راهنمای کامل آشنایی با انواع سنسور

 سنسورها تغییرات رو به چه زبونی برای ما ترجمه میکنن که بتونیم متوجه تغییرات بشیم ؟

از اونجایی که تو علم الکترونیک لازمه پدیده ها به زبان ولتاژ و جریان تبدیل بشن، پس سنسورها هم  تغییرات فیزیکی ای که از محیط حس کردن رو به جریان الکتریکی پیوسته یا آنالوگ و غیرپیوسته یا دیجیتال تبدیل میکنند . 

البته بعضی از اونها هم خیلی ساده تر هستن و خروجی اطلاعات شون بصری هست مثل دماسنج جیوه ای که با نگاه کردن به درجه بندی روی شیشه ی دماسنج میتونیم تغییرات دما رو اندازه گیری کنیم.

بیشتر بخوانید : داستان یک روز عجیب که سنسور ها اعتصاب کردن و تصمیم گرفتن کار نکن!

سنسورهای آنالوگ چه تفاوتی با سنسورهای دیجیتال دارن؟

سنسور های آنالوگ محدوده ای از مقادیر یا range of value و سنسورهای دیجیتال سیگنال روشن – خاموش یا on-off رو به ما ارائه میدن .

سنسورهای آنالوگ خیلی دقیق تر از سنسورهای دیجیتالی هستن و از اونجایی که سیگنال های آنالوگ پیوسته هستن حتی به تغییرات خیلی کم و کوچیک فیزیکی محیط اطرافشون حساس هستن و میتونن اونها رو ثبت کنن .در صورتی که سیگنال های دیجیتال ۰ و ۱ ای هستن و یه روند کلی از تغییرات رو به ما نشون میدن و اطلاع میدن .

بر اساس نوع عملکرد چند نوع سنسور داریم ؟

سنسورها رو میتونیم بر اساس عملکرد به دسته های مختلفی تقسیم بندی کنیم . یکی از انواع این تقسیم بندی ها، تقسیم سنسورها به دو دسته ی تماسی و غیر تماسی هست .

 سنسورهای تماسی ، سنسورهایی هستن که معمولا در اتصالات مختلف محرک ها و بیشتر هم در عوامل نهایی قرار میگیرند . این نوع سنسورها به دو دسته تشخیص تماس و سنسورهای نیرو – فشار تقسیم میشوند .

از سنسورهای تماسی برای سنجش دمای محیط استفاده میشه و زمانی که سنسور در تماس با یک جسم قرار میگیره یا یه محیط خاص قرار میگیره، تعادل گرمایی ای که بین سنسور و محیط یا جسم ایجاد میشه اندازه گیری و سنجش میشه.

 سنسورهای غیر تماسی یا مجاورتی   سنسورهایی هستن که با فاصله از جسم و بدون هیچ گونه اتصالی عمل میکنن و با نزدیک شدن یک قطعه یا جسم باعث جذب یک رله، کنتاکتور و یا ارسال سیگنال الکتریکی به ورودی یک سیستم میشن و به این شکل وجود یک جسم رو در اطراف یا نزدیک خودشون بدون هیچ تماسی حس کنن.

سنسورهای غیر تماسی یا مجاورتی مزایایی نسبت به سنسورهای تماسی دارن از جمله :

۱- سرعت سوئیچینگ یا قطع و وصل بالایی دارند و در نتیجه سرعت پاسخ بالایی دارن

۲ – به علت اینکه در اونها از نیمه هادی ها در طبقه خروجی استفاده شده در زمان سوئیچینگ نویزهای مزاحم یا Bouncing Noise ایجاد نمیکنند

۳ – به نیرو و فشار نیاز ندارند

۴ – به علت اینکه تماس مکانیکی ندارند و آب ، روغن، گرد و غبار و .. در آنها نفوذ نمی کند طول عمر خیلی یبیشتری دارند

۵ –  در محیطهای متنوع با شرایط مختلف از جمله فشار زیاد، دمای بالا، اسیدی، روغنی و… قابل استفاده هستن

