بلاگ

سوئیچ القایی، سنسور بدون تماس  که در صورت مقابله با فلزات عکس العمل در آن ها مشاهده می گردد و می تواند به رله ها، شیر برقی، سیستم های اندازه گیری و مدارات کنترل الکترونیکی مانند PLC فرمان مستقیم بفرستد. این سوئیچها شامل چهار قسمت می باشند.قسمت اساسی این سوئیچها از یک اسیلاتور با فرکانس بالا تشکیل شده که می تواند توسط فلزی تحت تاثیر قرار گیرد. این اسیلاتور باعث بوجود آمدن میدان الکترومغناطیسی در قسمت حساس سنسور خواهد شد. با نزدیک شدن قطعه ی فلزی موجب ساختن جریان های گردابی در قطعه می شود و این سبب جذب انرژی میدان میگردد که نهایتاً،  دامنه اسیلاتور کاهش خواهد یافت.

ما در این مقاله تمام تلاش خود را می کنیم که در رابطه با سری و موازی کردن سنسورها و علت آن صحبت کنیم پس با ما همراه باشید تا اطلاعات مفید و مختصری در این رابطه کسب کنیم. قبل از هر چیزی باید به این موضوع بپردازیم که موازی کردن به چه دردی می خورد و چرا آن را انجام می دهند. به طور کلی موازی کردن به منظور دست یافتن به منطق  OR اتفاق می افتد. حال سوال این جا است که دلیل اهمیت این منطق چیست؟ این منطق چند امکان را فراهم می کند که از چند تجهیز برای راه انداختن یک بخش از مدار یا کلاً مدار استفاده کند. طرز کار مدارهای پلاتینی گونه است که ورودی و خروجی های چند المان را به یک دیگر وصل کنید همان طور که حدس می زنید این روش موازی کردن کار دشوار و سختی نیست و انرژی آن چنانی از شما نمی گیرد. شایان به ذکر است که سنسورهایی که دارای خروجی الکترونیک هستند کار موازی کردنشان کمی سخت تر و زمان برتر است.

سنسورهای دو سیمه

معمولاً سنسورهای دو سیمه به این شکل هستند که در هنگام خاموش و روشن شدن نشتی هایی دارند که سنسورهای موازی دچار اختلال نشود و متصل شدن بارها در آن سبب دردسر نشوند. شایان به ذکر است هنگامی که میزان تحریک سنسورها به مقدار قابل توجهی بالا برود و جریان بیش تری از آن سنسور رد شود این جریان زیاد ممکن است عمل کرد دیگر سنسورها را دچار اختلال کند. نکته ی دیگری که قابل اهمیت است و شاید بیان کردن آن خالی از لطف نباشد این است که اگر محل تغذیه سنسوری در حین کار کردن قطع شود باید سنسور به طور کامل خاموش شود در غیر این صورت سنسور مد نظر اجسام را تشخیص نمی دهد. دقت کنید که اگر این سنسور تحریک شده خاموش شود  کار کرد دیگر سنسورها که به آن وصل هستند دچار مشکل می شود و ممکن است روشن شدن مجدد آن ها با کمی تأخیر انجام شود حتی در مواردی نیز فرمان اشتباهی صادر می کنند پس در حین موازی کردن سنسورها به این نکات ریز اما حیاتی توجه کنید.

سنسورهای سه سیمه

موازی کردن سنسورهای سه سیمه ای که منبع تغذیه ای متناوب دارند به دلایل زیادی توصیه نمی شود زیرا ممکن است اختلال هایی اسیلاتور به وجود بیایند اما شایان به ذکر است که موازی کردن سنسور سه سیمه مستقیم هیچ گونه مشکلی ندارد حتی این سنسورها قابلیت این را دارند که ۲۰ یا حتی ۳۰ سنسور را موازی کنند. در حین موازی کردن سنسورهای سه سیمه باید به نکات بسیاری توجه کنید و در حین موازی کردن سنسورها به آن ها توجه کنید.

• ممکن است جریان های زیادی در سنسور بر روی یک دیگر جمع شوند پس نتیجه ی کار این می شود که روی بار می نشینند اما میزان این بار آن قدری نیست که بار را تحریک کند و یا این که تحریک کند.
• اگر سنسور Open collector  باشد موازی کردن آن با هیچ مشکلی روبرو نمی شود.
• دیودهایی که در قسمت خروجی سنسورها وجود دارند سبب افزایش جریان سنسور شده و مصرف سنسور غیر فعال را حذف می کند.
• لازم به ذکر است که اگر دیود خروجی خود یکی از اعضای سنسور باشد دیگر نیازی به دیود اضافی نیست.
• دیودها در قسمت خروجی سنسورها سبب می شوند که LED ها و نمایشگرها از کار بیفتند

نحوه موازی کردن سنسور ها

جهت موازی کردن سنسور ها و تحریک پذیری همزمان دو سنسور دزدگیر. در صورت تحریک همزمان دو چشم الکترونیک زون تحریک گردد این روش برای پایین اوردن حساسیت چشم های الکترونیک استفاده می گردد.

سری کردن المان های دیجیتال چگونه است

سری کردن المان های دیجیتال نیز هدف های خاص خود را دارد و هدف اصلی این کار این است که به مناطق AND دست یابند. نکته ی قابل توجه در رابطه با سری کردن المان های دیجیتال این گونه است که برای راه اندازی آن باید کل مدار یا حداقل بخشی از آن همکاری کنند این به این معنا است که هنگامی که یک فرمان صادر می شود تمام بخش ها با یک دیگر فعال و یا حتی غیر فعال می شوند.

شایان به ذکر است که اگر این المان ها پلاتین باشند کار موازی کردن آن ها دشوار نیست و فقط کافی است قسمت خروجی المان های اول به قسمت ورودی المان های بعدی متصل کنید.  سری و موازی کردن سنسورهای المان های دیجیتال نیز نیازمند رعایت یک سری اصول است. هنگام سری و موازی کردن این سنسورها اگر تمام  سنسورها یک سی خصوصیت و ویژگی یکسان داشته باشند ولتاژ را به تعداد مساوی تقسیم می شود. شایان به ذکر است که در سری کردن سنسورها هر سنسور که در مدار ۷ تا ۵/۲ ولت افت دارد.

نصب چشمی دزدگیر در کجا مشکل خواهد ساخت؟

به طور کلی تلفن کننده های کارتی به دلیل داشتن سیگنال های رادیویی ما بین دستگاه و شبکه مخابرات باعث ایجاد اختلال در عملکرد سنسور می گردند.به همین علت باید توجه داشت که نصب چشمی دزدگیر در کنار تلفن کننده های سیم کارتی انجام نگیرد.

یا در صورت نصب با فاصله مناسب بین دستگاه و تنظیم دقیق چشمی می توان از بروز این مشکل پیشگیری نمود، حرارت ایجاد شده از نور خورشید و یا سیستم گرمایشی محیط از جمله بخاری ها در اغلب موارد باعث تحریک چشمی خواهد شد . پس سعی داشته باشید  نصب سنسور مقابل پنجره های با نور زیاد خورشید و یا چراغ های پر نور صورت نگیرد.

سنسور چشمی کجا نباید نصب شود

دقت داشته باشید هنگام نصب سنسور ها بر روی دیوار کاذب و یا ستونهای با استحکام کم انجام نشود زیرا با کوچکترین لرزش ، مستقیم باعث تحریک و آلارم بی مورد خواهد شد ممکن هست پرواز حشرات و پرندگان باعث تحریک گردد، عبور موش ها نیز باعث به صدا در آمدن آلارم می شود.از قرار دادن چشم دزدگیر در محل تردد حیوانات بپرهیزید. در محیط های بیرونی مثل حیاط ها و پارکینگ ها نباید چشمی ها را نصب نمود.

برخی نکات که در سری کردن سه سیمه ها باید به آن توجه شود

علت اصلی سری کردن و موازی کردن سنسورها طراحی مدار فرمان ساخت است. در سری کردن سه سیمه میزان جریان های خروجی سنسورها به مقدار چشم گیری بالا می رود. این جریان ها حاصل جمع جریان بار و جریان مصرف سنسور بعدی است. شایان به ذکر است که سنسورهای بالایی هستند که منبع تغذیه سنسورهای پایینی محسوب می شوند و این کار سبب ایجاد تأخیرهایی در آن به وجود می آید که باید به آن توجه کنید. یکی از این نکات که باید آن دقت کنید این است که چراغ های LED در این سری کردن و موازی کردن سنسورها تضمین نمی شود.

در سری و موازی کردن سنسورها و علت آن باید این نکته را خدمت شما عرض کنیم که هدف اصلی از سری کردن سنسورها طراحی مدار فرمان ساخت است. دقت کنید که این کار سری کردن و موازی کردن سنسورها مزیت های بسیار زیادی دارد اصلی ترین مزیت های این کار این است که استفاده از کنترلرها کم می شود چون ورودی ها کمتر اشغال می شوند‌. این اشغال کمتر باعث می شود هزینه های نصب و برنامه نویسی کمتر شود. این کار مزیت های بی شمار دیگری نیز دارد.

ولتاژ در مدار سری:

وقتی ظرفهای خالی رو شمردیم تعدادشون با موقعی که از باتری راه افتادیم یکی بود، یعنی ولتاژی که از باتری می‌گیریم برابر است با مجموع ولتاژ هایی که به هر لامپ دادیم، پس:
ولتاژ کل = ولتاژ باتری اول + ولتاژ باتری دوم + ولتاژ باطری سوم

جریان در مدار سری:

ما از کنار تمام لامپ‌هایی که در یک مسیر باشن، با سرعت یکسان رد میشیم، یادمون باشه اگر مجبور باشیم به سمت یک قطعه بپیچیم سرعت حرکت، کمتر میشه. اینجا هر سه تا لامپ توی یه مسیر هستن پس:

(شدت) جریان کل =  جریان لامپ اول = جریان لامپ دوم = جریان لامپ سوم

یعنی لامپ‌های اول، دوم و سوم ما همگی یک جریان یکسان دارند که اون جریان، جریان کل ما هم است. منظورمون از جریان لامپ اول اینه : سرعت حرکت یا شدت جریان الکترون‌ها، وقتی که از لامپ اول رد میشن، در واقع جمله رو خلاصه کردیم.

