انواع سنسور مجاورتی از پرکاربردترین تجهیزات تشخیص موقعیت و حضور جسم در سیستم‌های اتوماسیون صنعتی هستند. سنسور مجاورتی یا Proximity Sensor می‌تواند وجود، عدم وجود یا نزدیک شدن یک جسم را بدون نیاز به تماس مکانیکی مستقیم تشخیص دهد. این ویژگی باعث شده است سنسورهای مجاورتی در خطوط تولید، نوار نقاله‌ها، ماشین‌آلات بسته‌بندی، تجهیزات مونتاژ، دستگاه‌های CNC، صنایع خودروسازی و بسیاری از ماشین‌آلات خودکار مورد استفاده قرار گیرند. ifm نیز Proximity Sensor را تجهیزی برای تشخیص حضور، عدم حضور یا حرکت جسم بدون تماس فیزیکی معرفی می‌کند.

در خرید سنسور مجاورتی باید ابتدا مشخص شود چه نوع جسمی قرار است تشخیص داده شود. برای اجسام فلزی معمولاً سنسور القایی انتخاب رایجی است، در حالی که سنسور خازنی می‌تواند علاوه بر فلز، بسیاری از مواد غیرفلزی را نیز تشخیص دهد. سنسورهای مغناطیسی، نوری و اولتراسونیک نیز برای شرایط خاص مورد استفاده قرار می‌گیرند. OMRON در راهنمای سنسورهای مجاورتی، فناوری‌های القایی، خازنی، مغناطیسی و در طبقه‌بندی گسترده‌تر، فناوری‌هایی مانند اولتراسونیک و فوتوالکتریک را در خانواده تشخیص غیرتماسی قرار می‌دهد.

سنسور مجاورتی چیست؟

سنسور مجاورتی تجهیزی است که وجود یا نزدیک شدن یک جسم به محدوده مشخصی از سنسور را تشخیص می‌دهد، بدون اینکه لازم باشد جسم با قسمت مکانیکی سنسور تماس پیدا کند.

در گذشته برای تشخیص موقعیت قطعات از Limit Switchهای مکانیکی استفاده می‌شد. این تجهیزات نیاز به تماس مستقیم داشتند و تماس مداوم می‌توانست باعث سایش قطعات مکانیکی شود. سنسورهای مجاورتی با تشخیص غیرتماسی امکان کاهش این نوع سایش مکانیکی را فراهم می‌کنند. Pepperl+Fuchs نیز تشخیص بدون تماس و بدون سایش اجسام فلزی را یکی از ویژگی‌های مهم سنسورهای القایی معرفی می‌کند.

نحوه عملکرد سنسور مجاورتی

نحوه عملکرد انواع سنسور مجاورتی به فناوری استفاده‌شده در آنها بستگی دارد. یک سنسور القایی میدان الکترومغناطیسی ایجاد می‌کند و ورود جسم فلزی به این میدان را تشخیص می‌دهد. سنسور خازنی تغییر ظرفیت الکتریکی ایجادشده در نزدیکی سطح حساس را اندازه‌گیری می‌کند و سنسور مغناطیسی به میدان مغناطیسی واکنش نشان می‌دهد.

در سنسورهای نوری از نور و در سنسورهای اولتراسونیک از امواج صوتی برای تشخیص جسم استفاده می‌شود. به همین دلیل انتخاب فناوری صحیح در خرید سنسور مجاورتی اهمیت زیادی دارد؛ زیرا نوع ماده، فاصله تشخیص و شرایط محیط می‌توانند روی عملکرد سنسور تأثیر بگذارند.

