سنسور جک چیست؟

سنسورها برای بازخورد موقعیت در سیستم‌های کنترل، در ماشین‌آلات و تجهیزات خودکار مورد استفاده قرار می گیرند. جک های پنوماتیک از حسگرهایی برای تشخیص موقعیت خطی پیستون، برای کاربردهایی که بازخورد موقعیت در آن‌ها بسیار مهم هستند، استفاده می‌کنند.سنسور جک پنوماتیک نمونه ای از پرکاربرد ترین سنسور های طراحی شده در صنعت می باشد. معمولا از این سنسور برای کنترل کورس حرکت سیلندر ها استفاده می شود.

امروزه دستگاه های مختلفی طراحی شده اند که استفاده از هر یک از آن ها موجب راحتی امور خواهد شد. یکی از این ابزار ها، سیستم پنوماتیک می باشد. سیستم پنوماتیک به فناوری هوای فشرده گفته می شود که تمامی امور مربوط به آن به وسیله هوای فشرده صورت می گیرد که یکی از مهم ترین قسمت های موجود در این سیستم، سنسور جک پنوماتیک می باشد. جک های پنوماتیک با استفاده از این سنسور به تشخیص دقیق موقعیت خطی پیستون و فرمان گیری آن نیز می پردازند.

به طور کلی یکی از متداول ترین سنسورهای قابل استفاده در سیستم پنوماتیک نمونه مغناطیسی سنسور جک پنوماتیک است.تمام سنسورهایی که برای جک های پنوماتیک جهت بازخورد موقعیت خطی پیستون استفاده می شوند از یک میدان مغناطیسی استفاده می کنند. بنابراین ،معمولا تمام سیلندرهای پنوماتیک آهنربایی دارند که در داخل پیستون  آنها قرار می گیرد.

نحوه عملکرد/طراحی/متریال

سنسورهای جک پنوماتیک یا همان سنسور های مجاورتی مغناطیسی ، از عملکرد متفاوتی برخوردار هستند. این سنسور ها براساس طراحی سیستمی خاصی که دارند، نسبت به میدان مغناطیسی اطراف آهنربای موجود در داخل جک پنوماتیک واکنش نشان می دهند. این موضوع باعث می شود تا از این سنسور به عنوان یکی از مهم ترین قسمت های موجود در سیلندر پنوماتیک یاد شود.

این سنسور از طراحی سیستمی آنچنان پیچیده ای برخوردار نبوده، اما میزان کارایی آن بسیار زیاد می باشد.قابل ذکر است که در طراحی سنسور جک پنوماتیک از کنتاکت های تیغه ای شکل استفاده می شود، که جنس آنها از مواد فرومغناطیس می باشد(مواد فرومغناطیس به موادی گفته می شود که از ترکیب آلیاژ های مختلفی همچون آهن و نیکل حاصل می شوند).تمامی کنتاکت های سنسور جک پنیوماتیک در داخل یک لوله کوچک قرار می گیرند که این لوله از گاز های خنثی نیتروژن پر شده است.

ویژگی‌ سنسور سیلندر

به طور کل تمامی سنسورهایی که برای جک‌های پنوماتیک به منظور ایجاد بازخورد از موقعیت خطی پیستون، استفاده می‌شوند، از یک میدان مغناطیسی استفاده می‌کنند. بنابراین، معمولا همه سیلندرهای پنوماتیک دارای یک آهن‌ربا هستند، که به صورت داخلی روی پیستون قرار می گیرد.

علت استفاده از سنسور برای جک و سیلندر پنوماتیک چیست؟

همانطور که پیش تر گفتیم، یکی از مهم ترین وظایف سنسور جک پنوماتیک ، کنترل سیلندر می باشد. چرا که سیلندر به عنوان اصلی ترین بخش یک سیستم پنوماتیک وظیفه ورود و خروج هوا و در نهایت حرکت پیستون را بر عهده دارد.بنابراین باید از یک ابزار کاربردی جهت کنترل حرکت این وسیله استفاده شود. همچنین یکی از ویژگی‌های سنسور مغناطیسی جک پنوماتیک ،استفاده از یک میدان مغناطیسی برای بازخورد موقعیت پیستون می باشد. این موضوع باعث شده تا در طراحی تمامی سنسور های جک پنوماتیک از یک آهن ربا استفاده شود. به طور کلی می توان گفت با استفاده از سنسور جک پنوماتیک شرایط مناسبی را برای اندازه گیری دقیق موقعیت پیستون فراهم می کند.

