سنسورها از مهم‌ترین ابزارهای تشخیص در صنایع مختلف هستند که به کمک آنها می‌توان بدون تماس فیزیکی، حضور یا موقعیت اجسام را شناسایی کرد. یکی از پرکاربردترین این حسگرها، سنسور القایی است که به دلیل دقت بالا و قابلیت اطمینان، جایگاه ویژه‌ای در خطوط تولید، ماشین‌آلات صنعتی و سایر تجهیزات دارد. این سنسورها می‌توانند تغییرات میدان مغناطیسی ایجادشده توسط اجسام فلزی را شناسایی کرده و در کاربردهای متنوعی مانند کنترل حرکت ربات‌ها یا شمارش قطعات فلزی استفاده شوند. برای مثال، سنسور القایی SICK به‌عنوان یکی از پیشرفته‌ترین مدل‌های موجود در بازار، قابلیت عملکرد پایدار و طولانی‌مدت را در سخت‌ترین شرایط صنعتی فراهم می‌کند.
سنسور القایی چیست؟
سنسور القایی (Inductive sensor) یکی از مهم‌ترین اجزای به‌کاررفته در بسیاری از تجهیزات صنعتی و لوازم برقی خانگی است. این سنسورها می‌توانند حضور اشیای فلزی را در فاصله معینی از خود بدون تماس فیزیکی تشخیص دهند و از آنها در کاربردهای مختلفی استفاده می‌شود که مهم‌ترینشان، رله‌های القایی هستند. رله در مدار، مانند یک سوئیچ الکتریکی عمل می‌کند و وظیفه کنترل برقراری یا قطع جریان برق را برعهده دارد. سازوکارهای بسیاری برای بازوبسته شدن رله‌ها استفاده می‌شوند؛ اما اصل القای الکترومغناطیسی در سنسورهای القایی رایج‌ترین آنها است.
سنسورهای القایی دربرابر تغییرات دمایی شدید، رطوبت و سایر عوامل آسیب‌رسان مقاومت بالایی دارند و از آنها می‌توان در دستگاه‌هایی که با روغن، نفت و آب درتماس هستند، استفاده کرد؛ همچنین این سنسورها دقت خوبی داشته و به‌سرعت به تغییرات موقعیت اجسام فلزی پاسخ می‌دهند. معمولا محدوده شناسایی یک سنسور القایی بین 0.1 و 5سانتی‌متر است. این سنسورهااغلب در ابعاد 8، 12، 18 و 30میلی‌متر ساخته می‌شوند.
از سنسورهای القایی در صنعت تولید خودرو برای تعیین موقعیت قطعات، کنترل موتور و تنظیم سیستم ترمز استفاده می‌شود؛ همچنین کنترل تعداد محصولات، مقدار مواد و مدیریت خطوط بسته‌بندی در صنایع بسته‌بندی و غذایی به کمک این حسگرها امکان‌پذیر است. انواع سنسورهای القایی در تنظیم حرکت ربات‌ها در صنعت رباتیک و کنترل سلامت پارچه‌ها در نساجی نیز به کار می‌روند.
عملکرد سنسور القایی
عملکرد سنسورهای القایی بر اساس قانون القای فارادی طراحی شده است. یک سنسور القایی چند بخش اصلی دارد:
- سیم‌پیچ (coil): سیم‌پیچ‌ها وظیفه تولید میدان مغناطیسی لازم برای عملکرد سنسور را برعهده دارند که این کار را به‌کمک یک هسته مغناطیسی انجام می‌دهند. این هسته، اغلب ازجنس فریت یا آهن بوده و بسته به میزان حساسیت موردنیاز در سنسور، به اشکال مختلفی ساخته می‌شود. هسته مغناطیسی، میدان مغناطیسی تولیدشده توسط سیم‌پیچ را تقویت کرده و در جلوی سنسور متمرکز می‌کند.
- نوسان‌ساز (Oscillator): برای ایجاد میدان الکترومغناطیسی، از نوسان‌سازها استفاده می‌شود که معمولا از نوع LC هستند. این بخش موج‌های رادیویی با فرکانس مشخص تولید می‌کند.
