سنسور در اتوماسیون صنعتی

انواع مختلف سنسورها به جزء جدایی ناپذیر زندگی روزمره ما در خانه و محل کار تبدیل شده اند. به احتمال زیاد، هر روز تحت تاثیر عملکرد یک سنسور قرار می گیرید، بدون اینکه حتی متوجه آن شوید. در این مقاله، با ماهیت سنسورها، کاربرد آنها و نقششان در کنترل فرایند آشنا خواهید شد. همچنین با کاربردهای متنوع سنسورها در محیط های صنعتی آشنا می شوید.

سنسور چیست؟

سنسور وسیله ای است که تغییرات فیزیکی، الکتریکی یا شیمیایی را تشخیص می دهد و در پاسخ به آن تغییر، سیگنال الکتریکی تولید می کند. سنسورها دنیای اطراف ما را درک می کنند و این درک را به سیگنال های الکتریکی قابل اندازه گیری تبدیل می کنند که می توان از آنها برای کنترل و اتوماسیون فرایندهای مختلف استفاده کرد.

انواع سنسور اتوماسیون صنعتی

طیف وسیعی از کاربردهای سنسور با وجود انواع مختلف سنسورها امکان پذیر شده است. هر نوع سنسور برای تشخیص ویژگی های فیزیکی یا شیمیایی خاصی طراحی شده است.

• سنسورهای دما: تغییرات دما، از سرما تا گرما را اندازه گیری می کنند.
• سنسورهای فشار: تغییرات فشار را از فشار اتمسفر تا فشارهای بالا در کاربردهای صنعتی تشخیص می دهند.
• سنسورهای مجاورتی: بدون تماس فیزیکی، وجود یا نزدیکی اشیاء را حس می کنند و امکاناتی مانند کنترل های بدون لمس و درهای اتوماتیک را فراهم می کنند.

سنسورها در کنترل فرایندهای صنعتی

سنسورها در کنترل فرایندهای صنعتی نقش مهمی در حفظ عملکرد دقیق و کارآمد ایفا می کنند. آنها داده های لحظه ای را در مورد پارامترهای مختلف مانند دما، فشار، جریان و سطح ارائه می دهند و سیستم های کنترل را قادر می سازند تا تنظیمات لازم را انجام داده و فرایندها را بهینه کنند.

انواع سنسورها و کاربردهایشان

در دنیایی زندگی می کنیم که مملو از سنسورها است. انواع مختلفی از سنسورها را می توان در خانه، محل کار، اتومبیل و غیره پیدا کرد که با تشخیص حضور ما، تنظیم دمای اتاق، تشخیص دود یا آتش، تهیه قهوه خوشمزه، باز کردن درب گاراژ به محض نزدیک شدن خودرو و بسیاری موارد دیگر، زندگی را برای ما آسان تر می کنند.

این اتوماسیون و بسیاری از موارد دیگر به لطف سنسورها امکان پذیر شده است. قبل از اینکه به جزئیات ماهیت سنسور، انواع مختلف سنسورها و کاربردهای آنها بپردازیم، ابتدا به یک مثال ساده از یک سیستم خودکار نگاه می کنیم که به لطف سنسورها (و بسیاری از اجزای دیگر) امکان پذیر شده است.

دسته بندی سنسورها

طبقه بندی های مختلفی از سنسورها توسط نویسندگان و متخصصان مختلف ارائه شده است. برخی از این طبقه بندی ها بسیار ساده و برخی دیگر بسیار پیچیده هستند. طبقه بندی زیر از سنسورها ممکن است قبلاً توسط یک متخصص در این زمینه استفاده شده باشد، اما این یک طبقه بندی بسیار ساده از سنسورها است.

طبقه بندی بر اساس منبع تغذیه:

• سنسورهای فعال: این سنسورها برای کار کردن به یک سیگنال تحریک خارجی یا سیگنال برق نیاز دارند.
• سنسورهای غیرفعال: برعکس سنسورهای فعال، این سنسورها به هیچ سیگنال برق خارجی نیاز ندارند و مستقیماً خروجی تولید می کنند.

طبقه بندی بر اساس روش تشخیص:

نوع دیگری از طبقه بندی بر اساس روش تشخیص استفاده شده در سنسور است. برخی از روش های تشخیص عبارتند از الکتریکی، بیولوژیکی، شیمیایی، رادیواکتیو و غیره.

طبقه بندی بر اساس پدیده تبدیل:

طبقه بندی بعدی بر اساس پدیده تبدیل، یعنی ورودی و خروجی سنسور، انجام می شود. برخی از پدیده های تبدیل رایج عبارتند از فوتوالکتریک، ترموالکتریک، الکتروشیمیایی، الکترومغناطیسی، ترموپتیک و غیره.

طبقه بندی بر اساس خروجی:

• سنسورهای آنالوگ: این سنسورها خروجی آنالوگ تولید می کنند، یعنی سیگنال خروجی پیوسته (معمولاً ولتاژ، اما گاهی اوقات مقادیر دیگری مانند مقاومت و غیره) نسبت به کمیت مورد نظر.
• سنسورهای دیجیتال: بر خلاف سنسورهای آنالوگ، سنسورهای دیجیتال با داده های گسسته یا دیجیتال کار می کنند. داده های موجود در سنسورهای دیجیتال که برای تبدیل و انتقال استفاده می شود، ماهیت دیجیتال دارد.

انواع سنسورها:

فهرستی از انواع مختلف سنسورهایی که به طور معمول در کاربردهای مختلف استفاده می شوند در زیر آمده است. از همه این سنسورها برای اندازه گیری یکی از خواص فیزیکی مانند دما، مقاومت، ظرفیت، هدایت، انتقال حرارت و غیره استفاده می شود.

• سنسور دما
• سنسور مجاورت
• سنسور شتاب سنج
• سنسور مادون قرمز (IR)
• سنسور فشار
• سنسور نوری
• سنسور فراصوت
• سنسور دود، گاز و الکل
• سنسور لمسی
• سنسور رنگ
• سنسور رطوبت
• سنسور موقعیت
• سنسور مغناطیسی (سنسور اثر هال)
• میکروفون (سنسور صدا)
• سنسور شیب
• سنسور جریان و سطح
• سنسور مادون قرمز غیرفعال (PIR)
• سنسور فشار و وزن

در ادامه به توضیح مختصری در مورد برخی از سنسورهای ذکر شده در بالا می پردازیم. اطلاعات بیشتر در مورد سنسورها متعاقباً اضافه خواهد شد. لیستی از پروژه هایی که از سنسورهای فوق استفاده می کنند در انتهای صفحه آمده است.

سنسور دما

یکی از رایج ترین و محبوب ترین سنسورها، سنسور دما است. سنسور دما همانطور که از نامش پیداست، گرما را حس می کند، یعنی تغییرات دما را اندازه گیری می کند.

انواع مختلفی از سنسورهای دما وجود دارد، مانند IC های سنسور دما (مانند LM35، DS18B20)، ترمیستورها، ترموکوپل ها، RTD (دستگاه های مقاومتی دما) و غیره.

سنسورهای دما می توانند آنالوگ یا دیجیتال باشند. در یک سنسور دمای آنالوگ، تغییرات دما با تغییر در ویژگی فیزیکی آن مانند مقاومت یا ولتاژ مطابقت دارد. LM35 یک سنسور دمای آنالوگ کلاسیک است.

در سنسور دمای دیجیتال، خروجی یک مقدار دیجیتال گسسته است (معمولاً داده عددی پس از تبدیل مقدار آنالوگ به دیجیتال). DS18B20 یک سنسور دمای دیجیتال ساده است.

سنسورهای دما در همه جا مانند رایانه، تلفن همراه، خودرو، سیستم های تهویه مطبوع، صنایع و غیره استفاده می شوند.

یک پروژه ساده با استفاده از LM35 (سنسور دمای مقیاس سلسیوس) در این پروژه پیاده سازی شده است: سیستم کنترل دما.

سنسور مجاورتی

سنسور مجاورتی یک سنسور از نوع بدون تماس است که وجود یک شی را تشخیص می دهد. سنسورهای مجاورتی را می توان با استفاده از تکنیک های مختلف مانند اپتیکی (مانند مادون قرمز یا لیزر)، صدا (فراصوت)، مغناطیسی (اثر هال)، خازنی و غیره اجرا کرد.

برخی از کاربردهای سنسورهای مجاورتی شامل تلفن های همراه، خودروها (سنسورهای پارکینگ)، صنایع (تراز اشیاء)، نزدیکی زمین در هواپیما و غیره است.

این پروژه، سنسور مجاورتی را در سیستم پارک معکوس پیاده سازی می کند: مدار سنسور پارک معکوس.

سنسور مادون قرمز (IR)

سنسورهای IR یا سنسورهای مادون قرمز حسگرهای مبتنی بر نور هستند که در کاربردهای مختلفی مانند تشخیص نزدیکی و اشیاء استفاده می شوند. سنسورهای IR تقریباً در تمام تلفن های همراه به عنوان سنسورهای مجاورتی استفاده می شوند.

دو نوع سنسور مادون قرمز یا IR وجود دارد: نوع عبوری و نوع بازتابی. در سنسور IR نوع عبوری، فرستنده IR (معمولاً یک LED IR) و آشکارساز IR (معمولاً یک دیود نوری) روبروی هم قرار می گیرند، به گونه ای که وقتی جسمی از بین آنها عبور می کند، سنسور آن را تشخیص می دهد.

نوع دیگر سنسور IR، سنسور IR نوع بازتابی است. در این نوع، فرستنده و گیرنده در کنار هم قرار گرفته اند و رو به شی هستند. هنگامی که جسمی جلوی سنسور قرار می گیرد، نور مادون قرمز از فرستنده IR از شی منعکس شده و توسط گیرنده IR شناسایی می شود و بدین ترتیب سنسور شی را تشخیص می دهد.

کاربردهای مختلفی وجود دارد که سنسور IR در آنها پیاده سازی شده است، مانند تلفن های همراه، ربات ها، مونتاژ صنعتی، خودرو و غیره.

پروژه کوچکی که در آن از سنسورهای IR برای روشن کردن چراغ های خیابان استفاده می شود: روشنایی خیابان با استفاده از سنسورهای IR.

سنسور فراصوت

سنسور فراصوت یک دستگاه بدون تماس است که می تواند برای اندازه گیری فاصله و همچنین سرعت یک جسم مورد استفاده قرار گیرد. این سنسور بر اساس خواص امواج صوتی با فرکانس بالاتر از محدوده شنوایی انسان کار می کند.

با استفاده از زمان پرواز موج صوتی، یک سنسور فراصوت می تواند فاصله جسم را اندازه گیری کند (مشابه سونار). از خاصیت تغییر فرکانس داپلر (Doppler Shift) موج صوتی برای اندازه گیری سرعت یک جسم استفاده می شود.

پروژه یابنده برد مبتنی بر آردوینو، یک پروژه ساده با استفاده از سنسور فراصوت است: مسافت یاب فراصوت قابل حمل.

سنسور نور

سنسورهای نور، که گاهی اوقات به عنوان سنسورهای فوتو (Photo Sensor) نیز شناخته می شوند، یکی از سنسورهای مهم هستند. یک سنسور نور ساده که امروزه در دسترس است، مقاومت وابسته به نور (LDR) است. خاصیت LDR این است که مقاومت آن با شدت نور محیط نسبت عکس دارد، یعنی هرچه شدت نور بیشتر شود، مقاومت آن کمتر می شود و بالعکس.

با استفاده از LDR در یک مدار، می توان تغییرات مقاومت آن را برای اندازه گیری شدت نور کالیبره کرد. دو سنسور نور (یا فوتو سنسور) دیگر وجود دارد که اغلب در طراحی سیستم های الکترونیکی پیچیده استفاده می شود. اینها فوتودیود و فوتوترانزیستور هستند. همه اینها سنسورهای آنالوگ هستند.

همچنین سنسورهای نور دیجیتال مانند BH1750، TSL2561 و غیره وجود دارند که می توانند شدت نور را محاسبه کرده و مقدار معادل دیجیتال ارائه دهند.

این پروژه ساده تشخیص دهنده نور با استفاده از LDR را بررسی کنید.

سنسورهای دود و گاز

یکی از سنسورهای بسیار مفید در برنامه های مرتبط با ایمنی، سنسورهای دود و گاز هستند. تقریباً تمام ادارات و صنایع به چندین حسگر دود مجهز هستند که هرگونه دودی (ناشی از آتش سوزی) را تشخیص داده و آژیر را به صدا در می آورند.

سنسورهای گاز در آزمایشگاه ها، آشپزخانه های بزرگ و صنایع رایج تر هستند. آنها می توانند گازهای مختلفی مانند LPG، پروپان، بوتان، متان (CH4) و غیره را تشخیص دهند.

امروزه سنسورهای دود (که اغلب می توانند دود و همچنین گاز را تشخیص دهند) به عنوان یک اقدام ایمنی در اکثر خانه ها نصب می شوند.

سری سنسورهای «MQ» مجموعه‌ای از سنسورهای ارزان‌قیمت برای تشخیص CO، CO2، CH4، الکل، پروپان، بوتان، LPG و غیره هستند. می توانید از این سنسورها برای ساخت برنامه حسگر دود خود استفاده کنید.

سنسور الکل

همانطور که از نامش پیداست، سنسور الکل، الکل را تشخیص می دهد. سنسورهای الکل معمولاً در دستگاه های تنفس سنج (breathalyzer) استفاده می شوند که مشخص می کنند فرد مست است یا خیر. پرسنل اجرای قانون از تنفس سنج برای دستگیری رانندگان مست استفاده می کنند.

آموزش ساده در مورد اینکه چگونه مدار تنفس سنج الکل بسازیم؟

سنسور لمسی

ما اهمیت زیادی به سنسورهای لمسی نمی دهیم اما آنها به جزء جدایی ناپذیر زندگی ما تبدیل شده اند. چه بدانید یا ندانید، همه دستگاه های صفحه لمسی (موبایل، تبلت، لپ تاپ و غیره) دارای سنسورهای لمسی هستند. یکی دیگر از کاربردهای رایج سنسور لمسی، ترک پدهای لپ تاپ ها است.

سنسورهای لمسی، همانطور که از نامشان پیداست، لمس انگشت یا قلم را تشخیص می دهند. سنسورهای لمسی اغلب به دو نوع مقاومتی و خازنی طبقه بندی می شوند. تقریباً همه سنسورهای لمسی مدرن از نوع خازنی هستند زیرا دقیق تر هستند و نسبت سیگنال به نویز بهتری دارند.

اگر می خواهید برنامه ای با سنسور لمسی بسازید، ماژول های کم هزینه ای در دسترس هستند و با استفاده از آن سنسورهای لمسی می توانید مدار کلید کم نور لمسی با استفاده از آردوینو بسازید.

سنسور رنگ

سنسور رنگ یک ابزار مفید در ساخت برنامه های تشخیص رنگ در زمینه پردازش تصویر، شناسایی رنگ، ردیابی اشیاء صنعتی و غیره است. TCS3200 یک سنسور رنگ ساده است که می تواند هر رنگی را تشخیص دهد و یک موج مربعی متناسب با طول موج رنگ تشخیص داده شده خروجی دهد.

اگر به ساخت برنامه کاربردی سنسور رنگ علاقه مند هستید، این پروژه تشخیص رنگ مبتنی بر آردوینو را بررسی کنید.

سنسور رطوبت

اگر سیستم های نظارت بر آب و هوا را ببینید، آنها اغلب علاوه بر دما، داده های رطوبت را نیز ارائه می دهند. بنابراین، اندازه گیری رطوبت در بسیاری از برنامه های کاربردی کار مهمی است و سنسورهای رطوبت به ما در دستیابی به این هدف کمک می کنند.

اغلب همه سنسورهای رطوبت، رطوبت نسبی را اندازه گیری می کنند (نسبتی از محتوای آب در هوا به حداکثر پتانسیل هوا برای نگه داشتن آب). از آنجایی که رطوبت نسبی به دمای هوا بستگی دارد، تقریباً همه سنسورهای رطوبت نیز می توانند دما را اندازه گیری کنند.

سنسورهای رطوبت به انواع خازنی، مقاومتی و رسانایی حرارتی طبقه بندی می شوند. DHT11 و DHT22 دو مورد از سنسورهای رطوبت پرکاربرد در جامعه DIY هستند (اولی از نوع مقاومتی است در حالی که دومی از نوع خازنی است).

سنسور شیب

سنسورهای شیب، که اغلب برای تشخیص شیب یا جهت گیری استفاده می شوند، یکی از ساده ترین و ارزان ترین سنسورهای موجود هستند. قبلاً سنسورهای شیب از جیوه ساخته می شدند (و به همین دلیل گاهی اوقات به آنها سوئیچ های جیوه ای نیز گفته می شود) اما اکثر سنسورهای شیب مدرن حاوی یک توپ غلتان هستند.

یک کلید ساده مبتنی بر آردوینو با استفاده از سنسور شیب در اینجا پیاده سازی شده است: چگونه با آردوینو یک سنسور شیب بسازیم؟

در این مقاله، در مورد اینکه سنسور چیست، طبقه بندی سنسورها و انواع مختلف سنسورها به همراه کاربردهای عملی آنها صحبت کردیم. در آینده این مقاله را با سنسورهای بیشتر و کاربردهای آنها به روز رسانی خواهم کرد.

خرید سنسور با قیمت مناسب

برای استعلام قیمت و خرید سنسور میتوانید با کارشناسان شرکت مهندسی تات تماس بگیرید یا در واتساپ شرکت (09915298605) با ما در ارتباط باشید .