در این مقاله ما رایج ترین و محبوب ترین سنسورهایی را که امروزه در برنامه های اندازه گیری اکتساب داده (DAQ) استفاده می شود ، با جزئیات کافی مورد بحث قرار می دهیم تا بدانید:
- سنسور چیست؟ و چه کار می کنند؟
- اصول اولیه نحوه عملکرد هر نوع سنسور اصلی کدامند؟
- اهمیت و نقش سنسور مناسب و ایده آل در صنعت چیست؟
کار اصلی سنسور چیست؟
سنسور ابزاری است که نسبت به یک تغییر در محیط حساس است و از خود واکنش نشان می‌دهد. به عبارتی دیگر هر سنسور یک کمیت را به کمیتی دیگر تبدیل میکند.
سنسورها در زندگی روزمره ما کاربرد فراوانی دارند. به عنوان مثال، دماسنج جیوه‌ای و الکلی یکی از قدیمی‌ترین سنسورها هستند که برای اندازه‌گیری دما مورد استفاده قرار می‌گیرند.
با استفاده از خاصیت انبساط حجمی مایعات، مقداری از یک مایع (جیوه یا الکل) را درون محفظه‌ای ریخته و لوله‌ای باریک و علامت گذاری شده به آن متصل میکنند. در اثر گرم شدن مایع، حجم آن افزایش یافته و در لوله بالا می‌رود. میزان بالا رفتن مایع در لوله، دمای اندازه‌گیری شده را نمایش می‌دهد. دما سنج‌های الکی و جیوه‌ای در گروه سنسورهای مکانیکی دما قرار می‌گیرند.
سنسور صنعتی و انواع آن
سنسورهای اتوماسیون صنعتی ابزاراتی هستند که سیگنال خروجی آنها متناسب با یک کمیت فیزیکی خاص (ورودی) می‌باشد. این سیگنال خروجی می‌تواند دیجیتال یا آنالوگ باشد.
که سنسورهای دیجیتال به صورت 0 و 1 یا On و Off هستند. به عبارتی از این سنسورها برای وجود یاعدم وجود شی، پر یا خالی بودن چیزی یا روشن و خاموش بودن، استفاده میکنند. سنسورهای نوری و سنسورهای مجاورتی یا پراکسیمی از این دست سنسورها هستند.
اما سنسورهای آنالوگ محدوده‌ای از مقادیر را ارائه می‌دهند. این سنسورها با اندازه گیری کمیت‌های فیزیکی، می‌توانند آنها را به سیگنال‌های قابل فهم برای سیستم کنترل نظیر ولتاژ و جریان تبدیل کنند. برخی از سنسورهای اندازه گیری دما و فشار نمونه‌ای از این حسگرها هستند.
به طور کلی این ابزارات در صنعت نقش مهم و حیاتی در تولید محصولات اتوماتیک و مطلوب ایفا میکنند. به طوری که سنسورها این اجازه را به شخص می‌دهد تا انواع تغییراتی مانند تغییر در طول، موقعیت، ارتفاع، اختلال و نا به سامانی که در سایت‌های تولیدات صنعتی رخ می‌دهد را شناسایی، تجزیه و تحلیل، اندازه گیری و پردازش کند. همچنین نقشی اساسی در پیش بینی و جلوگیری از اتفاقات ناخواسته و متعدد را دارند.
بسته به نوع کاربردی که دارند به شیوه‌های مختلفی کار میکنند و ممکن است شامل میدان‌های الکترومغناطیسی یا اپتیک باشند.
با ظهور اینترنت اشیا (IIOT) ، نیاز به سنسورها به عنوان ابزاری اصلی برای ارائه اتوماسیون پیشرفته در حال افزایش است.
انواع سنسورهای مورد استفاده در صنعت به شرح زیر است:
- سنسورهای اندازه گیری دما
- سنسورهای اندازه گیری فشار
- سنسورهای اندازه گیری سطح
- سنسورهای موقعیت
- سنسورهای مجاورتی
سنسورهای اندازه گیری دما
دما یکی از کمیت های فیزیکی است که اندازه گیری و کنترل آن در صنعت از اهمیت ویژه ای برخوردار است. روش های متفاوتی برای اندازه گیری این کمیت وجود دارد. که در زیر به روش های آن اشاره شده است.
