سنسور چیست و انواع پرکاربرد سنسور کدامند؟
همه ما در زندگی روزمره با انواع سنسورها سروکار داریم. این سنسورها در وسایل خانگی مانند یخچال، ماشین لباسشویی، کولر گازی، گوشی تلفن همراه و لپ‌تاپ برای اندازه‌گیری دما، جریان، فشار، شتاب و سایر پارامترهای فیزیکی به کار می‌روند. در محیط‌های صنعتی نیز سنسورها بسیار پرکاربردند و نقش مهمی در سیستم‌های اتوماسیون صنعتی دارند؛ به‌گونه‌ای که کنترل فرآیندهای صنعتی بدون سنسورها غیرممکن است. در این مقاله، انواع سنسورهای مورد استفاده در صنعت را معرفی کرده و عملکرد آن‌ها را بررسی می‌کنیم. با ما همراه باشید.
سنسور چیست؟
برای پاسخ به این سوال که سنسور چیست باید بگوییم: سنسور وسیله‌ای الکتریکی است که برای اندازه‌گیری پارامترهای فیزیکی مانند فشار، شدت نور، دما و... استفاده می‌شود. خروجی سنسور به صورت سیگنال آنالوگ یا دیجیتال است که به سخت‌افزار یا نرم‌افزار مناسب برای پردازش ارسال می‌شود.
برخی سنسورها وظیفه "تشخیص" (Detection) را برعهده دارند. این سنسورها چیزی را اندازه‌گیری نمی‌کنند، بلکه وجود یا عدم وجود یک متغیر را تشخیص می‌دهند. برای مثال، سنسورهای "مجاورتی" (پراکسیمیتی) می‌توانند وجود جسمی در نزدیکی خود را تشخیص داده و یک کنتاکت باز یا بسته ایجاد کنند.
نوع دیگری از سنسورها می‌توانند علاوه بر تشخیص، مقدار پارامتر را نیز "اندازه‌گیری" کنند. مثلاً یک "ترموکوپل" قادر است دما را در محیط نصب‌شده اندازه‌گیری کرده و به صورت یک ولتاژ متغیر با زمان خروجی بدهد. بنابراین، سنسورهای تشخیصی خروجی دیجیتال (قطع/وصل) و سنسورهای اندازه‌گیری‌کننده خروجی آنالوگ ولتاژی یا جریانی دارند.
هر سنسور بسته به ساختار و پارامتر فیزیکی که اندازه‌گیری می‌کند، اصول کاری متفاوتی دارد، اما ویژگی مشترک همه آن‌ها تبدیل یک پارامتر فیزیکی به سیگنال الکتریکی است. سنسورها را می‌توان از منظرهای مختلفی مانند نوع سیگنال خروجی، نوع عملکرد، پارامترهای فیزیکی که اندازه‌گیری می‌کنند، منبع توان، تکنولوژی به‌کاررفته در عملکرد آن‌ها، نوع ساختار و محل نصب، طبقه‌بندی کرد.
دسته‌بندی سنسورها بر اساس منبع توان
سنسورها را می‌توان به روش‌های مختلفی دسته‌بندی کرد. یکی از این روش‌ها، دسته‌بندی سنسورها به دو گروه اکتیو و پسیو است. در ادامه، این دو گروه را توضیح می‌دهیم.
سنسور اکتیو (Active)
سنسورهای اکتیو سنسورهایی هستند که برای اندازه‌گیری یک کمیت، سیگنال‌های محرکی را ارسال کرده و پالس‌های منعکس شده را دریافت می‌کنند، یعنی هم فرستنده و هم گیرنده را در خود دارند. یک مثال مناسب از سنسورهای اکتیو، سنسور سنجش میزان کشش است. ولتاژ خروجی این سنسور با مقدار فشار اعمال شده به آن متناسب است. نمونه دیگر، سنسورهای التراسونیک فاصله‌سنج هستند که یک موج فراصوت به محیط ارسال می‌کنند و با محاسبه زمان برگشت موج، فاصله جسم تا سنسور را اندازه می‌گیرند.
سنسور پسیو (Passive)
سنسورهای پسیو آن دسته از سنسورها هستند که انرژی یا سیگنالی به محیط ساطع نمی‌کنند و مستقیماً متغیرهای محیطی را تشخیص داده یا اندازه‌گیری می‌کنند. برای مثال، یک ترموکوپل با قرار گرفتن در محیط مورد اندازه‌گیری، دمای محیط را تشخیص داده و تغییرات دما را به ولتاژ متغیر تبدیل می‌کند.