 در دنیای امروزه تقریباً تمام فعالیت های انسان به صورت خودکار انجام می شود (یعنی ماشینی شدن کارها، یا همان اتوماسیون)  عملکرد سنسورها و قابلیت اتصال آنها به دستگاه های مختلف از جملهPLC  باعث شده تا سنسور بخشی از اجزای جدا نشدنی دستگاه کنترل اتوماتیک باشد.

سنسور چیست؟

 سنسور (sensor)  به معنی حس کننده و از کلمه ی sens به معنی حس کردن اتخاذ شده، سنسور گونه‌ای مبدل است. سنسور می تواند کمیت هایی مانند فشار، حرارت، رطوبت، دما، و غیره را به کمیت های الکتریکی پیوسته (آنالوگ) یا غیرپیوسته (دیجیتال) تبدیل کند. همیشه در علم الکترونیک این نکته وجود دارد که برای این که بتوان الکترونیک را در هر جایی مورد ‫استفاده قرار داد، باید پدیده ها را به زبان ولتاژ و جریان تبدیل کرد. سنسورها  برای همین موضوع ساخته ‫شده اند. سنسورها در انواع دستگاه های اندازه گیری، سیستم های کنترل آنالوگ و دیجیتال مانند PLC مورد استفاده قرار می گیرند. عملکرد سنسورها و قابلیت اتصال آنها به دستگاه های مختلف از جمله PLC باعث شده است که سنسور بخشی از اجزای جدا نشدنی دستگاه کنترل اتوماتیک باشد.

سنسورها در انواع مختلف بسته به  موارد مورد نیاز در دسترس است. نکته ی مهم این که همه ی سنسورها ‫پدیده مورد بررسی را به یک سیگنال الکتریکی تبدیل می کنند یا این که بر سر راه یک مدار بسته می شوند. سنسورها بر اساس نوع و وظیفه ای که برای آنها تعریف شده است اطلاعات را به سیستم کنترل کننده می فرستند و سیستم طبق برنامه تعریف شده عمل می کند .سنسورها به عنوان اعضای حسی یک سیستم، وظیفه ی جمع آوری و تبدیل اطلاعات به صورتی که برای یک سیستم کنترل و با اندازه گیری قابل تجزیه و تحلیل باشد به عهده دارند. آنها اطلاعات مختلف از وضعیت اجزای متحرک سیستم را به واحد کنترل ارسال نموده و باعث تغییر وضعیت عملکرد دستگاه ها می شوند.

به طور کلی سنسور المان حس کننده ای است که کمیت های فیزیکی همانند: فشار، حرارت، رطوبت، دما، و غیره ‫را بررسی کرده و در دستگاه های اندازه گیری، سیستم های کنترل آنالوگ و دیجیتال مانند PLC  مورد استفاده قرار می گیرند. عملکرد سنسورها و قابلیت اتصال آنها باعث شده است که سنسور ‫بخشی از اجزای جدا نشدنی دستگاه کنترل اتوماتیک باشد. سنسورها اطلاعات مختلف از وضعیت اجزای ‫متحرک سیستم را به واحد کنترل ارسال نموده و باعث تغییر وضعیت عملکرد دستگاه ها می شوند.

اکثر سنسورهایی که امروزه مورد استفاده قرار می گیرند، در واقع قادر به برقراری ارتباط با دستگاه الکترونیکی است که در حال اندازه گیری و ضبط است. امروزه  می توان سنسورها را در طیف گسترده ای از دستگاه های مختلفی که به طور مرتب استفاده می شود، پیدا کرد. در زندگی روزمره از sensor  استفاده های متعددی می شود. صفحه نمایش لمسی که در گوشی خود دارید شامل این سخت افزار مهم است.

سنسورها در مدل های مختلفی تولید و روانه ی بازار شده و با توجه به نیاز مشتری در اختیار آنها قرار می گیرد. برای انتخاب یک سنسور مناسب باید مواردی همچون: روش کار، شرایط محیط، نوع خروجی، مشخصه ها، نوع مدار فرمان و موارد ضروری دیگر را مورد بررسی قرار دهیم. زمانی که قصد خرید سنسور را داریم، ابتدا باید این سوال ها مورد بررسی قرار گیرد که: آیا سنسور باید با قطعه ی مورد نظر تماس داشته باشد یا خیر؟ آیا محل و روش نصب و شکل ظاهری آن تعیین شده است؟ قرار است سنسور برای اندازه گیری یا تشخیص چه کمیت و جسمی مورد استفاده قرار گیرد؟ محل مناسب برایbچگونه جایی است و این محل از نظر آلودگی و محیطی به چه صورت است و موارد دیگر.

یک سنسور خوب باید: از حساسیت کافی برخوردار باشد، درجه ی بالای دقت و قابلیت تولید دوباره ی خوب و دارای درجه ی بالای خطی و درجه ی بالای پایداری بوده و قابل اطمینان باشد، گستره دینامیکی خوب، عدم حساسیت به تداخل،  تأثیرات محیطی، امید به زندگی طولانی و جایگزینی بدون مشکل از دیگر ویژگی های یک سنسور خوب است.

*انواع مختلف سنسورها :

 سنسورها در رده های مختلفی طبقه بندی می شوند که در زیر به آنها اشاره می کنیم:

1- از نظر ابزار تشخیصی استفاده شده در سنسورها به دو گروه تماسی و غیر تماسی دسته بندی می شوند:

-  سنسور تماسی:

این نوع سنسورها در اتصالات مختلف محرک‌ها مخصوصاً در عوامل نهایی یافت می‌شوند و به دو بخش قابل تفکیک‌اند. سنسورهای تشخیص تماس و سنسورهای نیرو - فشار

- سنسورهای بدون تماس:

سنسورهای بدون تماس به سنسورهایی گفته می شود که با فاصله از جسم و بدون اتصال به آن عمل می کند، به عنوان مثال وقتی که یک قطعه به آن نزدیک می شود وجود آن را حس کرده و فعال می شوند. این عمل می تواند باعث جذب یک رله، کنتاکتور و یا ارسال سیگنال الکتریکی به طبقه ورودی یک سیستم شود.

2- از نظر نوع خروجی به دو گروه آنالوگ و دیجیتال طبقه بندی می شود:

- سنسورهای آنالوگ:

سیگنال خروجی این نوع سنسورها از نوع آنالوگ است. یعنی یک سیگنال خروجی مداوم نسبت به مقدار اندازه گیری شده است. یک سیگنال آنالوگ مقداری پیوسته در زمان است که نوعی از اطلاعات را منتقل می‌کند.

- سنسورهای دیجیتال:

سیگنال خروجی این سنسورها از نوع دیجیتال است. این سنسور‌ها دارای انواع مختلفی است که هر کدام از آنها دارای ساختمان و عملکرد خاص خود است.

3-  از لحاظ احتیاج به منبع خارجی  در مدل های  passive و  active.  

سنسورهای فعال به دسته ای از سنسورها گفته می شود که نیاز به یک سیگنال محرک خارجی یا سیگنال قدرت دارند. از سوی دیگر سنسورهای منفعل، هیچ سیگنال قدرت خارجی را نیاز ندارند و به طور مستقیم پاسخ خروجی تولید می کنند. نوع دیگری از طبقه بندی بر حسب نوع استفاده سنسور در ابزار های شناسایی اعم از برق، بیولوژیکی، شیمیایی، رادیواکتیو و غیره مطرح می شود.

4- از لحاظ نوع تغذیه به AC  و  BC

سنسور القایی که زیر مجموعه سنسورهای مجاورتی قرار می‌گیرد، برای تشخیص اجسام فلزی به کار می‌رود و حضور جسم غیر فلزی را تشخیص نمی‌دهد. به سنسور القایی، سنسور حساس به فلز یا سنسور الکترو مغناطیسی هم گفته می‌شود. سنسورهای القایی AC و DC رسا برد با ویژگی‌های فنی و ظاهری متفاوتی تولید می‌شوند که به هنگام خرید باید به آنها توجه کرد.

مشخص کردن جسم مورد سنجش و نوع کمیت از مهمترین و ابتدای ترین نکته در انتخاب سنسور است. در سنسورها نوع مواد تشکیل دهنده، نوع تغذیه، اندازه گیری موادی همچون: سرعت، حرارت، سطح مایعات، سطح جامدات. توجه به محل نصب، همجواری با سنسورهای دیگر، خروجی سنسورها، مشخصه ی کاری سنسور و غیره از مهمترین موارد انتخاب سنسور با کیفیت و مناسب با استانداردهای جهانی است. در ادامه به طور مختصر به این موارد می پردازیم:

از سنسور مادون قرمز بدون حساسيت به نور محيط می توان هم برای تشخیص وجود مانع استفاده کرد و هم برای تشخیص رنگ سیاه از سفید. فرستنده و گیرنده مدار را می توان رو به روی هم قرار داد که با این کار اگر مانعی در بین این دو باشد تشخیص داده می شود و هم می توان هر دو را کنار هم قرار داد.

از لحاظ فاصله‌ای که سنسورها باید با هدف مورد نظر داشته باشند به سه قسمت سنسور تماسی، سنسورهای مجاورتی و سنسورهای بدون تماس تقسیم می‌شوند. سنسور تماسی در اتصالات مختلف محرک‌ها مخصوصاً در عوامل نهایی یافت می‌شوند و به دو بخش قابل تفکیک‌اند. سنسورهای نوری، القایی و خازنی از این نوع است.( سنسورهای القایی فقط اجسام رسانی مغناطیسی را حس می کنند و قدرت آشکارسازی جسم آنها به اندازه دامنه میدان تولید بستگی دارد). سنسورهای مجاورتی مشابه سنسورهای تماسی است، اما در این مورد برای حس کردن لازم نیست حتماً با شیء در تماس باشد. 

