پاورپوینت-معرفی انواع سنسورهای صنعتی و کاربرد آنها

سنسور (sensor)یعنی حس کننده,و از کلمه  sens به معنی حس کردن گرفته شده و می تواند کمیت هایی مانند فشار، حرارت، رطوبت، دما، و … را به کمیتهای الکتریکی پیوسته (آنالوگ) یا غیرپیوسته (دیجیتال) تبدیل کند.سنسورها در انواع دستگاههای اندازه گیری، سیستمهای کنترل آنالوگ و دیجیتال مانندPLC مورد استفاده قرار می گیرند. عملکرد سنسورها و قابلیت اتصال آنها به دستگاههای مختلف از جملهPLC باعث شده است که سنسور بخشی از اجزای جدا نشدنی دستگاه کنترل اتوماتیک باشد. سنسور ها بر اساس نوع و وظیفه ای که برای آن ها تعریف شده اطلاعات را به سیستم کنترل  کننده می فرستند و سیستم طبق برنامه تعریف شده عمل می کند .

سنسورهای بدون تماس:

سنسورهای بدون تماس سنسورهائی هستند که با فاصله از جسم و بدون اتصال به آن عمل می کند مثلا  نزدیک شدن یک قطعه وجود آنرا حسکرده و فعال می شوند. این عمل به نحوی که در شکل زیر نشان داده شده است می تواندباعث جذب یک رله، کنتاکتور و یا ارسال سیگنال الکتریکی به طبقه ورودی یک سیستم میگردد.

کاربرد این سنسورها در صنعت:

1- شمارش تولید: سنسورهای القائی، خازنی ونوری

2- کنترل حرکت پارچه و …: سنسور نوری و خازنی

3-تشخیص پارگی ورق: سنسورنوری

4- کنترل سطح مخازن: سنسور نوری و خازنی و خازنی کنترل سطح

5- کنترل انحراف پارچه: سنسور نوری و خازنی

6- اندازه گیری سرعت: سنسور القائی و خازنی

7- کنترل تردد: سنسور نوری

8-اندازه گیری فاصله قطعه: سنسور القائی آنالوگ

مزایای سنسورهای بدون تماس:

سرعت سوئیچینگ(قطع و وصل)زیاد: سنسورها در مقایسه با کلیدهای مکانیکی از سرعت سوئیچینگ بالائی برخوردارند، بطوریکه برخی از آنها (سنسور القائی سرعت) با سرعت سوئیچینگ تا  KHZ)25( کار می کنند.

طول عمر زیاد: بدلیل نداشتن کنتاکت مکانیکی و عدم نفوذ آب، روغن، گرد و غبار  وجرقه های حین کار و … دارای طول عمر زیادی هستند.

قابل استفاده در محیطهای مختلف با شرایط سخت کاری: سنسورها در محیطهای با فشار زیاد، دمای بالا، اسیدی، روغنی، آب و … قابل استفاده هستند.

عدم نیاز به نیرو و فشار: با توجه به عملکرد سنسور هنگام نزدیک شدن قطعه، به نیرو وفشار نیازی نیست.

عدم ایجاد نویز در هنگام قطع وصل به دلیل استفاده ازنیمه هادی ها در طبقه خروجی، نویزهای مزاحم(Bouncing Noise)ایجاد نمی شود.

انواع سنسورهای مجاورتی :

1-نوری:این نمونه سنسورها به دو صورت کار می کنند.یا دو  سنسور که به صورت ارسال و دریافت در مقابل هم هستند یا یک سنسور که قابلیت ارسال و دریافت امواج فروسرخ را دارد و در مقابل آن یک اینه قرار گرفته است.در صورتی که جسم امواج ارسالی را قطع کند نور به فتو ترانزیستور گیرنده نمی رسد وخاموش می شود و در نتیجه یک پالس به کنترلر ارسال می شود(سطح صفر).

نکته:دستگاههایی که با این سنسورها کار می کنند در صورت بروز خطا پاک بودن اینه ها وصحت ارسال و دریافت سنسورها راچک کنید.

