شما در این صفحه میباشید: تجهیزات کنترل و ابزار دقیق   « سنسور ها و مبدل ها


سنسور ها و مبدل ها
Sensors and Transducers

اولین قسمت سیستم کنترل و ابزار دقیق، سنسور (Sensor)  یا حسگر یا ترانسدیوسر میباشد. سنسور ها یا مبدل ها (Transducer) به مجموعه ای از قطعات و یا وسایلی اطلاق میشود که بتواند کمیت فیزیکی مورد نظر را دریافت و متناسب با آن کمیتی از جنس دیگر تحویل دهد . و یا وسیله ایست که یک نوع از انرژی را به نوع دیگری تبدیل مینماید
سنسور ها ، مبدل ها، ترانسدیوسرها

سنسور های دما شامل ترموکوپل ها ، سنسور های RTD و تجهیزات جانبی

Thermocouple, RTD Sensor and Accessories

انواع سنسور های دما در رنج های مختلف به همراه تجهیزات جانبی از قبیل ترموول ها

ترموکوپل ، سنسور ، مبدل
 

سنسور های فشار ، پرشر گیج های آنالوگ و دیجیتال استاندارد

Pressure Gauges

انواع مختلف گیج های فشار ثابت در مدلهای آنالوگ و دیجیتال
گیجهای فشار با رنج های مختلف در انواع استاندارد و دیافراگمی،، فشار سنج های مانومتری ، گیج اختلاف فشار، و ...

سنسور های فشار , transducer
 
 
تجهیزات بازرسی فنی و تستهای غیر مخرب NDT
شرکتهای صنعتی سازنده تجهیزات صنعتی
تجهیزات شرکت GE دستگاه های شرکت Lutron دستگاههای شرکت Hioki
تجهیزات شرکت Megger تجهیزات شرکت Olympus تجهیزات شرکت Fluke دستگاه های شرکت ST شرکت Testo
شرکت Nawoo دستگاه های شرکت ABB
شرکت Phynix تجهیزات شرکت AZ تجهیزات شرکت Kyoritsu
شرکت Kaise محصولات شرکت MagnaFlux
تجهیزات شرکت TES تجهیزات شرکت Elcometer
شرکتهای صنعتی سازنده تجهیزات صنعتی
شرکتهای صنعتی سازنده تجهیزات صنعتی


ضخامت سنج رنگ خودرو , تستر رنگ خودرو
دستگاه ها و تجهیزات تست و اندازه گیری صنعتی

سنسور ها ، مبدل ها یا ترانسدیوسر ها در سیسیتم ابزار دقیق

فهرست مطالب:

تعریف سنسورها

اولین قسمت سیستم کنترل و ابزار دقیق، سنسور یا حسگر میباشد (Sensor) . سنسور ها یا مبدل ها (Transducer) به مجموعه ای از قطعات و یا وسایلی اطلاق میشود که بتواند کمیت فیزیکی مورد نظر را دریافت و متناسب با آن کمیتی از جنس دیگر تحویل دهد . و یا وسیله ایست که یک نوع از انرژی را به نوع دیگری تبدیل مینماید. این عمل در مبدلها با دریافت انرژی از خارج از دستگاه صورت میگیرد؛ مثلاٌ ترانسدیوسر حرکت مکانیکی به فشار پنیوماتیک، توسط تغذیه هوای فشرده تغییر مکان مکانیکی را به فشار هوائی متناسب با حرکت تبدیل مینماید و یا ترانسدیوسر حرکت مکانیکی به شدت جریان الکتریکی، مستلزم دریافت انرژی الکتریکی از خارج دستگاه میباشد.

ترانسدیوسر، مبدل و یا سنسور اولین جزء یک سیستم کنترل و اندازه گیری میباشد و انتخاب صحیح آن از وظایف مهندسی کنترل است که کنترل کننده مناسب را برای پروسه ، طراحی و پیاده سازی نماید. عمل اندازه گیری عبارتست از نسبت دادن یک مقدار عددی به یک کمیت فیزیکی که آن کمیت بواسطه مقدار عددی مربوطه توصیف میشود.