۶ – و در کنار تمام این موارد دقت بالایی دارن و خیلی قابل اطمینان تر هستن

بیشتر بخوانید : سنسور شتاب سنج چیست؟ (کاربرد های کمتر شناخته شده از فرمول شتاب)

سنسورهای غیر تماسی در صنعت برای چه کارهایی استفاده میشن ؟

-شمارش تعداد تولید در کارخانجات و کارگاه های تولیدی

– کنترل حرکت و انحراف مثل حرکت و انحراف پارچه

–تشخیص پیوستگی مثل تشخیص پارگی ورق ها

–کنترل تردد مثل کنترل ماشین های خروجی و ورودی به پارکینگ

– کنترل سطح مخازن

-اندازه گیری سرعت

اندازه گیری فاصله قطعات

-اندازه گیری حرارت

-اندازه گیری شیمیایی
 

سنسورهای مجاورتی از نظر تابع خروجی انواع مختلفی دارن :

Normally Open

این نوع سنسورهای مجاورتی در حالت عادی یک تیغه در حالت عادی باز دارن که در زمان عمل از حالت قطع به وصل تغییر میکنه.

Normally Close

این نوع سنسورهای مجاورتی در حالت عادی یک تیغه در حالت عادی بسته دارن که در زمان عمل از حالت وصل به قطع تغییر میکنه.

بیشتر بخوانید : سنسور فشار چیست؟ چه کاربردهایی دارد؟

سنسور های مجاورتی با خروجی مکمل

این نوع سنسورهای مجاورتی ترکیبی از یک سنسور Normally Open و یک سنسور Normally Close هستن و در زمان عمل یک تیغه اونها وصل و یک تیغه دیگه به حالت قطع در میاد.

سنسور با خروجی آنالوگ

توی این نوع سنسورهای مجاورتی خروجی به صورت یک ولتاژ پیوسته هست و عملکرد این سنسورها، تابع فاصله قطعه از سنسور هست.

در مورد انواع سنسورها و قابلیت‌هاشون بیشتر بدونیم :

به طور کلی سنسورها براساس اینکه وظیفه ی «حس کردن» چه کمیتی رو دارن و همین طور براساس تکنولوژی های به کار رفته در اون ها به انواع مختلفی دسته بندی میشن:

سنسور دما

وظیفه ی سنسور های دما تبدیل دما به یک کمیت فیزیکی قابل سنجش هست .این نوع سنسور، جزو پرکاربردترین حسگرها هست که در موبایل ها، کامپیوترها، اتومبیل ها، سیستم های تهویه مطبوع ، صنایع و خیلی موارد دیگه کاربرد داره.

با این سنسور میتونیم متوجه  میزان دقیق تغییرات دما در تجهیزات  بشیم. در یک سنسور دما ، تغییرات دما روی مقاومت یا ولتاژ تاثیرگذار هستش؛ مثلا مقاوت در ترمیستورها که از انواع سنسورهای دما هستن به وسیله تغییرات دمایی تغییر می‌کنه. پس با اندازه‌گیری مقاومت اون ها، می‌تونیم میزان دما رو تشخیص بدیم و متوجه اندازه تغییرات دما بشیم.  ترموکوپل هم یه سنسور تشخیص دمای ترموالکتریکی هست و زمانیکه دما در دوسمت اون باهم تفاوت داشته باشه یه جریان الکتریکی در مسیر برقرار میکنه و درنهایت می تونه تغییرات دما رو اندازه بگیره.

سنسور مجاورتی

یه نوع سنسور غیر تماسی هستن که  می تونن وجود هرچیزی نزدیک به خودشون رو تشخیص بدن و سیگنال الکتریکی ارسال کنن . سنسورهای مجاورتی می تونن به روش هایی مثل مادون قرمز یا لیزر، اولتراسونیک، هال افکت (مبدلی با ولتاژ خروجی متغیر در برابر میدان های مغناطیسی متفاوت)، خازنی و غیره اجرا بشن و در موبایل، خودروها، اتومبیل، صنایع و … به کار برده میشن .

جالبه بدونید که یکی از مثال های کاربرد این سنسور توی تلفن همراه هستش، وقتی که شما موبایل رو به گوش تون نزدیک می کنید، صفحه به صورت اتوماتیک خاموش میشه.

