سنسور یا حسگر وسیله ای برای تشخیص اشیا، وسایل، موقعیت های خاص و حتی افراد است و
برای این کار از ساز و کارهای متفاوتی استفاده میکند اما
در برخی از شرایط لازم است که حسگر بتواند از فاصله دورتر و
بدون ایجاد تماس و برخورد فیزیکی با جسم آن را تشخیص دهد.

برای آشنایی با تجهیزات دارای این ویژگی ها، به این سوال پاسخ میدهیم که سنسور مجاورتی چیست ؟

این پست (با دو ویدیوی آموزشی فارسی) شما را با سنسورهای مجاورتی، نحوه کار و
انواع سیم کشی های مربوط به آنها آشنا میکند.

پس با ما تا انتهای این پست همراه باشید.

سنسور مجاورتی چیست ؟

ویدیوی زیر حاوی اطلاعات مفیدی درباره سنسورهای مجاورتی و طرز کار آنهاست.

یک سنسور مجاورتی (Proximity Sensor) توانایی تشخیص اشیای اطراف را بدون ایجاد تماس فیزیکی با آنها دارد.
در واقع نحوه کار یک سنسور مجاورتی اینگونه است:

  • ایجاد میدان، پرتو الکترومغناطیسی (مثل مادون قرمز یا هر پرتو نوری)، پالس صوتی
  • انتشار و تابش سیگنال به سمت اجسام
  • برخورد سیگنال به جسم هدف و ایجاد تغییر در سیگنال
  • دریافت سیگنال بازگشتی ناشی از برخورد پرتو
  • بررسی و محاسبه تغییرات در میدان یا سیگنال بازگشتی
  • تشخیص اهداف با توجه به ساختار و نوع سنسور

جسم پیدا شده در واقع هدف امواج ارسالی از طرف سنسور مجاورتی است.
سنسورهای مجاورتی قطعات مکانیکی نداشته و برای تشخیص اهداف خود نیازی به ارتباط فیزیکی با آنها ندارند که
همین مسئله باعث افزایش عمر مفید و ضریب اطمینان سنسورهای مجاورتی نسبت به دیگر سنسورها میشود.

سنسور مجاورتی

انواع سنسور مجاورتی

با فهمیدن این مطلب که سنسور مجاورتی چیست ، حالا میخواهیم درباره انواع مختلف این سنسورها که
بسته به نوع اهدافشان، در صنعت مورد استفاده قرار میگیرند یاد بگیریم.

1- سنسور مجاورتی القایی (Inductive Proximity Sensor)

  • مناسب برای اهداف فلزی
  • استفاده از یک سیم پیچ (نوسان ساز) برای تولید یک میدان الکترومغناطیسی فرکانس بالا
  • ارسال و انتشار میدان و برخورد آن با اجسام اطراف
  • قرار گرفتن جسم هدف در میدان
  • ایجاد میدان الکترومغناطیسی خلاف جهت میدان حسگر ناشی از جریان های ایجاد شده در هدف
  • تداخل دو میدان (سنسور و هدف) و کاهش دامنه سیگنال نوسان ساز
  • تشخیص میزان تغییرات در سنسور و در نتیجه تشخیص هدف

2- سنسور مجاورتی خازنی (Capacitive Proximity Sensor)

  • مناسب برای اهداف فلزی و غیر فلزی مثل: پلاستیک، کاغذ، شیشه، پارچه و مایعات
  • دارای عملکردی مشابه حسگرهای القایی و با تفاوت در نوع میدان (ایجاد میدان الکترواستاتیکی توسط دو الکترود)
  • نزدیک بودن هدف به سطح حساس حسگر و قرار گرفتن آن در میدان
  • تغییر ظرفیت خازن
  • ایجاد نوسان توسط نوسان ساز
  • خوانده شدن دامنه سیگنال نوسان ساز
  • تغییر در خروجی حسگر و تشخیص هدف
  • دور شدن هدف و کاهش مقدار دامنه و بازگشت خروجی حسگر به حالت اول

3- سنسور مجاورتی مافوق صوت یا التراسونیک (Ultrasound Proximity Sensor)

  • اعمال ولتاژ بالا به یک دیسک، نوسان کردن دیسک متناسب با ولتاژ و ایجاد موج های صوتی فرکانس بالا
  • استفاده از مبدل پیزوالکتریکی برای ارسال و دریافت سیگنال های صوتی با فرکانس بالا
  • قرار گرفتن جسم هدف در محیط سیگنال و برخورد پالس های صوتی به آن
  • برگشت سیگنال تغییر کرده به سنسور
  • محاسبه طول پالس های برگشتی و مقایسه با مقدار از پیش تعیین شده
  • تغییر در خروجی حسگر و تشخیص هدف

4- سنسور مجاورتی نوری یا فوتوالکتریک (Photoelectric Proximity Sensor)

