سنسورهای مجاورتی یا همان سنسورهای بدون تماس (Proximity Sensors)، حسگرهایی می باشند که با نزدیک شدن یک جسم به آن، وجود شیء ِرا تشخیص داده و فرمان وصل یا قطع را صادر می نماید که این فرمان منجر به تحریک یک رله، کنتاکتور یا ارسال سیگنال الکتریکی به طبقه ورودی یک سیستم می گردد. این سنسورها در انواع و اشکال متفاوتی متناسب با کاربردهای مختلف طراحی و ساخته میشوند.
سنسورهای مجاورتی مغناطیسی Magnetic Proximity Sensors
سنسور مغناطیسی نوعی سنسور مجاورتی می باشد که عملکرد این سنسور بر اساس واکنش نشان دادن سنسور به میدان مغناطیسی اطراف آهنربای دائم یا الکتریکی می باشد. بخش اصلی این سنسور، کنتاکتهای تیغه ای شکل از جنس مواد فرو مغناطیس مانند آلیاژ آهن و نیکل می باشد، که در داخل یک لوله کوچک قرار گرفته اند؛ این لوله از گاز خنثی نیتروژن (گاز خنثی گازی است غیر فعال و غیر قابل اشتعال) پرشده است.
ساختمان داخلی سنسور مغناطیسی
اغلب در داخل یک سنسور مغناطیسی، یک LED به منظور نمایش وضعیت سنسور نصب می گردد.
شکل زیر مدار داخلی و خارجی یک سنسور مغناطیسی را نشان میدهد.
مدار داخلی و خارجی یک سنسور مغناطیسی
اگر یک میدان مغناطیسی مانند میدان مغناطیسی یک آهنربای دائم نزدیک سنسور شود، کنتاکتهای تیغه ای شکل جذب میدان مغناطیسی شده و یک یا چند کنتاکت را باز یا بسته می کند.
مشخصات مهم سنسور های مغناطیسی
جدول زیر چند مورد از مشخصات مهم یک نمونه سنسور مغناطیسی پرکاربرد را نشان میدهد.
جدول مشخصات مهم سنسور مغناطیسی
دقت شود، زمانی که یک آهنربای دائم در نزدیکی سنسور مغناطیسی حرکت داده می شود، چندین بار تغییر وضعیت در سنسور ایجاد می گردد. که این تغییر وضعیت ها وابسته به وضعیت قطب های آهنربای دائم است.
شکل زیر این مطلب را نشان میدهد.
.
تغییر وضعیت سنسور مغناطیسی با توجه به تغییر وضعیت قطب های آهنربا
سنسورهای مغناطیسی در اشکال متنوعی با توجه به محل کاربردشان ساخته می شوند.
شکل زیر چند نمونه از این سنسور را نشان میدهد.
شکل های مختلف سنسور های مغناطیسی
نکات مهم در رابطه با نصب و بکارگیری سنسورهای مغناطیسی
به منظور نصب و استفاده از سنسورهای مغناطیسی باید به نکات زیر توجه شود:
- در زمان نصب سنسور باید توجه داشت که سنسور در مجاورت میدان های مغناطیسی بزرگ تر از ۰.۱۶ میلی تسلا نصب نگردد.
- در صورتی که برای کنترل کورس حرکت سیلندرهای پنوماتیکی از سنسور مغناطیسی استفاده شود، مطابق شکل حداقل ۶۰ میلی متر فاصله بین این سنسورها وجود داشته باشد. در صورتی که این فاصله کمتر از این حد باشد ممکن است مدت زمان بین قطع و وصل های پی در پی سنسور بسیار کم باشد در نتیجه آرکی که در اثر قطع و وصل ایجاد می شود نتواند خاموش شود و سبب از بین رفتن کنتاکتهای سنسور گردد. لازم به ذکر است که می توان با سری کردن یک مقاومت در مدار کنتاکت سنسور، عمر این سنسور را چندین برابر کرد.
فاصله مناسب بیشتر از 60 میلی متر
- در صورتی که سنسور یک بار القایی را سوئیچ می کند، در زمان قطع این بار توسط سنسور، یک ولتاژ بالای ضربه ای ایجاد می شود، در نتیجه بستن یک مدار محافظ برای سنسور الزامی می باشد، مگر اینکه از قبل این مدار در داخل سنسور پیش بینی شده باشد. در ادامه مدارهایی جهت محافظت از سنسور در برابر بار القایی نشان داده شده است.