عموماً این سنسورها از نظر ساخت از نوع پیشین سخت تر است ولی سرعت و دقت بالاتری را در اختیار سیستم قرار می‌دهند. سنسورهای بدون فاصله از جسم و بدون اتصال به آن عمل می کند؛ مثلاً نزدیک شدن یک قطعه وجود آن را حس کرده و فعال می شوند. این عمل می تواند باعث جذب یک رله، کنتاکتور و یا ارسال سیگنال الکتریکی به  طبقه ورودی یک سیستم گردد. در انتخاب سنسور دیجیتال، نوع مواد تشکیل دهنده دارای اهمیت فراوانی است.

با توجه به محل نصب، سنسورها در مدل های مختلفی همچون: استوانه ای، شیاردار، مکعبی، حلقه ای و غیره در اندازه های مختلف تولید می شود. شکل ظاهری سنسور به غیر از محل نصب به فاصله و مواد تشکیل دهنده ی جسم هم بستگی دارد. سنسور نوع استوانه ای و مکعبی برای محل هایی مناسب است که فاصله کم باشد و امکان برخورد جسم با قسمت حساس سنسور وجود دارد. از سنسور مدل شیار دار یا حلقه ای برای مشخص کردن وضعیت اجسام که دارای شرایط و سرعت خاص هستند استفاده می شود.

خروجی سنسورها با توجه به نقش سنسور در مدار فرمان انتخاب می شود. این خروجی در مدل های مختلفی مانند: ولتاژی، جریانی،  پالس، تحت شبکه و قطع و وصل به صورت نرمال بسته، قطع و وصل به صورت چنج آور و قطع و وصل به صورت نرمال باز  وجود دارد.

* برای استفاده از سنسورها دو روش وجود دارد:

- حس کردن استاتیک: 

در این روش محرک‌ها به صورت ثابت قرار دارند و حرکت‌هایی که انجام می شود بدون مراجعه لحظه‌ای به سنسورها صورت می‌پذیرد.

- حس کردن حلقه بسته:

 در این روش بازوهای ربات در طول حرکت با توجه به اطلاعات سنسورها کنترل می‌شوند. بیشتر سنسورها در سیستم‌های بینا از این مدل است.

* انواع سنسورها

 طبق المان سنسور، سنسورها را می‌توان بسته به نحوه کارکردشان به گروه‌های مختلفی طبقه‌بندی کرد. به عبارتی سنسورها می‌توانند خواص فیزیکی از قبیل تغییر در مقاومت الکتریکی، تغییر در ظرفیت خازن، القای الکتریکی، اثر ترمو الکتریکی، اثر پیزو الکتریک، اثر فتوالکتریک، اثر هال را اندازه بگیرند. یک تاکومتر که از دو آهنربا و یک سنسور اثر هال تشکیل شده است.

سنسورها همچنین می‌توانند بر اساس پدیده ی فیزیکی که اندازه می‌گیرند نیز طبقه‌بندی شوند. برای مثال: سنسور موقعیت سنسورهایی است که اندازه‌گیری موقعیت را می سنجد، مانند: لیمیت سوئیچ ها، سنسورهای مجاورتی، پتانسیومترهای خطی یا دورانی، اینکودر، سونار. انواع دیگر آن: سنسور مادون قرمز، سنسورهای ترموکوپل و دما، سنسور فراصوت، سنسور ژیروسکوپ و شتاب‌سنج، سنسور فشار، سنسور اثر هال، لودسل، سنسور نور، سنسور رنگ، سنسور تاچ لمس، سنسور ویبره و دتکتور حرکت  PIR، دتکتور فلز، سنسور ضربان و جریان آب، سنسور سطح و جریان، سنسور دود، مه، گاز، اتانول و الکل، سنسور باران و رطوبت خاک و سنسور رطوبت.

کاربرد این سنسورها در صنعت شامل موارد زیر است :

- شمارش تولید : سنسورهای القائی، خازنی و نوری

- کنترل حرکت پارچه و غیره : سنسور نوری و خازنی

-تشخیص پارگی ورق : سنسورنوری

- کنترل سطح مخازن : سنسور نوری و خازنی و خازنی کنترل سطح

- کنترل انحراف پارچه : سنسور نوری و خازنی

- اندازه گیری سرعت : سنسور القائی و خازنی

- کنترل تردد : سنسور نوری

-اندازه گیری فاصله قطعه : سنسور القائی آنالوگ

لغت پیزوالکتریک از واژه‌‌های یونانیِ پیزو (Piezo) به معنای فشار یا  فشردن و الکتریک (Electric) به معنی کهربا یا برق (منبعی از بار الکتریکی) گرفته شده است. واژه‌ی پیزوالکتریک به معنای الکتریسیته‌ای ناشی از فشار است. پیزوالکتریک یعنی حضور پتانسیل الکتریکی در دو سر یک کریستال، وقتی که با فشردن آن، یک فشار مکانیکی به آن وارد می‌شود.

در سیستم واقعی، کریستال مانند یک باتری کوچک عمل می‌کند و در یک سمت دارای بار مثبت و در سمت دیگر دارای بار منفی است. برای کامل شدن مدار، دو طرف به هم وصل شده و جریان از آن عبور می‌کند. در واقع پیزوالکتریک‌ها موادی است که در صورت به کار بردن فشار یا تنش به آنها، بار الکتریکی در سطوح خاصی از آنها ظاهر می‌شود.

این پدیده، اثر پیزوالکتریک مستقیم نام دارد که یک فرآیند قابل‌ برگشت است. یعنی به‌طور معکوس هرگاه ماده‌ای با این خاصیت، در یک میدان الکتریکی واقع شود، ابعاد آن تغییر می‌کند. در صورت وارون شدن جهت اعمال تنش یا فشار، جهت قطبش بارهای الکتریکی نیز معکوس می‌شود. با فشرده کردن یک ماده پیزوالکتریک، الکتریسیته (پیزوالکتریسیته) تولید می‌‌کند.

در پیزوالکتریک انرژی ها به یکدیگر تبدیل می شوند، به همین دلیل می توان از آن به عنوان سنسور (حسگر) بسیار حساس استفاده کرد. این ویژگی به آنها اجازه می دهد به عنوان حسگرهای مکانیکی عمل کنند. به خاطر این که آنها در پاسخ به فشار مکانیکی جریان الکتریکی تولید می کنند. در پیزوالکتریک ها، تغییرات فشار باعث تولید ولتاژ و تغییر آن می شود. به عبارت دیگر ضربات وارد شده ناشی از فشار باعث تولید ولتاژ می شوند.

* تاریخچه

در سال 1880 دو برادر و دانشمند فرانسوی، «ژاک کوری» (Jacques Curie) و «پیر کوری» (Pierre Curie) اثر پیزوالکتریک (تولید پتانسیل الکتریکی در پاسخ به دما) را کشف کردند. آنها با آزمایش های خود و شناخت ساختار کریستالی، رفتار کریستال های پیزو الکتریک را پیش بینی کردند. نتایج آزمایش های این دو نفر موجب شد تا اطلاعات زیادی در مورد کریستال هایی همچون: کانی شکر، کوارتز، تورمالین، نمک راچل و غیره به دست بیاید. برادران کوری برای اولین بار فهمیدند که فشار وارد شده به کوارتز یا حتی برخی از بلورهای خاص باعث ایجاد بار الکتریکی در آن ماده خاص می‌‌شود. این پدیده ی عجیب و علمی بعدها به عنوان «اثر پیزوالکتریک» شناخته شد.

 آنها بلافاصله اثر پیزوالکتریک معکوس را نیز کشف کردند. آنها دریافتند که به کار بردن میدان الکتریکی به سطوح بلور منجر به تغییر شکل و بی‌‌نظمی سطح آن می‌‌شود. این پدیده که برعکس اثر پیزوالکتریک مستقیم است، اثر پیزوالکتریک معکوس نامیده می‌‌شود. در طول دهه های بعدی نیز تحقیقات زیادی در این زمینه انجام گرفت. لانگوین ات آل” شخصی بود که در طول جنگ جهانی اول موفق به ساخت مبدل التراسونیک پیزوالکتریکی شد. این موفقیت او موجب شد تا از مواد پیزوالکتریکی در کاربردهای زیر آبی استفاده شود.

امروزه، پیزوالکتریسیته در بسیاری از وسایل الکترونیکی کاربرد دارد. مثلاً زمانی که از چند نوع نرم‌‌افزار تشخیص صدا یا حتی سیری (Siri) روی گوشی هوشمند استفاده می‌‌شود یا زمان استفاده از یک میکروفون، ممکن است از پیزوالکتریسیته استفاده ‌‌شود. در حقیقت، بلور پیزو، انرژی صوتی صدا را تغییر می‌‌دهد و آن را به سیگنال‌‌های الکتریکی تبدیل می‌‌کند تا برای کامپیوتر یا تلفن همراه قابل فهم باشد.

تمام این کارها با پیزوالکتریسیته امکان پذیر است. همچنین تولید اختلاف پتانسیل الکتریکی در برخی بلورهای نارسانا مثل (کوارتز) تحت کشش یا فشار همان اثر پیزوالکتریک است. پلاریته پتانسیل دو وجه بلور در دو حالت تنش و کُرنش هم ارز بوده و هر چقدر میزان فشار کشش باشد، اختلاف پتانسیل تولید شده به صورت خطی  نیز بیشتر خواهد شد. اثر معکوس پیزوالکتریک نیز در این معنی، تغییر شکل بلور میزان الکتریکی بین دو وجه روبروی آنها است

مواد دارای پیزوالکتریک :

مواد پیزوالکتریک به موادی گفته می شود که به واسطه ی فشار مکانیکی، می‌‌توانند الکتریسیته تولید کنند. همچنین هنگامی که اختلاف پتانسیل الکتریکی (الکتریسیته) به آنها وارد می‌‌شود، شکل این مواد عوض می شود. مواد بسیاری وجود دارند که به صورت طبیعی و ذاتی و یا به دست بشر این خاصیت را دارند.

تمام مواد پیزوالکتریک نارساناست و می‌‌توان آنها را به در دو گروه بلورها و سرامیک‌‌ها جدا کرد. سرامیک های پیزوالکتریک، پلیمرهای پیزوالکتریک و کامپوزیت های پیزوالکتریک سه نوع ماده پیزوالکتریک است که به طور عمده در عمل استفاده می شوند.

