لوگو الكتنو
021-91017651

سنسور القايي

سنسور القايي

سنسور القايي یکی از مهم‌ ترین و پرکاربردترین سنسورهای صنعتی است. سنسورهای القایی به سنسورهای می‌ گویند که موقعیت، حرکت و یا حضور اجسام را بدون تماس فیزیکی تشخیص می‌ دهند. این سنسورها تنها در مقابل فلزات واکنش نشان می‌ دهند و در صنعت بسیار پرکاربرد هستند. به همین دلیل ما در این جابه بررسی سنسور القايي، ویژگی‌ ها و کاربردهای آن می‌ پردازیم، پس لطفاً تا پایان این مقاله را با حوصله و دقت بخوانید.

آشنایی با سنسور القايي

همان‌ طور که در مقدمه اشاره کردیم، سنسور القایی یکی از پرکاربردترین و مهم‌ ترین سنسورها در صنعت است. این سنسورها موقعیت، حرکت و حضور اجسام را تشخیص می‌ دهند، بدون این‌ که هیچ‌ گونه تماس فیزیکی برقرار کنند و تنها به در مقابل فلزات واکنش نشان می‌ دهند.

سنسور القايي می‌ تواند به شیرهای برقی، رله‌ ها، مدارات کنترل الکتریکی و سیستم‌ های اندازه‌ گیری به‌ طور مستقیم فرمان‌ هایی را ارسال نماید.

سنسور القایی از جریان القاء شده به وسیله میدان مغناطیسی جهت تشخیص دادن اجسام فلزی نزدیک استفاده می‌ کند. این سنسورها از یک کویل یا سلف برای تولید کردن میدان مغناطیسی با فرکانس بالا بهره می‌ گیرد.

اگر در نزدیکی میدان مغناطیسی که در حال تغییر است یک جسم فلزی قرار دهید، جریان شروع به گردش در جسم می‌ کند، البته حتی در صورت عدم حضور جسم نیز سنسور القائی می‌ تواند هم چنان در حال نوسان باشد.

کاربرد سنسور القايي

 این نکته در خصوص سنسور القايي کافی است که امروزه اتوماسیون صنعتی بدون حضور سنسور القائی معنائی ندارد. از این سنسورها برای تشخیص دادن موقعیت اجسام فلزی در صنایع مکانیک، صنایع الکترونیک، صنایع اتومبیل، مواد غذایی، پلاستیک و دیگر صنایع بهره می‌ گیرند.

این سنسورها معمولاً در کارهایی مورد استفاده قرار می‌ گیرند که نیاز به ایمنی، دقت و اطمینان بالا دارند و در شرایط محیطی سخت هستند. کاربرد سنسورهای القایی در صنایع مختلف فراوان است که یکی از آن‌ ها اتوماسیون صنعتی است. برخی دیگر از کاربردهای سنسورهای القایی عبارت هستند از:

  1. خطوط تولید
  2. بسته‌ بندی
  3. خطوط مونتاژ
  4. تشخیص حرکت
  5. تشخیص موقعیت
  6. کنترل حرکت
  7. قالب تزریق پلاستیک
  8. تشخیص دور موتور
  9. صنعت خودرو
  10. کاربردهای دریایی
  11. تشخیص دادن موقعیت و حرکت قطعات فلزی که سرعت حرکت بالایی دارند.
  12. استفاده در زمینه‌ های پزشکی مختلف مثلاً برای ام آر آی استفاده در سنسورهای راهنمایی و رانندگی

علاوه‌ بر تمامی این موارد سنسورهای القایی دارای کاربردهای رایج دیگری مانند آشکارسازهای فلزی، شستشوی ماشین، چراغ‌ های راهنمائی و تعداد دیگری از فرایندهای صنعتی خودکار هستند. چون این سنسورها نیازی به تماس فیزیکی ندارند، بنابراین کاربرد آن‌ ها در صنایع مختلف به یک چالش بحث‌ برانگیز در مکان‌ هایی که دارای گرد و غبار زیادی هستند، تبدیل‌ شده است.

مزایای استفاده از سنسورهای القایی

 با توجه به کارایی‌ ها و کاربردهای مختلفی که در بالا برای سنسور القايي مطرح کردیم می‌ توانید به این نکته پی ببرید که این سنسورها چه مزایای مختلفی در صنایع دارند. برخی از این مزایا را در زیر برای شما عنوان می‌ کنیم.

  1. تشخیص دادن بدون تماس
  2. مقاومت کردن بالا در برابر مواد خارجی
  3. کیفیت بالا
  4. خطی بودن بالا
  5. سرعت سویچینگ بالا
  6. تکرارپذیری بالا
  7. دقت بالا
  8. نصب آسان
  9. تعمیر و نگه داری رایگان
  10. دریفت دمایی کم
  11. عمر طولانی
  12. قیمت مناسب
  13. سازگاری با محیط اطراف
  14. مقاوم بودن در برابر شرایط مختلف محیطی و مناطقی که دارای گرد و غبار آلودگی خاک و غیره هستند.

