دانلود تحقیق سنسورها و کنترلهای صنعتی

استراتژی تولید فعلی سیستمهای ساخت را بر حسب سنسورها ،محرکها ، افکتورها ، کنترلی ها و حلقه های کنترلی تعریف می کند .

سنسورها وسیله برای جمع آوری اطلاعات از عملیات تولید و فرایند های در حال انجام هستند .

دراکثر موارد، سنسورها برای تبدیل یک تحریک فیزیکی به یک سیگنال الکتریکی مورداستفاده قرار می گیرند که این سیگنال توسط سیستم تولیدآنالیز شده وتصمیماتی برای هدایت عملیات گرفته می شود .

محرکها ، یک سیگنال الکتریکی را به حرکت مکانیکی تبدیل می کند .

یک محرک از طریق یک افکتور برروی محصول یا تجهیزات عمل می کند .

افکتورها به عنوان یک بازو هسته که عمل مکانیکی مطلوب را انجام می دهند.

کنترلی ها نوعی کامپیوترهسته که اطلاعات را از سنسورها و برای ریزی داخلی نشان دریافت کرده و برای اعمال روی تجهیزات تولید به کار می گیرند کنترلی ها و فرمانهای الکترونیکی ایجاد می کنند که یک سیگنال الکتریکی را به یک عمل مکانیکی تبدیل کند
محرکها ، افکتورها و کنترلها به یک حلقه کنترلی وصل می شوند.

در حلقه های کنترلی با قابلیت محدود ، اطلاعات کمی جمع آوری شده .

تصمیمات کمی گرفته می شود وعمل محدودی را نتیجه می دهد .

در موارد دیگر تجهیزا ت تولید هوشمند با تعداد زیادی ازانواع سنسورها وبه کار گیری افکتورها ومحرکهای متعدد ، برای نائل آمدن به بازه وسیعی از عملکرد خود کار استفاده می شوند.

هدف سنسورها ، بازرسی کار در حال انجام ، مانیتور کردن تداخل کاربا تجهیزات تولید ، و بازید خود به خودی تولید توسط کامپیوتر های سیستم تولید است هدف محرک و افکتور ، انتقال کار مطابق فرایند های تعریف شده سیستم تولید است.

عمل کنترلی ، اعمال کنترل کاملا خودکار، نیم خودکار و دستی با درجات متغیر بر روی فرایند ها است .

در یک نمونه کاملا خودکار مثل تولید به کمک کامپیوتر ، کنترلی کاملا سازگار است و به صورت حلقه بسته برای فراهم آوردن عملیات خودکار عمل می کند .

در موارد دیگر ، فعالیت انسانی نیز در گیر حلقه کنترل می شود .

برای اینکه روشهایی را که خواص فیزیکی سیستم تولید از طریق آن بر پارامترهای مرتبط با سیستم تولید اثر می کنند بشناسیم ، برای اینکه انواع خواص سیستم تولید فیزیکی که برای بیان پارامترهای عملی مطلوب مورد نیاز است.

را تعیین کنیم ، باید تکنولوزیهای موجود برای سیستمهای تولید را که ازاتوماسیون و تجمع تا درجات گوناگون استفاده می کنند ، بدانیم .

دستگاهای با کمترین میزان اتوماتیک بودن برای همه کارها از کنترل اپراتور بهره می گیرد .

هر عملی که توسط دستگاه انجام می شود به طور انفرادی توسط اپراتور هدایت می شود .

تجهیزات دستی ، بیشترین استفاده را زا قابلیت انسانی می برند .

مشاهدات چشمی با استفاده از دوربینهای و میکروسکوپها بهتر
می شوند و عملی که در حال انجام است نیز با افکتورها بهینه تر می شود .

اتصال بین اطلاعات سنسوری ( از دوربینها و میکروسکوپها ) وملکردهای نتیجه با قرار دادن یک اپراتور در حلقه کامل می شود.

این نوع سیستمهای به طور واضح با نوع سنسورهای مورد استفاده ،ارتباط آنها با اپراتورانسانی ، نوع افکتورهایی که می توانند همراه با اپراتور انسانی استفاده شوند ، و قابلیتهای اپراتور محدود می شوند تجهیزات تولید که برای استراتزی دستی طراحی می شوند باید با قابلیتهای انسانی مطابقت داشته باشند در کار برد های صنعتی تداخل کاری تجهیزات با انسان ، به شدت مهم است.

متاسفانه اغلب طراحی تجهیزات به صورت حلقه کنترلی سنسور – اپراتور – محرک افکتور بهینه نمی شود .

یک سیستم تولید می تواند با جایگزینی قسمتی از حلقه کنترل با کامپیوتر به صورت نیمه اتوماتیک در آید .

این نوع نیازی های جدید سیستم تولید را براورد می کند به خصوص امروز سنسور ها باید اطلاعات ورود پیوسته ای برای هر دو کامپیوتر و اپراتور فراهم کنند .

