عنوان :

مقاله حسگرهای مکان‌یاب

تعداد صفحات :۳۵

نوع فایل : ورد و قابل ویرایش

چکیده

در این مقاله درباره حسگرهای مکان یاب توضیح داده شده است.
حسگر یا سنسور المان حس کننده ای است که کمیتهای فیزیکی مانند فشار، حرارت، رطوبت، دما، و … را به کمیتهای الکتریکی پیوسته (آنالوگ) یا غیرپیوسته (دیجیتال) تبدیل می کند. در واقع آن یک وسیله الکتریکی است که تغییرات فیزیکی یا شیمیایی را اندازه گیری می کند و آن را به سیگنال الکتریکی تبدیل می نماید.
سنسورها در انواع دستگاههای اندازه گیری، سیستمهای کنترل آنالوگ و دیجیتال مانند PLC مورد استفاده قرار می گیرند. عملکرد سنسورها و قابلیت اتصال آنها به دستگاههای مختلف از جمله PLC باعث شده است که سنسور بخشی از اجزای جدا نشدنی دستگاه کنترل اتوماتیک و رباتیک باشد.
سنسورها اطلاعات مختلف از وضعیت اجزای متحرک سیستم را به واحد کنترل ارسال نموده و باعث تغییر وضعیت عملکرد دستگاهها می شوند.
در اینجا به نمونه ای از سنسور را توضیح می دهیم:
LVDT – Linear Variable Transformer
معرفی و تاریخچه
در زمان جنگ جهانی دوم، ترانسفورماتورهای متغیر خطی یا LVDT ها به عنوان یک سنسور در کنترل صنعتی شناخته شدند و در سیستمهای نظامی و جنگ افزارها از آنها استفاده فراوانی شد.
LVDT ها امروزه به علت دارا بودن دقت و قابلیت اطمینان بالا کاربرد وسیعی در صنایع مختلف از جمله ماشین افزارها، روباتیک و سیستمهای نظامی دارند.
از آنجاییکه LVDT و RVDT پروژه جداگانه ای بوده است، آنچه در این پروژه آمده است مختصر است ولی سعی شده است بخش مرجع آن کامل باشد.
ایده اصلی
LVDT از یک ترانسفورماتور و یک هسته مغناطیسی تشکیل شده است. هسته مغناطیسی میان سیم پیچی های اولیه و ثانویه ترانسفورماتور قراردارد. جابجایی هسته که توسط یک واسط غیر مغناطیسی به جسم متحرک متصل است، باعث تغییر در شار گذرنده و در نتیجه ولتاژ دو سیم پیچی ثانویه شده و ولتاژ خروجی که تفاضل این دو ولتاژ می باشد نیز طبیعتاً تغییر می کند.
در این حالت ولتاژ (rms)خروجی به طور خطی با موقعیت هسته فرومغناطیسی نسبت به ترانسفورماتور تغییر می‌کند.

که نمودار سمت چپ مربوط به یک LVDT ایده آل و نمودار سمت راست خروجی یک LVDT واقعی را نشان می دهد .
واژه های کلیدی: حسگرها، سنسورهای بدون تماس، کاربرد سنسورها، اینداکتوسین، مگنسین

فهرست منابع

مقدمه ۱
سنسورهای بدون تماس ۱
مثال هایی از کاربرد سنسورها ۱
مزایای سنسورهای بدون تماس یا همجواری ۲
سنسورهای القائی ۳
اساس کار و ساختمان سنسورهای القائی ۳
نحوه نصب سنسورهای القائی ۷
اینداکتوسین- Inductosyn 8
معرفی و تاریخچه ۸
مگنسین- Magnesyn 8
میکروسین- Microsyns 9
معرفی ۹
مدارات بهسازی ۱۰
ویژگیها ۱۰
کاربرد ۱۱
LVDT – Linear Variable Transformer 11
معرفی و تاریخچه ۱۱
ایده اصلی ۱۲
مدارات بهسازی ۱۳
RVDT 16
معرفی ۱۶
مشخصات کلی RVDT 17
ویژگیهای کلی ۱۷
کاربرد ۱۸
بررسی یک نمونه سنسور موقعیت زاویه ای مطلق ۱۸
کاربردهای ویژه ۲۵
سنسورهای هوشمند ۲۵
جدول مشخصات سنسور ۲۷
جمع بندی ۲۹
مقایسه ای بین دقت سنسور های زاویه ای متداول ۲۹

مقدمه

حسگر یا سنسور المان حس کننده ای است که کمیتهای فیزیکی مانند فشار، حرارت، رطوبت، دما، و … را به کمیتهای الکتریکی پیوسته (آنالوگ) یا غیرپیوسته (دیجیتال) تبدیل می کند. در واقع آن یک وسیله الکتریکی است که تغییرات فیزیکی یا شیمیایی را اندازه گیری می کند و آن را به سیگنال الکتریکی تبدیل می نماید.