انواع سنسورهای القایی بر اساس ساختمان آن‌ ها

سنسور القايي را بر اساس ساختمان آن‌ ها به دو نوع تقسیم‌ بندی می‌ کنند که در زیر به توضیح هر کدام از آن‌ ها می‌ پردازیم.

سنسور القایی Flushed یا Shielded

این نوع از سنسور را سنسور سرتخت می‌ گویند. یعنی قسمت حساسی از آن هم‌ سطح با قسمت فلزی است که زمان خروجی سنسور فعال می‌ شود. در این حالت قطعه فلز به‌ طور مستقیم رو به روی سنسور قرار می‌ گیرد. از مهم‌ ترین و اصلی‌ ترین مزایای این سنسورها فرکانس سویچینگ بالاتر، دقت بالا، عمر مکانیکی بالا و نویز پذیری کم تر است. از معایب آن نیز می‌ توان به فاصله تشخیص کم آن‌ ها اشاره کرد.

سنسور القايي Non Flushed یا Unshielded

به این نوع از سنسور القايي سربلند می‌ گویند، چون قسمت تخت آن‌ ها خارج از پوسته فلزی است و زمان خروجی سنسور فعال می‌ شود. در این‌ صورت قطعه فلز رو به‌ رو یا در مجاورت سنسور قرار می گیرد. از مزایای مهم این سنسورها فاصله تشخیص بالاتر است، از معایب آن نیز می‌ توان به فرکانس سویچینگ، دقت و عمر مکانیکی کم آن‌ ها اشاره کرد.

نحوه کار و ساختار سنسور القایی

سنسور القايي یا Inductive Sensor  طبق قانون القای فارادی عمل می‌ کند. این سنسورها به‌ طور معمول دارای ۲ ساختار داخلی متفاوت هستند. در ساده‌ ترین نوع سنسورها ۱ سیم‌ پیچ با اسیلاتور هدایت می‌ شود، بنابراین وقتی جسم فلزی به سیم‌ پیچ نزدیک شود، اندوکتانس سیم‌ پیچ تغییر پیدا می‌ کند، در نتیجه تغییر جریان یا تغییر فرکانس در سیم‌ پیچ رخ می‌ دهد. این نوع از سیم‌ پیچ‌ ها ممکن است هسته فرومغناطیسی داشته باشند که در این صورت میدان مغناطیسی شدیدتر خواهد شد و حساسیت دستگاه نیز افزایش می‌ یابد. در برخی از موارد می‌ توانیم از ۱ کویل بدون هسته فرومغناطیسی برای این نوع سنسورها استفاده کنیم. به‌ ویژه اگر ناحیه پوشش‌ دهی سنسور القائی منطقه بسیار بزرگی باشد.

در نوع دیگری از سنسور القایی از ۱ سیم‌ پیچ برای تولید کردن یک میدان مغناطیسی که در حال تغییر است استفاده می‌ کنند و از سیم‌ پیچ دیگری به‌ عنوان سیم‌ پیچ دوم برای احساس تغییرات در این میدان مغناطیسی استفاده می‌ شود.

سنسورها خود به‌ طور معمول از یک حلقه‌ القائی ایجاد شده‌ اند. جریان الکتریکی که در آن‌ ها وجود دارد یک میدان مغناطیسی ایجاد می‌ کند. این میدان مغناطیسی هنگامی‌ که برق ورودی متوقف شود، باعث تولید جریانی می‌ شود که از عبور اولیه آن به صفر رسیده‌ است. با توجه به مواد داخل آن القای نوسان حلقه تغییر می‌ کند و چون فلزات بسیار حساس‌ تر از دیگر مواد هستند، وجود آن‌ ها باعث افزایش جریان از طریق حلقه می‌ شود. این تغییر از طریق حسگر مدار قابل‌ تشخیص است و پس‌ از آن در هر زمان که فلز شناسائی شود، دستگاه سیگنال می‌ دهد.

اتصالات سنسور القایی و بررسی ویژگی‌ های آن

سنسورهای القائی با کابل در دسترس می ‌باشند که از قبل به یکدیگر وصل شده ‌اند یا می ‌توانند یک رابط داشته باشند که کابل بر روی آن پیچ بخورد.

سنسور القايي دارای ویژگی ‌های ظاهری و فنی بسیار متفاوتی نیز می ‌باشند برخی از ویژگی ‌های ظاهری می‌ توانند بر روی ویژگی ‌های فنی آن تاثیرگذار باشند. انواع سنسور بر اساس ویژگی ‌های ظاهری، شکل ظاهری، مکعبی یا استوانه ‌ای، قطر سنسور، سایز سنسور مکعبی یا قطر سنسور استوانه ‌ای، نوع نصب کردن سنسور بر اساس سرتخت (شیلد) یا غیره شیلد بودن

جنس بدنه سنسور (فلز پلاستیک و غیره) جنس روکش و طول سیم آن

سنسورهای القایی بر اساس ویژگی‌های فنی آن ‌ها

 براساس ویژگی ‌های فنی نیز سنسورهای القائی انواع مختلفی را شامل می‌ شوند که عبارت هستند از:

