سنسور القایی

سنسور القایی

یکی از پرکاربردترین سنسورها در صنعت، سنسور القایی (inductive sensor) می باشند، سنسورهای القایی، سنسورهایی هستند که حرکت، موقعیت و یا حضور اجسام را بدون هیچگونه تماس فیزیکی تشخیص می دهند.

این سنسورها تنها در مقابل فلزات عکس العمل نشان می دهند و می توانند به رله ها، شیرهای برقی ها، سیستم­های اندازه گیری و مدارات کنترل الکتریکی، فرمان هایی را به طور مستقیم ارسال نمایند.

سنسور القایی، سنسورهای بدون تماس هستند که جهت تشخیص وجود قطعات فلزی استفاده می شوند.

سنسورهای القایی را می توان پرکاربردترین سنسور مورد استفاده در صنعت نامید.

اجزای اصلی تشکیل دهنده سنسور القایی

اجزای اصلی تشکیل دهنده سنسور القایی بشرح زیر می باشند:

1. هسته فریت و سیم پیچ : قسمت حساس سنسور می باشد که در صورت نزدیک شدن قطعه فلز به این قسمت سنسور قادر به تشخیص آن می باشد.
2. اسیلاتور : مدار نوسان سازی است که به کمک سیم پیچ، سیگنال فرکانس بالایی ایجاد می کند. بر اثر نوسان، میدان مغناطیسی در مقابل سنسور بوجود می آید، با نزدیک شدن یک قطعه فلزی به مقابل سنسور القایی و در نتیجه با ورود به میدان مغناطیسی جریان های گردابی در فلز ایجاد شده و انرژی میدان تقلیل می یابد.
3. دمدولاتور : نوسانات اسیلاتور در این قسمت دمدوله شده و به یک ولتاژ DC تبدیل می گردد.
4. اشمیت تریگر : ولتاژ دمدولاتور با یک مقدار مرجع مقایسه می گردد و در صورت کاهش مقدار آن که بیانگر وجود قطعه فلزی در مقابل سنسور است توسط سیگنالی به طبقه خروجی منتقل می شود.
5. درایور خروجی : جریان بار توسط این طبقه تامین می گردد. این طبقه همچنین شامل مدار حفاظت در مقابل اتصال کوتاه، اضافه بار، اتصال معکوس تغذیه و همچنین ولتاژهای ناخواسته بر اثر قطع و وصل بارهای سلفی می باشد.

انواع سنسورهای القایی

سنسورهای القایی را از چند جهت می توان دسته بندی کرد :

سنسورهای القایی الکتریکی

• سنسور القایی دو سیمه Namur
•  سنسورهای دو سیمه DC , AC , AC/DC
• سنسورهای سه سیمه و چهار سیمه DC

بدنه، سایز و استحکام مکانیکی

• سنسورهای استوانه ای از سایز 8 میلیمتر الی 100 میلیمتر
• سنسورهای مکعبی در شکلهای مختلف
• سنسور القایی شیاردار

تابع عملکرد

• نرمال باز – نرمال بسته
• آنالوگ ولتاژ و جریان
• خروجی رله
• خروجی خطی بصورت تغییر مقاومت داخلی(Namur)

اطلاعات عمومی سنسورها

فاصله عملکرد (S : Sensing Distance )

فاصله عملکرد سنسورهای القایی بر اساس قطعه استاندارد تعریف می شود.

قطعه استاندارد برای تعیین فاصله عملکرد سنسورهای القایی، یک قطعه فلز از جنس فولاد (ST37) به ضخامت 1mm و به شکل دایره با قطر d و یا مربع با مساحت d2 می باشد که در شکل (11) مشاهده می گردد.

فاصله عملکرد فاصله ای است که با نزدیک شدن قطعه استاندارد به سطح حساس سنسور (بصورت موازی از روبرو) باعث تغییر در خروجی سنسور می شود.

فاصله عملکرد نامی (Sn: Nominal Sensing Distance )

فاصله عملکرد نامی، عبارت است از فاصله ای که بدون در نظر گرفتن تاثیرات عوامل خارجی مانند حرارت محیط، نوع جسم هدف، ولتاژ تغذیه و غیره بدست می آید.

فاصله عملکرد حقیقی ( Sr : Real Sensing Distance)

فاصله عملکرد حقیقی فاصله ای است که در حرارت 20 درجه سانتیگراد محیط و با اعمال ولتاژ نامی به دست می آید و مقدار آن در محدوده 〖0.9S〗_n<S_r<〖1.1S〗_n قرار دارد.