سنسورها در انواع دستگاههای اندازه گیری، سیستمهای کنترل آنالوگ و دیجیتال مانند PLC مورد استفاده قرار می گیرند. عملکرد سنسورها و قابلیت اتصال آنها به دستگاههای مختلف از جمله PLC باعث شده است که سنسور بخشی از اجزای جدا نشدنی دستگاه کنترل اتوماتیک و رباتیک باشد. (برای مطالعه بیشتر در مورد PLCها به سایر مقالات سایت میکرو رایانه در تالار گفتگو مراجعه نمایید)

سنسورها اطلاعات مختلف از وضعیت اجزای متحرک سیستم را به واحد کنترل ارسال نموده و باعث تغییر وضعیت عملکرد دستگاهها می شوند.

سنسورهای بدون تماس

سنسورهای بدون تماس سنسورهائی هستند که با نزدیک شدن یک قطعه وجود آن را حس کرده و فعال می شوند. این عمل به نحوی است که می تواند باعث جذب یک رله، کنتاکتور و یا ارسال سیگنال الکتریکی به طبقه ورودی یک سیستم گردد.

مثال هایی از کاربرد سنسورها

۱-شمارش تولید: سنسورهای القائی، خازنی و نوری

۲-کنترل حرکت پارچه و …: سنسور نوری و خازنی

۳-کنترل سطح مخازن: سنسور نوری و خازنی و خازنی کنترل سطح

۴-تشخیص پارگی ورق: سنسور نوری

۵-کنترل انحراف پارچه: سنسور نوری و خازنی

۶-کنترل تردد: سنسور نوری

۷-اندازه گیری سرعت: سنسور القائی و خازنی

۸-اندازه گیری فاصله قطعه: سنسور القائی آنالوگ

مزایای سنسورهای بدون تماس یا همجواری

سرعت سوئیچینگ زیاد:

سنسورها در مقایسه با کلیدهای مکانیکی از سرعت سوئیچینگ بالائی برخوردارند، به طوریکه برخی از آنها (سنسور القائی سرعت) با سرعت سوئیچینگ تا ۲۵KHz کار می کنند.

طول عمر زیاد:

بدلیل نداشتن کنتاکت مکانیکی و عدم نفوذ آب، روغن، گرد و غبار و … دارای طول عمر زیادی هستند.

عدم نیاز به نیرو و فشار:

با توجه به عملکرد سنسور هنگام نزدیک شدن قطعه، به نیرو و فشار نیازی نیست.

 قابل استفاده در محیطهای مختلف با شرایط سخت کاری:

سنسورها در محیطهای با فشار زیاد، دمای بالا، اسیدی، روغنی، آب و … قابل استفاده می باشند.

عدم ایجاد نویز در هنگام سوئیچینگ:

به دلیل استفاده از نیمه هادی ها در طبقه خروجی، نویزهای مزاحم (Bouncing Noise) ایجاد نمی شود.

سنسورهای القائی

سنسورهای القائی سنسورهای بدون تماس هستند که تنها در مقابل فلزات عکس العمل نشان می دهند و می‌توانند فرمان مستقیم به رله ها، شیرهای برقی، سیستمهای اندازه گیری و مدارات کنترل الکتریکی (مانند PLC) ارسال نمایند.

اساس کار و ساختمان سنسورهای القائی

ساختمان این سنسورها از چهار طبقه تشکیل می شود: اسیلاتور، دمدولاتور، اشمیت تریگر، تقویت خروجی.

اسیلاتور:

قسمت اساسی این سنسورها از یک اسیلاتور با فرکانس بالا تشکیل یافته که می تواند توسط قطعات فلزی تحت تاثیر قرار گیرد. (توضیحات بیشتر در سایر مقالات سایت میکرو رایانه) این اسیلاتور باعث بوجود آمدن میدان الکترومغناطیسی در قسمت حساس سنسور می شود. نزدیک شدن یک قطعه فلزی باعث بوجود آمدن جریانهای گردابی در قطعه گردیده و این عمل سبب جذب انرژی میدان می شود و در نتیجه دامنه اسیلاتور کاهش می یابد. از آنجا که طبقه دمدلاتور، آشکارساز دامنه اسیلاتور است در نتیجه کاهش دامنه اسیلاتور توسط این قسمت به طبقه اشمیت تریگر منتقل می شود. کاهش دامنه اسیلاتور باعث فعال شدن خروجی اشمیت تریگر گردیده و این قسمت نیز به نوبه خود باعث تحریک طبقه خروجی می شود.