۲-خازنی:این سنسورها همانند خازنها کار می کند و در صورت حظور جسم در میدان آن ظرفیتش تعغیر می کند ویک سگنال به کنترلر ارسال می کند(سطح صفر).

نکته:سنسورهای خازنی قابلیت اشکار سازی حضور هرنوع جسمی را دارند(پلاستیک.چوب .فلز و..)

۳-القایی:این سنسورها همانند یک سلف کار میکنند واز خاصیت القایی آن جهت اشکار سازی حضور جسم استفاده می شود.میدان دارای یک دامنه وفرکانس معین است در صورت حضور جسم نوسانات و دامنه صفر می شود ویک سیگنال(سطح صفر)به کنترلر ارسال می شود.

نکته:سنسورهای القایی فقط اجسام رسانی مغناطیسی را حس می کنند.و قدرت اشکار سازی جسم آنها به اندازه دامنه میدان تولیدی(ولتاز تغذیه)بستگی دارد.

۴-التراسونیک:این سنسور ها از امواج ما فوق صوت که در محدوده ۲۰تا ۵۰کیلو هرتز است اسفاه می کند.

کاربرد مهم آن استفاده در سرعت سنج ها و اشکارسازی سطح مخازن و اندازه گیری فلو و… است.

نحوه کار آن به این صورت است که با محاسبات سرعت موج و اختلاف زمان بین ارسال و دریافت فاصله را اندازه گیری می کنند.این سنسورها به صورت پالسی کار میکنند مثلا در هر ۲ثانیه یکبار یک پالس ارسال و فاصله را اندازه کیری می کند.

5- سنسورتشخیص کد رنگ:تشخیص نوار رنگی کاغذ های بسته بندی

سنسورهای بیوالکتریکیBiosensors:

بیوسنسورها طی سالهای اخیر مورد توجه بسیاری از مراکز تحقیقاتی قرار گرفته است. بیوسنسورها یا سنسورهای بر پایه مواد بیولوژیکی اکنون گستره ی وسیعی از کاربردها نظیر صنایع دارویی، صنایع خوراکی، علوم محیطی، صنایع نظامی بخصوص شاخهBiowar و … را شامل میشود.

توسعه بیوسنسورها از 1950 با ساخت الکترود اکسیژن توسط لی لند کلارک در سین سیناتی آمریکا برای اندازه گیری غلظت اکسیژن حل شده در خون آغاز شد. این سنسور همچنین بنام سازنده ی آن گاهی الکترودکلارک نیز خوانده میشود. بعداً با پوشاندن سطح الکترود با آنزیمی که به اکسیده شدنگلوکز کمک میکرد از این سنسور برای اندازه گیری قند خون استفاده شد. بطور مشابه باپوشاندن الکترود توسط آنزیمی که قابلیت تبدیل اوره به کربنات آمونیوم را داراست درکنار الکترودی از جنس یونNH4++ بیو سنسوری ساخته شده که میتوانست میزان اوره درخون یا ادرار را اندازه گیری کند. هر کدام از این دو بیوسنسور اولیه از ترنسدیوسرمتفاوتی در بخش تبدیل سیگنال خویش استفاده میکردند. در نوع اول میزان قند خون بااندازه گیری جریان الکتریکی تولید شده اندازه گیری میشد (آمپرومتریک) در حالیکه درسنسور اوره اندازه گیری غلظت اوره بر اساس میزان بار الکتریکی ایجاد شده درالکترودهای سنسور صورت می پذیرPotentiometric.

ممکن است روزی فرا رسد که بیمار بدون نیاز به مراجعه به پزشک و تنها بر مبنای اطلاعاتی که توسط یکCOBD یاChip-on-Board-Doctor فراهم میشود نوع بیماری تشخیص داده شده و سپس داروهای مورد نیاز مستقیماً درون خون تزریق شود. این مسئله باعث خواهد شد که دوزمصرفی دارو بسیار پایین آمده و ضمناً از میزان اثرات جانبی داروSide-Effect بطرزفاحشی کاسته شود، چرا که دارو مستقیماً به محل مورد نیاز در بدن ارسال میشود.