انواع مناسبی از اطلاعات باید برای هر کدام از این حلقه های کنترل فراهم شوند .

سیستمهای تولید نیمه اتوماتیک باید درجه کمی از قابلیت کنترل توسط کامپیوتر را داشته باشند .

مشکل واضح در طراحی چنین سیستمهایی ، مدیریت بهینه فعالیتهایی است که توسط کامپیوتر و اپراتور کنترل می شوند .

کامپیوتر باید تشخیص دهید که چه موقع به کمک اپراتور نیاز است و اپراتور نیز باید بداند که چه عملکردهایی مناسب است تا با کامپیوتر کنترل شوند .

تعامل اپراتور ماشین جزئی از عملیات نرمال است .

مفهوم دیگری در تولید ، سیستمهای تولید تمام اتوماتیک است که تمام فرایند ها در اینجا ، کاملأ توسط کامپیوتر کنترل می شوند .

عملیات باید به صورت حلقه بسته بین سنیورها ، محرکهای افکتورها باشد .

سیستم تولید باید قادر باشد که خودش عملکردش و تصمیمات مورد نیاز عملیاتش را کنترل کند .

برای اتوماسیون موثرتر باید زمان مابین مداخله های اپراتور در مقایسه با زمان ما بین تنظیمات تولید بزرگتر باشد .

MTOI = ( Tn t1 + t2 + t 3 + t 4 +............

+ Tn ) زمان تنظیم = T تنظیم اولیه = i تعداد تنظیمات = n فرایند ها باید به ندرت خراب شوند ؛ اپراتور فقط موقعی که چنین آسیبهایی رخ می دهد دخالت خواهد کرد .در چنین سیستمی ، کار اپراتور فقط اطمینان از روند مناسب کار و پاسخ به مشکلات سیستم است .

در اکثر نمونه های امروزی سنسورها آنالوگ هستند (اطلاعات خروجی پیوسته) و حلقه های کنترلی از کامپیوترهای دیجیتالی استفاده می کنند بنابراین یک مبدل آنالوگ به دیجیتال بین پردازنده و حلقه کنترل دیجتالی لازم است .

201 سنسورها در تولید انواع زیادی از سنسور در طول چندین سال اخیر توسعه یافته اند به خصوص آنها که برای کنترل فرایند صنعتی مصارف نظامی ، پزشکی اتوماسیون و الکترونیک هوایی هستند .

انواع مختلفی از سنسورها هم اکنون توسط کمپانی تجاری تولید می شوند .

در دهه های پیشرو ، سنسورهای کنترل فرایند نقش موثری را در بهتر کردن بهره وری مرغوبیت و کمیت در تولید بازی می کنند .

پارامترهای اصلی که باید در کارخانه های صنعتی اندازه گیری و کنترل شوند دما، جابجایی ، نیرو فشار، سطح سیال و جریان می باشند ، به علاوه وجود آشکار سازهایی برای نشتی گازها و سیالات قابل احتراق یا قابل انفجار برای جلوگیری از حادثه بسیارمهم است .

سنسورهای فیبر نوری معمولا به دو گروه تقسیم می شوند : (1 ) سنسورهای داخلی ( 2 ) سنسورهای خارجی اگر چه سنسورهای داخلی در اکثر موارد دارای حساسیت بالاتری هستند ، اما تقریبا همه سنسورهایی که در حال حاضر برای کنترل فرایند استفاده می شوند به نوع خارجی تعلق دارند .

سنسورهای نوع خارجی ، منابع نوری مانند LED ها رابه کار می گیرند که قابلیت اطمینان بالاتر ، عمر بیشتر و هزینه کمتری نسبت به لیزری نیمه هادی دارند آنها همچنین سازگار با فیبرهای چند حالته هستند که وقتی با منبعهای نوری جفت می شوند راندمان بالا تری فراهم می کنند و به اغتشاشات حرارتی و مکانیکی خارجی حساسیت کمتری دارند .

حضور اجسام با قطع کردن ستون نور سنسور ، آشکار می گردد .

قطع کننده های فیبرنوری ، سنسورهایی هستند که عمل اصلی آنها آشکار سازی اجسام متحرک است .

آنها به دو نوع طبقه بندی می شوند : انعکاسی و انتقالی در سنسور نوع انعکاسی : اگر جسمی در مقابل سنسور قرار گرفته باشد ، نور ساطع شده از فیبر ، به همان فیبرمنعکس می شود .

در سنسور نوع انتقالی نور انتقالی نور ساطع شده از فیبر ورودی توسط جسم قطع شده و نتیجه اش عدم دریافت نور درفیبر خروجی می باشد که در سمت مقابل قرار داده شده است .قطع کننده های موانع معمولی ، فیبرهای پلاستیکی هسته درشت و کم هزینه را به خاطر فاصله انتقال کوتاه به کار گیرند .