- مدار تشخیص (Detection Circuit): این مدار تغییرات فرکانس امواج نوسان‌ساز را تشخیص داده و سیگنال‌هایی را تولید می‌کند که برای دستگاه قابل استفاده باشند.
- خروجی (Output): این قسمت سیگنال‌های مدار تشخیص را دریافت کرده و فعال می‌شود تا تغییرات لازم در دستگاه اعمال شوند.
زمانی که جسم فلزی در نزدیکی سنسور قرار بگیرد، جریان‌های گردابی ایجادشده میدان مغناطیسی اطراف سیم‌پیچ را تغییر می‌دهند. این موضوع باعث تغییر در فرکانس امواج رادیویی نوسان‌ساز شده که مدار تشخیص پس از دریافت این تغییرات، سیگنال‌هایی را به‌سمت خروجی ارسال می‌کند تا امکان کنترل دستگاه فراهم شود. اگر جسم فلزی از سنسور دور شود، فرکانس امواج نوسان ساز به‌اندازه اولیه خود برمی‌گردد.
انواع سنسور القایی
سنسورهای القایی را می‌توان براساس شکل خروجی به چند دسته تقسیم کرد:
- سنسور القایی استوانه‌ای: بدنه استوانه‌ای این سنسورها به آنها کمک می‌کند تا بتوانند حضور اشیای فلزی را در یک جهت خاص شناسایی کنند.
- سنسور القایی تخت: این نوع سنسورهای القایی برای تشخیص اجسام فلزی در یک سطح گسترده مورد استفاده قرار می‌گیرند.
- سنسور القایی زاویه‌ای: سنسورهای زاویه‌ای در شفت یا محور به‌منظور شناسایی میزان زاویه چرخش به‌کار می‌روند.
آشنایی با سنسور مغناطیسی و انواع آن
سنسورهای مغناطیسی (Magnetic sensor) نوع دیگری از ابزارهای تشخیص اجسام بدون تماس فیزیکی هستند که برای این کار از تغییرات میدان مغناطیسی اطراف آهنربا کمک می‌گیرند. این آهنربا ممکن است دائم یا الکتریکی باشد. سنسورهای مغناطیسی ازنظر ساختاری متنوع هستند اما بخش اساسی همه آنها، کنتاکت‌های تیغه‌ای‌شکل هستند که با مواد فرومغناطیس (مثل آلیاژ آهن و نیکل) ساخته شده‌اند. این کنتاکت‌ها درون لوله‌ای پر از گاز نیتروژن قرار می‌گیرند. رایج‌ترین انواع سنسورهای مغناطیسی عبارت‌اند از: سنسور هال، سنسور مبتنی‌بر گالوانومتر، سنسور مبتنی بر فلکس گیت و سنسور مبتنی‌بر مغناط مقاومت.
از سنسورهای مغناطیسی برای تشخیص باز یا بسته بودن درب‌ها، شناسایی موقعیت دستگاه‌ها، تعیین سرعت چرخش و شمارش لوازم و محصولات در صنایع مختلف استفاده می‌شود؛ به‌عنوان مثال، این سنسورها در سیستم‌های ABS و مدیریت موقعیت و پایداری در صنعت خودروسازی و سیستم‌های ناوبری صنعت هوافضا به‌کار می‌روند. صنعت رباتیک (تشخیص موانع در حین حرکت)، صنعت پزشکی (دستگاه‌های تشخیصی مانند MRI) و صنعت الکترونیک (هارد دیسک و موتورها) نیز از سنسورهای مغناطیسی در ساخت محصولات خود کمک می‌گیرند. سیستم‌های هدایت موشک و مین‌یاب در صنایع نظامی هم با استفاده از این نوع حسگرها ساخته می‌شوند.