ترانسدیوسر یا مبدل ( سنسور) وسیله ای است که ورودی آن یک کمیت فیزیکی و خروجی آن عمدتا سیگنال الکتریکی متناظر آن باشد.

معمول ترین کمیت های اندازه گیری شده توسط ترانسدیوسر ها، موقعیت، نیرو، سرعت، شتاب، فشار ، سطح، جریان مایعات و درجه حرارت هستند . خروجی ترانسدیوسر ها معمولاً ممکن است ، ولتاژ، جریان، مقاومت، ظرفیت خازنی و یا فرکانس باشد.

مزایای سیگنال الکتریکی:

  • برای همه کمیتهای غیر الکتریکی میتوان روش و مواد مناسب به عنوان حس کننده انتخاب نمود تا آنرا به کمیت الکتریکی تبیدیل نمود.
  • با استفاده از انواع گوناگون مدارات مجتمع میتوان پیش پردازشهای لازم را بر روی سیگنال الکتریکی انجام داد.
  • قابلیت ذخیره و نمایش سیگنال الکتریکی بصورت های عددی ، متنی، گراف و یا دیاگرام
  • قابلیت خوب انتقال سیگنال الکتریکی به فرمهای مختلف

مشخصه های ترانسدیوسر ها ( سنسور ها )

یکی از نکات اولیه، انتخاب صحیح حسگرها و ترانسدیوسرها (Transducer) ، از نقطه نظر های دقت، قدرت تشخیص، خطی بودن، قابلیت تکرار پذیری و سرعت پاسخ، با توجه به احتیاجات سیستم است. حسگر و یا ترانسدیوسری که بدقت انتخاب نشده باشد، میتواند کارائی سیستم را تحت الشعاع قرار دهد. بعبارت دیگر نمیتوان پروسه ای را دقیق تر از دقت و صحت مقادیر حاصل از اندازه گیری اش، کنترل کرد.

بنابراین، اول به تعاریف پارامتر های مورد استفاده برای مشخص نمودن اینکه یک حسگر و یا ترانسدیوسر (Transducer) به چه خوبی و با چه سرعتی عمل تبدیل مقادیر انداز ه گیری شده به خروجی الکتریکی را انجام میدهد، می پردازیم.

اینکه خروجی ترانسدیوسر(Transducer) در پاسخ به یک تغییر در پارامتر فیزیکی ورودی اش با چه نزدیکی و با چه سرعتی تغییر می کند. کلید اصلی مو فقیت در کنترل سیستم ها می باشد . کارائی حسگر ها و ترانسد یوسرها، بوسیله تولید کننده های آنها بصورت دو دسته مشخصه اعلام ، تعریف و گارانتی می شوند.

مشخصه های کارآئی استاتیکی سنسورها و مبدل ها:

این مشخصات تعریف رابطه حالت پایدار بین پارامتر فیزیکی در ورودی و خروجی الکتریکی هستند. دقت (Accuracy) ، حساسیت و یا قدرت تشخیص و تفکیک (Resolution, Precision)، قابلیت تکرار پذیری (Repeatability) ، خطی بودن (Linearity) و پسماند (Hysteresis) همگی مشخصه های استاتیکی سنسورها (Sensor) و حسگرها هستند.

برای تعیین مشخصه های استاتیکی یک ترانسدیوسر، عملیات تنظیم ( Calibration ) انجام میشود .این آزمایشی است که برای انجام آن ، مقادیر معلوم و اندازه گیری شده ای به ترانسدیوسر اعمال و خروجی های مرتبط با آنها، در یک جدول یا در یک نمودار ثبت می شوند. معمولاٌ ، عملیات تنظیم ، توسط واحد کنترل کیفیت و بر روی تعدادی نمونه از ترانسدیوسرهای تولید شده انجام میگیرد.

دقت (Accuracy) سنسور یا حسگر :

یکی از مشخصه های استاتیکی است که، بیشتر از دیگر مشخصه ها مورد استفاده درست و نادرست قرار میگیرد. عملا دقت بصورت درصد خطا مشخص میشود. خطا اختلاف بین مقدار صحیح و درست خروجی ترانسدیوسر و مقدار خروجی عملی آن است ؛ اما معمولاٌ دقت بصورت درصد خطا تعریف می شود. سوال مهم این است که ، درصد چه چیزی؟ . برای جواب به این سئوال سه پاسخ مختلف وجود دارد.