سنسور القایی

شاید شما به جای” سنسورهای القایی”، نام سنسورهای الکترومغناطیسی زیاد به گوش تون خورده باشه. و دلیل اینکه گاهی به این نام صدا میشن ساختار اونهاست که از مدارهای مغناطیسی تشکیل شده . نکته مهمی که باید بدونید اینه که  این سنسور ها حساس به فلز هستن و تنها در مقابل فلزات عکس العمل نشان می دهن  و می تونن فرمان مستقیم به اجزایی مانند رله ها (که درواقع مانند کلیدهای ساده ای هستتند که با جریان الکتریکی باز و بسته میشن)، شیرهای برقی، سیستم های اندازه گیری و مدارهای کنترل الکتریکی بفرستن.

از این سنسورها  در ردیاب‌های فلزی، چراغ راهنمایی و کنترل ترافیک جاده‌ها، کارواش‌های اتوماتیک، تشخیص بسته بودن درب آسانسور و همچنین در صنایع مختلف استفاده میشه.

سنسور خازنی

سنسورهای قدرتمندی هستند که به خوبی می تونن در تجهیزات پیچیده و شرایط سخت کارشون را انجام بدن. این حسگرها  از یه مقاومت الکتریکی (R) و یه خازن (C) تشکیل شدن .

 این سنسورها در مقابل فلزات و حتی اجزای غیرفلزی و عایق ها، مثل پلاستیک، شیشه، سرامیک، مایعات و چوب می تونن عمل کنن.  از این سنسور برای کنترل سطوح در مخازن و کنترل وضعیت ماشین آلات استفاده میشه.

بیشتر بخوانید : کنترلر رطوبت چیست؟ چه کاربردی دارد؟ 

سنسور نوری

سنسورهای نوری به سه دسته دوطرفه، یک طرفه با آینه(رفلکتور) و یک طرفه بدون آینه تقسیم بندی میشن و همونطوری که از نام شون پیداست،  اشعه های نور رو حس می کنن، می سنجن و اون رو تبدیل به سیگنال الکتریکی می کنن.  سنسورهای مجاورتی نوری که به نام سنسورهای اپتیکال هم شناخته میشن، مزیت های زیادی دارن از جمله اینکه  این سنسورها کوچیک ، مقاوم ، ارزان ، مطمئن و باکیفیت هستن  و خلاصه اینکه به شدت کاربرپسند هستن؛ به همین خاطر این سنسورها در پزشکی، حمل و نقل، سیستم های امنیتی، در محیط زیست برای شناسایی تغییرات مهم، صنایع نیرو، هوایی، نفت، داروسازی و…  استفاده میشن.

سنسور شتاب

همونطور که میدونیم شتاب میزان تغییر سرعت باتوجه به زمان و  شتاب سنج ها حرکت مکانیکی رو به یک خروجی الکتریکی تبدیل می کنن. 

نمونه جالب و ملموس این سنسورها در تلفن همراه شما وجود داره؛ دقیقا وقتی که می خواید جهت گوشی تون رو عوض کنید یا در زمان استفاده از برنامه های قدم شمار این سنسورها روی گوشی شما فعال میشن . علاوه بر این پلیس راهنمایی و رانندگی دقیقا به کمک همین نوع سنسورها مچ راننده های پرسرعت رو درجاده ها می گیره. البته که شتاب سنج ها در صنایع هم کاربرد زیادی دارن.

سنسور اولتراسونیک

سنسورهای اولتراسونیک از امواج صوتی که فراتر از محدوده شنوایی ما هستند استفاده می کنن، به این شکل که  امواج رو می فرستن و انعکاس اونها رو دریافت می کنن  و به این ترتیب فاضله ها و سرعت اجسام رو اندازه گیری میکنن . این سنسورها علاوه بر تلفن های همراه در سیستم روبات ها و صنایع خودروسازی هم کاربرد زیادی دارن.

