سنسور یا حسگر چیست؟

سنسور الکتریکی (که سنسور الکترونیکی نیز نامیده می‌شود) وسیله‌ای است که پارامتر فیزیکی مورد نظر (مانند گرما، نور، صدا) را تشخیص می‌دهد و آن را به سیگنال الکتریکی تبدیل می‌کند که می‌تواند توسط یک سیستم الکتریکی یا الکترونیکی اندازه‌گیری و استفاده شود.

کمیت شناسایی شده معمولاً نوعی انرژی است که ماهیت آنالوگ (پیوسته) دارد و با استفاده از مبدل به انرژی الکتریکی تبدیل می‌شود (مثلاً میکروفون مبدلی است که انرژی صوتی را به انرژی الکتریکی تبدیل می‌کند).

کاربرد سنسور ها

سیگنال تولید شده در خروجی یک سنسور الکتریکی معمولاً به منظور اندازه گیری استفاده می شود که سپس می تواند برای ایجاد پاسخ بعدی مورد استفاده قرار گیرد. به عنوان مثال، یک سنسور دما می تواند برای اندازه گیری دمای یک اتاق و تبدیل آن به سیگنال الکتریکی استفاده شود. اگر دمای اتاق اندازه گیری شده خیلی پایین باشد (زیر آستانه از پیش تعیین شده) این اطلاعات می تواند توسط یک سیستم الکترونیکی استفاده شود که به طور خودکار یک بخاری را روشن می کند تا دمای اتاق را به آستانه از پیش تعیین شده افزایش دهد. از طرف دیگر، اگر اندازه گیری از سنسور نشان می دهد که اتاق خیلی گرم است (بالاتر از آستانه از پیش تعیین شده)، سیستم می تواند به طور خودکار یک واحد تهویه مطبوع را برای کاهش دمای اتاق روشن کند. نام رایج سنسور مورد استفاده برای اندازه گیری دما دماسنج است.

امروزه سیگنال خروجی از یک سنسور الکتریکی معمولا توسط یک پردازنده دیجیتال پردازش می شود. برای ایجاد این امکان، ابتدا باید سیگنال الکتریکی آنالوگ پیوسته با استفاده از مبدل آنالوگ به دیجیتال به یک نمایش دیجیتال گسسته تبدیل شود.

دسته بندی انواع سنسور ها

انواع مختلفی از سنسورها وجود دارد که دسته بندی های اصلی عبارتند از:

سنسورهای موقعیت
سنسورهای فشار
سنسورهای دما
سنسورهای نیرو
سنسورهای لرزش
سنسورهای پیزو
سنسورهای ویژگی سیالات
سنسورهای رطوبت
فشار سنج
حسگرهای نوری عکس
سوئیچ های جریان و سطح

همه این دسته‌ها را می‌توان به زیر شاخه‌های بیشتری تقسیم کرد، به عنوان مثال، در حسگرهای موقعیت انواع زیر وجود دارد:

تماسی
غیر تماسی
روتاری
خطی

و این نوع سنسورها را می توان حتی بیشتر تقسیم کرد، در غیر تماسی شما انواع سنسورهای زیر را دارید:

جلوه هال
خازنی
جریان گردابی
اولتراسونیک
لیزر
نزدیکی

انواع خروجی های متداول سنسورها

سنسورهای سوئیچینگ:

سنسورهای مجاورتی القایی سنتی، یعنی کلیدهای روشن/خاموش ساده، در این محدوده گنجانده شده اند. آنها می توانند بین دو حالت تعریف شده سوئیچ کنند و بنابراین محرک هایی مانند شیرها، فلپ ها، چراغ های سیگنال و غیره را کنترل کنند. سنسورهای مجاورت القایی می توانند به ورودی های دیجیتال کنترل کننده های منطقی قابل برنامه ریزی متصل شوند.

1–سنسور با خروجی NPN (سیگنال “منفی”)

یک خروجی NPN سنسور، اتصال خروجی را در هنگام سوئیچ به زمین متصل می کند. بار بین ولتاژ منبع تغذیه +UB و خروجی NPN سنسور متصل می شود.

2–سنسور با خروجی PNP (سیگنال “مثبت”)

یک خروجی PNP سنسور، اتصال خروجی را به ولتاژ تغذیه سنسور در هنگام سوئیچ وصل می کند. بار بین خروجی PNP سنسور و زمین L- متصل می شود.

توجه: سنسورهایی با خروجی PNP بیشتر مورد استفاده قرار می گیرند تا از اتصال کوتاه به زمین جلوگیری کنند.

