
- استفاده در لیفتراک، نظارت بر موقعیت در ماشین های هیدرولیک
- تشخیص بسته بودن درب آسانسور
- در بخش صنعت نیز از سنسور القایی برای شمارش قطعات در یک سیستم، جداسازی قطعات با ابعاد مختلف
نکاتی در مورد انتخاب سنسور القایی
- نوع جسم فلزی: سنسورهای القایی برای تشخیص انواع مختلف فلزات مانند فولاد، آلومینیوم، مس و برنج طراحی شده‌اند.
- اندازه و شکل سنسور: سنسور باید با فضایی که در آن نصب میشود مطابقت داشته باشد.
- محدوده سنجش: سنسور باید بتواند شیء فلزی را در فاصله مورد نظر تشخیص دهد.
- نوع خروجی: سنسورهای القایی با خروجی‌های مختلف مانند PNP، NPN و NO و NC موجود هستند.
- درجه حفاظت: سنسور باید در برابر شرایط محیطی مانند آب، روغن، گرد و غبار و لرزش مقاوم باشد.
خرید سنسور القایی
سادگی عملکرد سنسور های القایی و همچنین قیمت مناسب در این سنسور ها، باعث محبوبیت و استفاده فراگیر آنها در صنایع مختلفی شده است. اما پیش از خرید یک سنسور القایی مناسب، در نظر گرفتن موارد و پارامترهای بسیاری حائز اهمیت میباشد که در ادامه به برخی از این موارد اشاره میکنیم:
متریال و جنس شی ای که میبایست باید تشخیص داده شود باید در هنگام خرید سنسور مجاورتی القایی در نظر گرفته شود. همچنین از دیگر موارد مهمی که باید به آن توجه کرد، فاصله دید سنسور یا برد سنسور میباشد. به عبارتی دیگر حداکثر فاصله بین سنسور و جسم باید در نظر گرفته شود.
قیمت سنسور القایی مجاورتی
قیمت یک سنسور القایی متآثر ار موارد و پارامترهای گوناگونی از قبیل برند و کشور تولید کننده سنسور، قطر سنسور، خروجی سنسور و بسیاری موارد دیگر میباشد که همگی در قیمت یکی سنسور مجاورتی القایی یا پراکسیمیتی تاثیرگذار میباشند.
