سنسور های القایی و خازنی

سنسورالقایی-و-خازنی

سوئیچ های القایی

در این مقاله به بررسی سنسور های القایی و خازنی خواهیم پرداخت.

سوئیچ القایی، سنسور بدون تماس می باشد که در مقابل فلزات عکس العمل نشان می دهد و می تواند به رله ها، شیر برقی، سیستم های اندازه گیری و مدارات کنترل الکترونیکی مانند PLC فرمان مستقیم ارسال نماید. این سوئیچها از چهار قسمت تشکیل می شوند.

 

 

سوئیچ های القایی
سوئیچ های القایی

 

 

قسمت اساسی این سوئیچها از یک اسیلاتور با فرکانس بالا تشکیل شده که می تواند توسط فلزی تحت تاثیر قرار گیرد. این اسیلاتور باعث بوجود آمدن میدان الکترومغناطیسی در قسمت حساس سنسور می شود. نزدیک شدن یک قطعه ی فلزی باعث بوجود آمدن جریان های گردابی در قطعه گردیده و این سبب جذب انرژی میدان می شود و در نتیجه،  دامنه اسیلاتور کاهش می یابد. از آنجایی که طبقه دمودولاتور، آشکار ساز دامنه ی اسیلاتور است، کاهش دامنه ی اسیلاتور توسط این قسمت به طبقه اشمیت تریگر منتقل می شود. کاهش دامنه ی اسیلاتور باعث فعال شدن خروجی اشمیت تریگر گردیده و این قسمت نیز به نوبه ی خود باعث تحریک طبقه خروجی می شود.

این نوع سنسور برای هر محیطی جهت کارکرد مناسب است در محیطهای که لرزش دارند و نیز در محیطهای دارای گردوغبار و همچنین درون مایعات نیز قابلیت کارکرد را دارا میباشد.

 

مزایای سنسور های القایی عبارتند از:

۱- به علت عدم  وجود کنتاکت مکانیکی دارای طول عمر بیشتری هستند.

۲- می توان خیلی دقیق موقعیت قطعه را تعیین نمود.

٣- بدون داشتن تماس با قطعه، می تواند سیگنال مربوطه را ارسال دارد.

۴- دارای سرعت عکس العمل سریع و بدون اشتباه می باشد.

۵- تعداد قطع و وصل تقریبا بینهایت. (عمر مفید)

۶- می توان انواعی از این سنسورها یا سنسور های القایی و خازنی را در شرایط کاری سخت مانند رطوبت و یا حرارت بالا و یا خطرناک مانند (محیطهای قابل انفجار) استفاده نمود. سنسورها علاوه بر داشتن سرعت انتقال بالای اطلاعات، کنترل یک پروسه را آسان و زمان توقف دستگاه را در صورت خرابی بسیار کوتاه می نمایند. توسط سنسورها می توان محل و نوع خرابی ماشین را سریعا تشخیص داده و تعمیرات لازم را انجام داد.هنگام نصب سنسورهای القائی در داخل نگهدارنده های فلزی می بایستی توجه نمود که به علت وجود اجسام فلزی در اطراف آن کار کرد سنسورها مختل نگردد.

نکته: اگر سنسور القایی دیگری در مجاورت سنسور القائی نصب گردد، می بایستی در بین آنها حداقل فاصله ای برابر با قطر سر حساس سنسور وجود داشته باشد.

 

 

حداقل فاصله مجاز بین 2سنسور
حداقل فاصله مجاز بین 2سنسور

 

 

برای خرید سنسور القایی و سنسور خازنی به صفحه محصولات یوتاب صنعت مراجعه فرمایید.

 

سنسورهای خازنی

اساس کار سنسور های القایی و خازنی بر پایه تغییرات ظرفیت یک خازن می باشد که در یک مدار نوسان ساز RC قرار گرفته است. سنسورهای خازنی نسبت به سنسورهای القایی این مزیت را دارند که علاوه بر اجسام هادی، اشیاء عایق را نیز حس می کنند.در این نوع از سنسور جهت ایجاد میدان الکتریکی از دو الکترود استفاده می شود که یکی از الکترودها فعال بوده و دیگری به زمین متصل می باشد. همچنین الکترود خنثی کننده ای وجود دارد که اثر رطوبت هوا را بر روی خازن از بین می برد. اجزاء این نوع سنسور در شکل نشان داده شده است.