سنسور شیب و زاویه

این سنسورها  که گرادیان سنج و یا انحراف نما هم نامگذاری میشن انواع مختلفی دارن و بر این اساس  محدوده ی مشخصی از زاویه ی شیب ها رو اندازه‌گیری میکنن.  این سنسور ها علاوه بر این میتونن  اطلاعاتی درمورد ارتفاع اجسام  هم دریافت و ارسال کنن.  این سنسورها در صنایع هوایی کاربرد بسیار زیادی دارن.

سنسور رطوبت

سنسور رطوبت هم همونطوری که از اسمش پیداست  اطلاعات رطوبت نسبی محیط رو دریافت و در نهایت اندازه گیری میکنه . در بسیاری از پروژه ها حضور یک سنسور دما در کنار این سنسورها الزامی هستش چون به این زیرا کاربر میتواند به راحتی متوجه تغییرات رطوبتی شود و روند اجرای کار را بررسی کند.

این حسگرها در سیستم های گرمایش و تهویه هوا، اتومبیل ها، مجتمع های مسکونی، گلخانه ها، مراکز هواشناسی، صنایع رنگ و کارخانه های تولیدات دارویی برای حفاظت از داروها استفاده میشن.

سنسور فشار

دستگاهی است که  فشار رو حس می کنه و اون رو به سیگنال الکتریکی تبدیل می کنه. اکثر سنسورهای فشار یک دیافراگم دارن که تفاوت فشار اعمال شده در دو طرف این دیافراگم مورد سنجش قرار میگیره. این تغییر فشار موجب تغییر شکل یا انجراف دیافراگم میشه و دقیقا همین تغییر شکل به عنوان تغییر فشار در دو طرف دیافراگم اندازه گیری میشه.

از انواع این سنسورها میتونیم به سنسور فشار نسبی، سنسور فشار مطلق، سنسور فشار دیفرانسیلی و سنسور فشار پیزومقاومتی، پیزوالکتریکی و خازنی اشاره کنیم.

سنسور لیزری

به علت اینکه اشعه های لیزر از طول موج های یکسانd تشکیل شدن بصورت موازی از منبع منتشر میشن که همین موضوع باعث میشه نور لیزر بتونه مسافت زیادی رو طی کنه و بر اساس همین ویژگی از سنسور لیزری  برای تشخیص و موقعیت یابی  استفاده میکنن . از اونحایی که این نوع سنسور دقت خیلی بالایی داره  ازش  تو خیلی از کارخونه های خودروسازی برای خط تولید خودکار ماشین سازی و ساخت و تولید کیت مدارهای کامپیوتری استفاده میکنن. همین طور این سنسور برای استفاده در صنایع فولاد و نورد و لوله سازی، نظارت بر سیستمهای انتقال، کنترل موقعیت در معادن و … بسیار مناسب هست .

این سنسور چه چیزهایی رو میتونه اندازه گیری کنه :

• طول و عرض
•  ضخامت
•  قطر
• کنترل سطح (سطح سنج )
•  فاصله (فاصله سنج )
• تشخیص موقعیت

از نوع مجاورتی این حسگر در دستگاه های ثبت ساعت ورود و خروج کارکنان میتونه استفاده بشه و هیمن طور در پروژه های مهندسی برای پیاده کردن اراضی،محاسبه ی دقیق فاصله ها در هنگام ساخت و حتی طراحی پروژه ها استفاده بشه.
از مزایای این سنسور این هست که میتونه در محیطهای گرد و غبار و دودگرفته و حتی آلوده هم فعالیت کنه .

سنسور بیوالکتریک

بیو سنسورها کاربرد وسیعی در پزکشی و سلامت و تحلیل های محیطی و صنایع شیمیایی دارن . این سنسورها تجهیزاتی هستن برای  حس کردن مولکولهای زیستی کوچک و دقیقا شبیه حس بویایی و چشایی ما عمل میکنن . 

