سنسور چیست و چه کاربردی دارد؟

سنسورها، نقش حواس پنج‌گانه دستگاه‌های الکترونیکی را ایفا می‌کنند. آن‌ها قادرند تغییرات فیزیکی و شیمیایی محیط اطراف خود را درک کرده و این اطلاعات را به زبانی قابل فهم برای کامپیوترها و سیستم‌های کنترلی تبدیل کنند. از اندازه‌گیری دما و فشار گرفته تا تشخیص نور، صدا، حرکت و حتی ترکیب گازها، سنسورها در هر گوشه‌ای از صنعت و زندگی روزمره ما حضوری پررنگ دارند. در این مقاله از شرکت زیمنس در ایران ، قصد داریم به طور عمیق‌تر به این پرسش بپردازیم که سنسور چیست، چگونه کار می‌کند و معرفی انواع سنسور های صنعتی و کاربرد و مزایای آنها و چه نقشی حیاتی در پیشرفت تکنولوژی ایفا می‌کند. همراه ما باشید تا پایان مقاله.

سنسور چیست؟

سنسور وسیله الکتریکی هوشمندی است که جهت اندازه‌گیری پارامترهای فیزیکی مورد استفاده قرار می‌گیرد؛ سنسورها حسگرهای قدرتمند و با دقت بالا هستند که در انواع مختلف در بازار موجود هستند.

سنسورها از نظر کاربرد دقیقا شبیه به هم هستند، این به جمله به این معنی است که همه سنسورها در زمینه اندازه‌گیری پارامترها کاربرد دارند و تنها نوع پارامتری که اندازه گیری می‌کنند، متفاوت است.

معرفی انواع سنسور

همانطور که پیش از این در بخش سنسور چیست، به آن اشاره شد، انواع مختلفی از سنسورها وجود دارند که هر کدام کاربرد متفاوتی در اندازه گیری دارند؛ این قطعات پرکاربرد به دو دسته کلی تقسیم بندی می‌شوند که عبارت اند از:

سنسور تماسی

این نوع از طریق تماس مکانیکی عمل می‌کند و با استفاده از کلیدهای قطع و وصل مورد استفاده قرار می‌گیرد. این نوع، خود دارای دو نوع متفاوت است که با نام های تشخیص تماس و سنسور نیرو و فشار شناخته می‌شوند.

سنسور مجاورتی (غیر تماسی)

این نوع دقیقا برعکس مورد قبلی است و نیازی به اتصال ندارد و با وجود فاصله نیز کاربرد دارد. کارکرد این سنسور به این صورت است که به محض نزدیک شدن قطعه، فعال می‌شود.

این نوع سطح پیچیدگی بالاتر و در عین حال سرعت عمل بالاتری نیز نسبت به مورد قبلی دارد؛ طول عمر بالا نیز یکی از دلایل محبوبیت این مدل است که در صنعت نیز کاربردهای زیادی دارد.

مزایای استفاده از سنسورها

سنسورها مزایای زیادی دارند که امروزه در صنعت و اکثر کارها کاربرد و محبوبیت زیادی دارند:

• سرعت قطع و وصل سنسورها نسبت به کلیدهای مکانیکی بیشتر است.
• به دلایل مختلفی از جمله عدم نفوذ آب، گرد و غبار و… این قطعات طول عمر بالایی دارند.
• انواع سنسورها در دمای بالا و فشارهای بالا و شرایط سخت کاری نیز کاربرد دارند و مورد استفاده قرار می‌گیرند.
• سنسورها بر خلاف بعضی قطعات نیازی به فشار ندارند و با تنها با نزدیک شدن و فاصله کوچک به سرعت واکنش نشان می‌دهند.
• یکی از مزایای مهمی که انواع سنسورهای صنعتی نیز از آن برخوردارند این است که در هنگام قطع و وصل شدن (کلید زنی) هیچ گونه نویزی در آنها وجود ندارد.