روش نصب سنسور جک پنوماتیک

به طور کل می توان گفت براساس نوع بدنه، روش‌های نصب متفاوتی  وجود دارد که این روش ها با توجه به انواع مختلف سنسور تغییر می‌کند. بنابراین دانستن نوع بدنه جک پنوماتیک ، در انتخاب سنسور بسیار مهم می باشد دو نوع متداول از انواع بدنه جک پنوماتیک وجود دارد. که شامل بدنه جک پنوماتیک DNC و چهار میل نیز می شوند.که هرکدام از آن ها دارای روش های نصب متفاوتی می باشند. قابل ذکر است که روش نصب سنسور جک پنوماتیک بر روی این بدنه ها به صورت زیر خواهد بود:

•  جک چهار میل

 یکی از نمونه های متفاوت جک های پنوماتیک، جک چهار میل بوده که دارای طراحی متفاوت می باشد. قابل ذکر است که در طراحی این جک از چهار میل در قسمت بیرونی آن استفاده شده است ، به همین علت اتصال سنسور جک پنوماتیک به آن، نیازمند استفاده از یک پایه فلزی خواهد بود. در نهایت پایه سنسور به یکی از میله های موجود در قسمت بیرونی جک، متصل شده و سنسور برای کار آماده می شود.

•  جک پنوماتیک DNC

یکی از پرطرفدار ترین جک های پنوماتیک، جک پنوماتیک DNC  می باشد. این جک دارای طراحی مستطیل شکل بوده و برای اتصال سنسور جک پنوماتیک به آن دو روش وجود دارد. در قسمت انتهایی بدنه جک های DNC شیار هایی وجود دارد که به کمک آن ها می توانیم سنسور را متصل کنیم. همچنین نمونه های دیگر جک های پنوماتیک DNC دارای میله های کرواتی شکل هستند که در اطراف بدنه جک تعبیه شده اند. بوسیله این میله ها می توان سنسور جک پنوماتیک را متصل نموده و آن را برای انجام فرآیند مربوطه آماده کرد.

 

معرفی انواع سنسور سیلندر

• Hall effect sensor

Hall effect sensor، یک سنسور با میدان مغناطیسی به صورت شعاعی می باشد.به این ترتیب که یک آهن‌ربا تراز شده به طور شعاعی، یک میدان مغناطیسی عمود بر میدان مغناطیسی سنسور را ، تولید می‌کند. قابل ذکر است که سنسور Hall effect sensor، دستگاه‌های الکترونیکی به صورت جامد هستند. آن‌ها از یک تقویت‌کننده ولتاژ و یک مدار مقایسه‌کننده تشکیل می‌شوند و یک خروجی سوئیچینگ را هدایت می‌کنند.

برخلاف سنسورهای سوئیچ نی، Hall effect sensor شامل اجزای متحرک نیستند. طراحی حالت جامد این سنسورها به دلیل عملکرد بدون سایش، طول عمر سنسور را افزایش می دهد و همچنین آنها را در برابر ضربه و لرزش مقاوم می کند. بدون نیاز به غلبه بر اینرسی اجزای مکانیکی، سنسورهای جلوه هال برای کاربردهای حساس ،زمانی که نیاز به تعویض سریع دارند نیز مناسب هستند. مانند سنسورهای سوئیچ نی، جهت گیری آهنربا برای عملکرد مناسب مهم است. علاوه بر این، سنسورهای جلوه هال حساسیت کمی دارند. بسته به قطر و ضخامت بدنه سیلندر، خروجی سوئیچینگ ممکن است به درستی فعال نشود. مشابه سوئیچ های نی، نقاط سوئیچ دوتایی نیز به دلیل حساسیت کم سنسورها امکان پذیر است.

• رید سوییچ ( reed swicth)

سنسور رید سوئیچ  یک سنسور مجاورت مغناطیسی است که هنگامی که یک میدان مغناطیسی روی آن اعمال شود، روشن می شود. قطب های مغناطیسی یک آهنربا در صفحه در کنار یکدیگر قرار دارند. همانطور که آهنربا به سنسور رید سوئیچ نزدیک می شود، میدان مغناطیسی موازی با سوئیچ نی ایجاد می شود. یک رید سوئیچ از یک جفت نی فلزی فرومغناطیسی تشکیل شده است که در یک لوله شیشه ای مهر و موم شده قرار گرفته اند. بدون حضور میدان مغناطیسی میله های فلزی از هم جدا می شوند و سنسور خاموش می شود. هنگامی که پیستون سیلندر از سوئیچ عبور می کند و میدان مغناطیسی به اندازه کافی قوی اعمال می کند که پلاتین سوییچ را با هم جذب کند.که بدین ترتیب سنسور “روشن” می شود (تصویر پایین شکل 4).