کاری که یک بیوسنسور انجام میدهد تبدیل پاسخ بیولوژیکی به یک سیگنال الکتریکی است و شامل دو جزء اصلی: پذیرندهReceptor و آشکارکنندهDetector است. قابلیت انتخابگری یک بیوسنسور توسط بخش پذیرنده تعیین میشود. آنزیمها، آنتی بادیها، و لایه های لیپید (چربی) مثالهای خوبی برایReceptor هستند.

وظیفه دتکتور تبدیل تغییرات فیزیکی یا شیمیایی با تشخیص ماده مورد تجزیه)Analyte( به یکسیگنال الکتریکی است. کاملاً واضح است که دتکتورها قابلیت انتخاب در نوع واکنش صورتگرفته را ندارند. انواع دتکتورهای (یا ترانسدیوسرها یا مبدلها یا آشکارسازها) مورداستفاده در بیوسنسورها شامل: الکتروشیمیایی، نوری، پیزوالکتریک و حرارتی میباشند. در نوع الکتروشیمیای عمل تبدیل به یکی از صورتهای: آمپرومتریک، پتانشیومتریک، وامپدانسی صورت میپذیرد. متداولترین الکترودهای مورد استفاده در نوع پتانشیومتریک شامل: الکترود شیشه ایGlass Electrode، الکترود انتخابگر یونیIon-Selective، وترانزیستور اثرمیدان حساس یونیIon-sensitive FET یاISFET هستند.

بطورکلییک بیوسنسور شامل یک سیستم بیولوژیکی ایستاImmobilized نظیر یک دسته سلول، یکآنزیم، و یا یک آنتی بادی و یک وسیله اندازه گیری است. در حضور مولکول معینی سیستمبیولوژیکی باعث تغییر خواص محیط اطراف میشود. وسیله اندازه گیری که به این تغییراتحساس است، سیگنالی متناسب با میزان و یا نوع تغییرات تولید میکند. این سیگنال راسپس میتوان به سیگنالی قابل فهم برای دستگاههای الکترونیکی تبدیل کرد.

مزایای بیوسنسورها بر سایر دستگاههای اندازه گیری موجود را میتوان بطورخلاصه بصورت زیر بیان کرد:

مولکولهای غیرقطبی زیادی در ارگانهای زنده شکلمیگیرند که به بیشتر سیستمهای موجود اندازه گیری پاسخ نمی دهند. بیوسنسورهامیتوانند این پاسخ را دریافت کنند.

مبنای کار آنها بر اساس سیستم بیولوژیکیایستاImmobilized تعبیه شده در خود آنهاست، در نتیجه اثرات جانبی بر سایر بافتهاندارند.

کنترل پیوسته و بسیار سریع فعالیتهای متابولیسمی توسط این سنسورهایامکان پذیر است.

سنسور تشخیص حرکت بدن انسانPIR:

همانطورکه میدانید امروزه استفاده از سنسور های تشخیص حرکت رونق بسیار بالایی پیدا کرده ،هم در زمینه های امنیتی و حفاظتی و هم در مسائل صرفه جویی و بهینه سازی ، سنسور هایPIR یاPASSIVE INFRA REDسنسورهایی هستند که طول موجInfrared محیط اطراف رادریافت میکنند.

هر جسمی که دمایش بالاتر از صفر درجه مطلق باشد دارای تشعشعاتInfrared یامادون قرمز میباشد . اما این موج دارای طول موج های مختلف برای درجه حرارتهای متفاوت است . کاری که این سنسور انجام میدهد در واقع دریافت این امواج در رنج بدن انسان و تشخیص آن میباشد . از این سنسور در دستگاه هایی که برای تشخیص حرکت بدن انسان حتی به صورت جزئی استفاده میشود و از نظر دقت و قابلیت اعتماد در سطح بالایی میباشد بدین وسیله شما یک آشکار ساز حرکت دارید که فقط به حرکات بدن انسان حساس است،

کاربرد این نوع سنسور:

در مسائل امنیتی ، مثل دزدگیرها مفید میباشد و در مسائل مربوط به بهینه سازی مصرف انرژی میتواند بسیار مفید واقع شود .