دقت ممکن است بصورت درصدی از مقیاس کامل خروجی (% FSO) ، بصورت درصدی از مقدار خوانده شده (Measured Value) و یا بصورت خطای مطلق (Absolute Error) بیان شود.

صحت (Presision) :

صحت نشان دهنده میزان نزدیک بودن مقدار خوانده شده توسط اسباب به مقدار حقیقی کمیت انداز هگیری شونده است. بعبارت دیگر صحت اندازه گیری به معنای تطبیق با واقعیت است.

حساسیت و یا قدرت تفکیک پذیری (Resolution) سنسور یا حسگر:

منظور از حساسیت سنسور (Sensor) یا ترنسدیوسر کوچکترین تغییر در ورودی ترانسدیوسر (Transducer) است. به عنوان مثال اگر حساسیت یک ترموکوپل 0.1 درجه سانتیگراد باشد یعنی اگر جسم مورد اندازه گیری 0.01 درجه افزایش دما بدهد سنسور این افزایش را متوجه نخواهد شد ولی به محض اینکه این افزایش به 0.1 درجه برسد سنسور آن را ثبت و انتقال خواهد داد.

تکرار پذیری (Repeatability) :

 نشان دهنده این است که تا چه اندازه مقدار خروجی یک ترانسدیوسر(Transducer)،  در پاسخ به چندین بار اعمال یک ورودی تغییر می کند و در واقع به مقدار اصلی خود بر می گردد .

پسماند یا هیسترزیس (Hysteresis) :

سنسور مبدل ترانسدیوسر

 نشانه ای از قابلیت تکرار خروجی ترانسدیوسر است . ممکن است ورودی در روند افزایشی، خروجی متفاوتی نسبت به وقتیکه ورودی روند کاهشی را طی می کند تولید کنند . به همین دلیل دو سری عملیات تنظیم کردن انجام می شوند؛ یکی برای حالت افزایشی و دیگری برای حالت کاهشی. برای محاسبه هیسترزیس، بایستی  اختلاف بین خروجی ها را در حالت افزایش و کاهشی در هر نقطه از جدول کالیبراسیون بدست آورد و بزرگترین مقدار را بصورت درصدی از خروجی ماکزیمم ثبت نمود.

پسماند بمعنی عدم تطابق منحنی های گذاشت و برداشت بار است. پسماند پدیده ای است که اثرات خروجی مختلف مربوط به گذاشت و برداشت بار را شرح می دهد. پسماند در یک سیستم مکانیکی و برقی، ناشی از این واقعیت است که همه انرژی که هنگام گذاشتن بار به قسمتهای تحت تنش وارد می شود هنگام برداشتن بار قابل بازگشت نیست، این بدان علت است که مطابق قانون دوم ترمودینامیک هیچ فرآیند کاملا برگشت پذیر در جهان وجود ندارد. رابطه خروجی- ورودی یک سیستم اندازه گیری دارای پسماند در شکل نشان داده شده است.


خاصیت خطی بود ن (Linearity):

سه روش معمول برای تعیین خاصیت خطی بود ن عبارتند از : خطی بودن نقاط انتهائی ، خطی بودن خطوط مستقیم غیر وابسته و روش کمترین مربعات ( که بهترین تشابه و یا خطی سازی حدی نیز خوانده می شود)

مشخصه های کارآئی دینامیکی سنسورها و حسگرها

این مشخصات  تعریفی از این موضوع هستند که خروجی با چه سرعتی در پاسخ به تغییرات در ورودی عکس العمل و یا پاسخ نشان میدهد. زمان جهش (Rise Time) ، ثابت زمانی (Time Constant)، زمان مرده (Dead Time) ، پاسخ فرکانسی(Frequency Response) و پارامترهای درجه دوم شامل میرایی، فرکانس رزونانس، زمان قرار و درصد اورشوت و ... همگی مشخصه های دینامیکی سنسورها و حسگرها هستند و برای تشریح کارائی دینامیکی مبدل ها مورد استفاده قرار میگیرند.