حداقل اندازه قابل شناسایی جسم معمولأ به خاطر شعاع هسته فیبر و ستون نوری به مقدار یک میلیمتر محدود شده است .

بازه دمای کاری سنسورهای تجاری موجود بین 40- تا 70+ درجه سانتیگراد است .

سنسورهای فیبر نوری در صنعت به طریق مختلف به کار گرفته می شوند.

به عنوان مثال : برای شناسایی تعداد و تاریخهای انقضا برای مثال در صنایع غذایی و دارویی .

تشخیص اختلاف رنگ ، برای مثال ، اجسام رنگی روی یک تسمه نقاله تشخیص خرابی ، برای مثال اتصالهای سیمی از بین رفته در قطعات الکترونیک.

شمارش تکه های مجزا ، برای مثال ، بطری ها و قوطی .

تشخیص حضور وعدم حضور،برای مثال بسته بندی در صنایع غذایی و دارویی .

سنسورهای فیبر نوری برای مانیتور کردن متغییر فرایند مثل دما ، فشار ، جریان ، و سطح مایع به دو گروه تقسیم می گردند : نوع OFF که در آن فرستنده بین فیبرها در حالت غیر فعال قرار گرفته است .

بنابراین این سنسور تشخیص سطح بالا و پایین را با متناظر کردن حالات ON و OFF فراهم می نمایند .

نوع ON که درآن فرسنده از گپ در حالت غیر فعال به داخل کشیده می شود .

در هر دو نوع ، فرسنده طوری تنظیم شده است که حتی اگر کاملأ بسته باشد ، مقدار کمی از نور رامنتقل کند .

این نور منتقل شده برای مانیتور کردن پیوستگی کابل در مورد خرابی ها به کارگرفته می شودو حالتی میانه را فراهم می کند .

سنسورهای تجاری موجود فیبرهای با قطر هسته 200 میکرومتر را به کار می گیرند .

202 .

سنسورهای دمادر کنترل فرایند دمایکی از مهمترین پارامترهایی است که تقریبا در همه کارخانه های صنعتی باید کنترل شود چون مستقیما خواص مواد و کیفیت تولید را تحت تاثیر قرار می دهد .

در سالهای اخیرسنسورهای دمایی مختلفی برای استفاده درمحیطهایی الکتریکی و شیمیایی توسعه یافته اند .

این سنسورهای موجود به دو گروه تقسیم بندی می شوند: 1 ) سنسورهای دما پایین با بازه دمایی 100- تا 400 +درجه سانتیگراد که از مواد حسگر ویزه مانند فسفور ها نیمه هادیهاو کریستالهای مایع استفاده می کنند.

2 ) سنسورهای دما بالا با بازه دمایی 500 تا 2000 درجه سانتیگراد که براساس تشعشع جسم سیاه کار می کنند .

20201 .

سنسورهای جذبی نیمه هادی تعداد زیادی از سنسورها می توانند به فاصله 1500 متراز وسایل الکترونیکی نوری قرار داده شوند .

عملکرد سنسورهای دمایی نیمه هادی براساس جذب وابسته به دمای از مواد نیمه هادی است .

چون انرزی و گپ اکثر نیمه هادی ها به صورت خطی با افزایش دما T ، کاهش می یابد ، طول موج گوشه باند ( T ) g λ با T با نرخ 3A°/c° ( برای گالیوم آرسنید GaAs )به سمت طول موجهای بلند تر شیفت پیدا می کند .

همان طور که در شکل 601 نشان داده شده است ، وقتی یک دیود ساطع کننده نور با یک طیف تشعشعی و طول موج ( T ) g λ به عنوان منبع نور استفاده می شود ، شدت نور منتقل شده از نیمه هادی با T کاهش می یابد .

(شکل 602 ) یک المان حسگر نوع انعکاسی را نشان می دهد .

یک تراشه GaAs نازک به انتهایی فیبر وصل شده دریک لوله به قطر 2 میلیمتراز فولاد ضد زنگ با ریک نصب شده است .

وجه جلویی GaAs پوشش ضد انعکاس شده و وجه پشتی پوشش طلا گردیده تا نور را به فیبر بر گرداند .ساختار سیستم تر مومتر در شکل 603 نشان داده شده است .

برای کم کردن خطای اندازه گیری حاصل از تغییرات تلفات پارازیتی مانند تلفات فیبر نوری و اتصال دهنده ،این ترموسنسور دو منبع LED ( یکی آلومینیوم آرسنید ALGaAs و دیگری ایندیوم گالیوم آرسنید InGaAs) با طول موج های متفاوت به کار می گیرد .

یک جفت پالس اپتیکی با طول موجهای متفاوت μm88/0= λ وmμ λ=1/3 از ALGaAs و InGaAs در راستای فیبر به سمت المان حسگر هدایت می شوند .

