ادوات ورودی ( سنسورها ، ترانسدیوسر ها و ترانسمیتر ها ) سنسورها ، ترانسدیوسرها و ترانسمیترها اجزای یک پروسه صنعتی هستند که کاربردهای فراوانی در پروسه های متنوع دارند.
ادوات ورودی ( سنسورها ، ترانسدیوسرها و ترانسمیترها ) سنسورها ، ترانسدیوسرها و ترانسمیترها اجزای یک پروسه صنعتی هستند که کاربردهای فراوانی در پروسه های متنوع دارند.
کاربرد عمده این قطعات در ارزیابی عملکرد سیستم و ارائه یک فیدبک با مقدار و وضعیت مناسب است که بدین ترتیب کنترلر سیستم متوجه وضعیت کارکرد آن و چگونگی حالت خروجی خواهد شد .
تعریف سنسور یک سنسور بنا به تعریف ، قطعه ای است که به پارامترهای فیزیکی نظیر حرکت ، حرارت ، نور ، فشار ، الکتریسیته ، مغناطیس و دیگر حالات انرژی حساس است و در هنگام تحریک آنها از خود عکس العمل نشان می دهد .
تعریف ترانسدیوسر یک ترانسدیوسر بنا به تعریف ، قطعه ای است که وظیفه تبدیل حالات انرژی به یکدیگر را برعهده دارد ، بدین معنی که اگر یک سنسور فشار همراه یک ترانسدیوسر باشد ، سنسور فشار پارمتر را اندازه می گیرد و مقدار تعیین شده را به ترانسدیوسر تحویل می دهد ، سپس ترانسدیوسر آن را به یک سیگنال الکتریکی قابل درک برای کنترلر و صد البته قابل ارسال توسط سیم های فلزی ، تبدیل می کند .بنابراین همواره خروجی یک ترانسدیوسر ، سیگنال الکتریکی است که در سمت دیگر خط می تواند مشخصه ها و پارامترهای الکتریکی نظیر ولتاژ ، جریان و فرکانس را تغییر دهد ، البته به این نکته باید توجه داشت که سنسور انتخاب شده باید از نوع سنسورهای مبدل پارامترهای فیزیکی به الکتریکی باشد و بتواند مثلأ دمای اندازه گیری شده را به یک سیگنال بسیار ضعیف تبدیل کند که در مرحله بعدی وارد ترانسدیوسر شده و سپس به مدارهای الکترونیکی تحویل داده خواهد شد .
برای درک این مطلب به تفاوتهای میان دو سنسور انداره گیر دما می پردازیم : ترموکوپل و درجه حرارت جیوه ای ، دو نوع سنسور دما هستند که هر دو یک عمل را انجام می دهند ، اما ترموکوپل در سمت خروجی سیگنال الکتریکی ارائه می دهد ، در حالی که درجه حرارت جیوه ای خروجی خود را به شکل تغییرات ارتفاع در جیوه داخلش نشان می دهد .
تعریف ترانسمیتر ترانسمیتر وسیله ای است که یک سیگنال الکتریکی ضعیف را دریافت کرده و به سطوح قابل قبول برای کنترلرها و مدارهای الکترونیکی تبدیل می کند ، مثلأ یک حلقه فیدبک سیگنالی در سطح ماکروولت یا میلی ولت یا میلی آمپر تولید می کند و این سیگنال ضعیف می تواند با عبور از ترانسمیتر به سیگنالی در سطوح صفر تا ده ولت و یا 4 تا 20 میلی آمپر تبدیل شود.
ترانسمیترها عمومأ از قطعاتی مثلop-amp برای تقویت و خطی کردن این سطوح ضعیف سیگنال استفاده می کند .
سنسورها و ملحقات آنها مثل ترانسدیوسرها را در گروه های بزرگی تحت عنوان ابزار دقیق قرار داده و آنها را بر اساس نوع انرژی قابل استفاده و روشهای تبدیل ، دسته بندی می کنند .
سنسورها ، ترانسمیترها و ترانسمیترها اجزای یک پروسه صنعتی هستند که کاربردهای فراوانی در پروسه های متنوع دارند.