نمک راشل با نام علمی پتاسیم سدیم تارترات که در میکروفن های قدیمی استفاده می شد خاصیت پیزوالکتریک دارد. کوارتز و یا كوارتز كريستالی، در انواع كريستال طبيعی با كيفيت بالا و حتی تغيير يافته آن، از جمله مهمترين مواد پيزو‌الكتريک مورد دسترس، حساس و پايدار است.

از دیگر مواد طبیعی دارای اثر پیزوالکتریک می توان به: پروتیین های حیاتی، برلینیت، نیشکر، زبرجد هندی، مواد معدنی گروه تورمالین، مواد طبیعی (استخوان، تاندون، ابریشم، چوب، مینای دندان، عاح دندان). کریستال های دست ساز ( گالیم ارتوفسفاته، لانگاسیت )، سرامیک های دست ساز(تیتانات باریم، سرب تیتانات، تیتانات زیرکونات سرب، نیوبات پتاسیم، نیوبات لیتیم ، لیتیم تانتالات، سدیم تنگستات، این مواد مصنوعی، اثر قابل توجهی نسبت به کوارتز و سایر مواد پیزوالکتریک طبیعی دارند. 

این ماده از دو عنصر شیمیایی سرب و زیرکونیوم و یک ترکیب شیمیایی به نام تیتانات در دماهای بالا ساخته و تولید می‌‌شود. معمولاً برای ساخت مبدل‌‌های فراصوت، خازن های سرامیکی و سایر سنسورها و محرک‌‌ها از PZT استفاده می شود.) پیزوسرامیک‌های بدون سرب (نیوبات پتاسیم سدیم ، بیسموت فریت، نیوبات سدیم) و پلیمرها اشاره کرد.

اثر پیزوالکتریک (Piezoelectric Effect) :

اثر پیزوالکتریک یک فرآیند قابل‌ برگشت است، قابلیت برخی از مواد و کریستال هاست برای تبدبل انرژی مکانیکی به انرژی الکتریکی و تبدیل انرژی الکتریکی به مکانیکی. مثلاً، وقتی که در ساختار استاتیک کریستال های تیتانات حدود 0.1 درصد تغییر شکل ایجاد شود، اثر پیزوالکتریک قابل توجهی تولید می کنند. در مقابل، همین کریستال های مشابه، هنگامی که در معرض یک میدان الکتریکی قرار گیرند، ساختار آنها حدود 0.1 درصد تغییر می کند.

 اثر پیزوالکتریک معکوس در تولید امواج فراصوت، در بسیاری از برنامه های کاربردی که شامل تولید و تشخیص صدا، تولید ولتاژ بالا، تولید فرکانس الکترونیکی، عدم تعادل میکرو، تکنیک های علمی ابزار با وضوح اتمی، مانند میکروسکوپ پروب اسکن، در برنامه های روان شناختی، در منبع اشتعال برای فندک های سیگار، استفاده می شود.

اثر پیزوالکتریک به دلیل تولید الکتریسیته، همانند یک باتری کوچک عمل می‌‌کند (اثر پیزوالکتریک مستقیم). در میکروفون ها، حسگرهای فشار، هیدروفون‌‌ها و بسیاری از دیگر انواع وسایل حسگر، از اثر پیزوالکتریک مستقیم استفاده می‌‌شود.

- در زیر به توضیح چند نمونه می پردازیم

- تحلیل‌گر فشار مکانیکی:

زمان ساخت سازه ها، تحلیلگر فشار برای ستون‌ها به کار می رود و در آن ولتاژ تولیدی توسط فشار اندازه‌گیری شده و فشار مربوطه محاسبه می‌شود.

- فندک:

در فندک های با سوخت گاز و فندک‌های سیگار از اثر پیزوالکتریک استفاده می‌شود. نیرویی توسط ماشه بر روی ماده‌ی داخلی به کار گرفته شده و یک پالس الکتریکی تولید می‌شود.

* اثر پیزوالکتریک معکوس

اثر پیزوالکتریک می‌‌تواند به صورت برعکس نیز رخ دهد. زمانی که یک میدان الکتریکی بر روی ترمینال‌های کریستال اعمال می‌شود، فشار مکانیکی احساس شده و شکل آن تغییر می‌کند. در واقع، می‌‌توان با اعمال اختلاف پتانسیل الکتریکی به بلور پیزوالکتریک، آن را منقبض یا منبسط کرد، در این صورت، انرژی الکتریکی به انرژی مکانیکی تبدیل می‌‌شود. مثلاً در بسیاری از کاربردها، مانند نشانگر دنده‌ی عقب خودرو، کامپیوترها و غیره، از زنگ استفاده می‌شود.

مقدار مشخصی ولتاژ با دامنه و فرکانس مشخص به کریستال اعمال می‌شود و باعث می‌شود کریستال بلرزد. این ویبراسیون به صدا تبدیل می‌شود. استفاده از اثر پیزوالکتریک معکوس می‌‌تواند به توسعه ابزاری کمک کند که امواج صوتی تولید می‌‌کنند. بلندگوها یا زنگ اخبارها، نمونه‌‌هایی از ابزار صوتی پیزوالکتریک است.

مزیت چنین بلندگوهایی این است که بسیار نازک بوده و باعث می‌‌شوند در گستره‌‌ تلفن‌‌ها مورد استفاده قرار گیرند. در مبدل‌‌های فراصوت پزشکی و سونار (ردیاب صوتی) نیز از اثر پیزوالکتریک معکوس استفاده می‌‌شود. موتورها و محرک‌‌ها نیز از جمله ابزارهای غیرصوتی است که در آنها اثر پیزوالکتریک معکوس از اهمیت بالایی برخوردار است.

کاربرد پیزوالکتریک :

در چند سال گذشته، کاربرد مواد پیزوالکتریک بیشتر در سنسور، مبدل و محرک دیده می شد. پیزوالکتریک در ساخت سنسورهای مختلفی از جمله: هوا و فضا، بالستیک، بیومکانیک، تست موتورها، مهندسی، صنعت و کارخانه ها کاربردی است. در عصر جدید بیشترین کاربرد پیزوالکتریک ها در صنعت است.

همچنین تقاضای زیادی در زمینه های پزشکی، اطلاعات و ارتباطات وجود دارد. بزرگترین گروه برای دستگاه های پیزوالکتریک، پیزوکریستال ها و پیزوپلیمرها است و به خاطر وزن کم و اندازه کوچک که در حال رشد است. پیزوالکتریک کاربردهای دیگری مانند تولید و تشخیص صدا، تولید ولتاژهای بالا، تولید فرکانس الکترونیکی، میکروبالانس ها و نازل مافوق صوت نیز دارند.

پیزوالکتریک در استفاده های روزمره مانند: منبع احتراق فندک و ساعت های کوارتز، در تولید ولتاژ و جرقه با ولتاژ بالا (جرقه)، در تولید بیوسنسورهای پزشکی، در تولید میکروبات های ریز و موتورهای در مقیاس کوچک، استفاده از نانوذرات پیزو الکتریک در ایجاد خواص الکتریکی یک سطح، سونار، محرک‌‌های پیزوالکتریک و درایورهای پیزو کاربرد دارد. 

مبدل پیزوالکتریک :

وسیله‌ای که یک نوع انرژی را به نوع دیگر تبدیل می‌کند، مبدل پیزوالکتریک نام دارد. کاربرد مبدل‌های پیزوالکتریک در تست‌های غیر‌ مخرب و در بسیاری از موارد که نیاز به اندازه‌گیری دقیق در حرکت یا نیرو دارند، است. در مبدل پیزوالکتریک، اثر پیزوالکتریک به صورت برعکس عمل می‌کند. در این روش ولتاژی در ماده‌ی پیزوالکتریک به کار برده می‌شود که باعث تغییر شکل در ماده‌ی پیزوالکتریک می‌ شود. تغییر شکل این چنینی که می‌تواند به صورت کشش یا فشار باشد، متناسب با ولتاژ به کار رفته است.

وابستگی مواد پیزوالکتریک به دما :

در مواد دارای گشتاور دو قطبی دائم، اثر پیزوالکتریک و فرو الکتریک وجود دارد. چون ممکن است گشتاور دو قطبی دائم، حداقل دارای دو جهت باشد، احتمال دارد، بتواند واکنش های داخلی را به حداقل برساند. موادی دارای گشتاور دو قطبی دائم، اغلب در دماهایی که دارای ساختار تقارنی بالاتری است، می گذرد.

با افزایش دما به سمت نقطه کور (نقطه کور نامی است که برای این دما در نظر گرفته شده است)، اثر پیزوالکتریک نیز به شدت افزایش پیدا می کند و با هم رابطه مستقیم دارند. در بسیاری از مواد از جمله سرامیک ها، تک بلورها، مواد مرکب و سایر موارد، پیزو الکتریک دیده می شود. از مواد تک بلوری پیزوالکتریک، می توان به کوارتز اشاره کرد، کوارتز دارای پایداری دمای نسبتاً خوبی است.

سنسور پیزوالکتریک (Piezoelectric sensor) :

سنسوری که از اثر پیزوالکتریک استفاده کرده و تغییرات شتاب، کشش، فشار و نیرو را با تبدیل آن به بار الکتریکی اندازه‌گیری ‌کند، سنسور پیزوالکتریک نامیده می شود. سنسور پیزوالکتریک قادر است با استفاده از اثر پیزوالکتریک مستقیم، اطلاعات را از محدوده‌ی مکانیکی به یک سیگنال الکتریکی قابل پردازش تبدیل کند. سیگنال الکتریکی تولید شده پس از اعمال اولیه‌ی نیرو، به سرعت کاهش می‌یابد.

 کارکرد سنسور پیزوالکتریک :

سنسور پیزوالکتریک در صنعت، در سنسورهای ضربه‌ی موتور، سنسورهای فشار، تجهیزات زیردریایی، در دستگاه ‌های موسیقی، مانند: پیک‌آپ‌ها و میکروفن، در دستگاه‌های الکتریکی مانند: پرینتر ماتریس نقطه‌ای، پرینتر لیزری، اسپیکر پیزو، زنگ، رطوبت‌سازها، در انژکتورهای سوخت دیزل، تنظیم نوری، پاکسازی فراصوت و جوشکاری استفاده می‌شود.

