سنسورها

سنسور پنوماتیک چیست؟

سنسورها برای بازخورد موقعیت در سیستم‌های کنترل، در ماشین‌آلات و تجهیزات خودکار استفاده می شوند. جک های پنوماتیک از حسگرهایی برای تشخیص موقعیت خطی پیستون، در کاربردهایی که بازخورد موقعیت در آن‌ها بسیار مهم می باشند، استفاده می‌کنند. سنسور پنوماتیک از پرکاربرد ترین سنسور های طراحی شده در صنعت است و به طور معمول از این سنسور برای کنترل کورس حرکت سیلندر ها استفاده می شود.

امروزه دستگاه های مختلفی طراحی و تولید شده اند که استفاده از هر یک از آن ها باعث راحتی امور می شود. یکی از این ابزارها، سیستم پنوماتیک است. سیستم پنوماتیک به فناوری گفته می شود که تمامی امور مربوط به آن توسط هوای فشرده انجام می گیرد که یکی از مهم ترین بخش های موجود در این سیستم، سنسور جک پنوماتیک می باشد. جک های پنوماتیک به وسیله این سنسور به تشخیص دقیق موقعیت خطی پیستون و فرمان گیری از آن نیز می پردازند.

در کل یکی از متداول ترین سنسورهای قابل استفاده در سیستم پنوماتیک نمونه مغناطیسی سنسور جک پنوماتیک می باشد. تمام سنسورهایی که در جک های پنوماتیک برای بازخورد موقعیت خطی پیستون استفاده می شوند از یک میدان مغناطیسی استفاده می کنند. در نتیجه، به طور معمول تمام سیلندرهای پنوماتیک دارای آهنربایی هستند که در داخل پیستون آنها قرار می گیرد.

نحوه عملکرد، طراحی و متریال

سنسورهای پنوماتیک یا همان سنسور های مجاورتی مغناطیسی، دارای عملکرد متفاوتی می باشند. این سنسور ها با توجه به طراحی سیستمی خاصی که دارند، نسبت به میدان مغناطیسی اطراف آهنربای موجود در داخل جک پنوماتیک واکنش نشان می دهند. این موضوع دلیلی است تا از این سنسور به عنوان یکی از مهم ترین بخش های موجود در سیلندر پنوماتیک یاد شود.

طراحی این سنسور خیلی پیچیده نبوده، اما میزان کارایی آن بسیار زیاد می باشد. در طراحی سنسور پنوماتیک از کنتاکت های تیغه ای شکل استفاده می شود، که جنس آنها از مواد فرومغناطیس است. (مواد فرومغناطیس، موادی هستند که از ترکیب آلیاژ های مختلفی مانند آهن و نیکل حاصل می شوند). تمام کنتاکت های سنسور جک پنیوماتیک داخل یک لوله کوچک قرار می گیرند و این لوله از گاز های خنثی نیتروژن پر شده است.

ویژگی‌ سنسور سیلندر

معمولا همه سیلندرهای پنوماتیک دارای یک آهن‌ربا می باشند، که به صورت داخلی روی پیستون قرار می گیرد. چراکه تمامی سنسورهای پنوماتیک که برای ایجاد بازخورد از موقعیت خطی پیستون، استفاده می‌شوند، از یک میدان مغناطیسی استفاده می‌کنند.

اهمیت استفاده از سنسور برای جک و سیلندر پنوماتیک

یکی از مهم ترین وظایف سنسور پنوماتیک ، کنترل سیلندر است. چرا که سیلندر اصلی ترین بخش یک سیستم پنوماتیک است و وظیفه آن ورود و خروج هوا و در نهایت حرکت پیستون می باشد. بنابراین بایستی از یک ابزار کاربردی برای کنترل حرکت آن استفاده شود. همچنین یکی از ویژگی‌های سنسور مغناطیسی پنوماتیک ،استفاده از میدان مغناطیسی جهت بازخورد موقعیت پیستون است. این موضوع باعث استفاده از یک آهن ربا در طراحی تمامی سنسورهای پنوماتیک شده است. به طور کلی می توان گفت استفاده از سنسور پنوماتیک شرایط مناسبی را برای اندازه گیری دقیق موقعیت پیستون فراهم می سازد.

