سنسور 4 نمونه طبقه بندی شده

سنسور یا حسگر (زبان انگلیسی: Sensor) ابزاری است که به یک محرک فیزیکی خاص واکنش نشان می‌دهد و یک سیگنال الکتریکی قابل اندازه‌گیری تولید می‌کند. سنسورها می‌توانند مکانیکی، الکتریکی، مغناطیسی یا نوری باشند.

سنسور گونه‌ای مبدل است. بعضی از حس‌گرها به تنهایی قابل استفاده‌اند و برای خواندن آن‌ها نیازی به وسایل جانبی دیگر نیست، مانند دماسنج جیوه‌ای. دستهٔ دیگر برای استفاده باید با وسایل دیگری همراه باشند مثل ترموکوپل. حس‌گرها در زندگی روزمره ما به صورت فراوان مورد استفاده قرار می‌گیرند، مثلاً در خودرو، گوشی همراه، ابزار برقی، و ماشین‌آلات صنعتی.

پیشرفت‌های اخیر در زمینه میکرو ابزارها، میکرو ساخت، فرایندهای شیمیایی و پردازش سیگنال دیجیتال ساخت سنسورهایی کم مصرف و کم هزینه با ابعاد میکرو یا نانو را فراهم ساخته‌است که میکروسنسور نامیده می‌شوند.میکروسنسورها کاربردهای فراوانی در زمینه پزشکی، هوافضا، تجهیزات نظامی، مخابرات و … پیدا کرده‌اند.

در دسته بندی هایی که برای سنسورها انجام می شود، سنسورها را به دو دسته ” تماسی “ و ” غیرتماسی “ تقسیم می کنند که هر یک از این دسته ها دارای زیر مجموعه هایی است.

سنسورهای تماسی:

برای سنجش دمای محیط مورد استفاده قرار می گیرند. سنسورهای تماسی دمای خود را مورد سنجش قرار داده و با تماس این سنسور به جسم مورد نظر دیگر و یا قرار گرفتن سنسور در محیط، تعادل گرمایی بین سنسور و محیط ایجاد می شود و مورد سنجش قرار می گیرد.

سنسورهای غیرتماسی:

سنسورهایی هستند که با نزدیک شدن یک جسم یا قطعه، آن را حس کرده و فعال می شوند.

مزایای سنسورهای غیرتماسی:

* سرعت سوئیچینگ زیاد

* عدم ایجاد نویز در هنگام سوئیچینگ

* عدم نیاز به نیرو و فشار

* طول عمر زیاد

* قابل استفاده در محیط های مختلف با شرایط سخت کاری

طبقه بندی انواع سنسورها

در طبقه بندی اول سنسورها به دو دسته Active و Passive (به ترتیب فعال و منفعل یعنی اینکه به ترتیب انرژی مصرف کرده یا تولید می کنند) تقسیم بندی می شوند. سنسورهای فعال آن دسته از قطعات الکترونیکی هستند که نیاز به سیگنال تحریک خارجی یا سیگنال توان دارند.

از طرف دیگر، سنسورهای منفعل به هیچ سیگنال خارجی نیاز ندارند و مستقیماً پاسخ خروجی را تولید می کنند.

نوع دیگر طبقه بندی بر اساس کمیت ها است که عبارتند از:

الکتریکی
بیولوژیکی
شیمیایی
رادیواکتیو

طبقه بندی بعدی بر اساس پدیده تبدیل یعنی ورودی و خروجی است. برخی از پدیده های تبدیل رایج عبارتند از:

فوتوالکتریک
ترموالکتریک
الکتروشیمیایی
الکترومغناطیسی
ترمواپتیک و غیره.

طبقه بندی نهایی سنسورها بر اساس سنسورهای آنالوگ و دیجیتال است. سنسورهای آنالوگ یک خروجی آنالوگ تولید می کنند؛ یعنی تولید یک سیگنال خروجی پیوسته که معمولا ولتاژ است اما گاهی اوقات با توجه به کمیت اندازه گیری شده، مقادیر دیگری مانند مقاومت و غیره می باشد.