عملکرد رید سوییچ ( reed swicth)

در مقایسه با سایر گزینه های حسگر، رید سوئیچ مقرون به صرفه هستند و می توانند با ولتاژ AC یا DC کار کنند. علاوه بر این، سنسورهای رید سوئیچ دارای مصرف انرژی کم می باشند که آنها را برای کاربردهایی با نیاز مصرف برق مناسب می کند. به دلیل ماهیت مکانیکی تعویض کنتاکت های نی، سنسورهای رید سوئیچ دارای محدودیت هایی هستند.

قابل ذکر است که کنتاکت های سوئیچینگ دارای تعداد محدودی چرخه سوئیچینگ هستند و در طول عمر دستگاه نیاز به تعمیر و نگهداری دارند. در مرحله بعد، سنسورهای رید سوئیچ برای کاربردهایی که در معرض لرزش یا شوک زیاد هستند مناسب نیستند. شوک و لرزش زیاد می تواند باعث به هم خوردن تماس های رید سوئیچ شود که باعث سیگنال دهی نادرست می شود. ویژگی های سوئیچینگ یک رید سوئیچ نیز می تواند باعث سوئیچینگ دوگانه ناخواسته شود. سوئیچ دوبل زمانی است که خروجی سنسور دو بار “روشن” و “خاموش” می شود در حالی که آهنربای سیلندر یک بار از رید سوئیچ عبور می کند. سوئیچ دوگانه کاذب خروجی سنسور به دلیل قدرت غیر یکنواخت میدان نیروی آهنربا است. قدرت میدان آهنربا در هر قطب آهنربا قوی‌ترین و در مرکز بین هر قطب ضعیف‌ترین است.

اگر آهنربای پیستون به اندازه کافی قوی نباشد، ممکن است باعث شود خروجی سوئیچ هنگام عبور از سنسور دو سوئیچ شود. در نهایت، در مقایسه با سنسورهای حالت جامد، سوئیچ‌های رید نسبتاً کند فعال می‌شوند که آنها را برای برنامه‌هایی که نیاز به زمان پاسخ سریع دارند نامناسب می‌کند. با این حال، سنسورهای رید سوئیچ برای سیلندرهای پنوماتیک به دلیل ارزان بودن نسبتاً ارزان در مقایسه با سنسورهای دیگر، نیازی به برق آماده به کار ندارند، می توانند با بارهای DC یا AC کار کنند و راه حل شناخته شده ای هستند، به طور گسترده مورد استفاده قرار می گیرند.

• سنسور مغناطیسی ناهمسانگرد ( پل)

نوع دیگر سنسورهای مغناطیسی جک پنوماتیک، انواع مغناطیسی ناهمسانگرد (AMR) می باشد. نحوه عملکرد سنسورهای AMR بسیار ساده می باشدبدین ترتیب که عنصر سنسور در صورت وجود میدان مغناطیسی دچار تغییر مقاومت می‌شود و جریان بایاس را که از عنصر حسگر عبور می‌کند، تغییر می‌دهد. یک مدار مقایسه‌کننده تغییر جریان را تشخیص داده و خروجی سنسور را روشن می‌کند.سنسورهای AMR مشابه سنسورهای جلوه سالن، سریع عمل می‌کنند، بدون سایش هستند و در برابر ضربه و لرزش مقاوم هستند.

مزیت سنسورهای AMR این است که نسبت به سنسورهای هال حساسیت کمتری دارند و به خوبی به تغییرات قدرت میدان مغناطیسی پاسخ می‌دهند. این باعث بهبود تشخیص پیستون در فواصل بیشتر به دلیل توانایی آن در تشخیص میدان های آهنربایی ضعیف تر می شود. امکان دو سوئیچ نقاط به دلیل حساسیت بالاتر از بین می رود. علاوه بر این، حسگرها آهنرباهای مغناطیسی محوری و شعاعی را تشخیص خواهند داد. سنسورهای AMR فشرده تر از سنسورهای سوئیچ نی هستند و مقرون به صرفه هستند. نقطه ضعف سنسورهای AMR این است که آنها معمولاً به طور مداوم جریان می گیرند. برای کاربردهایی با نیازهای کم مصرف، سنسور سوئیچ نی ممکن است انتخاب سنسور مناسب تری باشد.