شدت نور λs با دما تنظیم می شود.

از طرف دیگر، GaAs برای نور λr آشکار است که بعدا به عنوان نورمرجع به کار گرفته می شود .

بعد از آشکار سازی توسط فتو دیود زرمانیوم آوالانچ ( GeAPD ) سیگنال وابسته به دمای λs با سیگنال مرجع λr در یک میکروپروسسور نرمال می شود.عملکرد ترمومتو درجدول 601 خلاصه می شود .

وقتی حدود c °2± در بازه دمایی 20- تا 150+ درجه سانتیگراد فراهم می گردد .

اساس عملکرد برای این سنسور دما ، پخش فلورسنت مستقیم وابسته به دمااز فسفر های می باشد .

20202 .

آشکار سازهای دمایی نیمه هادی که از خود تابشی نور استفاده می کنند المان حسگر این سنسور خود تابشی نیمه هادی ، یک لایه GaAs جفت شده بدون ساختار است که با دولایهALx Gα1-x AS احاطه شده است.

وقتی GaAs نور محرک ورودی را جذب می کند جفت حفره های الکتریکی در لایه GaAs پدید می ایند.

جفت حفره های الکترونی با هم ترکیب شده و فوتونهایی با طول موج وابسته به دما منتشر می کنند.

همان طور که در شکل 6.4 نشان داده شده است طول موج خود تابشی با افزایش دما به سمت طول موجهای بزرگتر شیفت می یابد.

این نتیجهء کاهش گپ انرزی Egبا T است بنابراین تحلیل طیف خود تابشی به پیدا کردن اطلاعات دمای مورد نیاز منجر می شود.جفت غیر ساختاری المان حسگر بازده کوانتومی خوبی برای خود تابشی فراهم می کند زیرا جفت حفره های الکترونی تولید شده بین دو دیواره پتانسیل محدود می شوند.(شکل 6.5) سیستم مطابق شکل 6.6 چیده می شود.المان حسگر به انتهای فیبر سیلیکا (با قطر هسته 100 میکرومتر) وصل می گردد نور محرک از یک LED با بیشینه طول موج 750 نانومتر به داخل فیبر رفته و به سمت یک لنز GRIN مخصوص که به بلوک شیشه ای چسبانده شده فرستاده می شود .

یک فیلتر نوری ابتدای IF1 که بین لنز GRIN و بلوک شیشه ای است نور محرک را که از میان فیبر یه المان حسگر فرستاده شده را منعکس می کند.

بازتابندگی فیلتر دوم IF2 در حدود 900 نانو متر تغییر می کند چون بیشینه طول موج خود تابشی با دما به سمت طول موجهای بالا شیفت می یابد.

اگر IF تغییر کند نسبت بین نور منتقل شده و نور منعکس شده شدت می گیرد با این حال نسبت مستقل از هر گونه تغییرات در نور محرک و تلفات پارازیتی است.

دو نوری که با IF2 مجزا می شوند توسط فوتو دیودهای 1و2 تشخیص داده می شوند جدول گیرنده در یک دمای ثابت نگه داشته می شود تا هر گونه اثر افزایش دمایی IF2 را حذف کند.بازه دمای اندازه گیری شونده بین 0تا 200 درجه سانتیگراد است و دقتش C° 1 ± می باشد براساس گزارش سازنده ها پایداری طولانی مدت با افزایش دمای کمتر از یک درجه سانتیگراد در طول یک پریود 9 ماهه قابل دسترسی است.

2.2.3 اشکار سازدما که سنسورهای تماس نقطه ای استفاده می کند سنسورهای الکتریکی به تابش مایکروویو و خوردگی حساس می باشند نیاز به سنسورهای دمایی تماسی باعث توسعه سنسورهای تماس نقطه ای شده که در مقابل تابش مایکروویو ایمن می باشند و کاربردشان به این شرح است: نیروگاههای برق که از ترانسفورماتورها , ژنراتورها و کابلها بهره می گیرند.

کارخانجات صنعتی که دارای فرایندهای مایکروویو هستند.

کارخانه های شیمیایی که دارای فرایندهای الکترولیتی می باشند.

کاربردهای مایکرو ویو در خشک کردن پودر و چوب, فراوری چسب ها, رزین ها و پلاستیکها , فرایندهای گرمادهی برای غذا , لاستیک و روغن , ساخت وسایل نیمه هادی و جوشکاری بسته های پلاستیکی است.اکنون توجه زیادی بر روی ساخت ابزار نیمه هادی معطوف است اکثر فرایندهای ساخت ابزار هادی در محفظه های خلا انجام می شود.

