سنسور القایی چیست؟

سنسور القایی یک نوع حسگر غیر تماسی است که از اصل القای الکترومغناطیسی برای تشخیص حضور یا عدم حضور اشیاء فلزی استفاده می‌کند. این نوع سنسور هنگامی که حضور جسم فلزی را تشخیص دهد، یک خروجی (با توجه به مدل) فعال می کند و می تواند فرمان را به المان هایی همچون رله ها، کنتاکتورها، شیرهای برقی، تجهیزات اندازه گیری و یا تجهیزات کنترلی مانند plc ها ارسال کند. قیمت سنسورهای القایی و ساده بودن نصب و راه اندازی آن ها باعث شده به یکی از پرمصرف ترین تجهیزات در صنعت تبدیل شود. این قطعه ها فقط نسبت به فلزات حساس می باشند، به همین علت برای محیط هایی که دارای رطوبت و گرد و غبار هستند کارایی ندارند. سنسور القایی بر خلاف میکروسوئیچ و لیمیت سوئیچ که شیوه تشخیص آنها تماس مکانیکی است، عمل می کند.

ساختمان سنسورهای القایی و مکانیزم کار آن ها چیست؟

زمانی که جسم فلزی وارد میدان مغناطیسی فرکانس بالا (تولید شده توسط کویل آشکارسازی) می شود، جریان القا شده در فلز باعث تلفات حرارتی شده و در نتیجه باعث کاهش یا توقف نوسان ساز می شود. این تغییر حالت توسط یک مدار تشخیص حالت نوسان ساز کشف می شود و پس از آن مدار خروجی را فعال می کند.

این حسگر از یک سیم پیچ (coil) که به دور یک هسته آهنی پیچده شده است و در قسمت ابتدایی سنسور قرار دارد، تشکیل شده است. یک میدان الکترومغناطیسی نوسانی در اطراف سیم پیچ به وسیله مدار نوسانگر (Oscillation circuit) تولید شده و زمانی که یک جسم فلزی وارد این میدان می شود، مدار (Detection circuit) این تغیرات را تشخیص می دهد و آن را برای مدار (Integrated circuit) ارسال می کند. این مدار نیز فرمان را برای مدار خروجی (Output circuit) ارسال کرده و در میان مدار خروجی (Output circuit) و مدار (Detection circuit) قسمتی به نام (Amplifier circuit) وجود دارد تا سیگنال ارسالی از مدار (Detection circuit) را تقویت و برای مدار خروجی ارسال نماید.

انواع سنسورهای القایی

سنسورهای القایی از لحاظ نوع، شکل ظاهری، نوع حفاظت فیزیکی و نوع خروجی به دسته های مختلفی تقسیم می شوند:

1-شکل ظاهری

1. استوانه ای

2. مکعبی

3. تخت

2-نوع حفاظت فیزیکی

1-شیلد یا سر تخت (Shielded -flash): در این حالت شیلد (رزوه) تا قسمت ابتدایی سنسور قرار گرفته است. در این حالت میدان الکترومغناطیس محدود و متمرکز به قسمت جلویی سنسور می شود این سنسور را می توان هم سطح یک سطح فلزی نصب کرد. سنسور های شیلددار به دلیل حضور این شیلد فاصله سنس کمتری نسبت به سنسورهای بدون شیلد دارند.

2-بدون شیلد یا سربلند (Non-shielded -Non-flash): در این حالت شیلد (رزوه) تا قسمت ابتدایی سنسور قرار نگرفته است در این حالت میدان الکترومغناطیس صرفاً محدود به قسمت جلوی سنسور نیست و در اطراف سنسور نیز میدان مغناطیسی وجود دارد به همین دلیل نمی توان این سنسور را هم سطح با یک سطح فلزی نصب کرد. سنسور های بدون شیلد نسبت به سنسورهای شیلددار فاصله سنس بیشتری دارند.

3- تغذیه سنسورهای القایی

تغذیه سنسورهای القایی به دو دسته مستقیم (DC)  و متناوب (AC) تقسیم می شوند. این دو مدل سنسور از لحاظ عملکرد مشابه یکدیگر هستند.

4- خروجی سنسورهای القایی

خروجی سنسورهای القایی با توجه به نوع تغذیه ورودی به دو دسته اصلی تقسیم می شوند.

شکل 8 فلوچارت

خروجی با تغذیه مستقیم یا DC :

خروجی این مدل سنسور نیز به دو دسته دو سیمه و سه سیمه تقسیم می شود.

دوسیمه (2 wire)

این خروجی به دو دسته نرمال باز (NO) و نرمال بسته (NC)تقسیم می گردد.

خروجی نرمال باز (NO) : در این حالت خروجی سنسور در حالت عادی باز می باشد، به زبان ساده تر زمانی که سنسور القایی حضور جسم را تشخیص می دهد فرمان وصل خروجی را صادر می کند.

خروجی نرمال بسته (NC) : در این حالت خروجی سنسور در حالت عادی بسته می باشد، به بیان ساده تر هنگامی که سنسور القایی حضور جسم را تشخیص می دهد فرمان قطع خروجی را صادر می کند.