تعریف ترانسمیتر:

ترانسمیتر وسیله ای است که یک سیگنال الکتریکی ضعیف را دریافت کرده و به سطوح قابل قبول برای کنترلرها و مدارهای الکترونیکی تبدیل می کند ، مثلأیک حلقه فیدبک سیگنالی در سطح میکروولت یا میلی ولت یا میلی آمپرتولید می کند و این سیگنال ضعیف می تواند با عبور از ترانسمیتر به سیگنالی در سطوح صفر تا ده ولت و یا4 تا 20 میلی آمپر تبدیل شود. ترانسمیترها عمومأ از قطعاتی مثلop-amp برای تقویت وخطی کردن این سطوح ضعیف سیگنال استفاده می کند . سنسورها و ملحقات آنها مثل ترانسدیوسرها را در گروه های بزرگی تحت عنوان ابزار دقیق قرار داده و آنها را براساس نوع انرژی قابل استفاده و روشهای تبدیل ، دسته بندی می کنند.

تعریف ترانسدیوسر:

یک ترانسدیوسر بنا به تعریف ، قطعه ای است که وظیفه تبدیل حالات انرژی به یکدیگر را برعهده دارد ، بدین معنی که اگر یک سنسور فشار همراه یک ترانسدیوسر باشد ، سنسور فشار پارمتر را اندازه می گیرد ومقدار تعیین شده را به ترانسدیوسر تحویل می دهد ، سپس ترانسدیوسر آن را به یک سیگنال الکتریکی قابل درک برای کنترلر و صد البته قابل ارسال توسط سیم های فلزی ،تبدیل می کند .بنابراین همواره خروجی یک ترانسدیوسر ، سیگنال الکتریکی است که درسمت دیگر خط می تواند مشخصه ها و پارامترهای الکتریکی نظیر ولتاژ ، جریان و فرکانس را تغییر دهد ، البته به این نکته باید توجه داشت که سنسور انتخاب شده باید از نوع سنسورهای مبدل پارامترهای فیزیکی به الکتریکی باشد و بتواند مثلأ دمای اندازه گیری شده را به یک سیگنال بسیار ضعیف تبدیل کند که در مرحله بعدی وارد ترانسدیوسر شده وسپس به مدارهای الکترونیکی تحویل داده خواهد شد.

برای درک این مطلب به تفاوتهای میان دو سنسور انداره گیر دما می پردازیم : ترموکوپل و درجه حرارت جیوه ای، دو نوع سنسور دما هستند که هر دو یک عمل را انجام می دهند ، اما ترموکوپل در سمت خروجی سیگنال الکتریکی ارائه می دهد ، در حالی که درجه حرارت جیوه ای خروجی خود رابه شکل تغییرات ارتفاع در جیوه داخلش نشان می دهد.

سنسورهای فشار:

فشار را به کمک دستگاههای فشارسنج اندازه می‌گیرند، عمده‌ترین فشار سنجها که بر حسب مکانیزم کارشناسان نامگذاری شده است عبارتند از:

فشارسنج لولهU شکل

فشارسنج مکلئود

فشارسنج جیوه‌ای

فشارسنج ترموکوپل

فشارسنج صوتی

فشارسنج خازنی

فشارسنج گاز ایده‌ال

فشارسنج لولهU شکل

ساده ترین و معروفترین آنها فشار سنج لولهU شکل است که در آن مقداری جیوه  در لولهU شکل ریخته شده و میزان اختلاف فشار محیط هوا که برابرp0 است و ماده داخل فشارسنج که بر مایع جیوه فشار وارد می‌کند از طریق اختلاف ارتفاع ستون مایع جیوه اندازه گیری می‌شود. بنابراین از این طریق فشار واقعی را می‌توانیم بدستآوریم:P = P0 + ρg )h – h0

در رابطه اخیرP فشار وρ چگالی ماده وP0 فشار اتمسفر ، h0 ارتفاع ستون مایع در فشار اتمسفر ، g شتاب جاذبه وhارتفاع ستونمایع در فشار ماده می‌باشد.