در این فرایندها دمای نیمه هادی هایی که رویشان کار انجام می شود تغییر می یابد در هر حال مانیتور کردن و کنترل دمای چنین محیطهایی با سنسورهای دمای الکتریکی معمولی مشکل است با ترمومترهای فیبر نوری تماسی می توان بر این مسائل فائق امد.

2.2.4 سنسورهای غیر تماسی—پیرومترها چون پیرومتر سنسورهای غیر تماسی هستند روی دمای جسمی که قرار است اندازه گیری شود اثر نمی گذارند.عملکرد پیرومتر براساس توزیع طیفی تشعشع جسم سیاه است که در شکل 6.7 برای چند دمای مختلف نشان داده شده است.

مطابق قانون استفان-بولتزمن نرخ انرﮊی تشعشعی از یک جسم سیاه متناسب با توان چهارم دمای مطلق ان است: Wt=σT³ که σ ثابت استفان-بولتزمن است و مقدارش(8- ^10 × 6697/5) است.

طول موجی که در ان انرﮊی تشعشعی بیشترین مقدار خود را دارد با قانون جابجایی وین داده می شود: m°k 3- ^10 ×8978/2 MT= λ بنابراین دمای مطلق با تحلیل طیف انرژی تشعشع شده از جسم سیاه بدست می آید یکم منبع خطای اندازه گیری ، قابلیت صدور جسم است که به جنس ماده و شرایط سطح آن بستگی دارد .

دیگر عومل ایجاد خطا ، انحراف از فاصله اندازه گیری مورد نیاز ، حضور هر جسم جاذب تشعشع بین گیرنده و جسم است .

استفاده از فیبرهای نوری به عنوان خطوط انتقال سیگنال در پیرومترها این امکان را می دهد که تا فواصل دوربتوان آشکار وسازی کرد نصب آسان می شود ، موقعیتی که باید اندازه گیری شود با مشاهده ستون نور قابل رویت کانونی شده از انتهای فیبر به جسم ، د قیقتر تعیین می گردد .

کلی سنسوردارای مجوعه انعطاف پذیری شامل تعداد زیادی فیبرهای تنها و لنزها است تا انرژی تشعشی را بالا ببرند .

( شکل 608 )استفاده از یک فیبر سیلیکا تنها به جای یک مجموعه برای اندازه گیری اجسام کوچک و انتقال نور تشعشع شده به فواصل طولانی مفید است .

کمترین دمای قابل اندازه گیری 500 درجه سانتیگراد است به خاطر تلفات اپتیکی اجتناب ناپذیر فیبرهای سیلیکا در طول موجهای بلند تراز 2 نانومتر .

خنک کاری کلگی سنسور با هوا وقتی که دما به حدود 1000 درجه سانتیگراد می رسد ضروری است .پیرومترهای فیبر نوری یکی از موفق ترین سنسورها در زمینه کنترل فرایند در ساخت هستند.

کاربردهای معمولی آنها عبارتند از : ریخته گری و خطوط نوردکاری فولاد و دیگر فلزها جوشکاری و گرم کاری برقی کوره ها در کارخانه های فلزی و شیمیایی فیوژن و فرایند های صنایع نیمه هادی فراوری غذا ، تولید کاغذ و پلاستیک شکل 609 دیاگرام بلوکی کاربرد پیرو مترهای فیبرنوری را در خطوط یخته گری یک کارخانه فولاد است که توزیع دمای ورق فولاد را اندازه گیری می کند .

المان حسگر شامل آرایه ای خطی از میله های اپتیکی سیلیکا است که با خنک کن هوا محافظت می شود .

نوری که از ورقهای داغ تشعشع می شود توسط میله های اپتیکی جمع آوری شده و به مجموعه 15 متری فیبرها فرستاده می شود که آنها نور را به واحدپردازش اپتیکی منتقل می کنند .

در این سیستم هر فیبری در مجموعه ، سیگنالی از یک لنز مجزا را حمل می کند که این ، اطلاعات دمایی را برای نقاط طرح ریزی شده ورق فراهم می کند .

یک اسکنر اپتیکی در واحد پردازش ، مجموعه را اسکن کرده سیگنال نوری انتخاب شده ، در دو باند طول موج با استفاده از دو فیلتر تداخلی اپتیکی تحلیل می گردد .

203 سنسورهای فشار وقتی فشار P وارد به یک دیافراگم ، فنری را فشرده کند تا به حالت تعادل برسد ، فشار به این صورت نشان داده می شود : F(Kg) = A( m²) × P (kg / m² ) در این معادله F نشان دهنده نیروی فنر و A بیانگر حالت سطح دیافراگم است .

