سنسورهای القایی، نوعی سنسور مجاورتی هستند که از میدان الکترومغناطیسی برای تشخیص و شناسایی فلز بهره می‌گیرند. این مفهوم، شامل یک میدان الکترومغناطیسی نوسانی می‌شود که توسط سنسوری ایجاد می‌شود که جریان گردابی را داخل یک هدف فلزی ارسال می‌کند. عموما به این حالت، تعدیل یا دمپینگ نوسان گفته می‌شود. وقتی که دمپینگ رخ می‌دهد، سنسور می‌تواند تغییر در میدان الکترومغناطیسی را شناسایی کند. در این مقاله به چگونگی تشخیص انواع فلز تشخیص سنسور القایی می پردازیم.
چندین عامل وجود دارد که موقع استفاده از سنسورهای مجاورت القایی باید در نظر گرفت، این موارد عبارتند از:
- ابعاد: برخی از اجسام بسیار کوچک، شاید افت الکترومغناطیسی به حدی کافی ایجاد نکنند که قابل شناسایی باشد، در عوض اجسام بزرگ به سادگی شناسایی می‌شوند.
- فاصله: بازه اسمی سنسینگ که به آن معمولا مقدار Sn گفته می‌شود، یک مقدار استاندارد برای تعریف فاصله عملیاتی است. مقدار Sn تغییرات و تلورانس‌های تولید یا تغییرات حاصل از آثار خارجی همچون ولتاژ و دما را در نظر نمی‌گیرد.
- جنس و متریالِ اجسام: رساناپذیری، تراوایی یا نفوذپذیری مغناطیسی و دیگر خصیصه‌های الکترومغناطیسی تعیین می‌کنند که فلز می‌تواند تا چه حدی در میدان الکترومغناطیسی باعث افت شود. این خصیصه‌ها روی میزان شناسایی فلز توسط سنسور تاثیرگذار هستند. معمولا فلزات آهنی، افت الکترومغناطیسی بیشتری نسبت به فلزات غیرآهنی دارند، که تفاوتی کلیدی است.
در جدول زیر انواع سسنور القایی به همراه متریال های مختلف و ضریب کاهش آن ها ارایه شده است.
ضریب کاهش با ضرب شدن در فاصله سنس ارایه شده برای هر سنسور القایی فاصله مطمئن سنس آن متریال را ارایه می دهد.
سنسورهای مجاورتی القایی استاندارد فلزی (FE)/غیرفلزی (NE)
فلزات را می‌توان در دو دسته‌بندی قرار داد:
- آهنی: مغناطیسی
- غیر آهنی: غیرمغناطیسی
آهنی‌ترین فلزات عبارتند از آهن، کبالت، نیکل و منگنز. این فلزات خصیصه‌های الکترومغناطیسی قوی‌تری نسبت به بقیه دارند، بنابراین میدان‌های الکترومغناطیسی ایجاد شده توسط جریان‌های گردابی معمولا قوی‌تر از میدان‌ها در دیگر فلزات هستند.
برای فلزات غیرآهنی مثل آلومینیوم، مس و برنج، یک ضریب کاهش باید برای سنسورهای مجاورت القایی استاندارد، پیاده‌سازی شود.
یک ضریب کاهش، یک عدد است که معمولا بین ۰-۱ است و توصیف می‌کند که فلزات تا چه حدی می‌توانند توسط سنسور شناسایی شوند.
همانطور که در جدول زیر می‌بینید، یک سنسور مجاورت القایی استاندارد، یک ضریب کاهش ۰٫۳ در زمان سنسینگ مس دارد. این یعنی در زمان تشخیص مس، فاصله سنسینگ به ۰٫۳ از بازه موثر سنسینگ کاهش پیدا می‌کند، که یک کاهش ۷۰ درصدی است.
بیشتر بخوانیم: سنسور القایی چیست؟ (+ ۴ نکته مهم برای انتخاب سنسور مناسب)
سنسورهای FE-Only و NE-Only
اگر لازم باشد یک سنسور تنها فلزات آهنی را شناسایی کند، می‌توان از یک سنسور FE-Only استفاده کرد.
از آنجایی که فلزات آهنی، خصیصه‌های الکترومغناطیسی بیشتری در مقایسه با دیگر فلزات دارند، راحت‌تر می‌توانند توسط سنسور شناسایی شوند.
اگر لازم باشد یک سنسور تنها فلزات غیرآهنی را شناسایی کند، می‌توان از یک سنسور NE-Only استفاده کرد. خصیصه‌های الکترومغناطیسی این فلزات، مقاومت کمتری دارد و باعث افت الکترومغناطیسی هم نمی‌شوند. این سنسور می‌تواند به دنبال خصیصه‌های ویژه و خاص در افت توان گردد و تنها در زمانی خروجی ارائه کند که یک فلز غیرآهنی در بازه سنسینگ باشد.
یکی از کاربردهای سنسور القایی در کاربردهای چرخشی است که در نوشته استفاده از سنسورهای القایی در کاربرد چرخشی سرعتی به آن پرداخته ایم.
سنسورهای ضریب اصلاح ۱ فلزات غیرآهنی و آهنی
سنسور های ضریب کاهش ۱ می‌توانند فلزات آهنی و غیرآهنی را در فاصله‌ای یکسان بدون ضریب کاهش شناسایی کنند.
این سنسورها می‌توانند این کار را با بکارگیری یک سیستم دو سیم‌پیچی air core (هسته هوا) برای شناسایی جریان‌های گردابی و افت مغناطیسی برای تعیین نقطه trip انجام دهند.
رسانایی‌پذیری، نفوذپذیری مغناطیسی و دیگر ویژگی‌های الکترومغناطیسی فلزات مختلف، روی فاصله سنسینگ این سنسورها تاثیرگذار نیستند، اما ابعاد هدف همچنان یک عامل تاثیرگذار است. از آنجایی که سنسور محدودیت‌هایی در نوع فلز ندارد، در مقدار Sn خود خروجی ارائه می‌کند.
برای شناسایی فلزات منحصر به فرد مثل طلا، تیتانیوم، آلیاژها و دیگر فلزات، سنسورهای ضریب کاهش ۱ می‌توانند این کار را با نتایجی پیوسته برای تمام فلزات انجام دهند. اگر یک سنسور القایی استاندارد انتخاب شود، شاید بر اساس نوع فلز، یک عامل کاهش هم وجود داشته باشد. اگر یک سنسور تنها آهنی یا غیرآهنی مورد نیاز باشد، تعیین ویژگی‌های آن فلز منحصر به فرد حیاتی است.