سه سیمه (3wire)

این خروجی به دو دسته مثبت یا PNP و منفی یا NPN تقسیم می شود.

• • • خروجی مثبت یا PNP
    • خروجی منفی یا NPN

خروجی با تغذیه متناوب یا AC :

• • • خروجی نرمال باز (NO)
    • خروجی نرمال بسته (NC)

پاسخ فرکانسی

به تعداد دفعاتی که جسم هدف می تواند در مدت زمان یک ثانیه از مقابل سنسور عبور کرده و سنسور بدون خطا آن را تشخیص دهد پاسخ فرکانسی می گویند که با Hz (هرتز) نمایش داده می شود.

جسم هدف استاندارد

استاندارد مربوط به شکل، اندازه و مواد سازنده هدف برای هر کدام از مدل ها به منظور انداه گیری با کارایی استاندارد است.

فاصله تشخیص سنسورهای القایی  (sensing distance)

سنسورهای القایی با توجه به مدل، دارای فاصله سنس مشخص و استانداری می باشند و ملاک این استاندارد را جسم هدف (Target) تعیین می کند. جنس و ابعاد جسمی که در مقابل این سنسور قرار می گیرد بسیار مهم است. این استاندارد بر اساس جنس یعنی آهن خالص و ابعاد آن که با توجه به فاصله سنس سنسور می باشد، تعیین می شود به عنوان مثال زمانی که فاصله تشخیص یک سنسور 8 میلی متر باشد ابعاد جسم هدف باید 8 *8 میلی متر باشد.

فاصله تنظیمی

فاصله تنظیمی رنج تشخیص سنسور است که در آن می تواند به صورت پایدار اهداف تشخیص استاندارد را کشف نماید. حتی در شرایطی که تغییرات دمای محیط یا نوسان ولتاژ تغذیه وجود داشته باشد. به طور معمول، این مقدار %70 از مقدار حداکثر فاصله عملکرد می باشد.

درسنسورهای القایی هنگامی که جسم مورد نظر در راستای عمود بر سطح سنسور به سنسور نزدیک می شود، فاصله تشخیص سنسور همان فاصله استاندارد سنسور می باشد ولی زمانی که جسم از جلوی سنسور هم راستای سطح سنسور عبور می کند فاصله تشخیص سنسور به 70 درصد فاصله استاندارد کاهش می یابد.

نحوه نصب سنسورهای القایی

• نصب به صورت رو به روی هم: هنگامی که سنسورهای مجاورتی روبروی هم نصب می شوند، به دلیل اثر تداخل مشترک، اشکال در کار سنسور ایجاد می شود، لذا فاصله به اندازه 6 برابر بلندتر از فاصله تشخیص بین سنسورها در نظر گرفته می شود.

• نصب به صورت کنارهم: هنگامی که سنسورهای مجاورتی به صورت کنار هم نصب می شوند، به دلیل اثر تداخل مشترک در کار سنسور اشکال به وجود می آید لذا از فرکانس دیفرانسیل خود مطابق شکل زیر استفاده می کند.

سنسورهای القایی استوانه ای به دو دسته شیلددار و بدون شیلد تقسیم می شوند که نحوه نصب آنها در شکل زیر نشان داده شده است.

• نصب توکار: این مدل نصب مخصوص سنسورهای شیلددار است که بیشترین مساحت سنسور با فلز احاطه شده تا صفحه اکتیو در اثر نزدیک شدن فلزات از کنار فعال نشود . فاصله تشخیص این نوع کوتاه تر از نوع روکار یا بدون شیلد است و صفحه اکتیو سنسور می تواند به صورت هم سطح با سطح فلزی مانند شکل زیر نصب شود.

• نصب روکار: سنسورها به راحتی تحت تأثیر نزدیک شدن فلزات از کنار و طرفین قرار می گیرند. به این دلیل که قسمت کنار صفحه، حساس به فلز شیلد نشده است، فاصله تشخیص بلندتر از نوع توکار بوده ولی زمان نصب سنسور، آن را طرف مقعر نصب می کنند، و فاصله را 3 برابر بلندتر از قطر سنسور مطابق شکل زیر در نظر می گیرند.

• نصب به صورت موازی توکار

• نصب به صورت موازی روکار

نکته : در سنسورهای بدون شیلد به دلیل اینکه میدان مغناطیسی در اطراف نوک سنسور وجود دارد باید به اندازه سه برابر قطر سنسور در اطرف سنسور فضای خالی وجود داشته باشد و هیچ شی فلزی نباید در این محدوده وجود داشته باشد.

هنگامی که بخواهیم سنسورهای القایی را به صورت موازی در کنار هم نصب کنیم باید طبق شکل بالا فاصله بین هر سنسور را رعایت کنیم.

نحوه سیم بندی سنسورهای القایی

• سنسور القایی دو سیمه DC

• اتصال سری دو سنسور دو سیمه DC

• اتصال موازی دو سنسور دو سیمه DC

• سنسور القایی سه سیمه DC

• اتصال سری دو سنسور سه سیمه DC

• اتصال موازی دو سنسور سه سیمه DC

• نحوه اتصال سنسورهای القایی AC

• اتصال موازی دو سنسور AC

• اتصال سری دو سنسور AC