دسته بندی مبدل ها

مبدل ها را میتوان به روشهای مختلف دسته بندی کرد:

  • بر اساس نیاز یا عدم نیاز به منبع تغذیه خارجی: فعال (Active) و غیر فعال(Passive)
  • بر اساس نوع سیگنال خروجی : آنالوگ ، دیجیتال و فازی (Fuzzy)
  • بر اساس پارامتر متغییر : سنسورهای مقاومتی، سنسور های خازنی، سنسورهای القایی-سلفی، سنسورهای نوری
  • بر اساس مرتبه مدل دینامیکی: مرتبه صفر، مرتبه یک و مرتبه دو

سنسورهای بدون تماس:

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

سنسورهای القائی :

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

ساختمان این سنسورها از چهار طبقه تشکیل می شود .قسمت اساسی این سنسورها از یک اسیلاتور با فرکانس بالا تشکیل یافته که می تواند توسط قطعات فلزی تحت تاثیر قرار گیرد . این اسیلاتور باعث بوجود آمدن میدان الکترو مغناطیسی 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 دمدولاتور آشکار ساز دامنه اسیلاتور است در نتیجه ، کاهش دامنه اسیلاتور توسط این قسمت 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 .

 سنسورهای خازنی :

سنسورهای خازنی سنسورهای بدون تماس و بدون کنتاکت الکتریکی هستند که در مقابل فلزات و اغلب غیر فلزات عمل می نمایند . این سنسورها برای کنترل سطوح در مخازنی که از مواد پودری ، مایع و یا دانه دانه پر شده اند مناسب می باشند .همچنین از آنها می توان به عنوان مولد پالس بمنظور کنترل وضعیت برنامه ماشین آلات ، برای شمارنده ها و آشکارسازی تقریبا تمام مواد فلزی و غیر فلزی استفاده کرد .

ساختمان این سنسورها (Sensor) از چهار قسمت تشکیل شده است . قسمت اساسی اسیلاتور از دو قطعه فلزی تشکیل شده ، وضعیت قرارگیری این قطعات فلزی نسبت بهم طوری است که باعث ایجاد یک ظرفیت خازنی می شود . هرگاه قطعه ای با ضریب الکتریکی E به صفحه حساس نزدیک گردد باعث تغییر ظرفیت خازنی بین صفحات می شود . این تغییر ظرفیت خازنی باعث تغییر دامنه خروجی اسیلاتور می شود .

دمدولاتور دامنه اسیلاتور را آشکار می کند و این مقدار را با سطح مرجع مقایسه می نماید . هرگاه دامنه این مقدار از دامنه مرجع بیشتر باشد ، خروجی سنسور تحریک می شود .

کاربرد این سنسورها در شمارش تولید، کنترل سطح مخزن، کنترل حرکت پارچه و امثال آن است.

سنسورهای مغناطیسی :

این سنسورها در مجاورت میدان مغناطیسی عمل می نمایند . هرگاه یک قطعه آهنربا در مقابل این سنسور (Sensor) قرار گیرد کنتاکت آن عمل خواهد کرد .کاربرد این نوع سنسور ها در تشخیص موقعیت پیستون در داخل سیلندر، تشخیص و کنترل سطح مایعات، واندازه گیری سرعت میباشد.

سنسورهای نوری یکطرفه :

این سنسورها بر اساس ارسال امواج مادون قرمز مدوله شده و دریافت بازتابش امواج از سطوح مختلف عمل میکند . در این سنسورها امواج مادون قرمز مدوله شده توسط فرستنده به طور مستقیم در فضا پخش می شود . هرگاه این امواج به مانعی برخورد کند منعکس می شوند که مقداتر انعکاس آن بستگی به رنگ و جنس سطح مانع دارد و بصورت خط مستقیم نمی باشد . انعکاس سطوح روشن و صیقلی بیش از سطوح تیره و غیر صیقلی بوده و فاصله سویچینگ این سنسورها  (Sensor) بستگی به میزان انعکاس نور دارد . هرگاه در جلوی سنسور مانعهی قرار گیرد و امواج انعکاس یافته به گیرنده این سنسور (Sensor) منتقل می شود و خروجی تغییر حالت خواهد یافت .