نحوه عملکرد سنسور مغناطیسی
عملکرد سنسورهای مغناطیسی به تغییر ویژگی‌های الکتریکی مواد در میدان مغناطیسی وابسته است؛ در واقع این سنسورها موادی دارند که اگر در میدان مغناطیسی قرار بگیرند، ولتاژ، مقاومت یا دیگر ویژگی‌های الکتریکی در آنها تغییر می‌کند و این تغییر به صورت سیگنال پردازش می‌شود. سنسورهای مغناطیسی از سه قسمت اصلی تشکیل شده‌اند: عنصر حسگر، مدار تقویت‌کننده و مدار پردازش سیگنال.
عنصر حسگر که اغلب از یک ماده نیمه‌رسانا یا فرومغناطیس ساخته می‌شود، تغییرات میدان مغناطیسی را شناسایی کرده و سیگنال تولید می‌کند. این سیگنال‌ها ضعیف هستند و به همین دلیل، مدار تقویت‌کننده قدرتشان را افزایش می‌دهد؛ سپس سیگنال‌های تقویت‌شده به مدار پردازش می‌روند تا به دیتاهای قابل استفاده برای کنترل دستگاه تبدیل شوند.
تفاوت سنسور القایی و مغناطیسی
سنسور القایی و مغناطیسی هر دو در تشخیص نزدیکی اجسام کاربرد دارند، اما از نظر مکانیزم، ساختار و قیمت با هم متفاوت هستند. اساس عملکرد سنسورهای القایی، اصل القای الکترومغناطیس است، اما سنسورهای مغناطیسی، تغییرات میدان مغناطیسی را شناسایی می‌کنند. از سنسورهای القایی فقط می‌توان برای تشخیص حضور فلزات استفاده کرد؛ در حالی که به‌کمک یک سنسور مغناطیسی می‌توان انواع فلزات و مواد مغناطیسی را شناسایی کرد؛ همچنین فاصله تشخیص یک سنسور مغناطیسی بیشتر از نوع القایی بوده و دقت آن نیز به مراتب بالاتر است. با این حال، حسگرهای القایی مقاومت زیادی در برابر آلودگی‌ها دارند و به دلیل ساختار ساده‌تر، نسبت‌به نوع مغناطیسی کم‌هزینه‌تر هستند. در صورت بروز تداخل الکترومغناطیسی نیز، احتمال ایجاد اختلال در عملکرد سنسور مغناطیسی بیشتر از نوع القایی است.
سنسور القایی یا مغناطیسی؟ کدام بهتر است؟
تفاوت سنسور القایی و مغناطیسی ممکن است شما را در انتخاب یک حسگر مناسب دچار تردید کند. برای انتخاب یکی از این دو سنسور، باید به نیازهای کسب‌وکار و ویژگی‌های مواد مورداستفاده‌تان توجه کنید. به طور کلی، اگر می‌خواهید سنسوری برای شناسایی فلزات در فاصله نزدیک (مثلا شمارش قطعات فلزی) یا کنترل سطح مایعات در مخزن فلزی تهیه کنید، سنسور القایی گزینه مناسبی است؛ اما برای تشخیص حضور قطعات با متریال مختلف یا تنظیم سرعت حرکت موتورها، بهتر است از سنسورهای مغناطیسی استفاده کنید. فراموش نکنید که هر دو این سنسورها برای داشتن عملکردی دقیق باید کالیبره شوند.
جمع‌بندی
انتخاب بین سنسور القایی و مغناطیسی به نیازهای شما و نوع کاربردتان بستگی دارد. اگر به دنبال شناسایی دقیق اجسام فلزی در فاصله کوتاه هستید، سنسورهای القایی گزینه‌ای ایده‌آل هستند. در مقابل، برای کاربردهایی که نیاز به شناسایی اجسام با مواد متنوع یا فاصله بیشتر دارند، سنسورهای مغناطیسی می‌توانند بهتر عمل کنند. اگر قصد تهیه سنسورهای صنعتی پیشرفته و باکیفیت را دارید، نمایندگی‌های معتبر مانند نمایندگی SICK در لاله زار می‌توانند گزینه‌ای مناسب برای دسترسی به محصولات اورجینال باشند.