انواع سنسور مجاورتی

انواع سنسور مجاورتی را می‌توان بر اساس اصل عملکرد به چند گروه مهم تقسیم کرد:

• سنسور مجاورتی القایی
• سنسور مجاورتی خازنی
• سنسور مجاورتی مغناطیسی
• سنسور مجاورتی نوری
• سنسور مجاورتی اولتراسونیک

در بازار اتوماسیون صنعتی، اصطلاح Proximity Sensor به‌خصوص برای مدل‌های القایی و خازنی بسیار رایج است. OMRON نیز مجموعه سنسورهای Proximity خود را عمدتاً شامل مدل‌های Inductive و Capacitive معرفی می‌کند.

سنسور مجاورتی القایی

سنسور القایی یا Inductive Proximity Sensor یکی از رایج‌ترین انواع سنسور مجاورتی در صنعت است و برای تشخیص اجسام فلزی استفاده می‌شود.

در این سنسور یک میدان الکترومغناطیسی در مقابل سطح حساس ایجاد می‌شود. هنگامی که یک جسم فلزی وارد محدوده تشخیص شود، تغییراتی در میدان ایجاد شده و مدار سنسور حضور جسم را تشخیص می‌دهد.

ifm سنسورهای القایی را تجهیزات غیرتماسی برای تشخیص اجسام فلزی یا رسانا معرفی می‌کند و این فناوری را به دلیل دوام مناسب در کاربردهای صنعتی مورد استفاده قرار می‌دهد.

کاربرد انواع سنسور مجاورتی القایی شامل تشخیص قطعات فلزی، چرخ‌دنده‌ها، شفت‌ها، موقعیت ماشین‌آلات و کنترل حرکت قطعات در خطوط مونتاژ است.

سنسور مجاورتی خازنی

سنسور خازنی یا Capacitive Proximity Sensor می‌تواند برای تشخیص مواد فلزی و بسیاری از مواد غیرفلزی استفاده شود.

در این مدل، نزدیک شدن جسم باعث تغییر ظرفیت الکتریکی در ناحیه حساس سنسور می‌شود. مقدار این تغییر به ویژگی‌های ماده، ابعاد جسم و فاصله آن بستگی دارد. OMRON توضیح می‌دهد که سنسور خازنی تغییر ظرفیت میان جسم مورد تشخیص و سنسور را اندازه‌گیری می‌کند.

از سنسور خازنی می‌توان برای تشخیص موادی مانند پلاستیک، شیشه، کاغذ، پودر، مواد دانه‌ای و مایعات در کاربردهای مناسب استفاده کرد. OMRON سنسور خازنی را برای تشخیص اجسام فلزی و غیرفلزی معرفی می‌کند.

به همین دلیل در خرید سنسور مجاورتی برای موادی غیر از فلز، بررسی مدل‌های خازنی اهمیت زیادی دارد.

سنسور مجاورتی مغناطیسی

یکی دیگر از انواع سنسور مجاورتی سنسور مغناطیسی است. این سنسورها وجود میدان مغناطیسی یا آهنربا را تشخیص می‌دهند.

یکی از کاربردهای متداول آنها تشخیص موقعیت پیستون در سیلندرهای پنوماتیک است. در چنین سیستم‌هایی آهنربایی داخل پیستون وجود دارد و سنسور از قسمت بیرونی سیلندر موقعیت آن را تشخیص می‌دهد.

OMRON سنسورهایی که میدان مغناطیسی DC را برای تشخیص استفاده می‌کنند نیز در گروه سنسورهای مجاورتی طبقه‌بندی می‌کند.

سنسور مجاورتی نوری

سنسورهای فوتوالکتریک نیز برای تشخیص غیرتماسی اجسام مورد استفاده قرار می‌گیرند. در این تجهیزات جسم باعث قطع شدن نور یا بازتاب نور به گیرنده می‌شود.

مزیت مهم این فناوری آن است که محدود به تشخیص فلز نیست و می‌تواند برای اجسام مختلف مانند پلاستیک، شیشه، چوب و بسیاری از مواد دیگر استفاده شود. OMRON همین ویژگی را یکی از تفاوت‌های مهم Photoelectric Sensor با سنسورهای مجاورتی القایی معرفی می‌کند.