بهتر است قبل از پرداختن به شیوه های اندازه گیری دما با واحدهای اندازه گیری آن آشنا شوید.
سلسیوس (°C): متداول ترین یکای اندازه گیری دما می باشد که با °C نمایش داده می شود. در فشار یک اتمسفر دمای صفر درجه ی سلسیوس، نقطه انجماد آب و صد درجه نقطه ی جوش آب است.
کلوین (K): دمای مطلق برحسب کلوین اندازه گیری می شود. صفر مطلق در کلوین برابر است با -273.15 سلسیوس. این دما پایین ترین دمای ممکن است که انرژی جنبشی ملکول ها به صفر می رسد.
فارنهایت (°F): صفر فارنهایت از قرار دادن حباب دماسنج در مخلوطی از یخ و نشادر (آمونیوم کلرید) بدست می آید و بالاترین نقطه ی درجه ی فارنهایت، دمای شروع جوش جیوه است. از این مقیایس در کارهای علمی معمولا استفاده نمی شود. نقطه ی انجماد آب در این مقیاس برابر است با 32 و نقطه ی جوش آب برابر است با 212 فارنهایت.
به طور کلی سنسورهای اندازه گیری دما به دو دسته ی سنسورهای الکتریکی و سنسورهای مکانیکی دما تقسیم می شوند.
سنسورهای الکتریکی دما
- ترموکوپل Thermocouple
- اندازه گیری مقاومتی دما RTD
- ترمیستور Thermistor
- پیرومتر PYROMETER
- ICهای اندازه گیری دما
سنسورهای مکانیکی دما
- دماسنج جیوه ای و الکلی Liquid-in-glass thermometer
- بی متال Bi metal
- دماسنج لوله بوردن liquid filled dial thermometer
اندازه گیری فشار
فشار، نیروی وارد بر واحد سطح را می‌گویند. یکاهای اندازه گیری متفاوتی برای فشار وجود دارد. معروف‌ترین یکاهای آن پاسکال (Pa) و پی اس آی (Psi) است.
این نیرو برای حالت‌های مختلف ماده متفاوت است. در جامدات، فشار به وزن جسم و سطح اثر آن وابسته است. هرچه وزن جسم بیشتر و سطح اثر آن کوچکتر باشد فشار بیشتر خواهد بود. به عنوان مثال فشاری که یک سوزن بر پارچه وارد میکند خیلی بیشتر از فشار یک آپارتمان بر زمین است.
در مایعات فشار به چگالی مایع و ارتفاع مایع درون ظرف بستگی دارد. هرچه ارتفاع مایع بیشتر، فشار در ته ظرف نیز بیشتر خواهد بود.
در گازها با توجه به اینکه سرعت مولکولهای گازی زیاد است و در همه‌ی جهات حرکت میکنند، در نتیجه این مولکول‌ها با یکدیگر یا با دیواره‌ی ظرفی که در آن هستند برخورد میکنند. در اثر این برخورد مولکول‌هایی که به دیواره‌ها برخورد میکنند نیروی به آنها وارد می‌شود، هر چه سرعت برخورد یا تعداد مولکول‌ها بیشتر باشند یا مولکول‌ها سنگین‌تر باشند، این نیرو بیشتر و در نتیجه فشار بیشتر می‌شود.
انواع فشار
جالب است بدانید فشار با توجه به مبدا اندازه گیری آن به دو دسته فشار مطلق و فشار نسبی تقسیم می‌شود.
- فشار مطلق (absolute)، مبدا اندازه گیری این فشار، خلاء می‌باشد چرا که هیچ مولکولی در خلاء وجود ندارد.
- فشار نسبی(gage)، مبدا این فشار، فشار اتمسفر زمین در سطح دریای آزاد است. فشار اتمسفر، به فشاری که هوای اطراف زمین به آن وارد میکند را می‌گویند. این فشار با ارتفاع هوا تغییر میکند.
- اختلاف فشار مطلق با فشار نسبی به اندازه‌ی فشار اتمسفر است. به عبارتی فشار مطلق برابر است با مجموع فشار نسبی و فشار اتمسفر.
روشهای اندازه گیری فشار متفاوت است در صنعت معمولا فشار گاز و مایعات را به صورت مکانیکی و الکتریکی اندازه گیری میکنند.
