انواع سنسور ها در صنعت

همه ما در زندگی روزمره با انواع سنسور سر‌وکار داریم. در بسیاری وسایل خانگی مانند یخچال، ماشین لباسشویی، کولر گازی، گوشی تلفن همراه و لپ‌تاپ از سنسورها برای اندازه‌گیری دما فلو، فشار، شتاب و سایر پارامترهای فیزیکی استفاده می‌شود. سنسورها در محیط‌های صنعتی هم بسیار پرکاربرد هستند و بخش مهمی از سیستم اتوماسیون صنعتی به شمار می‌روند؛ به شکلی که کنترل فرایندهای صنعتی بدون استفاده از سنسور غیرممکن است.

تقسیم بندی انواع سنسورها در ابزار دقیق بر اساس اکتیو و یا پسیو بودن

در این دسته بندی انواع سنسور های ابزار دقیق به دو دسته سنسورهای اکتیو (Active) و سنسورهای پسیو (Passive) تقسیم می­شوند. سنسورهای اکتیو یا فعال آن­هایی هستند که نیاز به سیگنال تحریک خارجی دارند. از طرف دیگر سنسورهای پسیو یا غیرفعال به هیچ سیگنال تحریک خارجی نیاز ندارند و مستقیماً پاسخ خروجی را تولید می­کنند. در شکل شماتیکی از تفاوت انواع سنسورهای اکتیو و پسیو مشاهده می­شود.

تقسیم بندی انواع سنسورها در ابزار دقیق بر اساس نوع ابزار تشخیص

نوع دیگر دسته بندی انواع سنسورها در ابزار دقیق بر اساس ابزار تشخیص استفاده شده در سنسور است. به این ترتیب سنسورها را می­توان به شکل زیر دسته بندی نمود:

سنسورهای الکتریکی (Electric)

سنسورهای بیولوژیکی (Biological)

سنسورهای شیمیایی (Chemical)

سنسورهای رادیواکتیو (Radioactive)

تقسیم بندی انواع سنسورها در ابزار دقیق بر اساس نوع تبدیل

سنسورها را همچنین می­توان براساس نوع تبدیلی (تبدیل سیگنال ورودی به خروجی) که در آن­ها صورت می­پذیرد به انواع مختلفی تقسیم نمود. برخی از این انواع عبارتند از:

سنسورهای فوتوالکتریک (Photoelectric)

سنسورهای ترموالکتریک (Thermoelectric)

سنسورهای الکتروشیمیایی (Electrochemical)

سنسورهای الکترومغناطیسی (Electromagnetic)

سنسورهای ترمواپتیک (Thermooptic)

تقسیم بندی انواع سنسورها در ابزار دقیق بر اساس دیجیتال و یا آنالوگ بودن

انواع سنسورها در ابزار دقیق را می­توان به دو دسته کلی سنسورهای آنالوگ (Analog) و دیجیتال (Digital) نیز تقسیم بندی نمود. سنسورهای آنالوگ یک خروجی آنالوگ تولید می­کنند، یعنی سیگنال خروجی این سنسورها پیوسته است. اما سنسورهای دیجیتال، بر خلاف سنسورهای آنالوگ، با داده­های گسسته یا دیجیتال کار می­کنند. داده­های موجود در سنسورهای دیجیتال که برای تبدیل و انتقال استفاده می­شوند، ماهیت دیجیتالی دارند.

تقسیم بندی انواع سنسورها در ابزار دقیق بر اساس نوع عملکرد

سنسورها در ابزار دقیق انواع مختلفی طراحی و تولید می­گردند که آن­ها را با توجه به نوع عملکردشان می­توان به دسته­ های ذیل تقسیم بندی نمود:

سنسورهای موقعیت (Position Sensors)

تماسی (Contacting)

غیر تماسی (Non-contacting)

اثر هال (Hall effect)

خازنی (Capacitive)

جریان­های ادی یا گردابی (Eddy Current)

اولتراسونیک (Ultrasonic)

لیزری (Laser)

خطی (Linear)

روتاری (Rotary)

سنسورهای فشار (Pressure Sensors)

سنسورهای دما (Temperature Sensors)

سنسورهای نیرو (Force Sensors)

سنسورهای لرزه­سنج (Vibration Sensors)

سنسورهای پیزو (Piezo Sensors)

سنسورهای اندازه­گیری مشخصه­های سیالات (Fluid Property Sensors)

سنسورهای رطوبت (Humidity Sensors)

سنسورهای کرنش­سنج (Strain gauges)