  1. تعداد سیم‌ های سنسور
  2. فاصله دید سنسور
  3. محدوده دمایی
  4. عملکرد برای سنسور
  5. نوع خروجی یا ورودی آن AC یا DC، NO یا NC، PNP یا NPN به‌ صورت دیجیتالی یا آنالوگ
  6. خروجی‌ های خاص جهت اتصال به شبکه سرعت و یا فرکانس کاری برای سنسور القائی

طرز کار سنسور القایی

 قسمت اساسی و حساس حسگرها در سنسور القايي از یک اسیلاتور با فرکانس بالا تولید شده‌ است. این بخش می‌ تواند به وسیله قطعات فلزی تحت تاثیر قرار بگیرد. اسیلاتور موجب به وجود آمدن میدان مغناطیسی در بخش حساس سنسور می‌ شود. با نزدیک شدن یک قطعه فلزی جریان‌ های گردابی در قطعه به وجود می‌ آیند که این عمل موجب جذب انرژی میدان می‌ شود، در نتیجه دامنه اسیلاتور کم می‌ شود.

از طرفی می‌ دانیم طبقه دمدولاتور آشکارساز دامنه اسیلاتور است. بنابراین هنگامی‌ که دامنه اسیلاتور کاهش یابد به طبقه اشمیت تریگر منتقل می‌ شود و این بخش نیز به نوبه خود موجب تحریک طبقه خروجی خواهد شد. در این مدل از سنسورها قطر سنسور با فاصله‌ آن رابطه مستقیم دارد، یعنی هر چه که قدر قطر سنسور بیش تر باشد، توانایی تشخیص سنسور و سرعت سویچینگ آن نیز بیش تر می‌ شود. به‌ طور معمول قطر این سنسورها برابر با ۰.۶ میلی متر تا ۳.۵  سانتی متر است.

میزان حساسیت و فاصله عملیاتی حس‌گر در سنسور القائی به‌ اندازه، شکل و جنس فلزی بستگی دارد که قرار است تشخیص داده شود. میان فلزات مختلفی مانند آهن، استیل، برنز، برنج، آلومینیوم، مس و غیره هر کدام حساسیت‌ های خاصی دارند و نحوه تشخیص آن‌ ها توسط سنسور القایی متفاوت است.

انواع سنسور القایی خاص

برخی از حسگرهای سنسور القايي برای کاربردهای خاصی طراحی و تولید شده‌ اند که عبارت هستند از: آنالوگ، نامور، سرعت بالا، محیط‌ هایی با حرارت بالا، کنترل وضعیت، ولوو و برای محیط‌ های با فشار بالا که در زیر به بررسی سنسور القایی آنالوگ و سنسور القائی سرعت بالا می‌ پردازیم. سنسور القایی آنالوگ

این حس‌گر برخلاف حس‌گر القایی دارای خروجی آنالوگ است‌ و در برابر انواع فلزات عکس‌ العمل نشان می‌ دهد. عکس‌ العمل آن نیز به‌ صورت ولتاژ و یا جریان‌ های خطی است که متناسب با سیگنال‌ های استاندارد ابزار دقیق در خروجی سنسور ظاهر می‌ شوند.

سنسورها این کار را با فاصله عملیاتی نسبتاً طولانی انجام می‌ دهند و اندازه و در اندازه و تعدادهای متفاوتی در دسترس می‌ باشند. مقدار اثر خود القایی برای سنسور در مراحل نصب تعریف می‌ شود. این نوع از سنسورها در برابر نویز اثرپذیر هستند، بنابراین در برابر نوین نیز باید حفاظت شوند. از موارد کاربرد سنسور القایی آنالوگ می‌ توان به اندازه‌ گیری کردن ضخامت قطعات فلزی، اندازه‌ گیری کردن فاصله قطعات فلزی از سنسور، جداسازی کردن قطعات با ابعاد مختلف و غیره اشاره کرد.

سنسور القايي سرعت بالا

در مراحل مختلف صنعتی اندازه‌ گیری کردن سرعت چرخش با استفاده کردن از سنسور سرعت القایی متداول است. از طرف یکی از مشخصه‌ های مهم در حسگرها فرکانس سویچینگ آن است. تولید کنندگان این مدل از سنسورها نوعی سنسور را طراحی و تولید کرده‌ اند که با فرکانس سویچینگ بالا به‌ منظور اندازه‌ گیری کردن سرعت‌ های بالا طراحی شده‌ است.

نحوه عملکرد سنسور القايي سرعت بالا به این شکل است که در بخش حساس آن میدان مغناطیسی قرار دارد. این میدان با حرکت چرخ‌ دنده ها تغییر می‌ کند و چون خروجی این حسگرها سلفی است، این تغییرات به‌ صورت پالس‌ هایی در قسمت خروجی ظاهر می‌ شوند. از کاربردهای مهم این نوع حسگرها می‌ توان به لوکوموتیو، اندازه‌ گیری سرعت موتور، پمپ، چرخ‌ دنده، توربین و غیره اشاره کرد.