اندازه گیری‌های مکانیکی فشار
- فشارسنج مانومتر Manometer
- فشارسنج بارومتر Barometer
- فشارسنج لوله بوردن Bourdon Tube
- فشارسنج دیافراگمی Diaphragm
- فشارسنج کپسولی Capsule
- فشارسنج فانوسی (بی لوز) Bellows
اندازه گیری‌های الکتریکی فشار
- استرین گیج Strain gage
- فاکتور گیج Gage factor
- لودسل Load cell
- پیزو الکتریک Piezo electric
- فشارسنج پیرانی Pirani
اختلاف فشار (فشار دیفرانسیل) Differential pressure
فشار دیفرانسیل، به اختلاف فشار بین دو قسمت دارای فشار گفته می‌شود. و به سنسوری که این اختلاف فشار را اندازه گیری میکند DP cell یا فشارسنج دیفرانسیل می‌گویند.
از این سنسور برای اختلاف فشار بین دو مخزن یا اندازه گیری اختلاف فشار دو طرف یک مانع در مسیر عبور سیال در اندازه گیری جریان سیال (فلو) استفاده می‌شود. و یا برای اندازه گیری اختلاف فشار بالا و پایین یک مخزن در اندازه گیری‌های سطح سیال.
انواع سنسور برای اندازه گیری
انواع مختلفی از سنسورها برای اندازه گیری پدیده فیزیکی ابداع شده اند.
- ترموکوپل ها، RTD ها و ترمیستورها : برای اندازه گیری دما
- فشار فشار: برای اندازه گیری فشار بر یک جسم ، به عنوان مثال فشار ، تنش ، وزن و غیره
- سلولهای بار: برای اندازه گیری وزن و بار
- سنسورهای LVDT: از LVDT برای اندازه گیری جابجایی در فاصله استفاده می شود.
- شتاب سنج: اندازه گیری ارتعاش و ضربه
- میکروفون: برای ضبط امواج صوتی
- مبدل های جریان: برای اندازه گیری جریان AC یا DC
- ترانسفورماتور ولتاژ: برای اندازه گیری پتانسیل های ولتاژ بالا
- سنسورهای نوری: برای تشخیص نور ، انتقال داده و جایگزینی سنسورهای معمولی استفاده می شود.
- حسگرهای دوربین: برای ضبط تصاویر دو بعدی تک و پیوسته استفاده می شود.
- سنسورهای دیجیتال: برای شمارش روشن/خاموش مجزا ، کدگذاری خطی و دوار ، اندازه گیری موقعیت و غیره استفاده می شود.
- سنسورهای موقعیت یابی (GPS): برای ضبط موقعیت طولی و عرضی بر اساس GPS ، GLONASS و دیگر سیستم های موقعیت یابی ماهواره ای استفاده می شود. سنسورهای مختلف GPS با دقت متفاوت در دسترس هستند.
بسته به نوع سنسور ، خروجی الکتریکی آن می تواند ولتاژ ، جریان ، مقاومت یا ویژگی الکتریکی دیگری باشد که در طول زمان متغیر است.
برخی از سنسورها با خروجی های دیجیتالی در دسترس هستند که به موجب آنها یک سری بایت داده های مقیاس بندی شده یا بدون مقیاس را خروجی می دهند.
خروجی این سنسورهای آنالوگ به طور معمول به ورودی یک نرم کننده سیگنال متصل است که در قسمت بعدی به آن خواهیم پرداخت.
در مرحله بعد ، نگاهی گذرا به هر یک از انواع اصلی حسگرهای مورد استفاده امروزه می اندازیم.
سیستم های جمع آوری داده های Dewesoft را مشاهده کنید که می تواند هر نوع و هر تعداد حسگر را برای ضبط ، ذخیره ، تجزیه و تحلیل و تجسم داده متصل کند.
تنوع حسگر صنعتی در یک نگاه
- سنسور دما
- سنسورهای تابش
- حسگرهای مجاورت
- سنسور فشار
- سنسور جا به جایی
- سنسورهای فوتوالکتریک
- حسگرهای ذرات
- حسگرهای حرکت
- سنسورهای فلزی
- سنسور سطح
- سنسورهای نشتی
- سنسورهای رطوبت
- سنسور گاز و شیمیایی
- سنسور نیرو
- سنسور جریان
- سنسورهای نقص
- حسگرهای شعله
- سنسورهای الکتریکی
- تماس با سنسورها
- سنسور غیر تماسی