روش نصب سنسور پنوماتیک

به طور کل  براساس نوع بدنه، روش‌های متفاوتی برای نصب وجود دارد که این روش ها با توجه به انواع متفاوت سنسورها تغییر می‌کند. بنابراین دانستن نوع بدنه جک پنوماتیک، در انتخاب سنسور بسیار مهم است. دو نوع متداول از انواع بدنه جک پنوماتیک، بدنه جک پنوماتیک DNC و چهار میل نیز می باشد و هرکدام از آن ها روش های نصب متفاوتی دارد که در ادامه به توضیح آن می پردازیم.

  • جک چهار میل

یکی از نمونه های جک های پنوماتیک، جک چهار میل است که دارای طراحی متفاوتی می باشد. در طراحی این نوع جک از چهار میل در قسمت بیرونی آن استفاده شده است، به همین علت برای اتصال سنسور جک به آن، نیاز به استفاده از یک پایه فلزی می باشد. در نتیجه پایه سنسور به یکی از میله های موجود در قسمت بیرونی جک، متصل و سنسور برای کار آماده می شود.

  • جک پنوماتیک  DNC

جک پنوماتیک DNC، یکی از پرطرفدار ترین جک های پنوماتیک است. این جک دارای طراحی مستطیل شکل می باشد و برای اتصال سنسور جک پنوماتیک به آن دو روش وجود دارد. در قسمت انتهایی بدنه جک های DNC  شیار هایی قرار دارد که به وسیله آن ها می توان سنسور را متصل کرد. نمونه های دیگر جک های پنوماتیک DNC دارای میله های کرواتی شکل می باشند که در اطراف بدنه جک قرار گرفته اند. به وسیله این میله ها می توان سنسور جک پنوماتیک را متصل کرد و آن را برای انجام فرآیند آماده کرد.

انواع سنسور پنوماتیک

  • Hall effect sensor

Hall effect sensor، سنسوری با میدان مغناطیسی و به صورت شعاعی است. به این صورت که یک آهن‌ ربا به طور شعاعی تراز شده و یک میدان مغناطیسی عمود بر میدان مغناطیسی سنسور را ، تولید می‌کند. سنسورHall effect sensor، دستگاه‌های الکترونیکی به صورت جامد می باشند. آن‌ها از یک تقویت ‌کننده ولتاژ و یک مدار مقایسه‌ کننده تشکیل می‌شوند و باعث هدایت یک خروجی سوئیچینگ می‌ باشند.

این نوع سنسور شامل اجزای متحرک نمی باشد. طراحی حالت جامد این سنسورها به دلیل عملکرد بدون سایش، طول عمر سنسور را افزایش می دهد و آنها را در مقابل ضربه و لرزش مقاوم می کند. بدون نیاز به غلبه بر اینرسی اجزای مکانیکی، این سنسورها برای کاربردهای حساس، هنگامی که نیاز به تعویض سریع دارند نیز مناسب می باشند. در این نوع سنسورها، جهت گیری آهنربا برای عملکرد مناسب بسیار مهم است. علاوه بر این، سنسورهای اثر هال حساسیت کمی دارند و با توجه به قطر و ضخامت بدنه سیلندر، خروجی سوئیچینگ ممکن است به درستی فعال نشود. شکل زیر عملکرد سنسور اثر هال را نشان می دهد. عدد 1 جریان جاری، عدد 2 میدان مغناطیسی و عدد 3 و 4 ولتاژ صفر را نشان می دهند.

