یکی از متداول ترین سنسورها در خط تولید، سنسور مجاورتی است.

در این مقاله، بصورت فوق العاده ای به انواع سنسور مجاورتی (القایی و خازنی) پرداخته ایم.

ویدیوها و تصاویر این مقاله به شما کمک می کند که درک مناسبی از این قطعه مهم پیدا کنید.

اگر در مورد سنسورهای NPN و PNP هم نیاز به اطلاعاتی دارید، حتما انتهای این مقاله رو مطالعه کنید.

با یک ویدیو معرفی شروع کنیم:

بخش اول: معرفی سنسور مجاورتی

1.1 معرفی

از شما بابت مطالعه دوره‌ی آموزشی سنسور مجاورتی (غیرتماسی) سپاس گزاریم.

برای شروع این دوره به هیچ پیشنیاز خاصی نیاز ندارید.

در این دوره اصول کاری و اجزای یک سنسور مجاورتی را بررسی نموده و به تعدادی از کاربردهای این سنسورها اشاره خواهیم کرد.

این دوره بیشتر بر روی سنسور مجاورتی القایی تاکید دارد،
ولیکن توضیحاتی مختصر از سنسورهای مجاورتی خازنی را نیز ارائه خواهیم داد.

امیدواریم از گذراندن این دوره، لذت ببرید. اوقات خوشی را برای شما آرزومندیم.

1.2 مسیر و زمان یادگیری

در این دوره به بررسی اصول اولیه‌ی سنسور مجاورتی خواهیم پرداخت و در انتهای این دوره، چند سنسور معروف را معرفی خواهیم کرد.

1.3 نتایج حاصل از این دوره

براساس اطلاعاتی که در این دوره ارائه می‌شود، آموزندگان به صورت صحیح می‌توانند که:

مهمترین ویژگی‌های سنسورهای القایی را برشمرده و کاربردهایی از این سنسورها را شرح دهند.
با طراحی داخلی یک سنسور القایی آشنا شده و ساختمان داخلی این سنسور را شناسایی کنند.
سنسورهای القایی شیلدد و نان شیلدد را با هم مقایسه کرده و مزایا ومعایب هریک را برشمارند.

بخش دوم: سنسورهای مجاورتی

2.1 معرفی و دسته‌بندی سنسور مجاورتی

شما در این درس خواهید آموخت که:

  • ویژگی‌های اصلی سنسورهای مجاورتی چیست.
  • تفاوت بین سنسورهای خازنی (capacitive) و سنسورهای القایی (inductive) را مشخص نمایید.
  • با تئوری‌هایی که مربوط به سنسورهای مجاورتی القایی می‌باشند، آشنا شوید.
  • تفاوت‌های بین سنسورهای القایی شیلدِد (shielded) (محافظت‌شده) و نان‌شیلدد (nonshielded) (محافظت‌نشده) چیست.

سنسور مجاورتی

به سراغ سنسور مجاورتی (غیر تماسی) می‌رویم:

یک سنسور مجاورتی (پراکسیمیتی “Proximity” که همچنین سوئیچ پراکسیمیتی نیز خوانده می‌شود)
به نزدیک شدن یک شیء به سنسور و حضور یک شیء در نزدیکیِ قسمت حسگر سنسور پاسخ می‌دهد.
در اکثر موارد حداکثر فاصله‌ای که یک شیء می‌تواند از سنسور مجاورتی داشته باشد تا
سنسور بتواند آن را تشخیص دهد، در حدود ۰ تا ۲۰ میلی‌متر است.

خیلی از اوقات، از یک سنسور مجاورتی بدین منظور استفاده می‌شود که
قسمت پایانی یک ماشین یا یک دستگاه را تشخیص داده و سپس سیگنالی را به خروجی ارسال کند
تا به واسطه‌ی سیگنال ارسالی، یک وسیله‌ی دیگر یا یک ماشین دیگر به حرکت درآمده و
برنامه‌ای را که ما برای آن وسیله برنامه‌ریزی کرده‌ایم، اجرا شود.

از مهمترین مزایای سنسورهای مجاورتی می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

  • قابل اعتماد بودن حتی در محیط های بسیار سخت و خشن (مثلا در محیط‌های نفتی یا محیط‌های صحرایی و فضای آزاد)
  • نصب و راه‌اندازی آسان
  • قیمت‌های بسیار مناسب و جذاب (مثلا ارزان‌تر از سنسورهای نوری)

امروزه از سنسور مجاورتی در کاربردها و صنایع گوناگونی استفاده می‌شود. برخی از این کاربردها عبارتند از:

  • صنایع خوردروسازی
  • تولیدات ماشین ابزارها
  • فرآوری محصولات غذایی
  • وسایل نقلیه (مثل کامیون‌ها یا ماشین‌های کشاورزی)
  • ماشین‌های کارواش

دسته‌بندی سنسورهای مجاورتی

سنسورهای مجاورتی به دو نوع کلی تقسیم‌بندی می‌شوند:

سنسورهای مجاورتی القایی (Inductive proximity sensors):

این سنسورها با تولید یک میدان الکترومغناطیسی، اجسام را تشخیص می‌دهند. با استفاده از این سنسورها فقط اجسام فلزی قابل تشخیص است.

این را هم ببینید
سنسور نوری چیست؟

سنسورهای مجاورتی خازنی (Capacitive proximity sensors):

این سنسورها با تولید یک میدان الکترواستاتیکی خازنی، اجسام را تشخیص می‌دهند.
درنتیجه با این سنسورها قادر به تشخیص انواع گسترده‌ای از اجسام هستیم.

اگرچه سنسورهای القایی فقط اجسام فلزی را تشخیص می‌دهند، ولیکن کاربرد بیشتری در صنعت دارند.
علت آن است که این سنسورها نسبت به اختلالات خارجی (نویز) کمتر اثر پذیر بوده و ارزان‌تر نیز هستند.

در درس‌های بعدی به بررسی جزئیات سنسورهای القایی خواهیم پرداخت.

2.2 عملکرد سنسورهای القایی

یک سنسور مجاورتی القایی تشکیل می‌شود از یک کویل (سیم‌پیچ) که اطراف یک هسته‌ی فریتی(اکسید آهن) پیچیده شده است و
در قسمت ابتدایی (head) سنسور قرار گرفته است.
همچنین یک میدان الکترومغناطیسی نوسانی اطراف این کویل تولید می‌شود و
این کویل از طریق یک مدار داخلی (electrical circuit) که نظاره‌گر و کنترل‌کننده است، تاثیر می‌پذیرد.

هنگامی‌که یک جسم فلزی در اطراف این سنسور جابه‌جا شود، جریان الکتریکی‌ای درون جسم ایجاد می‌شود.

این جریان منجر به ایجاد یک اثر ترانسفورمری (تبدیل کنندگی) می‌شود که در نتیجه‌، انرژی درونی کویل کاهش یافته و
با کاهش نوسانات میدان الکترومغناطیسی، قدرت میدان الکترومغناطیسی کاهش می‌یابد.

سپس مدار نظاره‌گر و کنترل‌کننده‌ی کویل، این کاهش نوسانات را احساس کرده و خروجی خود را سوئیچ می‌کند.
درنتیجه سیگنالی به خروجی ارسال شده و از مشاهده شدن یک جسم توسط سنسور، ما را مطلع می‌سازد.

به علت قواعد کاری ای که برای سنسورهای القایی و میدان‌های الکترومغناطیسی حاکم است،
سنسورهای القایی به نسبت سنسورهای نوری در محیط‌های سخت‌تر مناسب‌تر و پرکاربردتر هستند.
مثلا برای محیط‌های نفتی یا محیط‌های پر از گرد و غبار، عوامل خارجی تاثیر چندانی بر روی عملکرد این سنسورها نخواهند داشت.

خروجی سنسورهای القایی

امروزه سنسورهای القایی از خروجی ترانزیستوری (NPN یا PNP) بهره‌مند هستند.
ابن مدل سنسورها بسیار پرکاربرد بوده و شاید با این اسم DC-3 wire (دی سیِ سه سیمه) با آنها آشنا باشید.

در برخی از این سنسورها، پیکربندی به گونه‌ای است که دارای ۲ سیم اتصالی (connections) مثبت و منفی است،
این مدل را مدل DC-2 wire (دی سیِ دو سیمه) می‌نامند. در این مدل، بار (مصرف‌کننده) را به هر دو سیم می‌توانیم متصل کنیم،
ولیکن در مدل سه سیمه، بار را بایستی مطابق با تصویر زیر، به سنسور وصل کنیم.

سنسور مجاورتی NO و NC

همچنین سنسور مجاورتی را از نظر شرایط کاری به دو گروه تقسیم‌بندی می‌کنند.
دسته‌ی (normally open (NO و دسته‌ی (normally closed (NC تقسیم‌بندی می‌کنند.
NO یا NC بودن، توصیف‌کننده‌ی آن است که سیگنال خروجی سنسور در هنگام احساس کردن یک شیء در حالت High (ولتاژ بالا) است یا
در حالتی که هیچ شیئی وجود ندارد. به‌این معنا که در کدام حالت، سیگنال خروجی ON است.

  • NO (نرمالی اُپن): سیگنال سطح بالا، در هنگام تشخیص دادن اجسام؛ سیگنال سطح پایین در شرایط عادی و بدون هیچ جسمی
  • NC (نرمالی کلوز): سیگنال سطح بالا، در شرایط عادی و بدون هیچ جسمی؛ سیگنال سطح پایین، در هنگام تشخیص دادن اجسام

در تصویر زیر یک سنسور مجاورتی دو سیمه با خروجی NO را مشاهده می‌کند.
همان‌طور که از اسم این سنسور مشخص است، خروجی این سنسور در حالت عادی نرمالی اُپن یا به اصطلاح باز است،
پس از آنکه جسمی توسط این سنسور تشخیص داده شود، خروجی این سنسور فعال شده و به حالت ON (ولتاژ سطح بالا) در می‌آید.

با نزدیک شدن به سنسور، لامپ روشن می‌گردد (مسیر جریان بسته می‌شود)

اکنون در شکل زیر سنسوری با خروجی NC را مشاهده می‌کنید.
تا زمانی‌که جسمی(موس) به سنسور نزدیک نشود، خروجی سنسور، با سطح بالای ولتاژ (ON) بوده و
چراغ روشن می‌ماند؛ به محض آنکه جسمی به سنسور نزدیک شود، خروجی OFF شده و لامپ هم خاموش می‌شود.

سنسور مجاورتی ای که دارای هر دو مدل خروجی NO و NC باشند را مدل دو حالته یا آنتی وَلِنت (antivalent) می‌گوییم.

برای هر دو نوع سنسورهای خازنی و القایی، حالت‌های کاری NO و NC وجود دارد.
آنچه که در این دو فیلم مشاهده کردید، از سنسورهای خازنی است.

2.3 برد سنسور مجاورتی

برد سنسور (sensing distance)

برد یک سنسور (sensing distance) یکی از مهمترین مشخصات برای انتخاب یک سنسور پراکسیمیتی است.

همچنین سنسور مجاورتی القایی از نظر محورها و جهت‌های قابل تشخیص به یک بعدی، دو بعدی و حتی سه بعدی تقسیم‌بندی می‌شوند.

بردی که برای سنسورهای مجاورتی در بخش مشخصات سنسور نقل می‌شود،
بر پایه‌ی حرکت دادن یک جسم استاندارد (standard target) در مقابل سنسور است.
این هدف یا شیء استاندارد، یک ورق مربعی از جنس فولاد با ضخامت ۱mm است.
که معمولا یکی شیء با رنگ سفید و سیاه و خاکستری مانند است.
(با توجه به استاندارد EN 60947-5-2 مشخص می‌شود)

توجه داشته باشید که این برد بر اساس حرکت اجسام به صورت مستقیم به طرف سطح سنسور یا عکس آن است
و برد سنسور برای اجسامی که به صورت شعاعی حرکت داده می‌شوند، متفاوت است.

عوامل کاهش‌دهنده‌ی برد سنسور

متناسب با فلزی که استفاده می‌شود، رنج قابل تشخیص توسط سنسور می‌تواند کمتر از مقدار داده شده باشد.
مطابق با نمودار شکل زیر، برد قابل تشخیص توسط سنسور، برای فلزات مختلف تقریبا کاهش یافته و
کمتر از مقدار محاسبه شده برای فولاد می‌باشد. ممکن است اطلاعات جزئی‌تری پیرامون وابستگی نوع فلز و
برد قابل تشخیص توسط سنسور، در قسمت مشخصات فنی (technical information) در دیتاشیت سنسورهای القایی، وجود داشته باشد.

اندازه و سایز اجسام

برد قابل تشخیص توسط سنسور، به سایز جسم مورد نظر نیز وابسته است
(برای اجسام کوچکتر، فاصله‌ی قابل تشخیص، کمتر می‌باشد).
در واقع هرچه ابعاد جسم بزرگتر، تشخیص جسم راحت‌تر است.

همچنین نوع و ضخامت روکشی که برای سطح جانبی جسم انتخاب شده است،
بر حداکثر مسافتی که برای تشخیص آن جسم می‌توانیم داشته باشم، اثر گذار است.

Hysteresis برای برد یک سنسور

در دیتاشیت سنسور ممکن است به عبارت هیستریسز (Hysteresis) برخورده باشید،
این عبارت به معنای حداکثر خطایی است که در برد سنسور ممکن است وجود داشته باشد.
معمولا مقدار هیستریسز برای سنسورهای القایی بین ۵-۱۰% است.
این بدان معناست که اگر به اندازه‌ی ۵-۱۰% بیشتر از مقداری که برای برد سنسور ذکر شده است،
از سطح سنسور فاصله بگیریم، سنسور ریست شده و عملا جسم را تشخیص نمی‌دهد.
هر چه مقدار هیستریسز سنسور کمتر باشد، به معنای دقیق‌تر بودن برد سنسور است.

فرکانس پاسخ‌گویی (Response Frequency)

مطابق با استاندارد EN60947-5-2، فرکانس پاسخ‌گویی مشخصی کننده‌ی
تعداد دفعاتی است که در یک ثانیه می‌توان جسمی را درمقابل سنسور آورده و سنسور آن جسم را تشخیص دهد.

به تصویر و نمودار زیر توجه کنید، همان‌طور که مشاهده می‌کنید برای محاسبه‌ی فرکانس پاسخ‌دهی،
سنسور را در فاصله‌ی ۵۰% (نصف) نسبت به حداکثر بردی که سنسور دارد، قرار می‌دهیم و همچنین
محاسبه‌ی فرکانس با میان‌گیری از تمامی زمان‌هایی که هم جسمی در مقابل سنسور قرار می‌گیرد
و هم فاصله‌ی زمانی‌ای که شیء بعدی را میآوریم، انجام می‌شود.

2.4 سنسورهای القایی شیلدد یا نان شیلدد

سنسورهای القایی محافظت‌شده (Shielded Inductive Sensors)

سنسور مجاورتی شیلدد، به‌گونه‌ای ساخته می‌شوند که اطراف هسته‌ی فریتی را یک صفحه‌ی محافظ فراگرفته است.
این کار منجر می‌شود که میدان مغناطیسی فقط در راستای مستقیم و سطح جلویی سنسور ایجاد شود.
این بدان معناست که سنسور فقط امکان تشخیص اجسام در جهت مستقیم را دارد.

یک سنسور مجاورتی شیلدد (shielded proximity sensor) می‌تواند به صورت فلشی بر روی سطوح فلزی نصب شود
(به‌خصوص در فضاهای محدود). این‌کار مزیت‌های حفاظت مکانیکی و پروتکشن‌های دیگری را نیز برای سنسور فراهم خواهد کرد.

اگرجه این‌کار باعث کاهش برد سنسور می‌شود، ولیکن می‌توان سنسور را به آسانی در جاهای مختلفی نصب نموده
و فلزاتی که در اطراف قرار دارند، هیچ اثری بر روی کارایی سنسور ندارند.

سنسورهای القایی محافظت نشده (Non-shielded Inductive Sensors)

سنسورهای نان شیلدد (محافظت نشده) هیچ حفاظتی بر روی هسته‌ی فریتی سنسور ندارند
و بخش احساس کننده‌ی سنسور هیچ پوشش جانبی‌ای ندارد.
تفاوت بین سنسورهای شیلدد و نان‌شیلدد را به وضوح می‌توان مشاهده کرد.

طراحی سنسورهای القایی به این سبک، رنج تشخیص بیشتری را نسبت به سنسورهای شیلدد، فراهم می‌کند.
برای سایزهای قطری مشابه، سنسورهای محافظت‌نشده (Non-shielded) عموما از این قابلیت بهره‌مند بوده که
توانایی تشخیص در دو جهت را دارند، حال آنکه سنسورهای شیلدد این ویژگی را ندارند.
درواقع مزیت سنسورهای نان شیلدد، توانایی تشخیص در چندین جهت است.

سنسور مجاورتی نان‌شیلدد را نمی‌توان به صورت فلشی نصب نمود، درنتیجه حفاظت مکانیکی آنها کمتر است.
همان‌طور که در تصویر هم واضح است، به علت میدانی که در اطراف (تمامی جهت‌های) سوئیچ مجاورتی ایجاد می‌شود،
این میدان ممکن است توسط اجسام فلزی تحت تاثیر قرار گیرد.

در نصب سنسورهای نان شیلدد، حتما دقت عمل بالایی داشته باشید و
دستورالعملی که برای راهنمایی نصب این سنسورها در دیتاشیت آنها ذکر شده را حتما مطالعه نمایید.

تداخل متقابل (Mutual Interference)

اگر سنسورهای مجاورتی در کنار یکدیگر نصب شوند، ممکن است بر عملکرد یکدیگر تاثیر بگذارند.
این اثر را تداخل متقابل می‌گویند. این اتفاق ممکن است در حالت‌هایی که سنسورها در مقابل یکدیگر یا آنکه در کنار هم قرار می‌گیرند، رخ بدهد.

برای جلوگیری از این تداخل و یافتن حداقل فاصله‌ای که بایستی بین سنسورها باشد
تا سنسورها بر یکدیگر تاثیر نگذارند، به دیتاشیت سنسور مراجعه کنید.

از معایب سنسورهای نان‌شیلدد، می‌توان به اثر تداخل متقابل اشاره کرد.
البته احتما رخ دادن این معزل برای سنسورهای شیلدد بسیار کمتر است.

2.5 انتخاب یک سنسور پراکسیمیتی

هنگامی که قصد انتخاب یک سنسور مجاورتی مناسب برای یک کاربرد خاص را دارید، بایستی به یکسری از نکات توجه نمایید:

  • ویژگی‌های جسم موردنظر (نوع فلز، سایز، روکش)
  • جهت حرکت جسم موردنظر
  • سرعت جسم موردنظر
  • اثر فلزات محیطی
  • اثر دما، ولتاژ، EMC، اغتشاشات، شوک، رطوبت، پودرها، مواد شیمیایی و شوینده
  • برد موردنیاز

و در انتها، یک بار دیگر سنسورهای مجاورتی رو بررسی می کنیم و
به بررسی سنسورهای NPN و PNP هم می پردازیم.

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.

بخش انتهایی این مقاله توسط خانم فلاح از همکاران تولید محتوای نماتک آماده شده است.

ثبت اطلاعات برای دریافت آموزش رایگان

مقاله بالا بخشی از بسته جامع آموزش اتوماسیون صنعتی (PLC) است.

برای مشاهده کامل این بسته کلیک کنید.

مشاهده بسته اتوماسیون صنعتی
بسته آموزش اتوماسیون صنعتی

به آموزش اتوماسیون صنعتی علاقه مندم

اگر محتوای آموزشی اتوماسیون صنعتی را می پسندید برای دریافت آموزش های رایگان فرم را تکمیل کنید.

شماره موبایل پشتیبانی: ۰۹۰۱۷۰۳۹۳۲۹


در نماتک نظر دهید