حرکت فنر توسط سیستمی از اهرمها به یک نشانگر منتقل می شود که خمش ان نمایش دهنده میزان فشار است (شکل 6.10) اگر فشار اندازه گیری شده باید به فاصله دوری منتقل گردد در این صورت حرکت مکانیکی نشانگر به یک مقاومت الکتریکی متغییر (پوتانسیومتر) وصل می شود.تغییری در مقاومت باعث تغییر در ولتاژ اندازه گیری شده می گردد که ان را می توان از طریق یک هوا الکتریکی تعیین کرد.این مثال بیانگر این است که یک کمیت فیزیکی قبل از اینکه محاسبه گردد تحت تبدیلهای زیادی قرار می گیرد.

2.3.1 کریستالهای پیزوالکتریک کریستالهای پیزوالکتریک می توانند برای اندازه گیری فشار به کار گرفته شوند وقتی چنین کریستالهایی به صورت مکانیکی تحت بارگذاری خمشی , فشاری یا کششی قرار می گیرند در دو سطح مقابل انها ولتاژ الکتریکی ایجاد می شود.

بار الکتریکی که در این فرایند تولید می شود متناسب با نیروی موثر است.

این تغییرات بارالکتریکی خیلی کوچک است.بنابراین تقویت کننده های مکانیکی مورد استفاده قرار می گیرند تا پردازش سیگنالها را ممکن سازند.

(شکل 6.11) در این مورد فشار با تبدیل ان به یک نیرو اندازه گیری می شود اگر نیرویی که از طریق فشار بر روی یک دیافراگم ایجاد می شود به یک کریستال پیزوالکتریک اعمال گردد سیگنالی متناسب فشار با استفاده از تقویت کننده های مناسب تولید می شود.

2.3.2 کرنش سنج ها کرنش سنجها نیز می توانند فشار را اندازه گیری کنند مقاومت الکتریکی یک هادی سیمی تا یک حدی به مساحت مقطع ان وابسته است.سطح مقطع کوچکتر یعنی سیم نازکتر مقاومت بزرگتری را به همراه دارد کرنش سنج سیمی است که برق را عبور می دهد و در اثر بارمکانیکی کشیده می شود (کشش, فشار و پیچش) که مقاومت ان را تغییر می دهد به گونه ای که این تغییر قابل تشخیص است.برای تراکم خطی که سطح مقطع کرنش سنج را افزایش می دهد مقاومت کم می شود اگر یک کرنش سنج به دیافراگمی وصل شود (شکل 6.12) متاثر از حرکت دیافراگم می شود کشیدگی یا فشردگی کرنش سنج به انعطاف دیافراگم وابسته است.

فصل 3 3.1 سنسور و ترسندیوسر یک ترسندیوسر این گونه تعریف می شود که وسیله است که سیگنال از یک شکل فیزیکی را به سیگنال متناظر از شکل فیزیکی متفاوت تبدیل می کند.

انرژی می تواند از یک شکل به شکل دیگر تبدیل شود تا بتوان قدرت یا اطلاعات را انتقال داد انرژی مکانیکی می تواند به انرژی الکتریکی تبدیل شود یا یک شکل از انرژی مکانیکی می تواند به شکلی دیگر از انرژی مکانیکی تبدیل شود.

مثالهایی برای ترسندیوسرها عبارتند از: یک بلندگو که یک ورودی الکتریکی را به خروجی موج صوتی تبدیل می کند یک میکرو فون که یک ورودی موج صوتی را به خروجی الکتریکی تبدیل می کند و یک موتور پله ای که یک ورودی الکتریکی را به یک تغییر موقعیت چرخشی مبدل می نماید.

یک سنسور این گونه تعریف می شود که وسیله ای است که یک خروجی قابل استفاده را در پاسخ به یک ورودی کمیت فیزیکی مشخص فراهم می نماید.ورودی کمیت فیزیکی که باید اندازه گیری شود چنان بر سنسور اثر می کند که باعث ایجاد پاسخ در خروجی می شود.

خروجی خیلی از سنسورهای پیشرفته یک سگنال الکتریکی یک حرکت فشار با جریان یا دیگر خروجی های قابل استفاده است.

مثالهایی از سنسور عبارتند از: یک ترموکوپل که یک اختلاف دما را به یک خروجی الکتریکی تبدیل می کند یک دیافراگم فشار که فشار سیال را به نیرو با تغییر موقعیت تبدیل می کند و یک مبدل اختلاف متغییر خطی (LVDT) که یک موقعیت را به خروجی الکتریکی تبدیل می کند.

به وضوح مطابق این تعاریف یک ترسندیوسر گاهی اوقات می تواند یک سنسور باشد یا بر عکس برای مثال یک میکروفون هر دو تعریف ترسندیوسر و سنسور را دارد.

این و خیلی از چیزهایی که در زمینه های تخصصی اندازه گیری استفاده می شوند کمی گیج کننده هستند.

(یک مهندس صوت شناسی کمتر یک میکروفون را به عنوان سنسور می شناسد اما ترجیحا ان را ترسندیوسر می خواند).