• سنسورهای مغناطیسی 

به روزترین فناوری سنجش میدان مغناطیسی، حسگر مغناطیسی غنی (GMR) است. در مقایسه با فناوری AMR، سنسورهای GMR حتی در مقابل وجود میدان مغناطیسی، حداقل 10 درصد واکنش شدیدتری نشان می‌دهند.یک حسگر مغناطیسی مقاومتی غول پیکر (GMR) یک حسگر مجاورت مغناطیسی حالت جامد است که وقتی یک میدان آهنربایی شعاعی یا محوری روی آن اعمال می‌شود، «روشن» می‌شود. حسگر GMR از لایه‌های متغیری از لایه‌های رسانای مغناطیسی و غیر مغناطیسی متناوب تشکیل شده است که در شکل 7 شماره‌های 2 و 3 مشاهده می‌شود.

مشابه سنسور AMR، هنگامی که یک میدان مغناطیسی به سنسور اعمال می‌شود، خواص مقاومت مدار تغییر می‌کند. به عنوان مثال، در حضور یک میدان مغناطیسی (شکل 7 شماره 1) مقاومت مدار کاهش می یابد و اجازه می دهد جریان جریان داشته باشد (شکل 7 شماره 4) و ولتاژ در مدار افزایش می یابد. هنگامی که ولتاژ در سراسر مدار از آستانه سوئیچینگ بیشتر شد، خروجی سنسور “روشن” می شود.سنسورهای GMR مزایای مشابهی با سنسورهای AMR دارند، با این حال، آنها حتی نسبت به حضور میدان مغناطیسی نیز حساس‌تر هستند.

چگونه سنسور جک مناسب را انتخاب کنیم؟

امروزه روش های گوناگونی برای انتخاب حسگر جک پنوماتیک پیشنهاد می شود که هر کدام از آن ها دارای مزایای گوناگونی می باشند. یکی از بهترین راه های موجود پرسیدن از کارشناسان مربوطه است. قابل ذکر است که برای بیشتر عملکردها، از سنسور Hall effect sensor استفاده می‌شود. این سنسورها دارای چرخه عمر و مقاومت مناسبی در برابر لرزش برای مدیریت برنامه‌های معمول می باشند.با این حال، معیارهای دیگری برای کاربردهای خاص باید در نظر گرفته شود اما به طور کل می توان گفت برای انتخاب سنسور مناسب باید موارد زیر مورد توجه قرار بگیرد:

• محیط

باید به این موضوع توجه کنیم که آیا سیلندر در معرض مقادیر زیادی لرزش یا ضربه قرار می گیرد یا خیر؟ علاوه بر این، آیا سنسور در یک محیط تمیز بسته قرار دارد یا به محفظه محافظتی بالا مانند IP67 نیاز دارد. ملاحظات دما نیز باید در نظر گرفته شود.

• سرعت سوئیچینگ

سنسورهای حالت جامد زمان سوئیچینگ سریع تری را ارائه می دهند. سنسورهای رایج حالت جامد عبارتند از سنسور : AMR و GMR.

• نوع خروجی

چه نوع سیگنال خروجی برای سیستم کنترل مورد نیاز است؟ سیگنال های خروجی PNP و NPN برای دستگاه های حالت جامد در دسترس هستند.

• ویژگی های سیگنال سوئیچینگ

قدرت سوئیچینگ و جریان مورد نیاز سیستم کنترل چیست؟ قابل ذکر است که سنسور انتخاب شده باید برای عملکرد مناسب سازگار باشد.

• نصب

چه گزینه هایی برای نصب انواع سیلندر وجود دارد؟ بسته به اینکه سیلندر پروفیلی شیاردار یا میله بند داشته باشید یا سیلندر گرد دارید، انواع نصب تغییر می کند

• حفاظت از مدار

در صورت نیاز، سنسورها می‌توانند از حفاظت‌های مداری مانند اتصال کوتاه، قطبیت معکوس و حفاظت از نوسانات استفاده کنند.

کاربرد سنسور جک

سنسور های جک پنوماتیک، برای مصارف گوناگونی به کار می روند. که یکی از اصلی ترین کاربرد های آنها، استفاده برای کنترل کورس حرکت سیلندر می باشد. به عبارتی دیگر با استفاده از این سنسور می توان میزان و سرعت حرکت سیلندر را کنترل کرد.قابل ذکر است که در سیستم های پنوماتیک از سیلندر به عنوان یکی از اساسی ترین قسمت های موجود یاد می شود. چرا که در سیستم پنوماتیک، سیلندر نقش اصلی را ایفا می کند. به همین جهت نیاز است از یک سنسور سیلندر پنوماتیک برای کنترل سیلندر استفاده شود.

مقایسه سنسورهای جک 

 

جهت مشاهده مقاله جک پنوماتیک کلیک کنید.

جهت مشاهده مقاله گیج فشار کلیک کنید.

جهت مشاهده مقاله شیرانگل کلیک کنید.

جهت مشاهده مقاله شیر کنترل جریان کلیک کنید.