3–سنسور با عملکرد دو سیم

سنسورهای القایی با عملکرد دو سیمه از این نوع خروجی رایج با تنها دو کابل خروجی برای منبع تغذیه و انتقال سیگنال استفاده می کنند.

سنسور به صورت سری نسبت به بار متصل کار می کند. در اتصال سری، ترتیب چیده شدن سنسور و بار بی ربط است.

حال چگونه کار می کند؟

سنسور با عملکرد دو سیم جزء فعالی است که برای عملکرد به انرژی نیاز دارد. انرژی الکتریکی سنسور از طریق دو سیم اتصال تامین می شود. در همان زمان، سنسور وضعیت سوئیچ خود را از طریق همان سیم های اتصال سیگنال می دهد.

یک سنسور با عملکرد دو سیم اغلب از نظر نحوه کار با یک سوئیچ مکانیکی برابر است. با این وجود، این نوع سنسور متفاوت از یک کلید مکانیکی است که بسته به وضعیت سنسور باز یا بسته است. هیچ جریانی از یک کلید مکانیکی باز عبور نمی کند. بار وصل شده برق ندارد. برعکس، در یک وضعیت ایده آل، ولتاژ از طریق یک کلید مکانیکی بسته کاهش نمی یابد. کل ولتاژ تغذیه در سراسر بار اعمال می شود.

در مقابل، یک سنسور با عملکرد دو سیم – به عنوان یک جزء فعال – همیشه به ولتاژ و جریان نیاز دارد. حتی در حالت بسته، یک ولتاژ غیر قابل اغماض، که از بار متصل نیست، در سراسر سنسور افت می کند. هنگامی که باز است، جریانی از سنسور و بار متصل می گذرد. هنگام کار با یک سنسور با عملکرد دو سیم، حالت های منحصر به فرد “باز” و “بسته” بنابراین هرگز وجود ندارند.

سنسورهای با عملکرد دو سیمه بیشتر در ورودی های دیجیتال یک کنترل کننده منطقی قابل برنامه ریزی (PLC) کار می کنند.

گاهی اوقات، سنسورهایی با عملکرد دو سیم بر روی بارهای مجزا کار می کنند. مقدار مقاومت هر بار باید در نظر گرفته شود. اطلاعات فنی برای سنسورهای با عملکرد دو سیمه هیچ اطلاعات مستقیمی در این مورد ارائه نمی دهد، زیرا مقدار مقاومت به ولتاژ عملیاتی منبع و حداقل و حداکثر جریان عملکرد سنسور بستگی دارد.

جهت سفارش تولید برد الکترونیکی از ما مشاوره بگیرید.

4–سنسور با خروجی تماس رله

یک سنسور با خروجی تماس رله دارای یک خروجی باینری است که یک رله را کنترل می کند. سوئیچینگ از طریق یک مدار کنترل جداگانه بر خلاف مدار قدرت به عنوان یک مدار “کنترل شده” انجام می شود.

این سنسور چگونه کار می کند؟

سنسورهایی با خروجی تماس رله حداقل چهار اتصال دارند. برای تامین قطعات الکترونیکی سنسور از دو اتصال استفاده می شود. اتصالات باقیمانده، تماس های رله بدون پتانسیل را به بیرون هدایت می کنند. اینها دو اتصال با یک کنتاکت NC/NO و سه اتصال با یک کنتاکت تعویض هستند. کنتاکت های رله کنتاکت های مکانیکی هستند که معمولاً ظرفیت انتقال جریان بالاتری نسبت به خروجی های سوئیچینگ الکترونیکی دارند. به همین دلیل، کنتاکت های رله در معرض سایش مکانیکی هستند. فرکانس سوئیچینگ نیز محدود به چند فرآیند سوئیچینگ در ثانیه است. یکی از ویژگی های کلیدی یک کنتاکت رله، عملکرد بدون پتانسیل آن است.

5–سنسور با سیگنال خروجی NAMUR

سنسوری با این نوع خروجی سیگنال‌های خروجی را تولید می‌کند که مطابق با مشخصات NAMUR با عملکرد ایمنی اضافی مطابقت دارد، به عنوان مثال، یک سنسور مجاورت با طراحی مناسب یا یک رمزگذار چرخشی.

چگونه کار می کند؟

سنسورهای NAMUR سنسورهای دو سیمه هستند که وضعیت سوئیچ را از طریق مقادیر جریان خاصی که در استاندارد EN 60947-5-6 تعریف شده است نشان می دهند. سنسورهای NAMUR معمولا به تقویت کننده های سوئیچ ایزوله متصل می شوند که مقادیر جریان سنسور NAMUR را تفسیر کرده و آنها را به خروجی های سوئیچینگ گسسته تبدیل می کند. سنسورهای NAMUR همراه با تقویت کننده سوئیچ ایزوله مناسب، یک مدار ذاتی ایمن را برای استفاده در مناطق خطرناک تشکیل می دهند. در کنار کنترل خروجی سوئیچینگ، تقویت کننده سوئیچ ایزوله تشخیص اتصال کوتاه و قطعی ارتباط را فراهم می کند.