سنسور مجاورتی اولتراسونیک

سنسور اولتراسونیک از امواج صوتی با فرکانس بالا برای تشخیص جسم استفاده می‌کند.

سنسور موج صوتی را ارسال می‌کند و بازتاب آن از جسم را دریافت می‌کند. این فناوری برای بسیاری از مواد و همچنین کاربردهای تشخیص فاصله یا سطح مناسب است. ifm نیز Ultrasonic Sensor را در مجموعه فناوری‌های تشخیص موقعیت و حضور اجسام قرار می‌دهد.

کاربرد انواع سنسور مجاورتی

کاربرد انواع سنسور مجاورتی تقریباً در تمام حوزه‌های اتوماسیون صنعتی دیده می‌شود. این سنسورها برای تشخیص موقعیت قطعه، شمارش محصولات، کنترل حرکت، تشخیص انتهای مسیر و صدور فرمان به PLC استفاده می‌شوند.

ifm کاربرد سنسورهای مجاورتی را در اتوماسیون فرآیندها، فعال کردن عملیات ماشین و تشخیص حضور یا حرکت اجسام معرفی می‌کند.

کاربرد انواع سنسور مجاورتی در خطوط تولید

در خطوط تولید، قطعات مختلف باید در زمان مناسب در موقعیت مشخص قرار بگیرند.

سنسور مجاورتی می‌تواند ورود قطعه به ایستگاه مونتاژ را تشخیص دهد و اطلاعات آن را به PLC ارسال کند. سیستم کنترل سپس عملیات بعدی مانند حرکت سیلندر، توقف نوار نقاله یا شروع فرآیند مونتاژ را اجرا می‌کند.

SICK نیز سنسورهای تشخیص مبتنی بر فناوری‌های القایی، خازنی، مغناطیسی و نوری را برای تشخیص دقیق اجسام در سیستم‌های صنعتی ارائه می‌کند.

کاربرد در نوار نقاله

یکی دیگر از موارد مهم کاربرد انواع سنسور مجاورتی نوار نقاله است.

سنسور می‌تواند رسیدن محصول به یک نقطه مشخص را تشخیص دهد. از این اطلاعات برای شمارش محصولات، تغییر مسیر، توقف نوار یا فعال کردن تجهیزات دیگر استفاده می‌شود.

Pepperl+Fuchs نیز سنسورهای القایی را برای استفاده در خطوط تولید و Conveyor معرفی می‌کند.

کاربرد در دستگاه‌های CNC

در ماشین‌آلات CNC سنسورهای مجاورتی می‌توانند برای تشخیص موقعیت اجزای مکانیکی یا نقاط مرجع استفاده شوند.

به دلیل عملکرد بدون تماس، سنسور القایی برای تشخیص بخش‌های فلزی ماشین مناسب است و می‌تواند به عنوان بخشی از سیستم موقعیت‌یابی یا کنترل انتهای حرکت مورد استفاده قرار گیرد.

کاربرد در صنایع خودروسازی

صنایع خودروسازی یکی از حوزه‌هایی است که تعداد زیادی سنسور در خطوط مونتاژ آن استفاده می‌شود.

کاربرد انواع سنسور مجاورتی در این صنعت می‌تواند شامل تشخیص قطعات فلزی، کنترل موقعیت تجهیزات جوشکاری، بررسی حضور قطعات و کنترل بخش‌های مختلف ماشین‌آلات تولید باشد. OMRON خانواده‌های سنسور القایی خود را برای محیط‌های تولیدی و کاربردهای مرتبط با Automotive و Welding نیز عرضه می‌کند.

تفاوت سنسور مجاورتی و لیمیت سوئیچ

Limit Switch برای فعال شدن معمولاً نیاز دارد یک قطعه مکانیکی آن با جسم تماس پیدا کند.

در مقابل، سنسور مجاورتی جسم را بدون تماس مستقیم تشخیص می‌دهد.

