آشنایی با کارکرد سنسور های موقعیت

سنسور موقعیت چگونه کار میکند؟

سنسورهای موقعیت ،موقعیت چیزی را تشخیص می دهند ، به این معنی که به آنها یا از یک نقطه یا موقعیت ثابت ارجاع داده می شود. این نوع سنسورها بازخورد “موضعی” دارند.

یکی از روش های تعیین موقعیت ، استفاده از “فاصله” است که می تواند فاصله بین دو نقطه مانند مسافت طی شده یا دور شدن از نقطه ثابت  یا “چرخش” باشد (حرکت زاویه ای). به عنوان مثال ، چرخش چرخ ربات ها برای تعیین فاصله آن در امتداد زمین تعیین می شود. در هر صورت ، سنسورهای موقعیت می توانند حرکت یک شی  را در یک خط مستقیم با استفاده از سنسورهای خطی یا با حرکت زاویه ای آن با استفاده از سنسورهای چرخشی تشخیص دهند.

انواع سنسورهای موقعیت 

پتانسیومتر
پتانسیومتر که بیشترین استفاده را در بین “سنسورهای موقعیت” دارد ، سنسور موقعیت ارزان و استفاده از آن است. این یک  پاک کن متصل به یک شافت مکانیکی است که می تواند در حرکت خود زاویه ای (چرخشی) یا خطی (از نوع کشویی) باشد ، و باعث می شود مقدار مقاومت بین برف پاک کن / لغزنده و دو اتصال انتهایی تغییر کند و به یک سیگنال الکتریکی تغییر می کند خروجی که بین موقعیت برف پاک کن واقعی در مسیر مقاومت و مقدار مقاومت آن رابطه ای متناسب دارد. به عبارت دیگر ، مقاومت متناسب با موقعیت است.

پتانسیومترها در طیف وسیعی از طرح ها و اندازه ها مانند نوع چرخشی گرد گرد یا کشویی خطی بلندتر و مسطح وجود دارند. هنگامیکه به عنوان سنسور موقعیت استفاده می شود ، جسم متحرک مستقیماً به شافت چرخشی یا کشویی پتانسیومتر متصل می شود.

به عنوان مثال ، یک پتانسیومتر چرخشی تک چرخشی معمولاً فقط دارای یک چرخش مکانیکی ثابت بین ۰ درجه تا حدود ۲۴۰ تا ۳۳۰ درجه حداکثر است. با این وجود گلدان های چند چرخشی با چرخش مکانیکی تا ۳۶۰۰ درجه سانتیگراد (۱۰ * ۳۶۰ درجه ) نیز موجود است.
اکثر انواع پتانسیومترها از فیلم کربن برای مسیر مقاومت خود استفاده می کنند ، اما این نوع از نظر الکتریکی پر سر و صدا هستند (صدا در کنترل میزان ولتاژ رادیویی) و همچنین دارای عمر مکانیکی کوتاه هستند.

گلدان های سیم پیچ دار که به آنها reostats نیز گفته می شود ، به صورت سیم مقاومتی در برابر سیم پیچ زخم نیز می تواند مورد استفاده قرار گیرد ، اما گلدان های سیم پیچ دار از آنجا که برف پاک کن آنها از یک بخش سیم به قسمت دیگر تولید می شود ، تولید لگاریتمی می کند از مشکلات حل و فصل رنج می برند ( LOG) خروجی منجر به خطا در سیگنال خروجی می شود. اینها نیز از نویز الکتریکی رنج می برند.

برای کاربردهای با سر و صدای کم ، رسوبات پلاستیکی از نوع عنصر مقاومت در برابر پلاستیک یا پتانسیومترهای نوع سرمت اکنون در دسترس هستند. این گلدان ها دارای یک مسیر مقاوم در برابر اصطکاک کم خطی الکتریکی (LIN) هستند که به آنها صدای کم ، عمر طولانی و وضوح عالی می بخشد و به صورت دستگاه های چند چرخشی و تک چرخشی در دسترس هستند. برنامه های معمول برای این نوع سنسور موقعیت با دقت بالا در بازی های رایانه ای ، فرمان ها ، کاربردهای صنعتی و ربات است.

ترانسفورماتور دیفرانسیل متغیر خطی
یکی از انواع سنسورهای موقعیتی که دچار مشکلات سایش مکانیکی نمی شود ، “Linear Variable Differential Transformer” یا به اختصار LVDT است . این یک سنسور موقعیت نوع القایی است که با همان اصل ترانسفورماتور AC که برای اندازه گیری حرکت استفاده می شود کار می کند.