 

 

ساختمان داخلی سنسورخازنی
ساختمان داخلی سنسورخازنی

 

 

اگر فلز، مواد مصنوعی، شیشه، چوب، آب و ….. وارد محدوده فعال سنسور گردد محدوده انتشار میدان الکتریکی نشتی خازن، باعث تغییر ظرفیت آن گردیده که مقدار این تغییرات به عوامل زیر  بستگی دارد:

۱۔ فاصله جسم از سنسور

۲- ابعاد جسم

٣- ضریب دی الکتریک جسم

توسط یک پتانسیومتر قابل تنظیم می توان فاصله سوئیچ را تنظیم نمود که از این خاصیت جهت حس نمودن اجسام معینی استفاده می گردد. برای مثال می توان سطح یک مایع را داخل یک بطری پلاستیکی تعیین نمود، بدون اینکه بطری پلاستیکی خود باعث به کار افتادن سنسور گردد. در جدول زیر فاصله سوئیچ برای ورقه مقوایی و ارتباط  آن با ضخامت ورقه نشان داده شده است. ابعاد ورقه 30 میلیمتر می باشد.

 

فاصله سوئیچ و ضخامت
فاصله سوئیچ و ضخامت

 

در جدول زیر فاصله سوئیچ برای اجسام مختلف نشان داده شده است. همانطور که در این جدول مشاهده می شود، فاصله سوئیچ برای تمام فلزات یکسان می باشد.

 

فاصله سوئیچ و جنس اجسام
فاصله سوئیچ و جنس اجسام

 

سوئیچ های خازنی نسبت به کثیف شدن خیلی حساس بوده و حساسیت آنها به رطوبت، به خاطر بالا بودن ضریب دی الکتریک آب (81 = 4)، زیاد می باشد. همچنین امکان حس کردن اجسام در پشت یک دیواره هم وجود دارد و جهت این کار می بایستی ضخامت دیواره کمتر از 4 میلی متر بوده و ضریب دی الکتریک جسمی که می بایستی حس گردد (در پشت مانع) حدود 4 برابر ضریب دی الکتریک دیواره باشد. جنس دیواره نباید از فلز باشد.

برای حس کردن اجسام فلزی به جای سنسورهای خازنی از سنسورهای القایی استفاده می گردد، زیرا سنسورهای القائی در مقایسه با سنسورهای خازنی ارزان تر می باشند. برای حس کردن اجسام غیرفلزی نیز اکثرأ از سنسورهای نوری استفاده می گردد. مورد استفاده سنسورهای خازنی بیشتر تشخیص سطح مایعات در ظروف پلاستیکی و نظیر آن و یا اجسام غیر فلزی در داخل یک محفظه می باشد.

 

خروجی سنسورها

به طور کلی خروجی سنسور های القایی و خازنی و نوری به دو دسته PNP  و NPN  تقسیم میگردد.

خروجی PNP : در این نوع خروجی،قطعه سوئیج کننده ولتاژ روی بار همانطور که  در شکل مشخص است ترانزیستور PNP می باشد.در این خروجی، بار (LOAD) بین خروجی و زمین قرار گرفته و جریان به بار Source می شود.

خروجی NPN : در این نوع خروجی ، قطعه سوئیچ کننده بار یک ترانزیستور  NPN می باشد که در شکل نشان داده شده است.در این نوع خروجی، بار بین + و خروجی قرار گرفته و جریان از طریق بار Sink می گردد.

 

خروجیPNP
خروجیPNP

 

 

خروجی NPN
خروجی NPN

 

 

 انواع مختلف اتصال سنسور های القایی و خازنی و سنسورهای نوری

سنسورهای دوسیمه : این مدل از سنسورها دارای دو سیم ارتباطی می باشند. بار به صورت سری با سنسور در مدار متصل می باشد. بر طبق شکل زیر(A) جریان مورد نیاز سنسور از طریق مقاومت یا بار به آن متصل می گردد. در نتیجه زمانی که سنسور قطع (باز) می باشد، یک جریان ضعیف از مقاومت عبور کرده (جهت تغذیه خود سنسور) و در حالت وصل سنسور (بسته) ولتاژی روی سنسور ایجاد می گردد.

خروجی سنسور های القایی و خازنی دو سیم می تواند به حالت های زیر وجود داشته باشد:

1- اتصال نرمال باز     PNP  NO

2- اتصال نرمال باز    NPN   NO

3- اتصال نرمال بسته PNP  NC

4- اتصال نرمال بسته NPN  NC

در شکل A انواع این اتصالات نشان داده شده است.

 

در این نوع سنسورها منبع تغذیه میتواند برق مستقیم باشد
انواع خروجی دو سیم(شکل A)

 

 

 سنسورهای سه سیمه: در این نوع از سنسور های القایی و خازنی و نوری سه سیم از سنسور خارج گردیده که دو سیم جهت وصل کردن سنسور به منبع تغذیه می باشد، که بر حسب استاندارد اروپا (50044 EN) رنگ قهوه ای برای مثبت و رنگ آبی جهت منفی در نظر گرفته می شود. سیم سوم که به رنگ سیاه می باشد خروجی سنسور می باشد. در شکل زیر انواع خروجی های ممکن برای این سنسور نشان داده شده است.