از کاربردهای این نوع سنسورها آشکارساز وجود اشیاء، تشخیص پارگی ورق، کنترل انحراف ورق میباشد

سنسورهای نوری رفلکتوری:

این سنسورها بر اساس ارسال امواج مادون قرمز مدوله شده و دریافت انعکاس این امواج از رفلکتور عمل میکنند. در این سنسورها امواج مادون قرمز بصورت پلاریزه شده در فضا پخش می شوند یک منعکس کننده در جلوی سنسور در فاصله معینی قرار می گیرد . امواج ارسال شده پس از برخورد به این منعکس کننده با زاویه 90 درجه نسبت به امواج پخش شده بطرف گیرنده بر می گردد .

کاربرد این سنسورها در کنترل سطح مخزن، شمارش تولید، تشخیص پارگی ورق و کنترل حرکت ورق میباشد.

سنسورهای نوری دو طرفه :

این سنسورها بر اساس ارسال امواج مادون قرمز مدوله شده در قسمت فرستنده و دریافت این امواج توسط گیرنده که در مقابل فرستنده نصب می شود عمل می نمایند . در این نوع سنسورها ، فرستنده و گیرنده مجزا از هم می باشند . امواج مدوله شده مادون قرمز توسط فرستنده ارسال می شود ، گیرنده در مقابل فرستنده نصب می شود . هرگاه ما بین گیرنده و فرستنده مانعی وجود نداشته باشد این امواج به گیرنده می رسند و در صورت وجود مانع این امواج دیگر به گیرنده نخواهد رسید .

کاربرد این نوع سنسور ها در کنترل سطح مخازن، شمارش تولید، تشخیص پارگی ورق، کنترل حرکت ورق میباشد.



سنسورهای دما:

درجه حرارت یکی از مهمترین کمیت های فیزیکی است . انواع سنسورهای حرارت عبارتند از:

  • ترموکوپل (Thermocouple)
  • RTD یا Resistance Temperature Detector
  • ترمیستر(Thermisto)
  • سنسورهای مجتمع (IC Sensors)
  • سنسور های تشعشعی یا حساس به اشعه مادون قرمز

هدف از همه این سنسورها، اندازه گیری دقیق درجه حرارت محیط میباشد. در شکل زیر انواع سنسورهای حرارت به همراه سمبل و مشخصه ورودی و خروجی آنها آورده شده است

ترموکوپل Termocouple :

سنسور ترموکوپل مبدل حسگر

اساس کار ترموکوپل ها این است که وقتی دو سیم غیر همجنس در دو انتها به هم جوش داده شوند ویکی از اتصالات را در یک انتها گرم کنیم جریان الکتریکی جاری خواهد شد. علت این جریان برابر نبودن تزاز فرمی دو فلز میباشد که در اثر حرارت، انرژی الکترون ها بیشتر شده و جابجا میشوند. این قضیه درسال 1821 توسط Thomas Seebeck کشف شد.

ترموکوپلها دارای انواع و کلاسهای مخلتفی میباشند که از نظر دقیت و رنج اندازه گیری با یکدیگر متفاوت میباشند.


مزایای سنسورهای ترموکوپل:ارزان بودن، ساده بودن، قابل دسترس بودن انواع مختلف، داشتن محدوده وسیع دما

معایب سنسورهای ترموکوپل:غیرخطی بودن ، دامنه ولتاژ خروجی کم، نیاز به سنجش ولتاژ خروجی با یک کمیت مبنا، پایداری کم، حساسیت خیلی کم

سنسورهای نوع RTD :

اساس کار سنسورهای نوع RTD این است که مقاومت فلزات در اثر حرارت تغییر میکند  و از روی این خصوصیت میتوان دما را اندازه گیری کرد. در عمل RTDها از آلیاژ نیکل بعلاوه پلاتینیوم ساخته میشوند.