  • رید سوئیچ  (Reed Switch)

سنسور رید سوئیچ یک سنسور مجاورت مغناطیسی می باشد و زمانی که یک میدان مغناطیسی روی آن اعمال شود، روشن می شود. قطب های مغناطیسی  آهنربا در صفحه، کنار یکدیگر قرار دارند. با نزدیک شدن آهنربا به سنسور رید سوئیچ، میدان مغناطیسی به صورت موازی با سوئیچ نیز ایجاد می شود. سنسور رید سوئیچ از یک جفت نی فلزی فرومغناطیسی تشکیل شده است که در یک لوله شیشه ای مهر و موم شده قرار گرفته اند. بدون حضور میدان مغناطیسی میله های فلزی از یکدیگر جدا می شوند و سنسور خاموش می شود. هنگامی که پیستون سیلندر از سوئیچ عبور کند و میدان مغناطیسی به اندازه کافی قوی اعمال شود که باعث جذب پلاتین سوییچ شود سنسور روشن خواهد شد. شکل زیر عملکرد ریچ سوئیچ را نشان می دهد.

عملکرد رید سوئیچ

در مقایسه با سایر سنسورها، رید سوئیچ ها مقرون به صرفه هستند و می توانند با ولتاژ AC یا DC کار کنند. علاوه بر این، مصرف انرژی کمی دارند و برای کاربردهایی با نیاز مصرف برق مناسب می باشند. به دلیل ماهیت مکانیکی تعویض کنتاکت های نی، سنسورهای رید سوئیچ دارای محدودیت هایی نیز می باشند.

کنتاکت های سوئیچینگ تعداد محدودی چرخه سوئیچینگ دارند و در طول عمر دستگاه، نیاز به تعمیر و نگهداری دارند. در مرحله بعد، سنسورهای رید سوئیچ برای کاربردهایی که در معرض لرزش یا شوک زیاد می باشند، مناسب نیستند. شوک و لرزش زیاد ممکن است باعث به هم خوردن تماس های رید سوئیچ شود و موجب سیگنال دهی نادرست شود.

ویژگی های سوئیچینگ یک رید سوئیچ نیز ممکن است باعث سوئیچینگ دوگانه ناخواسته شود. سوئیچ دوبل یعنی خروجی سنسور دو بار روشن و خاموش شود در حالی که آهنربای سیلندر یک بار از رید سوئیچ عبور کرده است. سوئیچ دوگانه کاذب خروجی سنسور به دلیل قدرت غیر یکنواخت میدان نیروی آهنربا می باشد. قدرت میدان آهنربا در هر قطب آهنربا قوی ‌ترین و در مرکز بین هر قطب ضعیف‌ ترین است.

سوئیچ‌های رید در مقایسه با سنسورهای حالت جامد، نسبتاً کند فعال می‌شوند و این موضوع آنها را برای برنامه‌هایی که نیاز به زمان پاسخ سریع دارند نامناسب می‌کند.

  • سنسور مغناطیسی ناهمسانگرد (پل)

سنسور مغناطیسی ناهمسانگرد (AMR)، نوع دیگری از سنسورهای مغناطیسی جک پنوماتیک، می باشد. نحوه عملکرد سنسورهای AMR بسیار ساده است. به این صورت که عنصر سنسور با وجود میدان مغناطیسی دچار تغییر مقاومت شده و جریان بایاس را که از عنصر حسگر عبور می‌کند، تغییر می‌دهد. این سنسور مدار مقایسه ‌کننده تغییر جریان را تشخیص داده و خروجی سنسور را روشن می ‌کند. سنسورهای AMR  سریع عمل می‌کنند و بدون سایش هستند. همچنین در برابر ضربه و لرزش مقاوم می باشند.

مزیت آنها این است که نسبت به سنسورهای هال از حساسیت کمتری برخوردارند و به خوبی به تغییرات قدرت میدان مغناطیسی واکنش می‌دهند. این باعث بهبود تشخیص پیستون در فاصله های بیشتر به دلیل توانایی آن در تشخیص میدان های آهنربایی ضعیف تر می شود. سنسورهای AMR فشرده تر از سنسورهای سوئیچ نی و مقرون به صرفه می باشند.