‌ سنسورهای پیزو الکتریک در پزشکی نیز مورد استفاده قرار می گیرد. سنسورهای پیزو الکتریک در بخش مراقبت های پزشکی از پیزو سرامیک ها  در مبدل تصویرگری های تشخیصی و مـانـیـتـورهای  fetal heart مورد استفاده قرار می گیرند که هزینه پایین و ایمنی بالا نشان کارایی این فرآورده است. در تفنگ های لیزری برای درمان آب مروارید چشم، چاقوهای کوچک جراحی و کـالبـدشکـافـی، پـاک کننـده‌هـای دنـدانـی، پمـپ هـای  IV و پمپ های قلب  استفاده می شود. مبدل‌های کوچک که در مجاری خون جهت ثبت تغییرات متناوب ضربان قلب بیمار قـرار داده می شوند نیز از سنسورهای پیزوالکتریک ساخته می شوند.

همچنین از ایـن سنسـورهـا در تـولیـد امـواج فـراصـوت استفاده می شود. امواج در بافت‌های بدن به صورت طولی منتشر می شوند از روش های تولید امواج فراصوت به صورت طولی، روش پیزوالکتریسیته است. اثر پیزو الکتریسیته در بلورهای بدون تقارن وجود دارد. بلور کوارتز از این دسته مواد است و اولین ماده‌ای که برای ایجاد امواج فراصوت از آن استفـاده مـی‌شـد  بلور کوارتز است که در حال حاضر هم مورد استفاده قرار می گیرند. اگر چه مواد متبلور طبیعی که دارای خـاصیـت پیزو الکتریسیته است، فراوان هستند. ولی در کاربرد امواج فراصوت در پزشکی از کریستال هایی استفاده می‌شود که سرامیکی بوده و به طور مصنوعی تهیه مـی‌شـونـد.

سنسورهای فشار پیزو مقاومتی :

سنسور فشار پیزو مقاومتی برای اندازه‌گیری فشار دینامیک کاربرد دارد. اندازه‌گیری فشار دینامیک شامل توربولانس، احتراق موتور و سایر موارد است. تغییرات فشار در مایع‌ها و گازها در اندازه‌گیری فشار سیلندر و فرآیند هیدرولیک با به کار بردن نیرو به دیافراگم پیزوالکتریک اندازه‌گیری می شود. با به کار بستن نیرو، در دو سر کریستال بار الکتریکی تولید می‌شود. خروجی به صورت ولتاژ اندازه‌گیری می‌شود که با فشار اعمالی تناسب دارد.

پوش باتن در واقع یک سوئیچ ساده می باشد که برای کنترل برخی از فعالیت ها  یا اعمال فرمان مورد استفاده قرار می گیرد. در مدارهای دارای کنتاکتور، اغلب برای دادن فرمان لحظه ای شروع به کار و یا قطع و همچنین تغییر حالت مدار از آن استفاده می شود.

با وارد کردن فشار به شستی تمام کنتاکت ها تغییر وضعیت می دهند و با حذف فشار وارد شده به آن دوباره به حالت اول بر می گردند. معمولاً از شستی های به رنگ قرمز به عنوان قطع کننده و از رنگ مشکی یا سبز به عنوان استارت در مدار استفاده می شود.

شستی چیست و چه کاربردی دارد؟

شستی‌ها در دو نوع استارت و استاپ و کلید امرجنسی قارچی در صنعت مورد استفاده قرار می‌گیرند.  یکی از موارد استفاده از این شستی‌ها برای تابلوهای برق صنعتی جهت راه‌اندازی موتور (شستی استارت) و قطع کننده (شستی استوپ) است.

در واقع شستی یا پوش باتون به ‌عنوان تجهیزات فرمان هستند که تحریک آنها با دست انجام می‌شود شستی‌ها جهت فرمان قطع و وصل مدار به کار می‌روند؛ معمولاً برای فرمان وصل مدار از رنگ سبز شستی با کنتاکت باز استفاده می‌شود و همچنین برای فرمان قطع مدار از رنگ قرمز و با کنتاکت بسته استفاده می‌شوند. در صورتی که از فرمان قطع و وصل در یک شستی استفاده شود به‌ عنوان شستی استارت استوپ دوبل شناخته می‌شود.

شستی قارچی/ پوش باتن قارچی

پوش باتن قارچی که به اصطلاح emergency push button نیز گفته می شوند. یک شستی با عملگر بزرگ و قارچی شکل می باشد و مکانیزم عمل آن طوری می باشد که به سرعت و بدون نیاز به دقت بالا و حتی با پرتاب اشیا تحریک شود.

شستی  قارچی نیز همانند شستی های عادی در رنگ ها و مدل های مختلف ساخته شده و در موارد غیر اضطراری نیز استفاده می شوند. پوش باتن قارچی غیر قفل شو و بدون چراغ با رنگ های غیر از قرمز، در تأسیسات به عنوان شستی های عادی نیز استفاده می شوند.

نمونه ی بارز استفاده از این شستی ها، مدارهای کنترل با دو دست است. در مواردی که باید از ماشین های خطرناک فاصله گرفته و مطمئن شویم که هیچ قسمتی از بدن در محدوده ی خطر باقی نمی ماند، از روش فرمان با دو دست استفاده می شود.

در این موارد معمولاً دو شستی قارچی بدون چراغ، غیر قرمز و غیر قفل شو با فاصله ی مشخص و دور از محیط خطرناک قرار داده می شود. این فاصله باید به گونه ای باشد که یک شخص نتواند هر دو شستی را با یک دست تحریک کند. 

کلید قارچی چگونه عمل می کند؟

کلید قطع اضطراری بعد از فشار دادن، قفل می‌شود و می‌تواند بسته به سطح امنیت، با کشیدن کلید قرمز به بیرون یا در نوعی دیگر با چرخاندن کلید قرمز، به حالت اولیه خود برگردد. کلید قطع اضطراری باید طوری طراحی گردد که اپراتور دستگاه، بلافاصله در مواقع اضطراری بتواند از آن استفاده کند.

 برای مواقع نگهداری از دستگاه، کلید اصلی دستگاه باید خاموش باشد و در برابر دوباره روشن شدن، قفل باشد. معمولاً همراه با کلید قطع اضطراری، تجهیزات توقف اضطراری دیگری هم استفاده می‌شود که شرایط مناسب را برای ایجاد قابلیت اطمینان بالاتر، برآورده می‌کنند. به طوری که دستگاه نمی‌تواند به خودی خود بعد از کشیده شدن کلید قرمز به حالت وصل، دوباره شروع به کار کند.

انواع شستی استارت استوپ 

• فشاری
• سلکتور سوئیچ
• شستی قارچی
• شستی های کلیدی
• شستی استارت استاپ
• دکمه‌های فشاری اضطراری

مدل و نوع تیغه کلید قارچی چیست ؟

دو نوع تیغه بر روی کلیدها سوار می شوند [NO (در حالت عادی تیغه باز) و NC (در حالت عادی تیغه بسته)]  منظور از حالت عادی، زمانی است که شستی کلید تحریک نشده باشد. معمولاً کلید استارت کلیدی است که در آن از تیغه باز استفاده می شود و مسیر در حالت عادی در آن قطع است و با فشردن شستی تیغه متصل شده و مسیر جریان برقرار می شود.

 کلید استاپ بر عکس کلید استارت است و از تیغه NC در آن استفاده می شود. کلید قارچی همانند کلید استاپ می باشد. اما با این تفاوت که مسیر اصلی برق ورودی به دستگاه را قطع و یا وصل می کند در صورتی که یک کلید استاپ تنها برای یک تجهیز استفاده می شود.

رله حرارتی محافظی است که از اثر حرارت جریان، برای قطع مدار استفاده می کند. هنگامی که از بی متال برای حفاظت از اضافه بار در موتور استفاده می شود ، اغلب برای ایجاد استارت الکترومغناطیسی با کنتاکتور ac کار می کند و سپس در مدار کنترل و محافظت از موتور سه فاز ناهمزمان استفاده می شود.موتورهای الکتریکی در بین حساس ترین تجهیزات قرار می گیرند و باید به خوبی از آن ها مراقبت شود. به همین علت راه کارهای خاصی وجود دارند که با بهره گیری از آن ها می توانید عمر این موتورها را افزایش دهید. یکی از بهترین راه کارها در این زمینه استفاده از رله حرارتی می باشد.

رله حرارتی از این وظیفه برخوردار است تا از موتورهای الکتریکی در برابر عواملی همچون اضافه بار مراقبت نماید. اساس کاری که رله ها به خود اختصاص داده اند، بستگی به عوامل مختلفی دارند که از جمله آن ها می توان به اختلاف ضریب انبساط طولی که بین دو فلز وجود دارند، اشاره کرد.

اگر به ساختمان داخلی این رله ها توجه کنید، متوجه خواهید شد که دو فلز به نام آهن و برنج بر روی هم پرس شده اند و نحوه دیده شدن آن ها به صورت کاملاً یکپارچه می باشد.رله حرارتی توانسته کاربردها و ویژگی های مختلفی را به خود اختصاص دهد که در ادامه این مطلب به بررسی کامل تر آن خواهیم پرداخت. پس با ما همراه باشید.

نحوه کارکرد رله حرارتی به چه صورت است؟

یکی از سوالات بسیار مهمی که در رابطه با رله های حرارتی پرسیده می شوند، این بوده که این رله ها چه کارکردی را از خود به نمایش می گذارند. در یک نگاه کلی می توان اینطور بیان کرد وقتی جریان از بی متال یا رله حرارتی عبور می کند، دو فلز به کار گرفته شده در ساختمان داخلی آن، گرم می شوند. همین موضوع باعث خواهد شد تا طول آن ها به تدریج افزایش پیدا کند. ضریب انبساط طولی یکی از فلزها در مقایسه با گزینه دیگر بیشترمی باشد.

از این رو دو فلز در کنار یک دیگر به سمت فلزی خم و متمایل می شود که از ضریب طولی کمتری برخوردار باشد. نتیجه ای که این موضوع با خود به همراه خواهد داشت، این بوده که مسیری برای عبور جریان کنتاکت ها در نظر گرفته شده است، باز می شود و در نهایت مدار نیز قطع خواهد شد.