حسگرهای نوری (Photo Optic Sensors)

سوئیچ­ های جریان (Flow and Level Switches)

سنسورهای شتاب­سنج (Accelerometer)

سنسور گاز (Smoke and gas and Sensor)

میکروفون یا سنسور صدا (Microphone (Sound Sensor))

سنسور شیب­سنج (Tilt Sensor)

سنسور رنگ (Color Sensor)

سنسور مادن قرمز (IR (Infrared) Sensor)

سنسور مجاورتی (Proximity Sensors)

سنسور فشار، که یکی از مهمترین انواع سنسور در ابزار دقیق به حساب می ­آید، در حقیقت فشار را به یک سیگنال الکتریکی تبدیل می­کند. سنسورهای فشار با 6 تکنولوژی مختلف ساخته می­شوند که هر کدام از آن­ها ویژگی­ های خاص خود را داند. این 6 تکنولوژی به همراه توضیح مختصری در مورد نوع عملکردشان در ذیل آورده شده است.

سنسورهای فشار پتانسیومتری: که در آن لوله بوردون یک بازو را به حرکت درآورده و نهایتا اندازه گیری فشار نسبی صورت می­پذیرد.

سنسورهای فشار القایی: که از یک ترانسفورماتور دیفرانسیل متغیر خطی (LVDT) برای تغییر میزان کوپلینگ القایی که بین سیم پیچ ­های اولیه و ثانویه ترانسفورماتور رخ می­دهد، بهره می­برد.

سنسورهای فشار خازنی: که در آن یک دیافراگم توسط فشار اعمال شده منحرف می­شود که منجر به تغییر در مقدار ظرفیت خازن می­گردد. نهایتا با کالیبره کردن مقدار ظرفیت خازن، فشار اعمالی سنجیده می­شود.

سنسورهای فشار پیزوالکتریک: که در آن از موادی نظیر سرامیک و کوآرتز استفاده می­شود که هنگامی که در معرض تنش قرار بگیرند، پتانسیل الکتریکی تولید می­کنند.

سنسورهای فشار کرنش­سنج: که در آن با اندازه‌گیری تغییر مقاومتی که در ماده‌ای مانند سیلیکون زمانی که تحت فشار مکانیکی قرار می‌گیرد، مقدار فشار قابل اندازه گیری خواهد شد.سنسورهای فشار رلوکتانس متغیر: که در آن از یک دیافراگم که در یک مدار مغناطیسی قرار دارد استفاده می­شود. هنگامی که فشار به سنسور اعمال می­شود، انحراف دیافراگم باعث تغییر در رلوکتانس مدار شده و با اندازه گیری این تغییر، میزان فشار اعمالی بدست می­ آید.

اندازه گیری فشار را می­توان برای تعیین محدوده­ای از مقادیر مختلف بسته به اینکه آیا اندازه گیری فشار نسبت به جو، شرایط خلاء و یا سایر سطوح مرجع فشار انجام می­شود، انجام داد. سنسورهای فشار تجهیزات اندازه گیری هستند که می­توانند برای تشخیص فشار با توجه به متغیرهای فوق الذکر طراحی و پیکر بندی شوند. اصول سنجش فشار مکانیکی در اکثر واحدهای سنجش فشار استاندارد، صرف نظر از دسته بندی آن­ها به عنوان ابزارهای فشار دیفرانسیلی، مطلق و یا گیج مشترک است. در زیر به معرفی رایج­ترین نوع سنسورهای فشار می­پردازیم.

انواع سنسور دما در ابزار دقیق کدامند؟

در ادامه به بررسی انواع سنسور دما در ابزار دقیق می پردازیم. هر یک از این سنسورها کاربردهای مخصوص خود در صنایع گوناگون دارند.

1) حسگر دما ترموکوپل (Thermocouple)

حسگر دمای ترموکوپل به طور معمول به 2 دسته تقسیم بندی می‌شوند: نوع فلز پایه (Base Metal) و فلز نجیب (Noble Metal). هر دو نوع انواع ترموکوپل از دو عدد سیم مختلف تشکیل شده که در دو نقطه مخالف به هم متصل می‌شوند. این سیم‌ها ولتاژ را اندازه‌گیری می‌کنند که با تغییرات دما مرتبط هستند.