فاصله عملکرد قابل استفاده ( Su : Usable Sensing Distance )

فاصله عملکرد قابل استفاده، فاصله ای است که در رنج ولتاژ و دمای تعریف شده، دستیابی به آن تضمین شده است. مقدار آن در محدوده 〖0.8S〗_n<S_u<〖1.2S〗_n یا 〖0.9S〗_r<S_u<〖1.1S〗_r قرار دارد.

فاصله عملکرد مطمئن ( Sa : Assured Sensing Distance )

فاصله عملکرد مطمئن با در نظر گرفتن شرایط خارجی مانند تغییرات ولتاژ و دما نسبت به مقادیر نامی به دست می آید و مقدار آن برابر است با : 0<S_a<〖0.8S〗_n

هیسترزیس ( H : Hysteresis )

هیسترزیس برحسب درصد فاصله عملکرد (Sr) داده می شود و آن مقدار اختلاف بین نقطه وصل و قطع سنسور می باشد.

هیسترزیس در سنسورهای با خروجی سوئیچینگ، فاصله مابین لحظه وصل و قطع مجدد خروجی سنسور می باشد که بصورت درصدی از فاصله عملکرد نامی تعریف می شود.

هنگامی که قطعه دارای جابجائی کم در نقطه سوئیچینگ می باشد، وجود هیسترزیس باعث جلوگیری از نوسانات ناخواسته در خروجی (chattering) می شود. مقدار استاندارد هیسترزیس در سنسورها در رنج 〖0.02S〗_r<H<〖0.2S〗_r قرار می گیرد.

هیسترزیس تابع دما می باشد ولی مقدار آن از حداکثر مقدار تعریف شده بیشتر نخواهد بود.

قابلیت تکرار(R : Repeatability )

قابلیت تکرار یا دقت تکرار فاصله نامی (Sn) در هشت ساعت تست و در شرایط دمای محیط 23±5oC و رطوبت معین با ولتاژ ثابت اندازه گیری می شود.

ولتاژ تغذیه نامی ( Vs : Voltage Supply )

بیانگر حداقل و حداکثر ولتاژ کاری است که عملکرد صحیح سنسور در این محدوده تضمین شده است.

ریپل تغذیه ( Ripple )

ریپل تغذیه حداکثر مقدار اعوجاج مجاز منبع تغذیه است که در این محدوده، سنسور عملکرد صحیح خواهد داشت. ریپل برحسب درصدی از ولتاژ تغذیه نامی بیان می شود.

افت ولتاژ ( Vd : Voltage Drop )

ماکزیمم ولتاژی است که تحت شرایط حداکثر جریان بار بر روی سنسور افت می کند و برای سنسورهای دوسیمه و سه سیمه بصورت زیر تعریف می گردد:

افت ولتاژ در سنسورهای دوسیمه

مطابق شکل روبرو، ولتاژ بار برابر است با ولتاژ تغذیه منهای ولتاژی که بر روی سنسور افت می کند. افت ولتاژ برای سنسورهای دوسیمه 5 الی 8 ولت می باشد.

بنابراین زمانی که از یک رله 12 ولتی به عنوان بار استفاده می شود ولتاژ تغذیه باید حداقل 18 ولت انتخاب شود.

افت ولتاژ در سنسورهای سه سیمه

افت ولتاژ در سنسورهای سه سیمه و چهار سیمه DC حداکثر 2 ولت می باشد. این مقدار برای اکثر بارها مشکلی ایجاد نمی کند. به عنوان مثال یک رله 24 ولت با مقدار ولتاژ 21 ولت نیز تحریک می شود.

با این وجود در بعضی از مواقع این مقدار افت ولتاژ نیز باید مورد توجه قرار گیرد.

حداکثر جریان بار ( IF-load : Full Load Current )

حداکثر جریان بار (Imax یا IF-load) عبارت است از حداکثر جریان مجاز بار که می توان از سنسور دریافت کرد.

جریان بی باری ( IN-load : No Load Current )

جریان بی باری برای سنسورهای دوسیمه و سه سیمه بصورت زیر قابل تعریف است :

جریان بی باری سنسورهای دوسیمه

در سنسورهای دوسیمه بار بصورت سری با سنسور قرار می گیرد. زمانی که سنسور فعال نمی باشد جریانی از سنسور عبور می کند که این جریان به جریان نشتی و یا جریان بی باری معروف است.