مدار محافظت از سنسور در برابر بار القایی
کاربردهای سنسور مغناطیسی
سنسورهای مغناطیسی معمولا برای کنترل کورس حرکت سیلندرها بکار می روند. شکل زیر نحوه عملکرد این سنسور را در این کاربرد نشان میدهد.
کنترل کورس حرکت سیلندر توسط سنسور مغناطیسی
در صورتی که امکان نصب یک میدان مغناطیسی دائمی (آهنربای دائم) و یا میدان مغناطیسی الکتریکی بر روی تجهیزات باشد، می توان در بسیاری از کاربردها مانند موارد زیر از این سنسور استفاده کرد:
- شمارش وسایل
- تشخیص باز یا بسته بودن دربها
- اندازه گیری سرعت چرخش
- کنترل موقعیت تجهیزات
سنسورهای مجاورتی مغناطيس-القایی Inductive-Magnetic Proximity Sensor
سنسورهای مغناطیسی-القایی شبیه به سنسورهای القایی دارای یک اسیلاتور LC می باشند. اما تفاوت اساسی در هسته بوبین اسیلاتور آنها می باشد. در سنسورهای القایی هسته نیمی از بوبین را پوشانده و یک میدان مغناطیسی به بیرون هدایت می شود، اگر فلزی در این میدان قرار داده شود، در جریان مدار اسیلاتور تغییر ایجاد کرده و از این طریق وجود فلزات را تشخیص میدهد، اما هسته فریت اسیلاتور سنسورهای مغناطیسی-القایی تمام هسته را پوشش میدهد و با نزدیک شدن یک آهنربا به این سنسور، هسته بوبین اسیلاتور اشباع می شود و اشباع هسته منجر به تغییر در جریان اسیلاتور می گردد و این تغییر سبب تشخیص آهنربا توسط سنسور می گردد.
جدول زیر چند مورد از مشخصات مهم یک نمونه سنسور مغناطیسی-القایی پرکاربرد را نشان میدهد.
جدول مشخصات مهم سنسور مغناطیسی-القایی
نکته
سنسورهای مغناطیسی القایی فقط در برابر میدان های مغناطیسی (مانند میدان آهنربای دائم) واکنش نشان میدهند و بر خلاف سنسورهای القایی نسبت به فلزات از خود واکنشی نشان نمی دهند.
مزایای سنسورهای مغناطیسی-القایی
سنسورهای مغناطیسی-القایی ساختمان پیچیده تری نسبت به سنسورهای مغناطیسی دارند اما این سنسورها نسبت به سنسورهای مغناطیسی دارای مزایای زیر می باشند:
- عدم پرش کنتاکتهای سنسور در زمان عملکرد سنسور
- فرسودگی کم به دلیل نداشتن قسمت متحرک
- عدم قطع و وصل سنسور در صورت همتراز بودن با قطب های آهنربا، در ادامه این مطلب نشان داده شده است.
عدم قطع و وصل سنسور در صورت همتراز بودن با قطب های آهنربا
نکات مهم در رابطه با بکارگیری سنسورهای مغناطیسی-القایی
لازم به ذکر است که در زمان کار با سنسورهای مغناطیسی-القایی به موارد زیر باید توجه کرد:
- زمانی که از این سنسور به منظور کنترل حرکت کورس سیلندرهای پنوماتیکی استفاده میشود، می بایست حداقل ۶۰ میلی متر فاصله، بین سنسورهای کنترل موقعیت یک سیلندر و سیلندرهای مجاور وجود داشته باشد.
- مواد فرومغناطیس نزدیک این سنسور ممکن است مشخصات سنسور را تغییر داده و حتی تجهیزات سیم پیچی شده ممکن است با سنسور تداخل ایجاد کنند که این امر می تواند منجر به قطع و وصل های بی مورد سنسور شود.
- در داخل سنسورهای مغناطیسی-القایی معمولا مدار محافظ در برابر بارهای القایی و همچنین ولتاژ اسپاک دیده میشود. در نتیجه استفاده از مدار خارجی لزومی ندارد.