تنها نقطه ضعف سنسورهای AMR این است که معمولا به طور مداوم جریان می گیرند و برای کاربردهایی با نیازهای کم مصرف، سنسور رید سوئیچ انتخاب مناسب تری می باشد. . شکل زیر عملکرد سنسور AMR را نشان می دهد. عدد 1 میدان مغناطیسی، عدد 2 جریان جاری و عدد 3 و 4 ولتاژ را نشان می دهند.

  • سنسورهای مغناطیسی (GMR)

به روزترین فناوری سنجش میدان مغناطیسی، حسگر مغناطیسی غنی (GMR) می باشد. در مقایسه با فناوری AMR ، سنسورهای GMR در مقابل وجود میدان مغناطیسی، حداقل 10 درصد واکنش بیشتری نشان می‌دهند.

سنسور مغناطیسی مقاومتی غول پیکر (GMR) یک سنسور مجاورت مغناطیسی حالت جامد می باشد که وقتی یک میدان آهنربایی شعاعی یا محوری روی آن اعمال می‌شود، روشن خواهد ‌شد. حسگر GMR دارای لایه‌های متغیری از لایه‌های رسانای مغناطیسی و غیر مغناطیسی متناوب می باشد که در شکل زیر (شماره 2 و 3) مشاهده می‌شود.

مشابه سنسور AMR، زمانی که یک میدان مغناطیسی به سنسور اعمال می‌شود، خواص مقاومت مدار تغییر می‌کند. به عنوان مثال، در شکل زیر، در حضور یک میدان مغناطیسی (شماره 1) مقاومت مدار کاهش پیدا می کند و اجازه می دهد جریان وجود داشته باشد (شماره 4) ، ولتاژ در مدار افزایش پیدا می کند.

زمانی که ولتاژ در سراسر مدار از آستانه سوئیچینگ بیشتر شد، خروجی سنسور روشن می شود. سنسورهای GMR مزایای مشابهی با سنسورهای AMR دارند، اما نسبت به حضور میدان مغناطیسی حساس‌تر می باشند.

روش انتخاب سنسور پنوماتیک مناسب

امروزه روش های گوناگونی برای انتخاب سنسور  پنوماتیک وجود دارد که هر کدام از آن ها دارای مزایای متفاوتی می باشند. برای اکثر عملکردها، از سنسور Hall effect sensor استفاده می‌شود. این سنسورها چرخه عمر و مقاومت مناسبی در مقابل لرزش برای مدیریت برنامه‌های معمول دارند. با این حال، معیارهای دیگری برای کاربردهای خاص بایستی مد نظر قرار گیرد. به طور کل می توان گفت برای انتخاب سنسور مناسب باید موارد زیر مورد توجه قرار گیرد:

  • محیط
باید به محل قرارگیری سنسور توجه کرد که آیا در معرض مقادیر زیادی لرزش یا ضربه قرار می گیرد یا خیر؟ علاوه بر این، آیا سنسور در یک محیط تمیز بسته قرار می گیرد یا به محفظه محافظتی نیاز دارد. همچنین ملاحظات دما نیز بایستی در نظر گرفته شود.
  • سرعت سوئیچینگ

سنسورهای حالت جامد AMR و GMR زمان سوئیچینگ سریع تری را ارائه می دهند.

  • نوع خروجی

چه نوع سیگنال خروجی برای سیستم کنترل نیاز است؟ سیگنال های خروجی PNP و NPN برای دستگاه های حالت جامد در دسترس می باشند.

خروجی PNP مسیری را برای تامین توان مثبت خروجی فراهم می کند و به عنوان حسگرهای منبع نیز شناخته می شود. این سیگنال ها در آمریکای شمالی و اروپا رایج تر است.

خروجی NPN مسیری را برای تامین به زمین فراهم می کند و به عنوان سنسور غرق شدن نیز شناخته می شود. این سیگنال در آسیا محبوب تر می باشد.