طرز کار بی متال چگونه است؟

از دیگر موارد مهم در رابطه با رله حرارتی، طرز کار آن می باشد. تیغه یکی از اجزای اصلی ساختمان بی متال به حساب می آید که به تعداد 3 عدد در آن به کار گرفته شده است. دور این تیغه ها سیم هایی که برای حمل جریان استفاده می شوند، به صورت چندین حلقه پیچیده شده اند. زمانی که جریان اضافه بار عبور داده شود، در آن صورت هادی مورد استفاده گرم می شود و در نهایت حرارت تولید شده به بی متال انتقال داده خواهد شد. نتیجه ای که این کار با خود به دنبال دارد، خم شدن تیغه است.

زمانی که هر رله به حرکت در بیاید، باعث می شود تا به اهرم فشار وارد شود و زمانی که اهرم جابه جا می شود، وضعیت میکرو سوئیچ موجود که در ساختمان آن کنتاکت باز و بسته به کار گرفته شده است، تغییر می کند و باعثقطع مدار فرمان می شود. برای اینکه بتوانیم عملکرد بی متال را افزایش دهیم و در کنار آن از مواردی همچون جرقه و سوختگی جلوگیری نماییم، در پایین و بالای تیغه دو فلزی از آهن ربا بهره گرفته می شود. نیروی مغناطیسی ای که در داخل آهن ربا وجود دارد، باعث خواهد شد تا اتصال با سرعت بالاتری بسته شود.

شاید برای شما جالب باشد که بدانید رله های حرارتی، قابلیت تنظیم پذیری دارند. به همین علت می توان هر کدام از آن ها را در مدلی تنظیم کرد که از این قابلیت برخوردار باشند تا بتوانند جریان هایی که در بازه های بین 1.05 تا 10 برابر جریان نامی موتورها هستند را قطع کنند.

آشنایی با انواع رله های حرارتی

هر چقدر تنوع محصولات بیشتر باشند، به همان اندازه نیز می توانند در دسته بندی های مختلف از خود کاربردهای متنوعی را نشان دهند. رله های حرارتی و یا به اصطلاح بی متال نیز در بین همین موارد قرار می گیرند. رله های حرارتی در انواع مختلفی وجود دارند که هر کدام از آن ها می توانند ویژگی ها و کارکردهای مختلفی را از خود به نمایش بگذارند.

به عنوان مثال برخی از رله ها می توانند به دو صورت خودکار و دستی وجود داشته باشند. بدین صورت که اگر بخواهید از نوع دستی آن استفاده کنید، نیاز است تا ابتدا کارها را به صورت دستی به انجام برسانید. زمانی هم که قصد دارید تا آن را به حالت اولیه خود برگردانید، از دکمه RESET در این زمینه استفاده کنید.

همچنین اگر قصد استفاده از نوع خودکار این رله ها را داشته باشید، بدون هیچ کاری و  بعد از گذشت چند دقیقه شاهد این موضوع خواهید بود که حالت به وضعیت به صورت کاملاً اتوماتیک به شرایط اولیه خود بر می گردد و به نوعی RESET می شود.

رله های نوع حرارتی از چه بخش هایی تشکیل شده اند؟

هر چیزی ساختمان مخصوص به خود را دارد و از قسمت های مختلفی تشکیل شده است. رله های حرارتی نیز در بین این موارد قرار داده می شوند. اگر بخواهیم قسمت های مختلف یک رله را مورد بررسی قرار دهیم، می توان اینطور بیان داشت که از بخش های زیر تشکیل شده اند:

1. یک رله از تیغه های اتصال به کنتاکتور تشکیل گردیده است.
2. یک رله پیچ تنظیم جریان دارد.
3. یک رله از دکمه برگشت وضعیت بهره می برد.
4. ترمینال های باز و بسته مدار فرمان، یکی دیگر از بخش های رله ها به شمار می روند.
5. ترمینال مشترک مدار فرمان را نیز می توانید در رله حرارتی مشاهده کنید.
6. در نهایک یک رله از نوع حرارتی از تعدادی ترمینال اتصال به کابل موتور بهره می برد.

شش گزینه های ذکرشده در بیناصلی ترین قطعات رله حرارتی جای داده می شوند. همین موارد در کنار هم و با همکاری یک دیگر می توانند باعث کارکرد بسیار ویژه رله شوند و با عملکرد خود از موتورهای الکتریکی محافظت نمایند.

1. ولم تنظیم جریان عبوری

با این ولم بیشترین جریانی که می خواهیم مصرف کننده زیر بار از مدار الکتریکی دریافت کند را تنظیم می کنیم، بدون اینکه مصرف کننده ما بسوزد.

2. کلید ریست یا RESET

از این کلید زمانی که رله فالت (خطا) می دهد برای راه اندازی مجدد مدار فرمان استفاده می شود.

3. کلید تست

کلیدی است که برای تست سالم یا خراب بودن رله حرارتی از آن استفاده می شود.

4. TRIP

دکمه ای است که به محض بروز خطا به سمت داخل رله حرارتی رفته و نشان دهنده خطا به وجود آمده است.

5. قاب پلاستیکی

قاب پلاستیک فشرده که کلیه تجهیزات رله حرارتی داخل آن است.

6. بی متال

بی متال تشکیل شده از دو تیغه غیر همنام که دارای ضریب انبساط طولی متفاوتی هستند که نقش آن ها تولید فرمان مکانیکی است.

شش گزینه های ذکرشده در بیناصلی ترین قطعات رله حرارتی جای داده می شوند. همین موارد در کنار هم و با همکاری یکدیگر می توانند باعث کارکرد بسیار ویژه رله شوند و با عملکرد خود از موتورهای الکتریکی محافظت نمایند.

تست بی متال در چند حالت وجود دارند؟

تست بی متال و یا تست رله حرارتی نیز از دیگر موارد پراهمیت است. این تست در سه حالت انجام می شود که به صورت زیر هستند:

حالت سرد یا COLD

اولین تست مربوط به تست سرد می شود. در این روش جریان نامی به اندازه دو برابر جریان بی متال تزریق می شود و بعد از انجام این کار، زمان عملکرد رله به صورت جداگانه یادداشت می شود.

حالت گرم یا HOT

دومین تست تحت عنوان حالت گرم یا HOT شناخته شده است. زمانی از این تست استفاده می شود که حالت سرد را به انجام رسانده باشیم و بعد از آن رله به صورت کامل عملکرد را انجام می دهد. زمانی هم که از این روش استفاده می شود، باید یک جریان که شش برابر جریان نامی می باشد، تزریق گردد و همانند روش قبلی زمان عملکرد یادداشت می شود.

حالت دو فاز

آخرین روش نیز تحت عنوان حالت دو فاز شناخته شده است. هنگامی که می خواهید این روش را عملی کنید، در مدار باید یکی از فازها را قطع کنید و سپس مدار با استفاده از دو فاز بسته شوند. در این روش نیز زمان عملکرد رله یادداشت می شود.

رله حرارتی اضافه جریان چیست؟

رله حرارتی در زیر کنتاکتور جهت قطع فرمان کنتاکتور نصب می شود ، برای محافظت مصرف کننده (موتورهاو...) در برابر اضافه بار بوجود آمده. رله حرارتی (سه فاز) از سه بی متال جدا از هم تشکیل شده است. تیغه های بی متال اساس کارشان بر اساس انبساط طولی متفاوت است، در کارخانه دو تیغه بی متال به گونه ای به هم جوش خورده اند که زمان افزایش دما از یکدیگر جدا نمی شوند و تیغه ای که دارای انبساط طولی بیشتر است به تیغه ای که دارای انبساط طولی کمتر است فشار می آورد و باعث کج شدن بی متال و تولید فرمان مکانیکی به تیغه RESET شده و باعث می شود که رله حرارتی تیغه های NO و NC خود را تغییر وضعیت دهد و NO به NC و NC به NO تبدیل شود که سبب تولید دستورات حفاظتی می شود.

تولید گرما برای بی متال به وسیله سیم پیچی که دور آن پی چیده شده است به وجود می آید، به این صورت که زمان ایجاد فرمان مکانیکی برای به کار افتادن کلید RESET، بستگی به فرمانی دارد که توسط کاربر به وسیله ولم که بر روی رله حرارتی قرار دارد تنظیم می شود و هر میزان بیشتر از این مقدار تنظیم شده سبب ایجاد گرما در سیم پیچ و بی متال شده و رله حرارتی توان کنترل 1.05 تا 10 برابر آمپر جریان مصرف کننده را دارد.

یکی از انواع رله های حرارتی، رله اضافه جریان است که با نام RVAA نیز آن را می شناسیم. زمانی که در این رله ها نیز جریان الکتریکی هدایت می شود و عبور می کند، فلزات به کار گرفته شده، داغ و یا گرم می شوند و همین امر موجب خواهد شد تا طول هر یک از آن ها زیاد شود. ضریب انبساط هر کدام از این فلزات با یکدیگر متفاوت می باشند. از این رو ضریب انبساط آن فلزی که کم تر و پایین تر است، شاهد خم شدن بی متال به سمت خود خواهد بود.

یکی از مواردی که در این رله ها می توانند مورد استفاده قرار می گیرند، آهن ربا است. آهن ربا می تواند باعث عملکرد ویژه ای در درون ساختمان رله شود. بدین صورت که با به کار گرفتن آهن ربا می توانید شاهد افزایش سرعت رله حرارتی باشید. علاوه بر این مزیت می توانید از خطرهایی همچون پیدا شدن جرقه و همچنین سوختگی محل اتصال جلوگیری کنید.

از این رو فراموش نکنید از آهن ربا در دو قسمت بالایی و پایینی تیغه دو فلزی استفاده کنید. در نهایت نیروی مغناطیسی که در این رله ها استفاده می شوند، باعث می شوند تا اتصال سریع تر از زمان ممکن خود بسته شوند.