  • سنسور های نوری برای اهداف غیر فلزی مثل: پلاستیک و … مناسب اند.
  • ایجاد پالس نوری با فرکانس 30-5 کیلو هرتز و در طیف نور مرئی تا مادون قرمز
  • غالبا استفاده از نور مادون قرمز (طول موج 880 میلی متر) به دلیل کاهش تداخل با نور محیط
  • استفاده از یک پتانسیومتر برای تنظیم میزان حساسیت سنسور
  • ارسال پالس نوری و دریافت مجدد آن پس از برخورد با اجسام
  • بررسی و محاسبه تغییرات و تشخیص هدف

انواع سنسورهای مجاورتی حالت جامد

کاربردهای سنسور مجاورتی چیست ؟

فهمیدیم سنسور مجاورتی چیست و بسته به نوع اهداف چه انواعی دارد،
در همین رابطه با برخی از  مهمترین کاربردهای این سنسورها آشنا میشویم:

  • استفاده از سنسور مجاورتی تنظیم شده در محدوده های کوتاه، به جای سوئیچ لمسی
  • استفاده در کاربردهای صنعتی مثل: کارخانه ها، صنایع تولیدی، صنایع غذایی و بازیافت
  • کاربرد در وسایل نقلیه برای تشخیص فاصله از دیگر خودروها و اجسام و قابلیت استفاده در سیستم پارک خودکار
  • مورد استفاده در گوشی های تلفن همراه به منظور خاموش کردن صفحه نمایش موقع برقراری تماس و
    نزدیک کردن گوشی به صورت، برای جلوگیری از لمس اشتباهی صفحه
  • سیستم هشدار نزدیکی به زمین برای ایمنی هواپیما
  • سیستم های نظامی ضد حملات موشکی
  • اندازه گیری میزان چرخش شفت در موتورهای دوار
  • نوار نقاله (مورد استفاده در کارخانه های تولیدی و …)
  • شیرهای اتوماتیک (Automatic faucets)

کاربرد سنسور مجاورتی در کارخانه ها

دسته بندی سنسور مجاورتی با توجه به نحوه سیم کشی

اگرچه به این سوال که سنسور مجاورتی چیست و چه انواع و کاربردهایی دارد پاسخ دادیم ولی
برای استفاده صحیح از آنها باید در مورد سیم کشی و مدل های مختلف آن نیز اطلاعات کافی داشته باشیم.

ویدیوی کوتاه و فارسی زیر نحوه سیم کشی و اتصال سنسور به سایر دستگاه ها را نشان میدهد.

معمولا همه انواع سنسورهای مجاورتی از نوع حالت جامد (solid state sensors) و دارای 3 سیم هستند.
مفهوم حالت جامد در واقع به نوع اجزاء مورد استفاده در سنسور اشاره دارد.
از جمله قطعات الکترونیکی حالت جامد مورد استفاده در این سنسورها، میتوان ترانزیستور را نام برد.
این قطعه میتواند خروجی سنسور را پس از تشخیص یک شی سوئیچ کند.

برای این سنسورهای حالت جامد 3 سیمه، دو نوع مدل خاص وجود دارد که
از نظر طراحی مدار داخلی و نوع ترانزیستور (نوع نیمه رسانا) مورد استفاده در آنها با هم متفاوت اند و
به همین دلیل در دو حالت زیر دسته بندی میشوند:

  • مدل PNP که به آن (sourcing sensor) هم گفته میشود زیرا خروجی را به توان مثبت وصل میکند.
    همچنین میتواند سمت مثبت مدار را سوییچ کند (Switched Positive).
  • مدل NPN که به آن (sinking sensor) هم گفته میشود زیرا خروجی را به زمین وصل میکند.
    همچنین میتواند سمت منفی مدار را سوییچ کند (Switched Negative).

مقایسه سنسورهای PNP و NPN

خیلی از سنسورهای سه سیمه، متناسب با NPN یا PNP طراحی شده اند و
همین مسئله تعیین کننده نحوه عملکرد سنسور در سیم کشی یک مدار است.
این سنسورها سه سیم دارند و متناسب با نیاز، به انواع بارها (loads) متصل میشوند.
منظور از بار، هر دستگاهی است که سنسور به آن نیرو میدهد و آن را روشن میکند مثل:

نحوه سیم کشی و اتصالات سنسور مجاورتی نوع  PNP و NPN به دیگر دستگاه ها

در هر دو حالت 3 سیم وجود دارد که دو سیم به منبع تغذیه متصل میشوند و
رنگ بندی مشخصی برای اتصال دارند که در تصویر زیر مشخص است:
(سیم قهوه ای معمولا به 12+ یا 24+ ولت و سیم آبی یه زمین وصل شود)

رنگ بندی سیم های مربوط به یک سنسور مجاورتی

سنسور PNP

  • اتصال سیم قهوه ای به سر مثبت منبع تغذیه
  • اتصال سیم آبی به سر منفی منبع تغذیه
  • اتصال سیم مشکی (خروجی) به پایه مثبت بار (load)
  • وصل کردن سیم آبی به پایه منفی بار – سیم مشترک