سنسورهای دیجیتال، بر خلاف سنسورهای آنالوگ، با داده های گسسته یا دیجیتال کار می کنند. داده های موجود در سنسورهای دیجیتال که برای تبدیل و انتقال استفاده می شوند، ماهیت دیجیتالی دارند.

انواع خروجی های متداول سنسور ها

در استفاده از سنسورها باید با انواع سیگنال های خروجی الکتریکی آشنا بود. می توان خروجی ها را در پنج رده مختلف دسته بندی نمود.

نوع A: سنسورهایی با ماهیت قطع و وصل خروجی (دیجیتالی) مانند سنسورهای مجاورتی، فشار، اندازه گیری سطح مایعات و … این نوع سنسورها را عمدتاً می توان به طور مستقیم به دستگاه PLC متصل نمود.

نوع B: سنسورهایی که سیگنال خروجی آنها به صورت پالسی هستند، مانند سنسورهای اندازه گیری میزان چرخش و یا طول و … این نوع سنسورها اکثراً توسط Interface قابل وصل به دستگاه PLC می باشند. PLC می بایستی دارای شمارنده نرم افزاری و سخت افزاری باشد.

نوع C: سنسورهایی که سیگنال خروجی آنها به صورت آنالوگ بوده ولی دارای بخش تقویت کننده و یا تبدیل کننده نیستند. این سیگنال ها خیلی ضعیف بوده (در حد میلی ولت) و قابل استفاده مستقیم در دستگاه های کنترل نیستند، مانند سنسورهای پیزوالکتریک و یا سنسورهای Hall.

نوع D: سنسورهایی که سیگنال خروجی آنها به صورت آنالوگ بوده و واحد الکترونیک (تقویت کننده، تبدیل کننده) در خود سنسور تعبیه شده است. در این نوع سنسور خروجی ها را می توان به طور مستقیم جهت استفاده در دستگاه های کنترل استفاده نمود.

محدودۀ خروجی سیگنال ها عموماً به شرح زیر است:

۰…۱۰ ولت
-۵…+۵ ولت
۱٫٫٫۵ ولت
۰…۲۰ میلی آمپر
-۱۰…+۱۰ میلی آمپر
۴…۲۰ میلی آمپر

نوع E: سنسورهایی که سیگنال خروجی آنها مطابق با استانداردهای شبکه های صنعتی است مانند RS-485, RS-422-A, RS-232-C و یا جهت Fieldbus مانند Profibus، ASI و … در نظر گرفته شده اند.

انواع سنسورهای صنعتی

سنسورهای صنعتی دارای ساختارهای متنوعی هستند و هر کدام عملکرد خاصی دارند. آنها بر اساس کاربردی که دارند طراحی شده اند.

در ادامه ۷ سنسور مهم و کاربردی را معرفی می‌کنیم:

سنسور مجاورتی القایی: از خانواده سنسورهای مجاورتی بوده که بدون کوچکترین تماسی کار خود را انجام می‌دهد. در مقابل فلزاتی که به آن نزدیک می‌شوند به سرعت عکس العمل نشان می‌دهد و با شناسایی فلز اطلاعات را به سایر المان ها ارسال می‌کند. این مدل جز پر کاربردترین سنسورهای الکتریکی است.
سنسور مجاورتی آلتراسونیک: این مورد نیز جزء سنسورهای مجاورتی بوده اما عملکرد متفاوتی دارد. زمانی که سطح جسم به سنسور نزدیک می‌شود یک پالس صوتی کوتاه از آن منعکس می‌گردد و این می تواند فاصله را به خوبی اندازه گیری کند. برای سنجش میزان فاصله و همچنین ذوب مواد این مدل بهترین گزینه به شمار می‌رود.
سنسور فوتو الکتریک: برای تشخیص موقعیت این ابزار بهترین گزینه است. این پرتو به راحتی قطع و وصل می‌گردد. برای راه اندازی مدارات الکتریکی این مدل یک انتخاب خوب است.
سنسور مجاورتی خازنی: این سنسور جزء مدل های بدون تماس بوده و برای تشخیص اجسام فلزی و غیر فلزی عالی است. حساسیت و پهنای باند این سنسور بالا بوده و به دلیل کم حجم بودن و نصب آسان مورد استقبال قرار می‌گیرند.
سنسور اثر هال: در صورتی که یک هادی از میدان مغناطیسی این سنسور عبور کند ولتاژی به آن القا خواهد شد. این مدل به عنوان سنسور اصلی برای اندازه گیری جریان ، دما و فشار معرفی می‌شود. کمیت فیزیکی که در میدان تولید می‌شود توسط سنسور حس می‌گردد.
سنسور گاز: این سنسور می‌تواند سطح آلاینده ها و گازهای سمی را بررسی کند و با اندازه‌گیری دقیق مانع از آسیب و تخریب محیط زیست گردد.
سنسور فشار: برای اندازه گیری فشار گاز و مایعات این سنسور می‌تواند بهترین عملکرد را داشته باشد. کارایی این وسیله به عنوان مبدل بوده و با فشار سیگنال وارد می‌کند.

چگونه بهترین سنسور را انتخاب کنیم؟

عوامل زیادی را باید هنگام انتخاب سنسور در نظر گرفت. اما انتخاب سنسور با انتخاب پارامتر فیزیکی مورد اندازه‌گیری شروع می‌شود. پس از مشخص شدن پارامتر اندازه‌گیری چند عامل مهم دامنه‌ی عملکرد سنسور، میزان دقت و هزینه را باید در انتخاب سنسورها در نظر گرفت.

دامنه‌ی عملکرد سنسور

مهمترین فاکتوری که در سنسور باید در نظر گرفت دامنه‌ی عملکرد است. برای مثال، در طراحی سیستم دیگ بخار که دمای جوش مایع را در ۵۰۰ درجه سانتی‌گراد کنترل می‌کند، نباید از سنسوری استفاده کرد که فقط توانایی تشخیص ۱۵۰ درجه سانتی‌گراد را دارد. بنابراین باید مطمئن شد که سنسور پاسخ‌گوی محدوده مورد نیاز برنامه باشد.

میزان دقت

قبل از انتخاب سنسور، باید در مورد میزان دقت مورد نیاز سنسور به جمع‌بندی رسید. برای مثال، یک سنسور دما با دقت ۱ درجه سانتی‌گراد برای طراحی سیستم تعبیه شده در دیگ بخار کافی خواهد بود. با این حال، این سنسور با دقت یکسان ممکن است برای برخی از آزمایش‌های مهم علمی یا دستگاه‌هایی که نیاز به دقت ۱/۰ درجه سانتی‌گراد دارندکافی نباشد.

هزینه

سنسورهای الکترونیکی از نظر قیمت بسیار متنوع‌اند. به راحتی می‌توان حدس زد که سنسورهای با دقت بالا همیشه گران‌تر از سنسورهای با دقت پایین هستند. میزان دامنه‌ی عملکرد نیز در تعیین قیمت سنسور نقش دارد. نکته این است که باید مطمئن شد که سنسور انتخابی در بودجه مجاز پروژه بهترین نتایج را به همراه دارد؟

جمع‌بندی

سنسور وسیله‌ی الکتریکی برای اندازه‌گیری پارامترهای فیزیکی است.
سنسورها در اکثر صنایع و مکانیزم‌های کنترلی نقش مهمی ایفا می‌کنند.
سنسورها را می‌توان بر اساس نوع پارامتر اندازه‌گیری، نوع عملکرد، منبع توان، تکنولوژی استفاده شده برای عملکرد سنسور، نوع ساختمان، محل نصب و نوع خروجی دسته‌بندی کرد.
عواملی مانند نوع پارامتر اندازه‌گیری، میزان دقت سنسور، دامنه‌ی عملکرد و هزینه‌ها می‌توانند در انتخاب سنسورها موثر باشند.