رله اضافه بار چیست؟

رله اضافه بار را می‌توان چنین تعریف کرد: یک تجهیز الکتریکی است که عمدتاً برای محدود کردن گرمای موتور الکتریکی و همچنین برای قطع جریان در هنگام رسیدن دمای موتور به یک مقدار مشخص طراحی شده است. طراحی یک رله اضافه بار را می‌توان با یک گرم‌کننده همراه با اتصالات عموماً بسته که با گرم شدن بیش از حد گرم‌کننده باز می‌شوند، انجام داد. اتصالات یک رله اضافه بار را می‌توان به صورت سری متصل کرد و همچنین بین موتور و خود کنتاکتور قرار داد تا از شروع مجدد کار موتور هنگام قطع شدن اضافه بار جلوگیری شود.

انواع رله اضافه بار

رله اضافه بار وسیله‌ای است که از موتور الکتریکی در برابر اضافه بار و خرابی فاز محافظت می‌کند. اضافه بار به شرایطی گفته می‌شود که در آن، موتور برای مدت نسبتاً طولانی جریان را بالاتر از مقدار نامی خود می‌کشد. این بزرگ‌ترین عیب در موتور است و می‌‌تواند منجر به افزایش دما در سیم‌پیچ آن شود. از این رو جلوگیری از ادامه آن و بازگشت سریع به حالت عادی مهم است. رله‌های اضافه بار به سه نوع رله اضافه بار حرارتی، رله اضافه بار مغناطیسی و رله اضافه بار الکترونیکی دسته‌بندی می‌شوند.

رله اضافه بار حرارتی

رله اضافه بار حرارتی یک وسیله حافظتی است و عمدتاً برای قطع برق در زمان عبور بیش از حد جریان از موتور استفاده می‌شود. برای دستیابی به این هدف‌، این رله‌ها «در حالت عادی بسته» (Normally Closed) یا (NC) هستند. هنگامی که جریان زیادی در مدار موتور برقرار می‌شود، به دلیل افزایش دمای موتور، رله باز می‌شود.

رله‌های اضافه بار در ساخت و همچنین کاربرد، با مدارشکن‌ها ارتباط دارند. با این حال، اگر اضافه بار حتی برای لحظه‌ای اتفاق بیفتد، اکثر مدارشکن‌ها مدار را قطع می‌کنند. در واقع، مدارشکن‌ها نیز با توجه به مشخصات گرم شدن موتور طراحی شده‌اند. رله‌های اضافه بار حرارتی به دو نوع رله حرارتی بی متال (دو فلزی) و ذوب لحیم تقسیم می‌شوند.

رله حرارتی بی متال در اصل بر اساس خصوصیات الکترو حرارتی در یک نوار دو فلزی کار می‌کند. به گونه‌ای در مدار موتور قرار می‌گیرد که جریان موتور از قطب‌های آن عبور کند. نوار دو فلزی تحت تأثیر مستقیم یا غیرمستقیم جریان گرم می‌شود و وقتی جریان از مقدار تنظیم شده بیشتر شود، خم می‌شود.

رله حرارتی بی متال همیشه در ترکیب با کنتاکتورکار می‌کند. هنگامی که نوارهای دو فلزی گرم می‌شوند، کنتاکت «تریپ» (Trip) یا قطع فعال می‌شود که به نوبه خود منبع تغذیه سیم‌پیچ کنتاکتور را قطع و آن را از برق خارج می‌کند. زمان قطع همیشه با جریان گذرنده از رله حرارتی بی متال رابطه عکس دارد. از این رو، هرچه جریان بزرگ‌تر باشد، باید سریع‌تر قطع شود. بنابراین، از رله حرارتی بی متال به عنوان رله وابسته به جریان و معکوس با زمان یاد می‌شود. در ادامه، نحوه عملکرد رله حرارتی بی متال را با جزئیات بیشتری بررسی می‌کنیم.

رله اضافه بار مغناطیسی

رله اضافه بار مغناطیسی با تشخیص شدت میدان مغناطیسیکه از جریان موتور ایجاد می‌شود، کار می‌کند. این رله را می‌توان با یک هسته مغناطیسی متغیر درون سیم‌پیچی که جریان موتور از آن عبور می‌کند، ساخت. آرایش شاردرون سیم‌پیچ هسته را به سمت بالا می‌کشد. با بیشتر درگیر شدن هسته، مجموعه‌ای از اتصالات رله را قطع می‌کنند.

رله اضافه بار الکترونیکی

رله‌های اضافه بار الکترونیکی نوار دو فلزی ندارند. در عوض، از حسگرهای دمایا ترانسفورماتورهای جریانبرای سنجش میزان جریان گذرنده از موتور استفاده می‌کنند. این رله‌ها مبتنی بر فناوری مبتنی بر ریزپردازنده هستند و در آن‌ها، دما با استفاده از ترمیستور PTC سنجیده شده و از آن برای قطع مدار در صورت خطای اضافه بار استفاده می‌شود. برخی از رله‌های اضافه بار الکترونیکی دارای ترانسفورماتور جریان و سنسورهای اثر هالهستند که مستقیماً جریان را اندازه می‌گیرند.

سخن آخر

در این مطلب به بررسی رله حرارتی پرداخته شد. این رله ها می توانند در انواع مختلف وجود داشته باشند و هر کدام از آن ویژگی های متعددی را از خود به اشتراک بگذارند. موارد بسیار مهمی وجود دارند که در رابطه با بی متال و یا رله ها باید مورد توجه قرار بگیرند. همچنین این رله ها وظایف مختلفی را بر عهده دارند که از جمله مهم ترین آن ها می توان به محافظت از موتورهای الکتریکی اشاره کرد.پس برای اینکه بتوانید از عملکردهای محافظ کارانه بهره ببرید، کافیست از رله های مختلف نهایت بهره و استفاده را ببرید.

سنسور (sensor) یعنی حس کننده، و از کلمه sens به معنی حس کردن گرفته شده و می‌تواند کمیت‌هایی مانند فشار، حرارت، رطوبت، دما، و … را به کمیت‌های الکتریکی پیوسته (آنالوگ) یا غیرپیوسته (دیجیتال) تبدیل کند. سنسور‌ها در انواع دستگاه‌های اندازه گیری، سیستم‌های کنترل آنالوگ و دیجیتال مانند PLC مورد استفاده قرار می‌گیرند.

عملکرد سنسور‌ها و قابلیت اتصال آن‌ها به دستگاه‌های مختلف از جمله PLC باعث شده است که سنسور بخشی از اجزای جدا نشدنی دستگاه کنترل اتوماتیک باشد. سنسور‌ها بر اساس نوع و وظیفه‌ای که برای آن‌ها تعریف شده اطلاعات را به سیستم کنترل کننده می‌فرستند و سیستم طبق برنامه تعریف شده عمل می‌کند.

سنسور مسطح:

سنسورهای مسطح به دو نوع سنسور تماسی و غیر تماسی تقسیم می شوند که هر یک مزایا و معایبی را داراست.

سنسورهای تماسی:

برای سنجش دمای محیط مورد استفاده قرار می گیرند. سنسورهای تماسی دمای خود را مورد سنجش قرار داده و با تماس این سنسور به جسم مورد نظر دیگر و یا قرار گرفتن سنسور در محیط، تعادل گرمایی بین سنسور و محیط ایجاد می شود و مورد سنجش قرار می گیرد.

سنسورهای غیرتماسی:

سنسورهایی هستند که با نزدیک شدن یک جسم یا قطعه، آن را حس کرده و فعال می شوند.

مزایای سنسورهای غیرتماسی:

* سرعت سوئیچینگ زیاد

* عدم ایجاد نویز در هنگام سوئیچینگ

* عدم نیاز به نیرو و فشار

* طول عمر زیاد

* قابل استفاده در محیط های مختلف با شرایط سخت کاری

گستره سنسورها بسیار زیاد و رو به رشد است. در ابتدا فقط سنسورهای دما و رطوبت و از این دست وجود داشتند.. امروزه سنسورها Sensors دسته بندی‌های متنوعی دارند. مانند سنسورهای بیومتریک از جمله حسگر اثر انگشت، حسگر عنبیه چشم و... حسگرها با نوع خروجی‌شان هم دسته بندی می شوند. مثلاً حسگرهایی با خروجی دیجیتال و حسگرهایی با خروجی آنالوگ که تأثیر عوامل محیطی را در خروجی با ولتاژ آنالوگ نمایان می‌کنند. استفاده از Sensor در رباتیک و اینترنت اشیاء iot بسیار پر کاربرد است. در این بخش ماژول‌های کاربردی را بر اساس نوع حسگر به کار رفته دسته بندی کرده‌ایم.

انواع سنسور:

1. سنسورهای تشخیص حرکت

2. سنسورهای شتاب سنج

3. سنسور ژیروسکوپ

4. سنسورهای رطوبت

5. سنسورهای نوری

سنسورهای تشخیص حرکت:

سنسور تشخیص حرکت وسیله‌ای الکترونیکی است که برای تشخیص حرکت فیزیکی یک جسم یا انسان در یک منطقه معین استفاده می‌شود و حرکت را به یک سیگنال الکتریکی تبدیل می‌کند.تشخیص حرکت نقش مهمی در صنعت امنیت دارد. از این سنسورها در مناطقی استفاده می‌کنند که در آنجا هیچ حرکتی نباید شناسایی شود و بتوان متوجه حضور شخص یا جسم خاصی شد.

این سنسورها در درجه اول برای سیستم‌های تشخیص نفوذ، کنترل درب اتوماتیک، تشخیص موانع، دوربین هوشمند، سیستم‌های پارکینگ اتوماتیک، خشک کن دست اتوماتیک، سیستم‌های مدیریت انرژی و غیره مورد استفاده قرار می‌گیرند. از طرف دیگر این سنسورها می‌توانند انواع مختلفی از حرکات را رمزگشایی کرده و در برخی صنایع مفید باشند به گونه‌ای که مشتری بتواند با تکان دادن دست یا با انجام یک عمل مشابه با سیستم ارتباط برقرار کند.

سنسورهای شتاب سنج:

یک مبدل است که برای اندازه‌گیری شتاب فیزیکی که توسط یک جسم به دلیل نیروهای اینرسی ایجاد شده است استفاده می‌شود و حرکت مکانیکی را به یک خروجی الکتریکی تبدیل می‌کند. این سنسور بر اساس نرخ تغییر سرعت نسبت به زمان عمل می‌کند.