مزایای سنسورهای RTD: پایداری بالای دارد، دقت بهتری نسبت به ترموکوپل دارد.

معایب سنسورهای RTD:گران قیمت است، به منبع جریان نیاز دارد، تغییرات مقاومت کم است، در حین عمل به عنوان سنسور دما حرارت تولید میکند، مقدار مقاومت کمتری دارد.

سنسورهای ترمیستر(Thermistor) :

ترمیستر همانند RTD یک مقاومت حساس به حرارت است که از نیمه هادی در ساختمان خود استفاده میکند. ترمیستر حساسیت زیادی نسبت به حرارت دارد و با افزایش دما مقاومت آن کم میشود. دلیل این کاهش مقاومت به ویژگی نیمه هادی ها برمیگردد. در نیمه هادی ها با افزایش دما ، تعداد حامل های بیشتری درجریان شرکت میکند و بنابراین جریان بیشتر و مقاومت کمتر میشود. در ترمیستر ضریت حرارتی منفی بوده و کاهش مقاومت با حرارت ، رابطه شدیدا غیر خطی دارد.

محدوده دمایی ترمیستر بسته به نوع نیمه هادی از حدود منفی 50 تا چند صد درجه سانتی گراد میباشد.

مزایای سنسورهای دمای ترمیستور:خروجی بالای دارد. به خاطر ابعاد کوچک و ماده نیمه هادی استفاده شده در آن، خیلی سریع است. فقط برای اندازه گیری نیاز به اندازه گیری مقاومت دارد

معایب سنسورهای دمای ترمیستور:غیر خطی است. محدوده دمایی آن کم است. خود گرماست. منبع جریان لازم دارد.

سنسور های مجتمع (IC Sensors) :

برای رهایی از ضعفهای موجود در سنسور های ترموکوپل، RTD، و ترمیستور عموما از مدارات جبران ساز استفاده میکنند. به عبارت دیگر برای هر یک از سنسورهای ذکر شده بایستی مدار الکتریکی خاص چنان اضافه شود که بتواند این ضعف ها را جبران کند و همچنین برای تولید جریان و ولتاژ بالا و قابل اندازه گیری نیز بایستی مداری طراحی شود. قدم بعدی جمع کردن سنسور و پردازنده های سیگنال در مدار مجتمع میباشد که مزیت خیلی زیادی دارد و به این نوع ترکیبها سنسورهای مجتمع گفته میشود.

این نوع سنسور ها (Sensor) به طور عمده از وابستگی حرارتی انتقال حامل با استفاده از اتصالات p-n وابسته به بایاس دیودها، ترانزیستورها یا ترکیبات ترانزیستوری بهره برداری میکند.

سنسور های تشعشعی یا حساس به اشعه مادون قرمز

اگر دستگاهی بسازیم که بتواند میزان انرژی منتشر شده از یک منبع انتشار ( جسم مورد نظر) را اندازه گیری کند درنتیجه میتوانیم دمای آن جسم را محاسبه نماییم. دستگاهی که امکان را فراهم می آورد ترمومتر Infrared Thermometer  یا دماسنج غیر تماسی نام دارد.

ادامه مطلب در صفحه مربوط به دماسنج های غیر تماسی یا لیزری ...
مبدل سنسور ها

سنسور های تغییر مکان

تعیین موقعیت یک جسم در غالب سیستم های کنترل از اهمیت زیادی برخودار است. بعنوان مثال دستگاههای اتوماتیک نصب قطعات با استفاده از روبات ها، نیاز به تعیین دقیق موقعیت دارند. دستگاههای تراش، فرم دادن و سوراخ کردن قطعات ماشین همانند حرکت هد یک دیسک درایو کامیپوتر و یا حرکت قلم در یک دستگاه رسم احتیاج به کنترل و بنابراین اندازه گیری موقعیت دارند. کنترل ضخامت یک فیلم و یا مقدار افزایش ابعاد یک قطعه در اثر حرارت، احتیاح به اندازه گیری موقعیت با قدرت تشخیص خیلی کمتر از یک میلی متر دارد. بررسی فوندانسیون یک ساختمان چند طبقه نیز احتیاج به اندازه گیری جابجائی با دقت های مشابه اما در بازه چند صد متر خواهد داشت. در جهان تکنیک، دانستن موقعیت، یک پارامتر بسیار مهم بشمار می آید.

