راهنمای انتخاب سنسور موقعیت سنج (نقد و بررسی کامل)

سنسور موقعیت سنج :

سنسور موقعیت سنج تجهیزی است که برای تشخیص موقعیت خطی و زاویه‌ای یک شی و تبدیل آن به سیگنالی که توسط فیلدباس به واحد کنترل منتقل می‌شود، به‌کار گرفته می‌شود.
بعد از دما، موقعیت دومین کمیت فیزیکی رایج است که در صنعت مورد سنجش قرار می گیرد. سنسور موقعیت سنج برای کاربردهای مختلف صنعتی و تجاری مورد استفاده قرار می‌گیرد.

چگونه سنسور موقعیت‌سنج مناسب انتخاب کنیم؟

هنگام انتخاب سنسور موقعیت سنج، که سنسورجابه‌جایی نیز نامیده می شود، باید مشخص کنید که به سنسور خطی نیاز دارید یا سنسور روتاری، دامنه‌ی اندازه‌گیری باید چه مقدار باشد، به چه رزولوشنی نیاز دارید، و اینکه سطح تکرارپذیری باید چه مقدار باشد.
همچنین باید بسته به نوع نصبی که به کار گرفته می‌شود، شکل سنسور را مشخص کنید. ضمنا مهم است که چگونگی استفاده از سیگنال خروجی را مشخص کنید. و نیز ضرورت استفاده از سنسورهای خاص برای عملیات خود را بررسی کنید، برای مثال سنسوری با درجه حفاظتی برای محیط‌های مرطوب یا دارای گرد و خاک، و یا سنسور دارای استاندارد ATEX برای محیط‌های قابل انفجار و غیره.

ملاک‌های انتخاب:

• خطی یا روتاری
• شکل هندسی/ نصب
• محدوده‌ی اندازه‌گیری
• سیگنال خروجی
• درجه حفاظتی IP، استاندارد ATEX

چه مدل‌هایی از سنسور موقعیت سنج وجود دارد؟

پنج نوع تکنولوژی سنسور موقعیت سنج وجود دارد که هر کدام مزایا و معایب خود را دارند:

بیشتر بخوانید : انواع مختلف سیستم‌های موقعیت‌یابی در اتوماسیون
بیشتر بخوانید :چگونه دکل حفاری مناسب انتخاب کنیم ؟

چرا سنسور موقعیت پتانسیومتری انتخاب کنیم؟

سنسورهای موقعیت پتانسیومتری که سنسورهای مقاومتی نیز نامیده می شوند، مقاومت یک شیار در رسانا را بین یک نقطه‌ی مرجع با نشانگری که به یک قسمت متحرک (و یا پایه‌ی آن) متصل شده است، اندازه‌گیری می‌کند. مقاومتی که توسط سنسور اندازه‌گیری می‌شود، برای محاسبه موقعیت قطعه مورد استفاده قرار می‌گیرد.

این سنسورها دقیق و عموما ارزان هستند، چرا که تکنولوژی آن‌ها ساده است. با این حال نسبت به فرسایش، لرزش، اجسام خارجی، و دماهای بسیار بالا حساس هستند.

مزایا:

تکنولوژی ساده

اندازه‌گیری دقیق

ارزان

چرا سنسور موقعیت‌سنج LVDT یا RVDT انتخاب کنیم؟

سنسور موقعیت سنج LVDT (ترانسفورماتور دیفرانسیلی متغیر خطی) و سنسورهای موقعیت‌سنج RVDT (ترانسفورماتور دیفرانسیلی متغیر روتاری) از دو ترانسفورماتور تشکیل شده‌اند که دارای هسته‌ی مغناطیسی مشترکی هستند که به قطعه یا پشتیبان قطعه‌ای که می‌خواهید موقعیت آن را بسنجید، متصل است. زمانی که هسته‌ی مغناطیسی حرکت می‌کند، ولتاژ الکتریکی میان دو ترانسفورماتور تغییر می‌کند و بدین ترتیب امکان محاسبه‌ی موقعیت قطعه فراهم می‌شود.
این سنسورها بسیار دقیق هستند. آن‌ها قابل‌اطمینان و با عملکرد سنگین بوده و می‌توانند در محیط‌های خشن دوام بیاورند، به خصوص به این دلیل که می‌توانید سیستم پردازش سیگنال را به‌صورت مستقیم از سنسور حرکت دهید. این سنسورها معمولا گران و سنگین هستند.