یک ترسندیوسر ورودی یک خروجی الکتریکی که بیانگر کمیت اندازه گیری شده است تولید می کند خروجی ان اماده دریافت توسط وسایل الکتریکی گیرنده است.

وسایل الکترونیکی گیرنده می تواند یک نشانگر, کنترلر, کامپیوتر, کنترلر منطقی قابل برنامه ریزی, یا چیزهای دیگر باشد.

یک سنسور وسیله ای ورودی است که خروجی قابل استفاده ای را در پاسخ به یک کمیت ورودی مورد سنجش ایجاد می کند.

قسمت حسگر یک ترسندیوسر یه نامهای المان حسگر ترسندیوسر مقدماتی یا گیرنده مقدماتی است یک سنسور معمولا یکی از اجرای یک ترسندیوسر است.

گاهی اوقات روال معمولی باعث می شود که تعاریف خود را به گونه ای تحت الشعاع قرار دهیم که ارتباط واضحی را بین مهندسین یک صنایع خاص نتیجه دهد.

برای مثال مهندسان اتوماسیون از وسایل اندازه گیری مانند یک سنسور برای فراهم اوردن اطلاعات مورد نیاز یک کنترلر بهره می گیرند.

در مورد اندازه گیری موقعیت این ارتباط شامل ترکیب المان حسگر لوازم الکترونیکی مقید کننده منبع انرژی و غیره است.در اینجا کلمه سنسور برای نام گذاری دقیق انچه که تعریف ما از ترسندیوسر است به کار می رود.در واژگان اتوماسیون کلمه فرستنده معمولا برای نام گذاری سنسور یا ترسندیوسر استفاده می شود.

در هر زمینه ای می توان به تعاریف ارائه شده در اینجا بسنده کرد زیرا در اکثر استفاده های صنعتی به کار می رود.یک مثال از یک سنسور که قسمتی از یک ترسندیوسر است در اینجا زده می شود.دیافراگم فلزی شکل 101 سنسوری است که فشار را به حرکت خطی تغییر می دهد.

حرکت خطی می تواند با یک LVDT به سیگنال الکتریکی تبدیل شود.( مطابق شکل b1.1) ترکیب دیافراگم ، LVDT و لوازم الکترونیک پردازش سیگنال یک ترسندیوسر فشار را تشکیل می دهند.یک ترسندیوسر فشار از این نوع در شکل 102 نشان داده شده است .

302موقعیت و جابجایی چون ترسندیوسر ها و سنسورهای موقعیت خطی اکثر به گونه ای هستند که واژه های موقعیت و جابجایی را اشتباه می گیریم ، باید تفاوت موقعیت و جابجایی به درستی مشخص گردد .

یک ترسندیوسر موقعیت ، فاصله بین یک نقطه مرجع و محل فعلی هدف را اندازه می گیرد .واژه هدف به جسمی گفته می شود که موقعیت یا جابجایی آن باید محاسبه گردد .

نقطه مرجع می تواند یک انتها ، وجه یک فلنج ، یا نشانه ای روی بدنه یک ترسندیوسر موقعیت ( مثلا یک نقطه مرجع ثابت روی یک ترسندیوسر ثابت ) یا یک داده مرجع قابل برنامه ریزی باشد .

برای مثال ، شکل 103 را در نظر می گیریم ، که بازه اندازه گیری یک ترسندیوسر موقعیت خطی مغناطیسی را نشان می دهد .

این ترا سندیوسر ، مکان یک مغناطیس دائمی را نسبت به یک نقطه ثابت روی ترا سندیوسراندازه می گیرد .

در مقابل ، یک ترا سندیوسر جابجایی ، فاصله بین موقعیت فعلی هدف و موقعیت ظبط شده قبلی را اندازه گیری می کند .

یک مثال برای این یک کد ساز مغناطیسی افزایشی ( شکل 104 ) است.

ترا سندیوسرموقعیت می توانند به عنوان ترا سندیوسرجابجایی استفاده شوند به این صورت که به شکل مدار بسته جمع شوند تا موقعیت قبلی را ظبط کرده و از موقعیت فعلی کم کنند تا میزان جابجایی بدست آید .

اطلاعات یک ترا سندیوسر موقعیت می تواند یا یک میکروکنترلی در حافظه ظبط شده و اختلافهایی که برای نمایش دادن تغییر مکان است محاسبه شود .

متاسفانه ، رایج است که خیلی از سازنده های ترا سندیوسرهای موقعیت محصولشان را ترا سندیوسرهای جابجایی نام می دهند .به طور خلاصه موقعیت به اندازه گیری نسبت به یک نقطه مرجع ثابت اشاره دارد و جابجایی یک اندازه گیری نسبی است .

303خواندن تصاعدی یا مطلق یک ترا سندیوسر موقعیت داده – مطلق ، اندازه را نسبت به یک نقطه ثابت می دهد این نقطه مرجع معمولا یک انتها وجه یک فلنج ، یا یک نشانه روی بدنه یک ترا سندیوسر موقعیت مطلغ می تواند فاصله میلیمتری از یک انتهای سنسور ، یا نشانه ثابت ، تا مکان هدف را بدهد .