این فناوری مورد توجه خیلی ازمراکز علمی وتحقیقاتی ازجمله صنایع نظامیBiowar موقع ساخت بی سیم ها ومونیتور کردن دشمن، صنایع غذایی،  صنایع دارویی و…. قرارگرفته . به طوری که اینجور تضور میشه که بعد از مدتی دیگه بیمار بدون نیاز به مراجعه به پزشک میتونه دداروهاش رو دریافت کنه .
یه بیوسنسور شامل یه سیستم بیولوژیکی ایستا یا Immobilized مثل یه دسته سلول، یه آنزیم، و یا یه آنتی بادی و یه وسیله اندازه گیری هست که  حضور مولکول معینی باعث تغییر خواص محیط اطرافش میشه و از اونجایی که وسیله اندازه گیری به این تغییرات حساس هست سیگنالی متناسب با میزان و یا نوع تغییرات تولید میکنه. و بعد هم این سیگنال به سیگنالی قابل فهم برای دستگاههای الکترونیکی تبدیل کرد.

سنسور مادون قرمز

این سنسور که به شکل یک LEDهست در قسمت وسیعی از تجهیزات اطراف ما مثل کنترل تلویزیون، سرعت سنج اتومبیل، انکدرهای نوری موجود در رباتهای مسیریاب، ضربان سنج قلب ، سنجش دور موتور ، شمارشگرها در یک خط تولید و شمارش قطرات سرم و …حضور داره . 

شکل ظاهری این سسنور شبیه به یک LED هست و تقریبا هم میتونیم بگیم همون ساختار رو داره فقط با این تفاوت که نور اون مادون قرمز هست . این سنسور به دو دسته تقسیم میشه: گیرنده و فرستنده که دارای پلاریته هستن (پایه بلند مثبت و یابه کوتاه منفی ).
حسگرهای دزدگیر داخل خودروها و مغازه ها نمونه دیگه ای از استفاده از سنسور مادون قرمز هست .

سنسور شیمیایی

این حسگرها در زمینه آنالیز مواد شیمیایی موجود در مایعات و همینطور هوای تنفسی ، نقش حیاتی دارن. در شهرهای صنعتی و کلان شهرها از این سنسورها برای بهداشت و سلامت عمومی استفاده میشه. به این شکل که مواد مضر و عناصر سمی موجود در هوا رو شناسایی و اندازه گیری میکنن. البته این سنسور ها بی شباهت به سنسورهای گاز که برای نظارت کیفی آلاینده های هوا استفاده میشن نیستن.

سنسور دود

اگر نیمه های شب یک دفعه از یک مجتمع مسکونی یا خونه صدای آژیر شنیدید باید این احتمال رو بدید که اون مکان مجهز به سنسورهای دود هستش و این سنسورهای نجات دهنده جون انسان ها از آتس سوزی در حال انجام وظیفه هستن و هشدار میدن که باید هرچه سریعتر جلوی آتش سوزی احتمالی گرفته بشه .

 سنسورهای دود وجود دود، گاز و یا شعله در اطراف خودشون رو تشخیص میدن . این سنسورها برای تشخیص از روش های فتوالکتریک ( استفاده از نور) و یونیزاسیون( تشخیص عناصر فعال کننده هشداردهنده ها و تشخیص غلظت هوای محیط با استفاده از خاصیت یونیزه کردن ذرات) استفاده میکنن. این سنسورها برای تشخیص دود و شعله و بیشتر برای ایمنی محیط به کار میرن و  سرعت بالایی هم در تشخیص دارن .

سنسور سطح

 این سنسور برای اندازه گیری دقیق سطح سیالات در مخازن، چاه های عمیق، ارتفاع آب پشت سدها و … مناسب هستن.  مزیت ساختاری این سنسورها اینه که به راحتی در بخش های با قطر کم قابل استفاده هستند.و این سیال میتونه سوخت، آب، داروها، آبمیوه و سایر نوشیدنی ها باشه. پس انی نوع سنسورها در صنایع مختلف میتونن به کار برده بشن و در صورتی که ارتفاع سیال از حالت استاندارد خارج بشه، سریعا سیستم هشداردهی رو راه می اندازن.

دقیقا فکر میکنید چه چیزی باعث میشه که تو هر لحظه ای که بخواید بتونید سطح یا اندازه بنزین ماشین تون رو چک کنید و اندازه اش رو روی نمایشگر ببینید؟ این دقیقا نتیجه عملکرد سنسورهای سطح به کار رفته در ماشین شماست.

بیشتر بخوانید : سنسور نوری چیست؟راهنمای فاصله ی نصب مناسب

سخن آخر :