مزایا:

درستی خوب

قابل اطمینان

عملکرد سنگین

مقاوم در محیط‌های خشن

چرا سنسور موقعیت‌سنج نوری انتخاب کنیم؟ (انکودر)

سنسورهای موقعیت‌سنج نوری برای تعیین موقعیت و جا‌به‌جایی زاویه‌ای و خطی یک قطعه به‌کار گرفته می‌شوند.
• سنسورهای افزایشی:

این سنسورها در ارتباط با یک موقعیت مرجع کار می‌کنند. بعد از یک قطعی توان(برق)، سیستم پردازش داده باید صبر کند تا انکودر اطلاعات مربوط به موقعیت مرجع را ارسال کند و بدین ترتیب، بتواند اطلاعات جا به جایی زاویه‌ای را به درستی به کار گیرد.
• سنسورهای ابسلوت:

این سنسورها به محض اینکه توان (برق) وصل شود، شروع به کار می‌کنند. سنسورهای مطلق این امکان را به شما می‌دهند که تعداد دوران‌های کامل را بشمارید.

سنسورهای موقعیت‌سنج نوری چرخشی دارای دیود‌های منتشر کننده‌ی نور (LEDs) هستند، که امکان “خواندن” حرکت یک صفحه‌ی مات را با دریچه‌ای تیره که نور را از خود عبور می‌دهد، ممکن می‌سازد. سنسورهای موقعیت‌سنج خطی می‌توانند سنسورهای روتاری کابلی باشند (در این حالت کابلی که روی یک قرقره نصب شده است، به قطعه‌ای که قرار است موقعیت آن سنجیده شود، متصل است) و یا می‌توانند دارای مقیاس مدرج و یک سر خواندن (read head) برای خواندن موقعیت باشد.

این سنسورها عموما رزولوشن بالایی ارائه می دهند. این رزولوشن به تعداد سیگنال‌های فرستاده شده برای یک بار چرخش محور بستگی دارد. این سنسورها بسیار دقیق هستند. این درستی به خطا در هر بار ارسال سیگنال بستگی دارد. همچنین این سنسورها زمان واکنش پاسخگویی کوتاهی دارند.
وقتی می‌خواهید مطمئن باشید که اندازه‌گیری‌ها دچار اختلال توسط میدان مغناطیسی نمی‌شوند، می‌توانید از سنسورهای موقعیت‌سنج نوری استفاده کنید. همچنین سنسورهای موقعیت‌سنج نوری خطای هیسترسیس ندارند. با این حال این سنسورها ظریف بوده و نسبت به فشار، لرزش، وجود اجسام خارجی (گرد و خاک، روغن و غیره) و دماهای بسیار بالا حساس هستند.
وقتی سطح درستی بالایی مورد نیاز باشد، سنسورهای موقعیت‌سنج نوری مورد استفاده قرار می‌گیرند، برای مثال در ساخت قطعات الکتریکی و یا قطعات مربوط به آنالیزهای پزشکی.

بیشتر بخوانید :چگونه بلبرینگ مناسب انتخاب کنیم؟

مزایا:

رزولوشن بالا

درستی خوب و در دسترس بودن

اندازه‌گیری غیرتماسی

چرا سنسور موقعیت‌سنج مغناطیسی انتخاب کنیم؟

سنسورهای موقعیت‌سنج مغناطیسی، که به عنوان سنسورهای دارای اثر مغناطیسی هال (Hall) نیز شناخته می شوند، برای تعیین موقعیت با استفاده از اندازه‌گیری میدان مغناطیسی یک آهن‌ربا و یا نوار مغناطیسی به کار گرفته می‌شوند. این نوع از سنسور را می‌توانید برای مثال برای سنجش موقعیت پیستون درون سیلندر به‌کار گیرید.

این سنسورها دارای عملکرد سنگین هستند و نسبت به وجود مایعات یا گرد و خاک حساسیت چندانی ندارند. گرچه، این سنسورها نسبت به ضربه حساس هستند، و می‌توانند تحت تأثیر تداخلات مغناطیسی، به خصوص میدان مغناطیسی ایجاد شده توسط سیم‌های الکتریکی نزدیک، قرار گیرند. هیسترسیس ناشی از جهت مسیر حرکت، می‌تواند روی درستی این سنسورها تأثیر بگذارد.

مزایا:

عملکرد سنگین

عدم حساسیت نسبت به اکثر مایعات

چرا سنسور موقعیت‌سنج مغناطوکشسانی (Magnetostrictive) انتخاب کنیم؟

سنسورهای مغناطوکشسانی (Magnetostrictive) دارای موج بری (waveguide) است که یک پالس الکتریکی را می‌فرستد و در نتیجه‌ی آن یک میدان مغناطیسی ایجاد می‌شود. وقتی این میدان مغناطیسی با میدان مغناطیسی یک آهن‌ربای خارجی برخورد می‌کند، با انعکاس به یک سر خوانش درون سنسور، یک موج ارتجاعی مکانیکی منتشر می‌شود.
این سنسورها دارای عملکرد سنگین هستند و درستی آن‌ها با افزایش طول موج‌بر (waveguide) افزایش می‌یابد. به همین دلیل برای اندازه‌گیری موقعیتهایی به اندازه‌ی چندین متر دقیق‌تر هستند. سنسورهای مغناطوکشسانی نسبت به لرزش، ضربه، یا دماهای تا ۱۰۰ درجه سانتی‌گراد خیلی حساس نیستند. گرچه درستی آن‌ها می‌تواند تحت تأثیر تغییرات دمایی قرار بگیرد. ضمنا این سنسورها نسبتا گران هستند.