کاربرد عمده این قطعات در ارزیابی عملکرد سیستم و ارائه یک فیدبک با مقدار و وضعیت مناسب است که بدین ترتیب کنترلر سیستم متوجه وضعیت کارکرد آن و جگونگی حالت خروجی خواهد شد .
یک سنسور بنا به تعریف ، قطعه ای است که به پارامترهای فیزیکی نظیر حرکت ، حرارت ، نور ، فشار ، الکتریسیته ، مغناطیس و دیگر حالات انرژی حساس است و در هنگام تحریک آنها از خود عکس العمل نشان می دهد .
یک ترانسدیوسر بنا به تعریف ، قطعه ای است که وظیفه تبدیل حالات انرژی به یکدیگر را برعهده دارد ، بدین معنی که اگر یک سنسور فشار همراه یک ترانسدیوسر باشد ، سنسور فشار پارمتر را اندازه می گیرد و مقدار تعیین شده را به ترانسدیوسر تحویل می دهد ، سپس ترانسدیوسر آن را به یک سیگنال الکتریکی قابل درک برای کنترلر و صد البته قابل ارسال توسط سیم های فلزی ، تبدیل می کند .بنابراین همواره خروجی یک ترانسدیوسر ، سیگنال الکتریکی است که در سمت دیگر خط می تواند مشخصه ها و پارامترهای الکتریکی نظیر ولتاژ ، جریان و فرکانس را تغییر دهد ، البته به این نکته باید توجه داشت که سنسور انتخاب شده باید از نوع شنشورهای مبدل پارامترهای فیزیکی به الکتریکی باشد و بتواند مثلأ دمای اندازه گیری شده را به یک سیگنال بسیار ضعیف تبدیل کند که در مرحله بعدی وارد ترانسدیوسر شده و سپس به مدارهای الکترونیکی تحویل داده خواهد شد .
برای درک این مطلب به تفاوتهای میان دو سنسور انداره گیر دما می پردازیم : ترموکوپل و درجه حرارت جیوه ای ، دو نوع سنسور دما هستند که هر دو یک عمل را انجام می دهند ، اما ترموکوپل در شمت خروجی سیگنال الکتریکی ارائه می دهد ، در حالی که درجه حرارت جیوه ای خروجی خود را به شکل تغییرات ارتفاع در جیوه داخلش نشان می دهد .
ترانسمیتر وسیله ای است که یک سیگنال الکتریکی ضعیف را دریافت کرده و به سطوح قابل قبول برای کنترلرها و مدارهای الکترونیکی تبدیل می کند ، مثلأ یک حلقه فیدبک سیگنالی در سطح ماکروولت یا میلی ولت یا میلی آمپرتولید می کند و این سیگنال ضعیف می تواند با عبور از ترانسمیتر به سیگنالی در سطوح صفر تا ده ولت و یا 4 تا 20 میلی آمپر تبدیل شود.
اهمیت سنسورها در پروسه‌های صنعتی را می توان به راحتی با فرض نداشتن حواس پنجگانه در انسان تصویر کرد، آیا این انسان قادر به برقرای ارتباط با دنیای خارج است ؟
حال هرچه در درون دارای مکانیزم پیچیده‌ای باشد این ضعف بزرگ این مکانیزم عظیم را به زمین خواهد زد.
وجود سنسور با ترجمه فارسی حسگر در هر سیستم و فرآیند صنعتی اتوماتیک بسیار حیاتی است و اگر بخواهید به عنوان مثال رسیدن مواد اولیه ، ویژگی‌های شیمیایی محصول ، پایان قسمتی از پروسه و ...
را به سیستم معرفی نمایید تنها گزینه‌ای که پیش رو دارید استفاده از سنسورهاست.
سنسورها بر اساس چگونگی دریافت کمیت مورد اندازه‌گیری به دو دسته تماسی و غیر تماسی تقسیم بندی می‌شوند .
که در نوع اول جهت ارسال اطلاعات (آنالوگ یا دیجیتال) از سنسور به سیستم ، از فعالیتهای فیزیکی و درگیری های مکانیکی بهره‌برداری می‌گردد، که در همین جا عیب این دسته آشکار می شود و آن طول عمر پایین و همچنین نیاز به تعمیرات و نگهداری می باشد.