 

انواع خروجی سوئیچ های القایی و خازنی و سنسورهای نوری
انواع خروجی سنسور های القایی و خازنی و سنسورهای نوری

 

 Reed سوئیچ

این نوع سوئیچ ها به میدان مغناطیسی حاصل از یک آهنربای دائمی و یا آهنربای الکتریکی حساس می باشند. میدان مغناطیسی باعث اتصال دو زبانه که از جنس فرومغناطیسی (آلیاژی از Fe- Ni Ni ، Fe ) و در داخل یک کپسول شیشه ای می باشند، می شود. در داخل این کپسول شیشه ای گاز N2 که در مقابل اشتعال و فعل و انفعالات شیمیایی مقاوم می باشد پر شده است.

در شکل زیر ساختمان یک Reed سوئیچ که به یک بار وصل شده،نشان داده شده است. دیودهای نوری نشان دهنده وضعیت قطع و وصل سوئیچ، به همراه یک مقاومت، وظیفه حفاظت مدار را در مقابل ولتاژ بالای حاصل از قطع و وصل بار را برعهده دارند.

 

 

 

ساختمان داخلی سوئیچReed
ساختمان داخلی سوئیچReed

.

 

 

سنسور های القایی و خازنی و سنسورهای نوری دارای مزایای زیر نسبت به Reed سوئیچها می باشند:

– نداشتن کنتاکت (تیغه)

– از بین نرفتن کنتاکت های فلزی

 

کاربرد سنسورهای مغناطیسی:

سنسورهای مغناطیسی اکثرا جهت تشخیص موقعیت قطعه بدون تماس با سنسور استفاده می شوند بدین معنا که بدون تماس با قطعات موقعیت آنها را تشخیص می دهند. و اکثرا با نصب بر روی جکهای پنیوماتیکی، موقعیت جک را یعنی حالت باز یا بسته بودن جک را تشخیص می دهند. البته پیستون جک دارای یک قسمت یا یک حلقه مغناطیسی است که با نزدیک شدن پیستون جک به سنسور عمل ارسال سیگنال توسط سنسور صورت می پذیرد.

 

نحوه عملکردسوئیچReedروی سیلندر
نحوه عملکرد سوئیچ Reed روی سیلندر

 

 

ایجاد ترکیبات منطقی درخروجی سنسورها:

ترکیبات منطقی سنسورها معمولا در قسمت کنترل انجام می گیرد (ترکیبات منطقی توسط رله ها و یا دستگاه P. L . C). از طرفی توسط سری و موازی کردن سنسورها نیز می توان ترکیبات منطقی بین آنها بوجود آورد، ترکیبات منطقی توسط سری و یا موازی کردن خود سنسورها مزایا و معایبی را در بردارد که به آن اشاره می گردد

* مزایا در سنسور های القایی و خازنی:

١- بدون اضافه کردن قسمتهای کنترل الکترونیکی می توان ترکیبات منطقی را بوجود آورد.
۲- ترکیبات منطقی می توانند در محل انجام گرفته و بدون کابل کشی زیاد فقط نتیجه ترکیب منطقی به قسمت کنترل الکترونیکی فرستاده شود.

* معایب در سنسور های القایی و خازنی :

برای انجام ترکیبات منطقی توسط سنسورها احتیاج به تجربه زیادی می باشد. زیرا فاکتورهایی از قبیل تأثیرات متقابل به روی همدیگر و بالا رفتن تأخیرات زمانی باید در نظر گرفته شوند. از طرفی تعمیرات و نگهداری آنها مشکل تر خواهد شد.

موازی کردن سنسورهای دو سیمه

هنگام اتصال موازی این سنسورها باید به نکات زیر توجه نمود:

۱- از آنجا که در حالت قطع تمام جریان های حالت سکون سنسورها باهم جمع شده و از بار می گذرد، باید از طریقی مطمئن گشت که این امر باعث غلط کار کردن سیستم های کنترل نخواهد گردید.

۲- اگر یکی از سنسورها تحریک شده و جریان را وصل نماید، در این صورت سنسور تحریک نشده تمام ولتاژ را از سنسور دیگر می رباید. نتیجه این خواهد بود که سنسور تحریک شده حالت واقعی خود را نشان نخواهد داد و این باعث کار کرد غلط سنسور در مدار خواهد شد.

نکته:برای رفع این مشکل باید یک دیود در خروجی هر سنسور قرار داده شود.