سنسور NPN

  • اتصال سیم قهوه ای به سر مثبت منبع تغذیه
  • اتصال سیم آبی به سر منفی منبع تغذیه
  • اتصال سیم مشکی (خروجی) به پایه منفی بار (load)
  • وصل کردن سیم قهوه ای به پایه مثبت بار – سیم مشترک

جدول رنگ بندی و نحوه اتصال سیم ها در سنسور مجاورتی

سوییچ کردن در سنسورها به معنی سوییچ الکتریکی یک سمت بار کنترلی است.
ترانزیستور به کار رفته در سنسور مسئول سوییچ کردن خروجی و تعیین جهت جریان است.
اگر بار به منفی وصل شود، سمت مثبت سوییچ میشود (PNP).
اگر بار به مثبت وصل شود، سمت منفی سوییچ میشود (NPN).

نحوه اتصال سنسور مجاورتی به بار

توجه به اینکه نوع سنسور مجاورتی چیست و کدام یک از 4 نوع گفته شده انتخاب شود،
به کاربرد مورد نظرمان وابسته است اما اینکه بین PNP و NPN کدام مدل را انتخاب کنیم،
با توجه به ماهیت مدار مورد استفاده در دستگاه تعیین می شود.

1- اتصال سنسور به کنتاکتور یا رله

در یک مدار کنترلی رله ای، امکان استفاده از هر دو نوع PNP یا NPN وجود دارد ولی
استفاده از سنسور PNP در این کاربرد متداول تر است.
در شکل های زیر نحوه اتصال به رله را در هر دو حالت می بینیم.

اتصال سنسور مجاورتی به رله

2- اتصال سنسور به PLC

برای انتخاب سنسوری که قرار است به همراه PLC استفاده شود، باید به این نکته توجه کرد که
سنسور باید با نوع کارت ورودی PLC هماهنگ باشد.

دو نوع کارت ورودی وجود دارد:

  • نوع جریان سینک (sink) که به عنوان منطق مثبت (positive logic) هم شناخته می شود.
  • نوع جریان سورس (source) که به عنوان منطق منفی (negative logic) هم شناخته می شود.

اگرچه این اصطلاحات و عناوین برای کارت های ورودی PLC، در برخی از صنایع به خوبی شناخته شده هستند،
ولی استفاده از آنها متداول نیست.
بنابراین انتخاب نوع سنسور مورد استفاده با کارت  PLC که
بر اساس اطلاعات سازنده PLC و نقشه سیم کشی باشد، بسیار مهم است.

خوب است بدانیم که هر یک از انواع کارت های ورودی PLC با کدام نوع از سنسورها استفاده میشود:

  • برای ورودی سینک (sinking) از سنسور نوع PNP یا sourcing استفاده میشود.
    (استفاده از این مدل کارت در اروپا رایجتر است)
  • برای ورودی سورس (sourcing) از سنسور نوع NPN یا sinking استفاده میشود.
    (این مدل کارت در آسیا رایج بوده ولی امروزه کمتر از آن استفاده میشود)

اتصال سنسور به PLC

شیوه دیگر نمایش اتصال این دو نوع PLC به سنسورها و بر اساس جهت سوییچ، در تصویر زیر دیده میشود.

نحوه سیم کشی سنسور به PLC

نتیجه بحث و نکات مهم سنسور مجاورتی

  • سنسور مجاورتی، حسگری غیر تماسی و دارای 4 نوع مختلف است که در صنایع مختلف به کار میروند.
  • در آن از ترانزیستورهای حالت جامد استفاده میشود.
  • عملکردی شبیه یک سوییچ دارد، با این تفاوت که جریان فقط در یک جهت عبور میکند.
  • از نظر نوع ترانزیستور به کار رفته در آن و نحوه اتصال به سایر وسایل،
    دارای دو دسته بندی NPN و PNP است که نحوه کار مشابه و سیم کشی متفاوتی  دارند.
  • سه سیم دارند که یک سیم به منبع تغذیه، یک سیم به بار و
    یک سیم به طور مشترک به منبع و بار وصل شود.
  • در هر دو نوع PNP و NPN، سیم مشترک باید به پایه های هم نام منبع و بار متصل شود.
  • لازم نیست که منبع و بار، به طور مستقیم بهم وصل شوند و فقط باید به سنسور متصل باشند.
  • انتخاب بین این دو مدل، به سیم کشی مدار و نوع بار ( رله، PLC و …) وابسته است.

امیدواریم این پست به طور کامل شما را به جواب این سوال که سنسور مجاورتی چیست و
چه تفاوتی در نحوه اتصال و سیم کشی نوع NPN و PNP وجود دارد، رسانده باشد.

ثبت اطلاعات برای دریافت آموزش رایگان

مقاله بالا بخشی از بسته جامع اتوماسیون صنعتی
(بسته جامع +30) است.

برای مشاهده کامل این بسته کلیک کنید.

مشاهده بسته اتوماسیون صنعتی
بسته جامع اتوماسیون صنعتی

در نماتک نظر دهید