چنانچه جریان بی باری قابل مقایسه با جریان نگه دارنده بار باشد، موجب عدم قطع بار در هنگام غیرفعال بودن سنسور خواهد شد.

جریان بی باری سنسورهای سه سیمه و چهارسیمه

عبارت است از جریان مصرفی سنسور هنگامی که جریان بار صفر می باشد.

انحراف از خروجی خطی ( Linearity Deviation )

این پارامتر فقط در سنسورهای با خروجی آنالوگ وجود دارد و میزان انحراف خروجی واقعی سنسور از مقدار نامی را بر حسب درصدی از خروجی نشان می دهد.

حفاظت سنسورها (Protections)

حفاظت سنسور القایی در مقابل اتصال معکوس تغذیه

سنسورهای شرکت فرانگار تبریز در برابر اتصال معکوس تغذیه حفاظت شده می باشند.( بغیر از سنسورهای سری W و 5V )

حفاظت سنسورها در مقابل اتصال کوتاه و اضافه بار

سنسورهای شرکت فرانگار تبریز در برابر اتصال کوتاه و اضافه بار حفاظت شده می باشد، درصورت وجود اتصال کوتاه یا اضافه بار، خروجی سنسور قطع و با اعمال پالس هایی وضعیت بار را چک کرده و در صورت رفع ایراد، عملکرد سنسور به حالت عادی برمی گردد.

حفاظت سنسور القایی در مقابل بارهای سلفی

تمامی سنسورهای فرانگار تبریز در برابر قطع و وصل بارهای سلفی حفاظت شده می باشند.

زمان تاخیر اولیه ( Td : Start Up Delay Time )

حداقل زمان مورد نیاز از لحظه اعمال تغذیه سنسور تا شروع به کار آن  را “زمان تاخیر اولیه” گویند.

فرکانس سوئیچینگ ( Fs : Switching Frequency)

فرکانس سوئیچینگ، عبارت است از حداکثر تعداد دفعات قطع و وصل خروجی در طول یک ثانیه و زمانی که قطعه استاندارد مطابق شکل (16) درنصف فاصله نامی سنسور قرار داشته باشد.

دمای کاری مطمئن (Ambient Temperature)

دمای کاری مطمئن، محدوده دمایی است که عملکرد مطلوب سنسور بدست می آید و دمای کاری اکثر سنسورهای فرانگار تبریز  -25…+70oC می باشد.
تاثیر حرارت (Temperature Drift)

حداکثر تغییرات فاصله عملکرد سنسور در محدوده مجاز دما ±10% می باشد.

کلاس حفاظتی (Protection Class)

حداقل کلاس حفاظتی برای سنسورهای فرانگار تبریز IP65 می باشد و اکثر سنسورهای تولیدی نیز دارای کلاس حفاظتی IP67 می باشند.

نشان دهنده  های سنسور (Indicators)

در سنسور القایی اغلب از یک یا چند LED برای نشان دادن یکی از وضعیت های زیر استفاده می شود.

LED سبز : نشان دهنده وجود تغذیه

LED زرد : نشان دهنده فعال بودن خروجی

LED قرمز : نشان دهنده وجود خطا

وجود فقط یک LED در سنسورهای فرانگار تبریز نشان دهنده وضعیت خروجی است.

در مواردی امکان تغییر استاندارد رنگ نشان دهنده ها با توجه به سفارش مشتری وجود دارد.

سنسورهای القایی Flush (Shielded)  و سنسور القایی Non-Flush (Unshielded)

با توجه به نحوه قرار گیری هسته فریت نسبت به بدنه سنسور، سنسورهای القایی به دو نوع Flush و Non-Flush دسته بندی می شوند.
در زیر ویژگی ها و تفاوت های این سنسورها مشخص گردیده است.

نحوه نصب صحیح سنسور القایی (Mounting)

در سنسورهای Flush قسمت حساس داخل بدنه سنسور قرار گرفته است، بنابراین این نوع سنسورها را می توان هم سطح بدنه فلزی دستگاه نصب نمود.

در سنسورهای Non-Flush قسمت حساس خارج از بدنه سنسور القایی می باشد، بنابراین این نوع سنسورها را نمی توان هم سطح بدنه فلزی دستگاه نصب نمود.

در صورت نصب دو عدد از این نوع سنسورها در مجاورت یکدیگر، رعایت حد فاصل مجاز نصب مطابق شکل (18) الزامی می باشد.