قطعه استاندارد:

یک قطعه مربعی شکل از فولاد ST37 است که از آن به منظور تست فاصله سوئیچینگ استفاده می شود. (استاندارد IEC947-5-2). ضخامت قطعه ۱mm و طول ضلع این مربع در اندازه های زیر می تواند انتخاب شود.

۱- به اندازه قطر سنسور

۲- سه برابر فاصله سوئیچینگ نامی سنسور ۳*Sn

ضرایب تصحیح:

فاصله سوئیچینگ با کوچکتر شدن ابعاد قطعه استاندارد و یا با بکارگیری فلز دیگری غیر از فولاد ST37 تغییر خواهد کرد. در زیر ضرایب تصحیح برای فلزات مختلف نشان داده شده است:

ضریب تصحیح (KM) برای فولاد ST37 برابر ۱٫۰

ضریب تصحیح (KM) برای نیکل برابر ۰٫۹

ضریب تصحیح (KM) برای برنج برابر ۰٫۵

ضریب تصحیح (KM) برای مس برابر ۰٫۴۵

ضریب تصحیح (KM) برای آلومینیوم برابر ۰٫۴

به عنوان مثال هرگاه یک سنسور در مقابل فولاد از فاصله ۱۰mm عمل سوئیچینگ را انجام دهد، همان سنسور در مقابل مس از فاصله ۴٫۵mm عمل خواهد کرد.

فرکانس سوئیچینگ:

حداکثر تعداد قطع و وصل یک سنسور در یک ثانیه می باشد. (بر حسب Hz). این پارامتر طبق استاندارد DIN EN 50010 با شرایط زیر اندازه گرفته می شود:

فاصله سوئیچینگ Switching Distance) S):

فاصله بین قطعه استاندارد و سطح حساس سنسور به هنگام عمل سوئیچینگ می باشد. (استاندارد EN 50010)

فاصله سوئیچینگ نامی Nominal Switching Distance) Sn):

فاصله ای است که در حالت متعارف و بدون در نظر گرفتن پارامترهای متغیر از قبیل حرارت، ولتاژ تغذیه و غیره تعریف شده است.

فاصله سوئیچینگ موثر Effective Switching Distance) Sr):

فاصله سوئیچینگ تحت شرایط ولتاژ نامی و حرارت ۲۰ درجه سلسیوس می باشد. در این حالت تلرانسها و پارامترهای متغیر نیز در نظر گرفته شده اند. ۰٫۹Sn<SR<1.1SN>

فاصله سوئیچینگ مفید Useful Switching Distance) Su):

فاصله ای است که در محدوده حرارت و ولتاژ مجاز، عمل سوئیچینگ انجام می شود. ۰٫۸۱Sn<SU<1.21SN

 فاصله سوئیچینگ عملیاتی Operating Switching Distance) Sa):

فاصله ای است که تحت شرایط مجاز، عملکرد سنسور تضمین شده است. ۰<SA<0.81SN

هیسترزیس H:

فاصله بین نقطه وصل شدن (هنگام نزدیک شدن قطعه به سنسور) و نقطه قطع شدن (هنگام دورشدن قطعه از سنسور) می باشد. حداکثر این مقدار ۱۰% مقدار نامی می باشد. (استاندارد EN 60947-5-2)

قابلیت تکرار Repeatability) R):

قابلیت تکرار فاصله سوئیچینگ مفید تحت ولتاژ تغذیه V و در شرایط زیر اندازه گیری می شود: حرارت محیط: ۲۳ درجه سلسیوس؛ رطوبت محیط: ۵۰ الی ۷۰ درصد؛ زمان تست: ۸ ساعت. (مقدار تلرانس برای این پارامتر طبق استاندارد EN 60947-5-2 حداکثر +-۰٫۱Sr می باشد.)

پایداری حرارتی (Temperature Drift):

تغییرات فاصله موثر سوئیچینگ در اثر تغییرات دما طبق استاندارد EN 60947-5-2 و در محدوده دمای ۲۰ درجه سلسیوس زیر صفر تا ۶۰ درجه سلسیوس بالای صفر حداکثر ۱۰% است.

حرارت محیط (Ambient Temperature) Ta:

محدوده حرارتی است که در آن محدوده، عملکرد سنسور تضمین شده است.

کلاس حفاظتی: (IP67 (DIN 40050

 نحوه نصب سنسورهای القائی

جهت دریافت و خرید متن کامل مقاله و تحقیق و پایان نامه مربوطه بر روی گزینه خرید انتهای هر تحقیق و پروژه کلیک نمائید و پس از وارد نمودن مشخصات خود به درگاه بانک متصل شده که از طریق کلیه کارت های عضو شتاب قادر به پرداخت می باشید و بلافاصله بعد از پرداخت آنلاین به صورت خودکار  لینک دنلود مقاله و پایان نامه مربوطه فعال گردیده که قادر به دنلود فایل کامل آن می باشد .