اگز یک عامل خارجی مثل انفجار قوی تداخل الکترومغناطیسی (EM I ) برای عملکرد ترا سندیوسر ایجاد مزاحمت کند ، اطلاعات صحیح زمانی بدست می آیند که شرایط معمولی عملیات باز گردد .

بر خلاف این یک ترا سندیوسر داده – تصاعدی فقط تغییرات رخ داده در اندازه را نشان می دهد .

یک مدار الکترونیکی برای تعقیب و نگهداری مجموع این تغییرات ( شمارشگر ) به کار می رود از آخرین زمانی که اطلاعات ظبط شده بودند و شمارشگر صفر شده بود .اگر مقدار شمارشگر با قطع شدن برق از دست برود ، یا المان حسگر در طول قطع بودن برق حرکت کند ، وقتی که شرایط عادی بازگردد شمارشگر نشان دهند مقدار فعلی اندازه نخواهد بود .

مثلا اگر یک کد ساز افزایشی ابتدا صفر باشد ، سپس 25 واحد به جلو برود ، بعد 5 واحد به عقب بر گردد ، موقعیت حاصله با شمارشگر 20 نمایش داده خواهد شد .

اگر مقایس هر یک میلیمتر برابر 1000 واحد را داشته باشیم ، جابجایی 02/0 میلیمتر خواهد بود .

اما اگر برق قطع و وصل شود ، احتمالا این موقعیت 00/0 میلیمترگزارش شود .

همچنین اگر شمارشگر توسط انفجار قوی EMI خراب شود ، با بازگشت شرایط عادی ، شمارشگر عدد نادرستی را نگه داشته است .

304 شناسایی و تحریک با تماس یا بدون تماس یک نوع طبقه بندی ترا سندیوسر موقعیت این گونه است که از المان حسگر نوع تماسی یا غیر تماسی بهره می گیرد .

با شناسایی غیر تماسی ، جنبه دیگر این گونه است که آیا ترا سندیوسر تحریک غیر تماسی استفاده می کند یا خیر .

در یک سنسور موقعیت نوع تماسی ، وسیله ای که تبدیل بین اندازه و خروجی سنسور را به عهده دارد از یک تماس لغزشی الکتریکی و مکانیکی بهره می گیرد .

مثال ابتدایی یک پوتانسیومتر خطی است ( شکل 105 ) .

میله محرک به صورت داخلی به یک بازوی مالشی وصل شده است .

بازوی مالشی یک یا چند تماس انعطاف پذیر دارد که در مقابل یک المان مقاومتی فشرده شده اند .

پوتانسیومتر با اعمال ولتاژی به المان مقاومتی روشن می شود .

تغییر موقعیت در راستای محور حرکت باعث می شود که بازوی مالشی در مقابل المان مقاومتی ساییده شده و یک ولتاژ خروجی به عنوان نمایشگر اندازه مورد نظر ایجاد کند.

به خاطر تماس سایشی بین بازوی مالشی و المان مقاومتی است که یک پوتانسیومتر خطی ، سنسور تماسی نامیده می شود.

مزایای ابتدایی آن ، سادگی و عدم نیاز به پردازش سیگنال است .

همچنین آن به عنوان یک تکنیک شناسایی کم هزینه در نظر گرفته می شود با وجود این که اتوماسیون ساخت دیگر انواع سنسور ها فاصله هزینه را کم می کند .

عیب یک سنسور تماسی زمان عمر محدود المان های در حال سایش است .

در یک سنسور موقعیت غیر تماسی ، وسیله ای تبدیل بین اندازه خروجی سنسور رابر عهده دارد هیچ تماس فیزیکی بین اجزای متحرک و اجزای ثابت سنسور بر قرار نمی کند.

اتصال بین اجزای متحرک و اجزای ثابت سنسور معمولا از طریق استفاده اتصال القایی ، خازنی ، مغناطیسی یا نوری فراهم می گردد .

مثالهای سنسورهای موقعیت غیر تماسی شامل LVDT ، سنسور اثر هال و سنسورهای مغناطیسی و مقاومت مغناطیسی است .

به عنوان مثال مادر اینجا یک LVDT را در نظر می گیریم .

یک ترا سندیوسر موقعیت خطی LVDT با هسته اش در شکل 106 نشان داده شده است .

هسته به عضو متحرک سیستم که باید اندازه گیری شود ( هدف ) وصل می شود محفظه LVDT به عضو ثابت سیستم متصل می گردد .

همانطور که هسته در سوراخ LVDT حرکت می کند ، هیچ تماس فیزیکی بین هسته و بقیه اجزای LVDT وجود ندارد.