دستگاهی بسیار دقیق برای اندازه گیری جابجایی خطی است و خروجی آن متناسب با موقعیت هسته متحرک آن است.در اصل از سه سیم پیچ بر روی یک لوله توخالی ساخته شده است که یکی از آنها سیم پیچ اولیه را تشکیل می دهد و دو سیم پیچ دیگر نیز ثانویه های یکسانی را تشکیل می دهند که از نظر الکتریکی به هم متصل می شوند اما ۱۸۰ درجه خارج از فاز در هر دو طرف سیم پیچ اولیه است.

یک هسته فرو مغناطیسی آهن نرم قابل جابجایی (که گاهی اوقات آن را “آرماتور” می نامند) که به جسم اندازه گیری شده متصل است ، در داخل بدنه لوله ای LVDT به سمت بالا و پایین حرکت می کند.یک ولتاژ کوچک AC به نام “سیگنال تحریک” (۲ – ۲۰V rms ، ۲ – ۲۰kHz) به سیم پیچ اولیه اعمال می شود که به نوبه خود یک سیگنال EMF را به دو سیم پیچ ثانویه مجاور القا می کند (اصول ترانسفورماتور).

اگر آرماتور هسته مغناطیسی آهن نرم دقیقاً در مرکز لوله و سیم پیچ ها باشد ، “وضعیت نول” ، دو EMF القا شده در دو سیم پیچ ثانویه یکدیگر را لغو می کنند زیرا ۱۸۰ درجه خارج از فاز هستند ، بنابراین خروجی حاصل ولتاژ صفر است. همانطور که هسته از این موقعیت صفر یا صفر کمی به یک طرف یا طرف دیگر منتقل می شود ، ولتاژ القایی در یکی از ثانویه ها از ولتاژ ثانویه دیگر بزرگتر می شود و یک خروجی تولید می شود.

قطبیت سیگنال خروجی به جهت و جابجایی هسته متحرک بستگی دارد. هرچه حرکت هسته آهن نرم از موقعیت نول مرکزی آن بیشتر باشد ، سیگنال خروجی حاصل نیز بیشتر خواهد بود. نتیجه یک خروجی ولتاژ دیفرانسیل است که به طور خطی با موقعیت هسته متفاوت است. بنابراین ، سیگنال خروجی از این نوع سنسور موقعیت هم دامنه ای دارد که تابعی خطی از جابجایی هسته ها است و هم قطبی است که جهت حرکت را نشان می دهد.

سنسورهای نزدیکی القایی

نوع دیگر سنسور موقعیت القایی در استفاده معمول ، سنسور مجاورت القایی است که سنسور جریان ادی نیز نامیده می شود . در حالی که آنها در واقع جابجایی یا چرخش زاویه ای را اندازه گیری نمی کنند ، اما عمدتا برای تشخیص وجود یک جسم در مقابل آنها یا در نزدیکی آنها استفاده می شود ، از این رو نام آنها “حسگر مجاورت” است.

سنسورهای مجاورت ، سنسورهای موقعیتی غیر تماسی هستند که از یک میدان مغناطیسی برای تشخیص استفاده می کنند و ساده ترین سنسور مغناطیسی سوئیچ نی است. در یک سنسور القایی ، یک سیم پیچ در اطراف یک هسته آهن در یک میدان الکترومغناطیسی پیچیده می شود تا یک حلقه القایی ایجاد کند.

هنگامی که یک ماده فرومغناطیسی در داخل میدان جریان گردابی تولید شده در اطراف سنسور القایی قرار می گیرد ، مانند صفحه فلزی فرومغناطیس یا پیچ فلزی ، القا سیم پیچ به طور قابل توجهی تغییر می کند. مدار تشخیص سنسورهای مجاورت ، این تغییر را تولید می کند و ولتاژ خروجی تولید می کند. بنابراین ، سنسورهای مجاورت استقرایی تحت اصل الکتریکی قانون القا فارادی کار می کنند .

رمزگذار افزایشی

Rotary Encoders نوع دیگری از حسگر موقعیت است که شبیه پتانسیومترهایی است که قبلاً ذکر شد اما دستگاه های نوری غیر تماسی هستند که برای تبدیل موقعیت زاویه ای شافت چرخان به کد داده آنالوگ یا دیجیتال استفاده می شوند. به عبارت دیگر ، آنها حرکت مکانیکی را به یک سیگنال الکتریکی (ترجیحاً دیجیتال) تبدیل می کنند.