تکنیکهای اندازه گیری موقعیت متفاوت هستند.  در اینجا سه تکنیک را به شما معرفی میکنیم. اول پتانسیومتر ها که ارزان قیمت بوده و استفاده از آ نها آسان است، دوم ترانسفورمرهای دیفرانسیلی خطی(LVDT) که برای آشکار سازی جابجائیهای خیلی کوچک مورد استفاده هستند، و سوم اینکودرهای نوری که دارای عمر خیلی بالایی بوده و در عین حال بسادگی به کامپیوتر متصل می شوند.

ترانسدیوسر تغییر مکان بروش القائی (Variable Inductance Transducer) :

ترانسدیوسر سنسورها

اصول کار سنسورهاو یا ترانسدیوسرهای القائی در شکل های زیر بوضوح نشان داده شده است. این نوع وسیله در دو نوع ساخته میشود و دارای یک عدد سیم پیچ هستند. در حالت اول سیم پیچ به دور محور وسطی قاب E شکل پیچیده شده است و حرکت صفحه  مقابل قاب فوق میزان فلوی مغناطیسی حاصله در آنرا تغییر میدهد و موجب تغییر جریان عبوری در سیم پیچ میگردد.

در حالت  دوم سیم پیچ به دو قسمت مساوی تقسیم شده است و هسته آهنی در بین این سیم پیچ حرکت میکند؛ که در حالت وسط خروجی صفر است. در حقیقت دو قسمت تقسیم شده سیم پیچ ، دو بازو و یا دو عضو از یک پل مغناطیسی را تشکیل میدهند.



ترانسدیوسر تغییر مکان بروش ظرفیت متغییر یا خازنی (Variable Inductance Transducer) :

اصول کار سنسورهاو یا ترانسدیوسرهای خازنی در شکل های زیر بوضوح نشان داده شده است. همانگونه که در شکلها مشخص شده میزان تغییر مکان جسم مورد نظر به یک صفحه ( جوشن)  خازن اعمال میشود و نتیجتاٌ میزان ظرفیت با تغییر مکان صفحه خازن تغییر میکند. در نمونه اول تغییر مکان جسم مورد نظر به سیلندر داخلی خازن اعمال میگردد. در نمونه دوم تغییر مکان به صفحه متحرک خازن اعمال شده.

حسگر transducer


استرین گیج ها (Strain Gauge) :

استرین گیج ها در حقیقت مقاومتی هستند که بواسطه اعمال کشش تغییر مقاومت الکتریکی در آنها پدید میاید. فاکتوری تحت عنوان گیج رابطه بین ورودی و خروجی این وسایل را تعیین میکند که بصورت زیر تعریف شده؛ که  در آن ΔR  میزان تغییرات در مقاومت  و ΔS تغییرات در کشش استرین گیج میباشد.  استرین گیج ها بر روی یک صفحه قابل انعطاف چسبانیده میشوند و کاربرد وسیعی در صنعت دارند. استرین گیج ها عمدتاٌ برای تعیین تغییر مکان های کوچک بکار میروند.

Strain Factor= ΔR / ΔS

پتانسیومترها:

مبدل ها و حسگرها

پتانسیو متر هایی که برای اندازه گیری جابجائی استفاده می شوند، از نظر شکل مشابه آنهائی هستند که ممکن است برای تنظیم هر وسیله الکتریکی و یا الکترونیکی مورد استفاده قرار داده باشید. هر چند برای تولید پتانسیو متر های مورد استفاده در انداز ه گیری جابجائی دقت فوق العاده بیشتری انجام می شود.



پتانسیو مترهای خطی برای انداز ه گیری جابجائی خطی و پتانسیو متر های دورانی برای انداز هگیری جابجائی دورانی در دسترس هستند.   شکل ساختمانی آنها بصورت شکل زیر است. جابجایی زاویه ای حتی با رنج کامل 10 درجه نیز در دسترس است. یک پتانسیومتر تک دور قابلیت اندازه گیری دقیق تا 357 درجه را دارد.