ترانسمیتر چیست؟
ترانسمیتر (Transmitter) در سنسورها به مداری گفته می‌شود که تغییرات اندازه‌گیری‌شده توسط سنسور را به سیگنال آنالوگ یا دیجیتال استاندارد کنترلر تبدیل می‌کند. سیگنال استاندارد کنترلی معمولاً جریان ۴ تا ۲۰ میلی‌آمپر یا ولتاژ ۰ تا ۱۰ ولت است. مدار داخلی ترانسمیتر می‌تواند یک مدار ساده الکترونیکی مانند یک «تقویت‌کننده ولتاژ» یا یک «پل وتستون» باشد. در تجهیزات پیشرفته‌تر مانند «دماسنج پایرومتری» مدار ترانسمیتر پیچیدگی بیشتری دارد.
شاید بعضی از انواع سنسور که تاکنون از آن‌ها نام برده‌ایم برای شما ناشناخته باشند؛ در ادامه مقاله، انواع مختلف سنسور از جمله سنسورهایی که به آن‌ها اشاره شد را شرح می‌دهیم.
دسته‌بندی سنسورها بر اساس تکنولوژی استفاده شده
سنسورها از نظر تکنولوژی به سه دسته تقسیم می‌شوند:
سنسورهای ضخیم سرامیکی
بدنه‌ی اصلی این سنسورها از سرامیک‌های مقاوم در برابر خوردگی ساخته شده است. با این حال، به دلیل شکنندگی سرامیک، این سنسورها برای استفاده در فشارهای بالا مناسب نیستند.
سنسورهای نازک فلزی
این سنسورها بیشترین سهم را در بین سنسورهای مورد استفاده دارند. با بدنه‌ی نازک و دقت بالا ساخته می‌شوند و عمر طولانی و عملکرد مناسبی در برابر شوک و لرزش دارند.
سنسورهای پیزوالکتریک
این سنسورها از چیپ‌های سیلیکونی ساخته شده‌اند و ساختار پیچیده‌تری نسبت به دو دسته دیگر دارند. این سنسورها به عوامل محیطی بسیار حساس هستند.
چگونه بهترین سنسور را انتخاب کنیم؟
انتخاب بهترین سنسور نیازمند در نظر گرفتن عوامل متعددی است. فرآیند انتخاب سنسور با تعیین پارامتر فیزیکی مورد اندازه‌گیری آغاز می‌شود. پس از مشخص شدن پارامتر، باید چند عامل مهم شامل دامنه‌ی عملکرد، میزان دقت، و هزینه را در نظر گرفت.
دامنه‌ی عملکرد سنسور
مهمترین فاکتور در انتخاب سنسور، دامنه‌ی عملکرد آن است. برای مثال، در طراحی سیستم دیگ بخار که دمای جوش مایع را در 500 درجه سانتی‌گراد کنترل می‌کند، نباید از سنسوری استفاده کرد که فقط توانایی اندازه‌گیری تا 150 درجه سانتی‌گراد را دارد. بنابراین باید اطمینان حاصل شود که سنسور انتخابی پاسخ‌گوی محدوده مورد نیاز برنامه باشد.
میزان دقت
قبل از انتخاب سنسور، باید میزان دقت مورد نیاز سنسور مشخص شود. برای مثال، یک سنسور دما با دقت 1 درجه سانتی‌گراد برای طراحی سیستم دیگ بخار کافی است. اما این دقت ممکن است برای برخی از آزمایش‌های علمی یا دستگاه‌هایی که نیاز به دقت 0.1 درجه سانتی‌گراد دارند، کافی نباشد.
هزینه
سنسورهای الکترونیکی از نظر قیمت بسیار متنوع هستند. معمولاً سنسورهای با دقت بالا گران‌تر از سنسورهای با دقت پایین هستند. دامنه‌ی عملکرد نیز در تعیین قیمت سنسور نقش دارد. نکته مهم این است که سنسور انتخابی باید بهترین نتایج را در محدوده بودجه مجاز پروژه ارائه دهد.
جمع‌بندی
با توجه به کاربرد گسترده سنسورها در سیستم‌های اتوماسیون صنعتی، برق صنعتی و کنترل دستگاه‌های صنعتی، آشنایی با انواع و کاربرد سنسورها برای همه متخصصان این حوزه‌ها ضروری است. در این محتوا، ابتدا مفاهیم اولیه در مورد انواع سنسور و ترانسمیتر شرح داده شد. سپس پرکاربردترین سنسورهای صنعتی برای اندازه‌گیری دما، فشار، فلو، سطح، مجاورت، رطوبت و سرعت دورانی معرفی و نحوه کار آن‌ها بررسی شد. در دوره‌های اتوماسیون‌کار و درایو‌من ماهر می‌توانید با برخی از این سنسورها و اهمیت به‌کارگیری آن‌ها در پروژه‌های عملی و کاربردی آشنا شوید.
برچسب: ،