همه رمزگذاران نوری بر اساس همان اصل اساسی کار می کنند. نور از منبع نور LED یا مادون قرمز از طریق یک دیسک رمزگذاری شده با وضوح بالا که حاوی الگوهای کد مورد نیاز است ، باینری ، کد خاکستری یا BCD منتقل می شود. ردیاب های عکس ، دیسک را هنگام چرخش اسکن می کنند و یک مدار الکترونیکی اطلاعات را به صورت دیجیتال به عنوان جریانی از پالس های خروجی باینری پردازش می کند که به شمارنده ها یا کنترل کننده هایی که موقعیت واقعی زاویه ای شافت را تعیین می کنند ، تغذیه می شود.

دو نوع رمزگذار نوری چرخشی وجود دارد ، رمزگذارهای افزایشی و رمزگذارهای موقعیت مطلق .

رمزگذار افزایشی

رمزگذارهای افزایشی که به رمزگذارهای کوادراتوری یا رمزگذار چرخشی نسبی نیز معروف هستند ، از بین سنسورهای موقعیت ، ساده ترین حالت هستند.

خروجی آنها یک سری پالس های موج مربعی است که با آرایش فوتوسل ایجاد می شود همانطور که دیسک رمزگذاری شده ، با خطوط شفاف و تاریک به طور مساوی به نام قطعه هایی روی سطح آن ، از منبع نور عبور می کند یا می چرخد. رمزگذار جریانی از پالس های موج مربعی تولید می کند که در صورت شمارش ، موقعیت زاویه ای شافت چرخان را نشان می دهد.

انکودرهای افزایشی دارای دو خروجی جداگانه به نام “خروجی کوادراتور” هستند. این دو خروجی با فاصله چرخش شافت از توالی خروجی در ۹۰ درجه خارج از فاز جابجا می شوند.

دیسک رمزگذار

تعداد قسمتها یا شکافهای شفاف و تاریک بر روی دیسک ، وضوح دستگاه را تعیین می کند و افزایش تعداد خطوط در الگو باعث افزایش وضوح در هر درجه چرخش می شود. دیسک های رمزگذاری شده معمولی دارای وضوح حداکثر ۲۵۶ پالس یا ۸ بیت در هر چرخش هستند.

ساده ترین رمزگذار افزایشی را دور سنج می نامند. این یک خروجی تک موج مربعی دارد و اغلب در برنامه های یک طرفه که فقط اطلاعات پایه یا سرعت مورد نیاز است ، مورد استفاده قرار می گیرد.

رمزگذار “Quadrature” یا “Sine wave” متداول تر است و دارای دو موج خروجی مربع است که معمولاً کانال A و کانال B نامیده می شوند . این دستگاه از دو ردیاب عکس استفاده می کند که کمی با ۹۰ درجه جبران می شود در نتیجه دو سیگنال خروجی سینوس و کسینوس جداگانه تولید می شود.

مزایا و معایب سنسور های موقعیت

مزایای سنسور موقعیت:

• کم هزینه
• فناوری پایین
• استفاده آسان و غیره

 معایب سنسور های موقعیت:

• سایش ناشی از قطعات متحرک
• دقت کم
• تکرارپذیری کم
• پاسخ فرکانس محدود

امیدواریم این مقاله مفید واقع شود لطفا نظرات خود را با ما در میان بگذارید

بیشتر بخوانید : سنسور بیو الکتریک چیست؟چه کاربردهایی دارد؟

بیشتر بخوانید :ترموستات و هرآنچه راجب به آن باید بدانید.

بیشتر بخوانید :آشنایی با کارکرد سنسور های موقعیت

سخن آخر :

اتوماسیون صنعتی صنعت تک، یک مجموعه تخصصی آموزش ، معرفی و فروش تجهیزات اندازه گیری فشار از جمله سنسور , سنسور اکسیژن, سنسور فشار ، سنسور آتونیکس , ترانسمیتر فشار, ترانسمیتر فشار ویکا ، سنسور القایی , پرشر سوئیچ (پرشر سوئیچ دانفوس)و گیج فشار است که به مشتریان خود کمک می کند به راحتی سنسور یا ترانسمیتر مناسب خود را شناسایی و در صورت نیاز خرید کنند. شما همواره می توانید جهت مشاوره و یا راهنمایی با شماره ۰۲۱۴۴۰۳۲۵۷۸ تماس بگیرید.