در نوع دوم بدون هیچ گونه درگیری فیزیکی و تنها با بهره‌گیری از خواص مواد، پدیده‌ها و اجسام اطلاعات به سیستم منتقل می شود.
در ادامه به معرفی طبقه بندی کلی و همچنین چند نوع از سنسور ها می پردازم.
در ادامه به معرفی طبقه بندی کلی و همچنین چند نوع از سنسورها می پردازم.
● ترانسدیوسرها (Transduser) ترانسدیوسر قطعه‌ای است که انرژی را از شکلی به شکل دیگر تبدیل می کند و دارای دو زیر مجموعه سنسور و اکتوویتور می باشد.
▪ سنسور (Sensor) : کمیتی فیزیکی را آشکار و یا اندازه‌گیری می کند .
▪ اکتوویتور (Actuator) : یک سیگنال (مثال: سیگنال الکتریکی) را به یک عمل (مثال: مکانیکی) تبدیل می کند .
طبقه بندی سنسورها طبق قرارداد ، بر اساس قانون تبدیل ، مقدار کمیت مورد اندازه‌گیری ، تکنولوژی مورد استفاده و یا کاربرد سنسور انجام می شود .
از انواع سنسور می توان سنسورهای فشار، کشش، تنش، کرنش، الکتریکی، جهت، فاصله، ارتفاع، نور، دما، دمای نور، شار نور، صوت، میدانی و ...
را نام برد .
به دلیل تنوع بسیار زیاد سنسورها در این مقاله تنها به دو نوع سنسورهای سنجش فشار و نوری به دلیل عمومیت بیشتر در پروسه های صنعتی پرداخته میشود و به دلیل دشواری وارد کردن فرمول در محیط وبلاگ از آوردن فرمولها خودداری می نمایم.
● سنسور فشار پیزو الکتریک : در این گونه سنسورها اندازه‌گیری نیرو، جزء انتقال دهنده ، از یک یا تعداد بیشتری کرستال پیزو الکتریک تشکیل شده است که می توانند نیرو را اندازه‌گیری نمایند.
خروجی نهایی یک بار الکتریکی گسترش یافته بر روی کریستال می باشد که این بار با نیرو متناسب است .
با شکل دادن و جهت دهی مناسب کریستال، اندازه‌گیری نیرو در فضای سه بعدی امکان پذیر می شود .
امپدانس سیگنال کاندیشنر متصل به کریستال باید زیاد باشد تا بتواند نیروی استاتیکی را نیز اندازه‌گیری نماید .
به طور کلی، این مبدلها جهت اندازه‌گیری نیروهای متغیر مناسب می باشد.
● سنسور Strain Gage : این نوع سنسورها دارای یک جزء فنر مانند می باشند که نیرو باعث تغییر شکل دادن این قطعه و تغییر در مقاومت آن میشود.
این قطعه معمولا از یک تکه نازک فلز و یا ماده نیمه هادی ساخته می شود.
این قسمت به جزیی که در زیر نیرو قرار می گیرد، متصل می شود .
● سنسورهای ارتعاشی : شبیه به سنسور جابجایی است به این دلیل که از همان اصل برای عملکرد خود استفاده می کند.
این سنسور شامل یک سیم مرتعش می باشد که نیروی اعمال شده به آن را با تغییر در فرکانس لرزش نشان می دهد .
این سیم، یک قسمت یک سیستم حلقه بسته فیدبک می باشد که ارتعاش را به طور دائم حفظ می کند.
● سنسورهای نوری : طبقه بندی سنسورهای نوری بر اساس کمیتهای فیزیکی است که تحت تاثیر قرار می‌گیرند و طبقه بندی اصلی آنها عبارتست از : فتورزیستورها ، مواد فتو ولتایی و فوتو امیترها.
این نوع سنسورها شامل انواع LDR ها و فتوسل ها هستند.
این کونه حسگرها از موادی که هدایت نوری آنها وقتی که در معرض نور قرار می گیرند، تغییر می‌کند، ساخته می شوند.
وقتی نور به این سنسورها تابانده می شود باعث کاهش مقاومتشان می شود که در مدارت کنترلی مختلف از این خاصیت استفاده می شود .