نبود تماس مکانیکی باعث می‌شود سایش ناشی از برخورد مداوم کاهش یابد. به همین دلیل در ماشین‌هایی که تعداد دفعات تشخیص زیاد است، سنسور مجاورتی می‌تواند مزیت مهمی نسبت به کلید مکانیکی داشته باشد.

تفاوت سنسور القایی و خازنی

یکی از مهم‌ترین سؤالات در خرید سنسور مجاورتی انتخاب میان Inductive و Capacitive است.

سنسور القایی عمدتاً برای اجسام فلزی طراحی شده است.

سنسور خازنی علاوه بر فلز می‌تواند بسیاری از مواد غیرفلزی را نیز تشخیص دهد.

اگر جسم مورد نظر یک قطعه فولادی یا فلزی باشد، سنسور القایی معمولاً انتخاب ساده‌تری است. اگر هدف تشخیص پلاستیک، شیشه، پودر یا مایع باشد، ممکن است سنسور خازنی گزینه مناسب‌تری باشد.

فاصله تشخیص سنسور مجاورتی

Sensing Distance یکی از مهم‌ترین مشخصات در خرید سنسور مجاورتی است.

این پارامتر مشخص می‌کند جسم در چه فاصله‌ای از سطح سنسور می‌تواند تشخیص داده شود. فاصله تشخیص به فناوری سنسور، ابعاد سنسور، جنس هدف و طراحی محصول بستگی دارد.

OMRON نیز Sensing Distance را یکی از پارامترهای اصلی عملکرد سنسور مجاورتی تعریف می‌کند.

در مدل‌های القایی، جنس فلز نیز می‌تواند روی فاصله تشخیص مؤثر باشد و معمولاً مشخصات نامی سنسور بر اساس یک Standard Sensing Object تعیین می‌شود.

نصب Flush و Non-Flush

در سنسورهای القایی، نحوه قرار گرفتن سطح حساس نسبت به فلز اطراف اهمیت دارد.

برخی مدل‌ها قابلیت نصب Flush یا Shielded دارند و می‌توان آنها را هم‌سطح با بدنه فلزی ماشین نصب کرد.

مدل‌های Non-Flush یا Unshielded معمولاً به فضای آزاد بیشتری در اطراف سطح حساس نیاز دارند، اما بسته به طراحی ممکن است فاصله تشخیص بیشتری داشته باشند.

در خرید سنسور مجاورتی باید نوع نصب مورد نیاز با دیتاشیت همان محصول مطابقت داده شود.

قطر بدنه سنسور

سنسورهای مجاورتی استوانه‌ای در اندازه‌های مختلف تولید می‌شوند و ابعاد بدنه یکی از مشخصات مهم انتخاب است.

در بازار صنعتی اندازه‌هایی مانند M8، M12، M18 و M30 بسیار رایج هستند، اما مدل‌های کوچک‌تر و بزرگ‌تر نیز وجود دارند.

اندازه بدنه می‌تواند با فاصله تشخیص، فضای نصب و استحکام مکانیکی ارتباط داشته باشد. بنابراین انتخاب قطر سنسور باید با طراحی ماشین هماهنگ باشد.

خروجی PNP و NPN

یکی از مهم‌ترین موارد هنگام خرید سنسور مجاورتی نوع خروجی است.

در بسیاری از سنسورهای DC صنعتی، خروجی ترانزیستوری PNP یا NPN استفاده می‌شود.

انتخاب میان این دو باید بر اساس نوع ورودی PLC و طراحی مدار کنترل انجام شود.

برخی محصولات جدید امکان تنظیم PNP/NPN را نیز فراهم می‌کنند. برای مثال ifm در برخی سنسورهای دارای IO-Link امکان تنظیم پارامترهایی مانند PNP/NPN و NO/NC را ارائه می‌کند.

خروجی NO و NC

NO مخفف Normally Open و NC مخفف Normally Closed است.