مزایا:

عملکرد سنگین
افزایش درستی با افزایش طول سنسور

سنسورهای القایی با مقاومتی القایی خازنی

در گذشته، تولیدکنندگان معمولا به تکنولوژی‌هایی همچون سنسورهای مغناطوکشسانی و پتانسیومتر برای کاربردهای موقعیت‌یابی تکیه می‌کردند.

از طرفی موارد جدیدتر همچون سنسورهایی که از مقاومتی القایی خازنی (RLC) بهره می‌گیرند، راه حل بهتری برای اندازه‌گیری دقیق موقعیت یک هدف را بدون تماس مکانیکی یا الکتریکی فراهم آورده‌اند.

به علاوه، برای سازگاری و انعطاف‌پذیری بیشتر، سنسورها با تکنولوژی RLC برای موقعیت‌یابی خطی و چرخشی در بازه‌هایی متنوع عرضه می‌شود.

این سنسورهای غیر تماسی، از یک مدار ریزپردازنده پیشرفته و امیتر با دقت چاپ‌شده توسط تولیدکننده و سیستم‌های سیم‌پیچ گیرنده بهره می‌گیرند.

در حین عملیات، سیم‌پیچ‌های امیتر با یک میدان AC فرکانس بالا فعال می‌شوند و یک مدار RLC القایی با المان موقعیت‌یابی ایجاد می‌کنند.

این المان به شکل القایی با سیم‌پیچ‌های گیرنده کوپل شده است،

که به شکلی قرار گرفته که بسته به موقعیت عملگر، ولتاژهای متفاوت داخل سیم‌پیچ ایجاد شوند.

این ولتاژها به عنوان معیاری برای سیگنال سنسور عمل می‌کنند.

این سنسورها حداکثر اسپن‌های اندازه‌گیری را ارائه می‌کنند، با حداقل نقطه کور و مقاومت بالا در برابر تداخل نویز EMI/RFI.

در سنسور موقعیت‌یابی خطی غیر تماسی دارای طراحی نوآوارانه‌ی سه‌سیم‌پیچ، سیم‌پیچ تحریک (excitation) توسط دو سیم‌پیچ سنسور محاصره شده است.

علاوه بر طراحی سه-سیم‌پیچ، سنسورهای القایی همچنین در سیستم سیم‌پیچ سینوس/کسینوس دوتایی (dual) عرضه می‌شوند که از همان اصل عملیاتی طراحی سه-سیم‌پیچ استفاده می‌کند.

این سیستم دارای سیم‌پیچ‌های درشت و ریز برای ترک‌های سینوسی/کسینوسی است.

اندازه‌گیری سریع و دقیق در فواصل طولانی با ترک‌های درشت ارائه می‌کند که به ریزپردازنده اجازه می‌دهد المان موقعیت‌یابی سریع‌تر مکان‌یابی شود و سپس سیم‌پیچ‌های ریز موقعیت دقیق آن را تعیین می‌کند.

به علاوه، سیگنال بازخورد (فیدبک) در آنالوگ (۱۲ بیت)، آنالوگ با I/O Link (16 بیت) یا SSI (25 بیت) موجود است.

تمام محاسبات موقعیت با استفاده از مدارهای ریزپردازنده با طراحی ویژه، انجام می‌شوند.

برای کاربردهای چرخشی، سنسورهای چرخشی غیرتماسی از همان کارکرد سیم‌پیچ بهره می‌گیرند، اما سیم‌پیچ‌ها در چیدمان دایره چیده شده‌اند و طرح‌دار هستند تا زمانی که موقعیت تغییر کرد، یک واریاسیون سینوسی/کسینوسی از عامل کوپلینگ ایجاد کنند.

برای افزایش دقت، درستی و عملکرد، سنسورهای چرخشی القایی دارای قطعاتی الکترونیکی هستند که می‌تواند عدم تطابق بین المان موقعیت‌یابی و سنسور را جبران کند.

این ریزپردازنده می‌تواند سیگنال‌های سینوسی و کسینوسی را تجزیه و تحلیل کند و خروجی‌ها را با موقعیت مورد انتظار مقایسه کند و عدم تطابق افقی را تا ۱٫۵ mm جبران کند.