فشارسنج جیوه‌ای(Mercury Barometer)

این فشار سنج اساساً از یک لوله خالی از هوا درست شده است که یک طرف آنمسدود و طرف دیگر آن که باز است در ظرف پر از جیوه فرو برده شده است. فشار هوایبیرون ، جیوه را از منبع به سمت داخل لوله می‌راند. جیوه تا حدی که وزن آن در داخللوله ، دقیقاً معادل نیروی ناشی از فشار هوا گردد در لوله فشار سنج بالا می‌رود وسپس در حالت تبادل و سکون باقی می‌ماند. با تغییر فشار هوا ، سطح جیوه در داخل لولهنیز بالا و پایین خواهد رفت. در شرایط نرمال جیوه به اندازه 92/29 اینچ یا 760میلیمتر در لوله بالا می‌آید که فشاری معادل 15/1013 میلی بار است. جیوه در داخللوله فشارسنج به دلیل خاصیت کشش سطحی دارای یک سطح محدب است که هنگام تعیین فشار،باید بالاترین سطح محدب قرائت شود.

فشارسنج فلزی(Aneroid)

فشارسنج فلزی وسیله‌ای است مکانیکی که از یک محفظه قوطی شکل استوانه‌ای بدون هوا تشکیل شده است؛ با تغییر فشار هوا این محفظه منقبظ یا منبسط می‌شود. با یک سیستم نسبتاً پیچیده که مرکب از تعدادی اهرم و قرقره است این تغییرات بزرگ شده و به یک عقربه که بر روی صفحه مدرجی حرکت می‌کند، منتقل می‌شود. یک شاخص متحرک که می‌تواند در یک نقطه ثابت شود بر روی فشار سنج تعبیه شده است تا بتوان تغییرات فشار را نسبت به آخرین قرائت اندازه گیری کرد.

فشار نگار(Barograph)

فشار نگار مشابه فشارسنج فلزی است با این تفاوت که اثر تغییرات فشار درمحفظه بدون هوا ، به یک قلم انتقال داده شده و قلم بر روی کاغذی که دور یک استوانه چرخان پیچیده شده است خط پیوسته‌ای را رسم می‌کند. محور عمودی این صفحه بر حسب واحدفشار و محور افقی آن بر حسب زمان مدرج شده است که معمولاً برای هر دو ساعت یک خطوجود دارد. فشار نگارهای دقیقی هم ساخته شده است که قادرند تغییرات فشار را تا یکدهم میلی بار اندازه گیری نمایند، این دستگاهها میکرو باروگراف نامیده شده‌اند.

سنسورها در ربات:

سنسورها اغلب برای درک اطلاعات تماسی، تنشی،مجاورتی، بینایی و صوتی به‌کار می‌روند. عملکرد سنسورها بدین‌گونه است که با توجهبه تغییرات فاکتوری که نسبت به آن حساس هستند،

سطوح ولتاژی ناچیزی را درپاسخ ایجاد می‌کنند، که با پردازش این سیگنال‌های الکتریکی می‌توان اطلاعات دریافتیرا تفسیر کرده و برای تصمیم‌گیری‌های بعدی از آن‌ها استفاده نمود.

سنسورهارا می‌توان از دیدگاه‌های مختلف به دسته‌های متفاوتی تقسیم کرد که در ذیل می‌آید:

.سنسور محیطی: این سنسورها اطلاعات را از محیط خارج و وضعیت اشیای اطرافربات، دریافت می‌نمایند

.سنسور بازخورد: این سنسور اطلاعات وضعیت ربات، ازجمله موقعیت بازوها، سرعت حرکت و شتاب آن‌ها و نیروی وارد بر درایورها را دریافت می‌نمایند.

سنسور فعال: این سنسورها هم گیرنده و هم فرستنده دارند و نحوه کار آن‌ها بدین ترتیب است که سیگنالی توسط سنسور ارسال و سپس دریافت می‌شود.

.سنسور غیرفعال: این سنسورها فقط گیرنده دارند و سیگنال ارسال شده از سوی منبعی خارجی را آشکار می‌کنند، به‌ ‌همین دلیل ارزان‌تر، ساده‌تر و دارای کارایی کمتر هست