ترانسدیوسرها


پتانسیومترهای چند دور میتوانند تا 3500 درجه گردش را انداز ه گیری کنند. این امکان با استفاده از مقاومت حلزونی شکل در بدنه بوجود می آید.  جاروب کن پتانسیوتر دور و بالای قسمت حلزونی شکل حرکت میکند.

قسمت مقاومتی پتا نسیو متر می تواند از سیم پیچ مقاومتی باشد. یک سیم خیلی نازک از جنس پلاتینیوم یا نیکل بدقت بر روی یک قرقره پیچیده می شود. همان طور که ذغال از یک حلقه به یک حلقه دیگر حرکت داده می شود، مقاومت بین این ذغال و طرفین مقاومت تغییر می کند. کوچکترین تغییر قابل تشخیص در موقعیت ( قدرت تفکیک ) وقتی اتفاق میافتد که ذغال از یک حلقه به حلقه بعدی تغییر مکان بدهد.

پتانسیومتر های پیوسته دارای بدنه ای از فیلم کربن، فیلم فلزی، پلاستیک هادی و یا فلز سرامیکی هستند. این پتانسیومتر ها مزایای متعددی نسبت به نوع سیم پیچی شده دارند. اول اینکه، قابلیت تشخیص آنها خیلی بیشتر است، زیرا تعداد محدودی سیم پیچ دور یک قرقره نیست. چون ذغال در طول یک مسیر صاف یا هموار حرکت میکند (از یک دور به دور دیگر نمی پرد)، خوردگی، حرکت های بی مورد و نتیجتاً خرابی کمتری دارد. سرعت ماکزیمم چرخش پتانسیو متر های سیم پیچ شده حدود 300 دور در دقیقه است. بالاتر از آن، نویز حاصل از حرکت و جابجایی ذغال ممکن است بیش از حد شود. یک پتانسیو متر پیوسته را می توان تا سرعت 2000 دور در دقیقه چرخانید.

ترانسفورماتور های دیفرانسیلی متغییر خطی و دورانی (Linear and Rotary Variable Differential Transformer):

Sensor  و حسگر و مبدل

ترانسفورماتور متغییر خطی وسیله الکترومکانیکی است که خروجی الکتریکی متناسب با جابجائی یک هسته مجزای متحرک بدست می دهد. این وسیله شامل یک سیم پیچ اولیه و دو سیم پیچ ثانویه است که بصورت متقارنی به فرم استوانه قرار گرفته اند. یک هسته متحرک مغناطیسی میله مانند در داخل این هسته تولید مسیری برای لینک شدن شار مغناطیسی به سیم پیچ ها می شود. سطح مقطع یک LVDT و ترسیمی از مشخصه خروجی آن در شکل آمده است.



سنسورهای نیرو

با اندازه گیری نیرو میتوان مقدار پارامتر ها یی را که امکان اندازه گیری مستقیم آنها وجود ندارد، به دست آورد. در میدان ثقل زمین، نیرو اندازه ا ی از جرم ماده است . بنابراین می توان از ترانسد یوسر ها ی نیرو برا ی تعیین وزن ، مقدار ماده موجود در یک تانک و سطح آن استفاده کرد.

فشار یکی از پارامترهای کلیدی در سیستم های هیدرو لیک و پنو ماتیک است . فشار مساویست با نیرو در واحد سطح است، بنابراین تکنیکهای اندازه گیری نیرو غالباً برای اندازه گیری فشار نیز استفاده میشوند.

فشار در سطح یک روزنه ، نشان دهنده سرعت مایعی است که از داخل آن روزنه عبور می کند . بنابراین ترانسدیوسرهای نیرو برای اندازه گیری جریان ( Flow ) نیز استفاده میشوند . اگر نیروی اعمال شده به یک جرم معلوم باشد ، می توان شتاب وارد بر جرم را تعیین کرد . بنابراین انداز ه گیری نیرو، اطلاعاتی راجع به شتاب یک وسیله نیز ارائه میدهد و سرعت نیز از انتگرال گیری شتاب حاصل میشود.