سنسورها چگونه کار می‌کنند؟ چهار گام اساسی

سنسورها، همانند حسگرهای هوشمند، اطلاعات محیط را درک کرده و به زبانی قابل فهم برای سیستم‌های الکترونیکی تبدیل می‌کنند. عملکرد آن‌ها در چهار مرحله کلیدی خلاصه می‌شود:

1.  حس کردن (Sensing)
   سنسور ابتدا با پدیده فیزیکی یا شیمیایی مورد نظر (مثل دما، فشار، نور، رطوبت، حرکت یا حضور یک شیء) در تماس قرار می‌گیرد. هر سنسور بر اساس یک اصل فیزیکی خاص طراحی شده تا به این تغییرات محیطی واکنش نشان دهد.
2.  تبدیل (Transduction)
   این مهم‌ترین گام است؛ سنسور اطلاعات حس شده را به یک سیگنال الکتریکی (مانند تغییر در ولتاژ، جریان، مقاومت یا فرکانس) تبدیل می‌کند. به عنوان مثال، در سنسور دما، تغییر حرارت باعث تغییر واحد مقاومت الکتریکی می‌شود، یا در سنسور فشار، تغییر شکل یک المان به تولید ولتاژ می‌انجامد.
3. پردازش و تهویه سیگنال (Signal Conditioning)
   سیگنال الکتریکی اولیه معمولاً ضعیف یا حاوی نویز است. در این مرحله، مدارهای داخلی سنسور یا مدارهای خارجی، این سیگنال را تقویت، فیلتر و بهینه‌سازی می‌کنند. این بهینه‌سازی ممکن است شامل تبدیل سیگنال آنالوگ به دیجیتال (ADC) باشد تا برای پردازش توسط میکروکنترلرها یا PLCها آماده شود.
4.  خروجی (Output)
   سیگنال نهایی و پردازش‌شده به سیستم کنترل یا نمایشگر ارسال می‌شود. این سیگنال می‌تواند به صورت آنالوگ (متغیر)، دیجیتال (صفر و یک) یا در قالب پروتکل‌های ارتباطی باشد. در نهایت، سیستم کنترل بر اساس این سیگنال تصمیم‌گیری کرده و عمل مورد نظر را انجام می‌دهد، مثلاً یک موتور را روشن/خاموش می‌کند یا دمای سیستم را تنظیم می‌نماید.

انواع سنسورهای صنعتی

سنسورهای صنعتی بر اساس عملکردشان تقسیم بندی می‌شوند که در ادامه تعدادی از سنسورهای مهم و کاربردی را دسته بندی و معرفی خواهیم کرد:

سنسور هم جوار القایی

سنسور القایی از دسته سنسورهای مجاورتی بوده و این امکان را دارد که بدون برقرار کردن تماس کار کند و در برابر فلزاتی مختلف که نزدیک می‌شوند واکنش نشان می‌دهد و اطلاعات آن فلز را به سایر تجهیزات ارسال می‌کند. به طور مثال در تجهیزات اتوماسیون زیمنس کاربرد زیادی دارند.

سنسورهای آلتراسونیک

این نوع نیز جزء سنسورهای مجاورتی می‌باشد، البته تفاوت هایی نسبت به سایرین دارد و در زمان نزدیک شدن به قطعات، یک پالس صوتی از آن منعکس می‌شود، برای اندازه گیری فاصله و ذوب مواد گزینه قابل قبولی است.

سنسور Photoelectric

قطع و وصل این نوع به سادگی انجام می‌شود و یکی از ابزارهای کاربردی در زمینه تشخیص موقعیت است که برای راه اندازی کردن مدارهای الکتریکی نیز مورد استفاده قرار می‌گیرد.

سنسور خازنی

این مدل، جزء یکی از پر طرفدارترین انواع سنسور است که به صورت غیر تماسی است و حساسیت بسیار بالایی دارد.

سنسور هال

این نوع به عنوان یکی از اصلی ترین سنسورها در زمینه اندازه‌گیری جریان، دما، فشار و… است که به صورت ولتاژ القایی عمل میی‌کند.

سنسور فشار یا Pressure

این مدل جهت اندازه‌گیری گازها و مایعات مورد استفاده قرار می‌گیرد، این سنسور به عنوان مبدل نیز کاربرد دارد.

سنسور گاز

این مدل قابلیت اندازه‌گیری میزان آلاینده ها و گازهای سمی را دارد.

کلام آخر

همانطور که در این مقاله گفته شد، سنسورها برای اندازه‌گیری مقادیر و پارامترهای مختلف فیزیکی مورد استفاده قرار می‌گیرند و انواع مختلف صنعتی (تماسی – مجاورتی) مختلفی دارند.