در حالت NO خروجی در شرایط عادی غیرفعال است و با تشخیص جسم تغییر وضعیت می‌دهد.

در حالت NC وضعیت منطقی برعکس خواهد بود.

بعضی از مدل‌ها دارای خروجی ثابت NO یا NC هستند و برخی سنسورهای قابل برنامه‌ریزی امکان انتخاب حالت مورد نظر را فراهم می‌کنند.

سنسور مجاورتی دو سیمه و سه سیمه

در خرید سنسور مجاورتی تعداد سیم‌های اتصال نیز باید بررسی شود.

سنسورهای DC سه سیمه معمولاً شامل سیم تغذیه مثبت، تغذیه منفی و خروجی هستند.

مدل‌های دو سیمه نیز وجود دارند که اتصال آنها متفاوت است. برای نمونه OMRON خانواده E2E NEXT را در مدل‌های DC دو سیمه و سه سیمه عرضه می‌کند.

نوع سیم‌بندی باید دقیقاً مطابق نقشه شرکت سازنده انجام شود.

سنسور مجاورتی و IO-Link

IO-Link در سنسورهای صنعتی جدید امکان انتقال اطلاعات بیشتری نسبت به یک خروجی ساده ON/OFF فراهم می‌کند.

در بعضی سنسورها می‌توان پارامترهایی مانند نقطه سوئیچ، NO/NC یا نوع خروجی را از طریق IO-Link تنظیم کرد و داده‌های اضافی سنسور را نیز دریافت کرد.

ifm در برخی سنسورهای القایی هوشمند خود مقدار فاصله و تنظیم نقاط سوئیچ را از طریق IO-Link ارائه می‌کند.

سرعت پاسخ سنسور مجاورتی

در خطوط تولید سریع، Response Time یا Switching Frequency اهمیت زیادی دارد.

اگر محصولات با سرعت زیاد حرکت کنند، سنسور باید بتواند تغییر وضعیت را در مدت کوتاهی تشخیص دهد.

در خرید سنسور مجاورتی برای ماشین‌آلات سریع باید فرکانس سوئیچینگ مدل مورد نظر با سرعت حرکت قطعات مقایسه شود.

درجه حفاظت سنسور

سنسورهای صنعتی ممکن است در معرض گردوغبار، روغن، رطوبت، آب یا آلودگی‌های محیطی قرار بگیرند.

به همین دلیل درجه حفاظت IP یکی از پارامترهای مهم انتخاب است.

مدل مورد استفاده باید با محیط نصب هماهنگ باشد؛ برای مثال سنسور مورد استفاده در یک محیط خشک و تمیز ممکن است الزامات متفاوتی با سنسور نصب‌شده در ماشین‌آلات شست‌وشوشونده داشته باشد.

تأثیر دما و لرزش

دمای محیط، ضربه و لرزش می‌توانند روی انتخاب سنسور تأثیر داشته باشند.

در ماشین‌آلات سنگین باید محصولی انتخاب شود که محدوده دمای کاری و مقاومت مکانیکی آن با شرایط واقعی دستگاه هماهنگ باشد.

SICK نیز برای خانواده سنسورهای صنعتی خود مشخصات و آزمون‌های مربوط به مقاومت در برابر شوک، لرزش، دما و رطوبت را ارائه می‌کند.

مزایای سنسور مجاورتی

یکی از مهم‌ترین مزایای انواع سنسور مجاورتی تشخیص بدون تماس است.

این ویژگی باعث کاهش سایش مکانیکی در مقایسه با سوئیچ‌های تماسی می‌شود و برای ماشین‌هایی که به تعداد دفعات بالای تشخیص نیاز دارند بسیار مفید است.

سرعت مناسب، ابعاد کوچک، امکان نصب در نقاط مختلف ماشین، اتصال ساده به PLC و وجود مدل‌های مختلف برای مواد گوناگون از دیگر دلایل استفاده گسترده این سنسورها در اتوماسیون صنعتی است.