تاثیر فلزات مختلف بر فاصله عملکرد

سنسور  القایی برای فلزات مختلف دارای فاصله عملکردی متفاوت می باشند.

علاوه بر سنسورهای ذکر شده شرکت فرانگار تبریز سنسور القایی سری U خود را نیز با مشخصه یکسان برای تمامی فلزات هادی تولید می کند.

تذکر ات مهم

* به جز سیستم های پرده نوری و موارد خاصی که به آنها اشاره خواهد گردید، مابقی محصولات تولیدی فرانگار تبریز، شامل مدار چک کننده داخلی نبوده و عدم عملکرد صحیح این محصولات موجب یک اتصال کنتاکت بسته یا باز خواهد شد.

بنابراین برای استفاده در سیستم های حفاظتی توصیه نمی شود.

* از لامپ به عنوان بار برای سنسور استفاده نشود. جریان زیاد لامپ هنگام خاموش و روشن شدن ، باعث آسیب دیدگی سنسور می شود، زیرا امپدانس اهمی لامپ در هنگام خاموش بودن کم بوده وجریان لحظه ای در موقع روشن شدن زیاد می باشد.

* تحت هیچ شرایطی سنسورهای AC بدون بار به پریز برق وصل نگردد. زیرا باعث خرابی سنسور خواهد شد.

* از ضربه زدن به سنسور خودداری شود.

* هنگام نصب از ابزار مناسب استفاده شود.

* گشتاور مجاز جهت محکم کردن مهره سنسورها باید از مقدار ماکزیمم تجاوز ننماید.

اتصالات (Connections)
تمامی سنسورهای فرانگار تبریز در دو نوع کابلی و سوکتی(کانکتوری) ساخته می شود.
کابل ها (Cables)
کابل سنسورهای شرکت فرانگار تبریز در انواع دوسیمه ، سه سیمه، چهارسیمه، هشت سیمه (در صورت لزوم شیلددار جهت جلوگیری از تداخل سیگنال ها و نویزهای خارجی) تهیه می گردد.
طول کابل استاندارد Lcable=2m می باشد که می تواند طبق خواسته مشتری متغیر باشد.
سوکتها (Connectors)
با توجه به اینکه سوکت مورد استفاده در سنسورهای تولیدی فرانگار تبریز در دو نوع S8 و S12 می باشد، در برقراری ارتباط بین دستگاه و سنسورها می توان از کانکتورهای سیم دار استاندارد M8 و M12 بهره گرفت.

 منابع تغذیه سنسورهای القایی

انتخاب نوع تغذیه برای عملکرد صحیح سنسور القایی بسیار مهم است. منبع تغذیه باید قادر به تأمین 150% جریان مصرفی سنسور و بار بطور کامل باشد.

ریپل اندک، قابلیت های حذف نویزهای ناخواسته، بهره بردن از فیلترهای نویزگیر و ایجاد حرارت پایین ، کیفیت منبع تغذیه مناسب را مشخص می کنند.

برخی از منابع تغذیه سوئیچینگ نیز دارای توان نامی بیشتری نسبت به منابع تغذیه دیگر هستند.

دلیل این امر سادگی کار با این سنسور القایی، هزینه پایین، مقاومت بالا در برابر شرایط نامناسب محیطی و تنوع زیاد این محصول می باشد. در ادامه به چند مورد از کاربردهای متداول سنسور القایی در محیط های صنعتی اشاره می شود:

کنترل کیفیت قطعه کار

یکی از کاربردهای سنسور القایی، تشخیص ویژگی های مطلوب محصولات فلزی می باشد.

همانطور که در شکل نیز نشان داده شده است، سنسورهای قسمت 1 جهت تشخیص سه عدد سوراخ قطعه کار تعبیه شده اند و سنسور 2 نیز جهت تشخیص حضور قطعه کار می باشد.

شمارش تولید

 

اندازه گیری سرعت و جهت حرکت دورانی

تشخیص رم دستگاه پرس

آیا سنسورهای فرانگار تبریز در برابر قطع و وصل بارهای سلفی حفاظت شده می باشند؟د

بله- تمامی سنسورهای فرانگار تبریز در برابر قطع و وصل بارهای سلفی حفاظت شده می باشند.

کابل سنسورهای شرکت فرانگار تبریز در چند مدل تهیه می گردد؟

انواع دوسیمه ، سه سیمه، چهارسیمه، هشت سیمه که بر اساس نیاز مشتری می تواند متغییر هم باشد.