با اینکه دقت اندازه گیری سنسور دما ترموکوپل کمی کمتر از دیگر حسگرهای دما است، اما محدوده دمایی بسیار گسترده ای را پوشش می‌دهند. ترموکوپل‌های فلز پایه تا دمای ۲۵۵۲ درجه فارنهایت و انواع فلز نجیب تا دمای ۵۴۳۲ درجه فارنهایت را اندازه‌گیری می‌کنند. علاوه بر این، آن‌ها گزینه‌ای مقرون به صرفه برای کاربردهای صنعتی، صنایع خودروسازی و مصارف خانگی هستند.

نکته مهم:

تغییرات دما می‌تواند احتمال خرابی سنسورهای ترموکوپل را افزایش دهد. اگر با مشکلاتی مانند مدار باز، کاهش ایزولاسیون الکتریکی یا نتایج ناپایدار مواجه شدید، بهتر است یک سرویس کالیبراسیون حرفه‌ای برنامه‌ریزی کنید. این کار به دقت اندازه‌گیری و افزایش طول عمر حسگر کمک می‌کند.

2) ترمومتر دماسنج‌ (Thermometers)

ترمومتر یا دماسنج یکی از مشهورترین و پرکاربردترین حسگرهای دما است. این تجهیزات میتوانند دمای گازها، مایعات و جامدات را اندازه‌گیری کنند، به همین دلیل برای کاربردهای گوناگون گزینه‌ای مؤثر و مناسب هستند. سه نوع اصلی دماسنج به روش‌های زیر دما را اندازه‌گیری می‌کنند:

ترمومتر یا دماسنج های مایع یا گاز: زمانیکه این دماسنج‌ها با منبع حرارت در تماس قرار می‌گیرند، مایع یا گاز داخل آن‌ها منبسط شده و عقربه را به سمت عددی که دما را نشان می‌دهد حرکت می‌دهد.

ترمومتر یا دماسنج های دیجیتال: این دماسنج‌ها با استفاده از حسگر مقاومت دما (RTD) یا ترموکوپل، دما را به‌صورت دیجیتالی نمایش می‌دهند.

ترمومتر یا دماسنج های مادون قرمز: لنز این دماسنج‌ها نور مادون قرمز را از جسم مورد نظر جمع کرده و آن را بر روی ترموپیل متمرکز می‌کند. ترموپیل این تابش را به گرما تبدیل کرده و به شما امکان می‌دهد تا دمای جسم را مشاهده کنید.

ترمومترها (Thermometers) مانند انواع دیگر حسگرهای دما، نیاز به کالیبراسیون دوره ای دارند تا بتوانند نتایج دقیق تری ارائه دهند. هر نوعی از ترمومترها، براساس پارامترهای مختلفی کالیبراسیون خاص خود را دارد، اما معمولاً این فرایند شامل قرار دادن ترمومتر در محیطی با دمای کنترل‌ شده و بررسی نتایج خروجی آن است. کارشناسان و تکنسین های حرفه‌ای کالیبراسیون، تنظیمات دستگاه را برای دقت بیشتر اصلاح می‌کنند.

3) حسگرهای مبتنی بر نیمه‌رسانا (Semiconductor-Based Sensors)

حسگرهای مبتنی بر نیمه‌رسانا (Semiconductor-Based Sensors)، با مدارهای مجتمع کار می‌کنند. این تجهیزات اندازه گیری دما، دارای دو دیود مشابه بوده که نسبت به دما حساسیت ولتاژ و جریان دارند. با اینکه سرعت پاسخ‌دهی این تجهیزات اندازه گیری دما کمی پایین‌تر است، اما حسگرهای نیمه‌رسانا در کاربردهای فناوری بسیار رایج هستند. به عنوان مثال، این حسگرها بخشی از سیستم‌های ناوبری، موبایل‌ها، کامپیوترها و دستگاه‌های دیگر را تشکیل می‌دهند.

4) آشکارسازهای دمای مقاومتی (Resistance Temperature Detectors)

همانطور که از نام این تجهیزات اندازه گیری دما پیداست، آشکارسازهای دمای مقاومتی (RTD) دارای یک عنصر مقاومتی هستند. هنگامی که آشکارساز با گرما تماس پیدا می کند، دما افزایش می یابد و باعث افزایش مقاومت الکتریکی می شود. سنسور سیگنال های الکتریکی را به خوانش تبدیل می کند.

حسپرهای دمای مقاومتی RTD، شامل یک فیلم همراه با یک هسته شیشه ای یا سرامیکی است که در سیم محصور شده است. آنها در سطح بالاتری از مقیاس قیمت سنسور قرار دارند، اما دقت فوق العاده ای را در محدوده دمایی منفی 382 فارنهایت تا 1112 فارنهایت ارائه می دهند.