نکات مهم هنگام خرید سنسور مجاورتی

در خرید سنسور مجاورتی اولین موضوع نوع جسم است. اگر جسم فلزی باشد، معمولاً سنسور القایی بررسی می‌شود. برای مواد غیرفلزی ممکن است سنسور خازنی، نوری یا اولتراسونیک گزینه مناسب‌تری باشد.

فاصله تشخیص نیز باید بررسی شود. سنسور باید بتواند جسم را در فاصله واقعی ماشین با حاشیه عملکرد مناسب تشخیص دهد.

نوع خروجی PNP یا NPN و وضعیت NO یا NC باید با PLC مطابقت داشته باشد.

ولتاژ تغذیه، تعداد سیم‌ها، نوع کانکتور، قطر بدنه، نوع نصب Flush یا Non-Flush، سرعت پاسخ و درجه حفاظت نیز از مشخصات مهم انتخاب هستند.

در محیط‌های دارای جوشکاری، روغن، رطوبت، گردوغبار یا دمای بالا باید از مدلی استفاده شود که برای همان شرایط طراحی شده باشد.

بنابراین خرید سنسور مجاورتی نباید تنها بر اساس قیمت یا ظاهر محصول انجام شود و مشخصات فنی مدل باید با شرایط واقعی ماشین مطابقت داده شود.

برندهای معروف سنسور مجاورتی

OMRON یکی از برندهای شناخته‌شده در حوزه اتوماسیون صنعتی است و مجموعه بزرگی از سنسورهای مجاورتی القایی و خازنی تولید می‌کند. سری E2E از خانواده‌های شناخته‌شده سنسورهای مجاورتی OMRON است.

ifm نیز انواع سنسورهای Inductive، Capacitive، Magnetic، Photoelectric و Ultrasonic را برای تشخیص موقعیت و اجسام در کاربردهای صنعتی ارائه می‌کند.

SICK از دیگر تولیدکنندگان مطرح تجهیزات اتوماسیون است و مجموعه سنسورهای Detection آن بر اساس اصول القایی، خازنی، مغناطیسی و نوری طراحی شده‌اند.

Pepperl+Fuchs نیز سابقه طولانی در توسعه و تولید سنسورهای مجاورتی القایی دارد و محصولات آن در ماشین‌آلات تولیدی و خطوط نوار نقاله مورد استفاده قرار می‌گیرند.

در خرید سنسور مجاورتی علاوه بر برند باید فاصله تشخیص، نوع جسم، نوع خروجی، ابعاد، شرایط نصب و درجه حفاظت هر مدل بررسی شود.

جمع‌بندی

انواع سنسور مجاورتی تجهیزاتی برای تشخیص بدون تماس اجسام هستند که در مدل‌های القایی، خازنی، مغناطیسی، نوری و اولتراسونیک عرضه می‌شوند. سنسورهای القایی عمدتاً برای تشخیص فلز و مدل‌های خازنی برای تشخیص طیف گسترده‌تری از مواد فلزی و غیرفلزی مورد استفاده قرار می‌گیرند.

کاربرد انواع سنسور مجاورتی شامل تشخیص حضور قطعات، کنترل موقعیت، شمارش محصولات، کنترل نوار نقاله، ماشین‌آلات مونتاژ و خطوط اتوماسیون است. عملکرد غیرتماسی این تجهیزات باعث شده است در بسیاری از کاربردهای صنعتی جایگزین مناسبی برای تشخیص مکانیکی باشند.

در خرید سنسور مجاورتی باید نوع جسم، فاصله تشخیص، فناوری سنجش، خروجی PNP یا NPN، حالت NO یا NC، تعداد سیم‌ها، اندازه بدنه، نوع نصب، سرعت پاسخ و درجه حفاظت بررسی شود تا سنسور انتخاب‌شده بتواند عملکرد دقیق و پایداری در ماشین داشته باشد.