 

موازی کردن سنسور دو سیمه DC
موازی کردن سنسور دو سیمه DC

 

اتصال موازی سنسورهای سه سیمه

اتصال موازی سنسورهای سه سیمه بدون مشکل قابل اجرا می باشد. اگر چه در این بین به نکات زیر باید توجه نمود:

در سنسور های القایی و خازنی اگر از سنسورهای با خروجی Opencollector استفاده شود، سنسورها هیچگونه تأثیرات متقابل روی همدیگر نخواهند داشت. در غیر این صورت باید از دیودهای جداساز استفاده نمود. سنسورهای سه سیمه DC که جرین سکون بسیار ضعیفی دارند، می توانند بدون هیچگونه مشکلی موازی با یکدیگر در مدار متصل گردند. به طوری که حتی تعداد 20 تا 30 عدد سنسور بطور موازی قابل وصل شدن به یکدیگر می باشند. همینطور استفاده ترکیبی از کلیدهای مکانیکی و سنسورهای مجاورتی  ممکن می باشد. موازی وصل کردن سنسورهای AC امکان پذیر نمی باشد، چرا که به نوسان در آمدن اسیلاتورها باعث کار غلط مدار خواهدشد.

 

موازی کردن سنسور سه سیمه DC
موازی کردن سنسور سه سیمه DC

 

 

سری وصل کردن سنسورهای دو سیمه در سنسور های القایی و خازنی

سنسورهای دو سیمه معمولا نباید به صورت سری متصل گردند. اگر جز این راه حل دیگری وجود نداشته باشد، باید حداقل به نکات زیر توجه نمود:

– ولتاژ تغذیه بین هر یک از سنسورهای دو سیمه تقسیم خواهد شد. در صورت استفاده از سنسورهایی از یک نوع، میتوان فرمول زیر را برای ولتاژی که در روی هر سنسور افت می کند، نوشت:

U sensor = U supply

n……………………. تعداد سنسورها

– در حالت تحریک شده روی هر سنسور ولتاژی بین 0. 7 تا 2 . 7 ولت افت می کند. در هنگام محاسبه بار باید توجه نمود، که ولتاژ مورد نیاز مصرف کننده برابر است با ولتاژ تغذیه منهای ولتاژی که روی سنسورها افت می کند.

 

سری کردن سنسور دو سیمه
سری کردن سنسور دو سیمه DC

 

 

سری وصل کردن سنسورهای سه سیمه در سنسور های القایی و خازنی

اتصال سری سنسورهای سه سیمه به صورتی که در شکل نشان داده شده است، امکان دارد. در این بین باید به نکات زیر توجه نمود:

. علاوه بر جریانی که از بار عبور می کند، جریانهای مصرفی سنسورهای بعدی نیز از طریق خروجی سنسورهای قبلی تأمین می شود. این خروجی ها باید قابلیت تحویل این مقدار جریان را داشته باشند.

در حالت تحریک شده در روی هر سنسور بک افت ولتاژ به وجود می آید. بنابراین ولتاژی که به بار می رسد، کمتر از ولتاژ تغذیه خواهد شد.

– از آنجا که در این روش ولتاژ تغذیه هر سنسور از خروجی سنسور قبلی تأمین می گردد، باید توجه داشت که تأخیرات زمان آمادگی سنسورها با هم جمع می شوند و اگر اتفاقی در این فاصله زمانی به وقوع بپیوندد، توسط سنسور حس نخواهد گردید.

 

 

سری کردن سنسور سه سیمه DC
سری کردن سنسور سه سیمه DC

 

اتصال بار به خروجی سنسورها:

اگر خروجی یک سنسور به یک بار وصل شده باشد، باید به نکات زیر توجه نمود:

– جریان مصرفی بار باید از ماکزیمم جریان مجاز سنسور تجاوز ننماید (مقدارجریانهای معمول درحدود 500mA…50 هستند.)

– برای اینکه در حالت تحریک سنسور های القایی و خازنی سنسورها بتوانند وظیفه خود را به خوبی انجام دهند، باید بار، مقاومت بالایی نداشته باشد تا مینیمم جریان مصرفی برقرار باشد.

– در صورتی که در خروجی سنسور، یک رله قرار گرفته باشد، باید توجه نمود که پیکهای (Pick) ولتاژ هنگام قطع رله توسط دیودهای برگشت از بین بروند.

 

 

نویسنده: محمدرضا

۲ thoughts on “سنسور های القایی و خازنی

    1. دوست عزیزم خوش حالیم که مطالب تونسته به شما کمک کنه .
      میتونین به وبسایت ما یوتاب صنعت مراجعه کنید و شماره های تماس و محصولات مارو ببینین .
      با تشکر

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *