تجهیزات اتوماسیون صنعتی و ابزار دقیق بخش اول

اتوماسیون صنعتی به بهره­گيري از نرم­افزار و سخت­افزارها، به جاي متصديان انساني براي کنترل دستگاه­ها و فرآیندهای صنعتی گفته مي­شود. امروزه با پیشرفت صنعت الکترونیک، حضور تجهیزات اتوماسیون صنعتی و ابزار دقیق در تمامی صنایع کاملا مشهود است به­طوری که می‌توان پیشرفت صنایع را به صورت چشم­گیر مشاهده نمود. در بین قطعات تولیدی در این صنعت قطعه‌ای وجود دارد که به کنترل سیستم‌ها به صورت اتوماتیک، کمک فراوانی کرده است و از این قطعه به عنوان حسگر یا نام لاتین آن سنسور می‌توان نام برد. جمع آوري اطلاعات در فرايندهاي صنعتي با استفاده از سنسورها يا حسگرها صورت مـي­گيـرد . ايـن حسگرها به منزله چشم و گوش يک سيستم کنترلي عمل مي­کنند. امروزه در بسياري از ماشين­آلات صنعتي استفاده از سنسورها امري متداول مي­باشد تا جايي که عملکرد خودکار يک ماشين را مي­تـوان با تعداد سنسورهاي موجود در آن درجه­بندي کرد .وجود سنسورهاي مختلف در فرايند اتوماسيون به اندازه­اي مهم است که بدون سنسور هيچ فرايند خودکاري شکل نمي­گيرد، بنابراين سنسورها يکي از اجزاي لاينفک تجهیزات اتوماسیون صنعتی و ابزار دقیق مي­باشند. برای آشنایی بیشتر با سنسورها در ادامه به معرفی آنها خواهیم پرداخت.

• سنسور التراسونیک

امواج التراسونیک (Ultrasonic) به دسته­ای از امواج مکانیکی گفته می­شود که فرکانس نوسان­شان بیش از محدوده شنوایی انسان باشد. سنسور التراسونیک غالبا دارای یک فرستنده و یک گیرنده امواج التراسونیک می­باشد که این امواج بعد از برخورد با یک مانع، منعکس شده و به طرف سنسور برمی­گردند. باتوجه به زمان بازگشت و همچنین کیفیت امواج بازتابش شده به فاکتورهایی همچون فاصله تا مانع، نوع مانع و سرعت مانع دست پیدا می­کنیم. لازم به ذکر است که هر ماده­ای با یک کیفیت خاص امواج التراسونیک را از خود عبور و مقداری از آن را بازتابش می­دهد.

کاربرد سنسور آلتراسونیک برای سنجش میزان فاصله، عمق، همگن نمودن مواد مذاب، آزمایش کیفی قطعات صنعتی جهت تشخیص شکاف‌ها و سوراخ‌های ریز و… است. سنسور التراسونیک که به «سطح­سنج» هم معروف است به دلیل دقت و سرعت بالا، عدم تماس با جسم و نداشتن خورندگی و سایش، پایین بودن هزینه‌های تعمیر و نگهداری و قیمت مناسب، یکی از بهترین سنسور‌ها برای اندازه­گیری فاصله و آشکارسازی اجسام در صنعت به شمار می‌آید. سنسور التراسونیک در بازار معمولا به دو دسته صنعتي و غيرصنعتي تقسيم­بندي می‌شود. سنسورهاي غيرصنعتي در فركانس‌هايي در حدود ۴۰ كيلوهرتز كار مي­كنند و در بازار با قيمت­هاي پايين در دسترس هستند. در اين سنسورها دقت كار بالا نبوده و فقط در حد تشخيص يك فاصله يا عمق يك مايع مي­توان از آنها استفاده كرد. اما در سنسورهاي صنعتي كه در فركانس­هاي در حد مگاهرتز كار مي­كنند به دليل همين فرکانس بالا، دقت زيادي را خواهيم داشت.

• سنسور القایی

سنسور القایی  (Inductive Sensor) سنسوری است که از اصل القای الکترومغناطیسی برای تشخیص یا اندازه‌گیری اشیاء فلزی استفاده می‌کند. در حقیقت جریان در این وسیله از طریق میدان مغناطیسی ایجاد می‌شود و هنگامی که میدان مغناطیسی تغییر کند، جریان نیز تغییر می‌کند. از این خاصیت می‌توان برای تشخیص اشیاء فلزی که با یک میدان مغناطیسی در تعامل هستند، استفاده کرد. مواد غیرفلزی مانند مایعات یا بعضی از انواع خاک با میدان مغناطیسی تداخل ندارند، بنابراین یک سنسور القایی می­تواند در شرایط مرطوب یا کثیف هم کار کند.

از کاربردهای متداول سنسور القایی می‌توان به ردیاب‌های فلزی، چراغ راهنمایی و کنترل ترافیک جاده‌ها، کارواش‌های اتوماتیک، تشخیص بسته بودن درب آسانسور و بسیاری کاربردهای دیگر اشاره کرد. در بخش اتوماسیون صنعتی و ابزار دقیق نیز از سنسور القایی برای شمارش قطعات در یک سیستم، جداسازی قطعات با ابعاد مختلف، تشخیص و اندازه‌گیری فاصله از قطعات فلزی استفاده می‌شود.

• سنسور حرارتی

سنسور حرارتی  (temperature sensor)در اصل دستگاهی است که دما را تشخیص می­دهد. سنسورهای حرارتی در بسیاری از فرایندهای صنعتی و رایانه­های شخصی یافت می­شوند تا هنگام عبور از دمای خاصی، سیگنال اخطار را اعلام نمایند. سنسور حرارتی عنصری ساختاری برای اندازه­گیری دما است و از طریق وابستگی ماده­ی حسگر به دما عمل می­کند که به­طور معمول شناخته شده و به خوبی تعریف شده است. یک سنسور حرارتی معمولا اندازه­گیری دما را از طریق سیگنال الکتریکی فراهم می­کند. سنسورهای حرارتی سیگنال اندازه­گیری را نه در پاسخ به دمای واقعی بلکه در پاسخ به اختلاف دما بین اتصالات اندازه­گیری و مرجع تولید می­کنند. سپس دمای محیط با استفاده از دستگاه اندازه­گیری به دمای دیفرانسیل سنسور حرارتی اضافه می­شود تا دمای واقعی اندازه­گیری شده مشخص و نمایش داده شود.

• سنسور نوری

سنسور نوری (Photoelectric Sensor) اشعه نور را به سیگنال الکتریکی تبدیل می­کند به­طوری که کمیت فیزیکی نور را اندازه بگیرد، سپس آن  را برای دستگاه خوانا کند. سنسور نوری بدون تماس، به پرتوی نوری حساس بوده و از یک منبع ارسال کننده‌ی نور و یک گیرنده تشکیل شده است.

اساس کار سنسورهای نوری بر مبنای کیفیت و فاصله‌ی زمانی دریافت نور تاییده شده از منبع بوده و در مدل‌های دیجیتال و آنالوگ برای تشخیص جابه‌جایی اجسام، شمارش، تشخیص رنگ، صحت قرارگیری اجسام در بسته‌بندی یا مونتاژ، اندازه‌گیری فاصله، کنترل سطح در مخازن، کنترل درب‌ها، سیستم‌های حفاظتی و… استفاده می‌شود. سنسور معمولا به یک گیره نگهدارنده متصل است. گیره نگهدارنده در برابر تغییر در سیگنال درون سنسور نوری واکنش نشان می­دهد و می­تواند یک تا چندین پرتو نور را تشخیص دهد .دستگاه­های حسگر نوری، تغییر نور را به حضور تبدیل می­کنند.

سنسور نوری کاربرد زیادی در زندگی روزمره ما دارد به­طوری که حضور آن را می­توان در موارد مختلفی مشاهده کرد. به­طور مثال وجود سنسور نوری در گوشی هوشمند برای اینکه صفحه گوشی روشن بماند. سنسور نوری در ساعت هوشمند که ضربان قلب را اندازه می­گیرد. به دلیل اینکه فیبرهای نوری نارسانا هستند، سنسور نوری بهترین انتخاب برای ابزارهای گازی و نفتی مانند کنترل خط لوله انتقال است. در پلتفرم­های دیریایی، تیغه توربین­های تولید نیرو، باند فرودگاه، در روش حرارتی شاخص انکسار و تداخل سنج به منظور تغییر سیگنال کاربرد دارد.

• سنسور مغناطیسی

سنسور مغناطیسی (Magnetic sensor) و یا به­ عبارتی «سنسور آهنربا» و یا در اصطلاح بازاری «سنسور جک» یکی از انواع سنسور مجاورتی است. اساس کار سنسور مغناطیسی، واکنش نشان دادن به میدان مغناطیسی اطراف آهنربای دائم یا الکتریکی است. این سنسور‌ غالبا برای تشخیص موقعیت قطعه، بدون تماس با سنسور مورد کاربرد قرار می‌گیرد. در حقیقت بدون انجام هیچ­گونه تماسی با قطعات، می‌تواند موقعیت آن‌ها را تشخیص دهد.

در حالت کلی زمانی که می­خواهید کمیت‌های فیزیکی مانند جهت، حضور یا عدم حضور و یا جریان را اندازه­گیری کنید و قصد استفاده از سنسور‌های مغناطیسی را دارید، ابتدا باید این کمیت‌ها، یک میدان مغناطیسی را به‌وجود آورند و یا تغییری در میدان مغناطیسی سنسور ایجاد نمایند تا سنسور این تغییر را احساس کرده و آن را توسط یک مدار به جریان و یا ولتاژ مناسب تغییر دهد.

از کاربرد‌های سنسور مغناطیسی می­توان در رهیابی و ناوبری نام برد. از دیگر کاربرد‌های آن به کنترل سطوح در مخازن نیز می‌توان اشاره کرد. سنسورهای حساس به میدان مغناطیسی دارای ساختاری هستند که می‌توانند در محیط‌های آلوده، چرب و روغنی نیز کارایی خود را حفظ کرده و به خوبی عمل کنند. ساختار مناسب موجب شده تا در اتومبیل‌ها بسیار مورد کاربرد قرار گیرند.