  •  ویژگی های سیگنال سوئیچینگ
سنسور انتخاب شده بایستی با قدرت سوئیچینگ و جریان مورد نیاز سیستم کنترل سازگار باشد.
  •  نصب
با توجه به اینکه سیلندر پروفیلی شیاردار، میله بند یا سیلندر گرد دارید، انواع نصب تغییر می کند.
  • حفاظت از مدار
در هنگام نیاز، سنسورها می‌توانند از حفاظت‌های مداری مانند اتصال کوتاه، قطبیت معکوس و حفاظت از نوسانات استفاده کنند.
  • جهت گیری آهنربایی

سوئیچ رید و حسگرهای اثر هال برای عملکرد مناسب نیاز به جهت گیری صحیح میدان مغناطیسی اعمال شده دارند. به همین دلیل، سنسور جک پنوماتیک بایستی در جهت مناسب برای پیستون نصب گردد.

  • سیم کشی

سیم کشی منبع تغذیه سنسورهای پنوماتیک با توجه به اینکه سنسور یک حسگر حالت جامد باشد (یعنی AMR، GMR، اثر هال) یا یک حسگر نی، متفاوت می باشد. معمولا یک LED برای نشان دادن سیم کشی صحیح برای هر سنسور جک پنوماتیک وجود دارد. به طور مثال، اگر قطبیت منبع تغذیه یک سوئیچ نی معکوس شود، LED  در سنسور جک پنوماتیک روشن نخواهد شد. سنسورهای سوئیچ رید به طور معمول دارای پیکربندی 2 سیم می باشند در حالی که سنسورهای حالت جامد دارای 3 سیم هستند. علاوه بر سیم های مثبت و منفی از سیم سوم برای اتصال به بار استفاده می شود. سیم کشی صحیح سیم بار همیشه باید قبل از اعمال برق تأیید شود چراکه سیم کشی اشتباه می تواند به طور دائم به سنسور پنوماتیک آسیب برساند.

کاربرد سنسور پنوماتیک

سنسور های پنوماتیک، برای مصارف گوناگونی به کار می روند که اصلی ترین کاربرد آن، استفاده برای کنترل کورس حرکت سیلندر است. به عبارتی دیگر با استفاده از این سنسور می توان سرعت و میزان حرکت سیلندر را کنترل کرد. قابل توجه است که در سیستم های پنوماتیک، سیلندر یکی از اساسی ترین قسمت های آن است و نقش اصلی را ایفا می کند. به همین دلیل نیاز است از یک سنسور پنوماتیک برای کنترل سیلندر استفاده شود.

جدول مقایسه سنسورهای پنوماتیک

GMR AMR Hall Effect Reed Switch
Small Medium Small Large Size
Solid State Solid State Solid State Mechanical Construction
Low Low High Medium Magnet Strength Required
High High Low Medium Sensitivity
High Medium Low Medium Temperature Stability
Low High Low Zero Power Consumption
High High Low High Noise Immunity
High High High Low Switching Speed
High High Medium Low Mechanical Robustness
High High Low Low Electrical Robustness
NO No Possible Yes Double Switch Points

چرا سنسورهای پنوماتیک را از بهسام بخریم؟

  1. دارای گارانتی بی قید و شرط در بلند مدت
  2. دارا بودن نیروی متخصص برای نصب
  3. دارا بودن لوازم جانبی مورد نیاز
  4. قیمت متعادل و به صرفه به نسبت کیفیت
  5. پشتیبانی و راهنمایی استفاده از دستگاه
  6. راندمان نسبی بالای قطعات به نسبت رقبا
  7. استفاده از قطعات استاندارد و با کیفیت

در صورتی که قصد خرید سنسورهای پنوماتیک با بهترین قیمت و ضمانت اصالت کالا را دارید با مراجعه به سایت بهسام پنوماتیک، محصول مورد نظر خود را انتخاب و خریداری نمائید. همچنین برای اطلاعات بیشتر ، می توانید با کارشناسان فروش ما در شرکت بهسام تماس بگیرید.

تماس بگیرید