6–سنسور با خروجی جریان دیجیتال

سنسور با خروجی جریان دیجیتال یک سنسور القایی معمولی و باینری است. سیگنال سوئیچینگ به صورت دو مقدار جریان گسسته صادر می شود.

چگونه کار می کند؟

سنسورهای القایی باینری معمولاً برای تشخیص حضور استفاده می شوند. حالت تشخیص شی به صورت یک سیگنال باینری (سیگنال سوئیچینگ) منتقل می شود.

جریان خروجی 5 میلی آمپر: هیچ شیئی شناسایی نشده است.

جریان خروجی 10 میلی آمپر: شی شناسایی شد.

سنسورهای اندازه گیری

سنسورهای القایی با انواع خروجی زیر می توانند سیگنال های متعدد یا اطلاعات وضعیت مربوط به مقادیر جریان یا ولتاژ برگشتی را شناسایی (اندازه گیری) و ارسال کنند.

1–سنسور با خروجی جریان آنالوگ (4 میلی آمپر … 20 میلی آمپر)

این نوع خروجی مربوط به یک حسگر آنالوگ القایی است که یک متغیر فیزیکی – به عنوان مثال، فاصله از یک جسم فلزی – را تشخیص می‌دهد و این مقدار اندازه‌گیری شده را به عنوان مقدار جریان آنالوگ در خروجی آنالوگ تبدیل می‌کند.

چگونه کار می کند؟

سنسورهایی با خروجی جریان آنالوگ را می توان برای اندازه گیری فاصله بین سنسور و شئ استفاده کرد.

2–سنسور با خروجی ولتاژ آنالوگ (به عنوان مثال، 0 ولت … 10 ولت)

این نوع حسگر نوع دیگری از سنسورهای آنالوگ القایی است که یک متغیر فیزیکی – به عنوان مثال، فاصله از یک جسم فلزی – را تشخیص می‌دهد و این مقدار اندازه‌گیری شده را به عنوان مقدار ولتاژ آنالوگ در خروجی آنالوگ تبدیل می‌کند.

چگونه کار می کند؟

سنسورهایی با خروجی ولتاژ آنالوگ را می توان برای اندازه گیری فاصله بین سنسور و شئ استفاده کرد.

3–سنسور با AS-Interface

سنسوری که می تواند برای ارتباط فیلدباس صنعتی با AS-Interface استفاده شود. وضعیت سوئیچ و هر داده دیگری از طریق AS-Interface منتقل می شود

چگونه کار می کند؟

AS-Interface یک استاندارد ارتباط فیلدباس در سطح پایین میدان برای ارتباطات صنعتی است. AS-Interface طبق اصل دستگاه اصلی/ثانویه کار می کند و برای انتقال داده و انرژی روی یک خط دو سیمه استفاده می شود. به عنوان یک استاندارد ارتباطی، مقرون به صرفه و انعطاف پذیر است و بنابراین اغلب در کارخانه ها و سیستم های اتوماسیون استفاده می شود. نتیجه این است که حسگرهای AS-Interface می توانند در بسیاری از کاربردهای صنعتی با ساختارهای AS-Interface از قبل موجود استفاده شوند. کابل مسطح AS-Interface با فناوری سوراخ کردن امکان ادغام سریع و بدون تلاش زیاد در این ساختارهای موجود را فراهم می کند.

4–سنسور IO-Link

یک سنسور IO-Link با سیگنال های ورودی/خروجی کار می کند تا داده ها را روی یک پلاگین استاندارد M8 یا M12 برای ارتباط هوشمند (IO-Link) حسگرها و محرک ها در سطح میدان ارائه کند.

چگونه کار می کند؟

IO-Link یک اتصال نقطه به نقطه است. یک حسگر مستقیماً به یک Master IO-Link اختصاص داده می شود. حسگرهای IO-Link با شناسایی حسگر و انتقال مقادیر زیادی داده، به ویژه برای استفاده در برنامه های اینترنت اشیا (IoT) مناسب هستند. سنسورهای IO-Link را می توان در حالت عملکرد SIO (SIO = ورودی و خروجی استاندارد) استفاده کرد. این بدان معناست که این سنسورها در کاربردهای معمولی بدون ارتباط IO-Link مناسب هستند.

سنسور های پرکاربرد در صنعت