سنسورهای شتاب سنج اکنون در میلیون‌ها دستگاه نظیر تلفن‌های هوشمند موجود هستند. کاربردهای آنها شامل تشخیص لرزش‌ها، کج شدن و به طور کلی اندازه‌گیری شتاب اجسام است. این سنسور برای نظارت بر شتاب رانندگی یا استفاده از یک گام شمار هوشمند فوق‌العاده است. در بعضی موارد از آنها به عنوان نوعی محافظ در برابر سرقت استفاده می‌شود زیرا در صورت جابجایی شی که باید ثابت بماند، می‌تواند از طریق سیستم هشدار ارسال کند.

سنسورهای شتاب سنج به طور گسترده در دستگاه‌های سلولی و رسانه‌ای، اندازه‌گیری لرزش، کنترل و تشخیص اتومبیل، ردیابی سقوط آزاد، هواپیما و صنایع هواپیمایی، تشخیص حرکت، نظارت بر رفتار ورزشکاران، برق مصرفی، اماکن صنعتی و ساختمانی و غیره مورد استفاده قرار می‌گیرند.

سنسور ژیروسکوپ

سنسور یا دستگاهی که برای اندازه‌گیری سرعت زاویه‌ای استفاده می‌شود، به عنوان سنسورهای Gyro شناخته می‌شود. سرعت زاویه‌ای برای اندازه‌گیری سرعت چرخش در اطراف یک محور تعریف می‌شود. ژیرسوکوپ وسیله‌ای است که برای هدایت و اندازه‌گیری سرعت زاویه‌ای و چرخشی در جهت‌های 3 محوره استفاده می‌شود. مهمترین کاربرد آنها نظارت بر جهت‌گیری یک شی است.کاربردهای اصلی این سنسورها شامل سیستم‌های ناوبری اتومبیل، کنترلرهای بازی، دستگاه‌های همراه و دوربین، برق مصرفی، کنترل رباتیک، هلیکوپتر، کنترل پهپاد، کنترل وسیله نقلیه و موارد دیگر می‌شود.

سنسور رطوبت

رطوبت، میزان بخار آب در جو، هوا یا سایر گازها تعریف می‌شود. سنسورهای رطوبت معمولاً از حسگرهای دما استفاده می‌کنند زیرا بسیاری از فرآیندهای تولید نیاز به شرایط دمایی مناسب دارند. از طریق اندازه‌گیری رطوبت، می‌توانید اطمینان حاصل کنید که کل فرآیند بدون نقص اجرا می‌شود و در صورت ایجاد تغییر ناگهانی فوراً مطلع شوید زیرا سنسورها تقریباً بطور لحظه‌ای تغییر را تشخیص می‌دهند.

کاربردهای زیادی از این سنسورها را می‌توان در زمینه‌های صنعتی، منازل مسکونی برای کنترل سیستم‌های گرمایشی و تهویه، محافظت از داروها، موزه‌ها، فضاهای صنعتی و گلخانه‌ها، ایستگاه‌های هواشناسی، صنایع رنگ و پوشش، بیمارستان‌ها و صنایع داروسازی مشاهده کرد.

سنسور نوری

سنسوری که میزان اشعه‌های نور را اندازه‌گیری کرده و آن را به سیگنال الکتریکی تبدیل می‌کند که توسط کاربر یا یک وسیله الکترونیکی به راحتی قابل خواندن باشد، سنسور نوری نامیده می‌شود. حسگرهای نوری بسیار مورد علاقه متخصصان IoT قرار گرفته است زیرا آنها برای اندازه‌گیری پدیده‌های مختلف به صورت همزمان استفاده می‌شود. فناوری موجود در این سنسور به آن اجازه می‌دهد انرژی الکترومغناطیسی که شامل برق، نور و غیره است را نیز جذب و آشکار کنند.

با توجه به این واقعیت این سنسورها در مراقبت‌های بهداشتی، نظارت بر محیط‌ زیست، انرژی، هوافضا و بسیاری از صنایع دیگر کاربرد پیدا کرده‌اند. با حضور آنها در شرکت‌های نفتی، شرکت‌های داروسازی و شرکت‌های معدن ضمن حفظ امنیت کارمندان، تغییرات محیطی نیز قابل ردیابی هستند.

از جمله کاربرد اصلی این سنسورها می‌توان به تشخیص نور محیط، سوئیچ‌های نوری دیجیتال، ارتباطات فیبر نوری، کاربردهای نفت و گاز، زمینه‌های عمرانی و حمل ‌و نقل، سیستم‌های شبکه با سرعت بالا، کنترل درب آسانسور، شمارنده‌ های خط مونتاژ و سیستم‌های ایمنی اشاره داشت.

سنسور شیب

سنسورهای شیب ( شیب سنج یا سنسور شیب ) برای اندازه گیری شیب زاویه ای افقی و عمودی با دقت بالا طراحی شده اند. سنسورهای شیب از جمله رایج ترین سنسورهایی هستند که در کاربردهای مختلف مورد استفاده قرار می گیرند. از آنها برای اندازه گیری موقعیت شیب  با اشاره به جاذبه و شناسایی تمایل یا جهت گیری یک شیء استفاده می شود.

به عنوان مثال ، یک سنسور شیب کمک می کند تا جهت فعلی هواپیما با توجه به زاویه شیب آن با زمین مشخص شود و به خلبان اجازه می دهد تا به طور مؤثرتری در هنگام پرواز با موانع مقابله کند.

برای استفاده از سنسورها  دو روش عمده وجود دارد:

حس کردن استاتیک:

در این روش محرک‌ها ثابت‌اند و حرکت‌هایی که انجام می شود بدون مراجعه لحظه‌ای به سنسورها صورت می‌گیرد. مثلاً در این روش ابتدا موقعیت شیء تشخیص داده می‌شود و سپس حرکت به سوی آن نقطه صورت می‌گیرد.

حس کردن حلقه بسته: 

در این روش بازوهای ربات در طول حرکت با توجه به اطلاعات سنسورها کنترل می‌شوند. اغلب سنسورها در سیستم‌های بینا از این مدل هستند.

سنسور را می توان با استفاده از چندین ویژگی زیر توصیف کرد:

محدوده: حداکثر و حداقل مقادیری که سنسور می تواند اندازه گیری کند.

حساسیت: حداقل تغییر در پارامتر اندازه گیری شده که باعث تغییر قابل تشخیص در سیگنال های خروجی می شود.

وضوح تصویر: حداقل تغییر در پدیده ای است که سنسور قادر به تشخیص آن است.

تصور کنید که پس از کلی صرف زمان از طراحی مدارات کنترل برای یک سیستم الکتریکی و یا یک ماشین صنعتی ، پس از راه‌اندازی یا در حین تست ، به شما خبر دهند که به دلیل طراحی ناصحیح در یکی از بخش‌های مدارات کنترل ، یک نفر جانش را از دست داد یا صدمه جدی خورد یا در محلی آتش‌سوزی بوجود آمد.

این در حالی بوده که شما به طراحی خود کاملاً مطمئن بوده‌اید ولی این اتفاق افتاده ولی دلیل چیست؟‌

یکی از بخش‌های مهم و جدا‌نشدنی تابلوهای برق و سیستم‌های الکتریکی ، مدارات کنترل و فرمان آنها می‌باشد و طراحان تابلو‌های برق و سیستم‌های الکتریکی لازم است به طراحی آنها مسلط باشند چون مدارات فرمان و کنترل مغز سیستم‌های الکتریکی به شمار می‌ٰروند و در صورتی که یک مغز فرمان اشتباهی به بخش‌های مختلف سیستم بدهد یا در شرایط بحرانی تصمیم سریع نگیرد ، بروز فاجعه‌های مختلف ، اجتناب‌ناپذیر است.

مدار فرمان چیست؟

سیم بندی های تک فازی که بعد از گذشت از المان های حفاظتی و کنتاکت های NO و NC (نرمالی اپن و نرمالی کلوز) فرمان مورد نظر برای نحوه ی کارکرد مدار ما را صدور می کند مدار فرمان نامیده می شود. مدار فرمان بسته به نوع راه اندازی و المان های حفاظتی که باید در مدار مورد استفاده قرار دهیم طراحی می شود و این مدار فرمان است که مدار قدرت را وارد مدار می کند و هر گونه اشتباه در طراحی مدار فرمان امکان بوجود آمدن حادثه هایی همچون اتصال کوتاه در سیم پیچی های الکترو موتور که باعث آتش سوزی و از بین رفتن الکترو موتور می شود, اتفاق می افتد.

تعریف مدارات فرمان و کنترل

مدارات فرمان و کنترل به منظور قطع و وصل و کنترل و حفاظت بخش‌های مختلف ماشین‌آلات صنعتی و تابلوهای قدرت بکار می‌روند.

مدارات فرمان و کنترل در بخش حفاظت سیستم‌ها نیز نقش مهمی دارند مانند مدارات قطع و وصل کلید‌های قدرت و ارتباط آنها با رله‌های حفاظتی

کاربرد مدارات فرمان و کنترل :

1. کنترل ماشین‌آلات صنعتی (شامل راه‌انداز‌های موتور و ….. )

2. مدارات حفاظتی کلیدهای قدرت در رده‌های فشارضعیف ، فشارمتوسط و فشارقوی در سیستم‌های قدرت

3. مدارات اینترلاک و قفل‌های الکتریکی در سیستم‌های قدرت

4. تبادل سیگنال‌ها بین بخش‌های مختلف سیستم و …     

اهمیت طراحی مدارات فرمان و کنترل ماشین‌آلات صنعتی

در بسیاری از سیستم‌ها و تابلوها ، مدارات فرمان و کنترل با جان و سلامتی بهره‌برداران و همچنین امنیت سیستم‌ها و محافظت از سرمایه‌های هنگفت در ارتباط هستند و این موارد همگی باعث می‌گردد که به دیده ساده‌انگارانه به مدارات کنترل و فرمان سیستم‌ها نگریسته نشود و طراحان چنین سیستم‌هایی لازم است تخصص‌های لازم را در این خصوص داشته باشند و سپس به طراحی آنها بپردازند.

هنگامی که بحث طراحی مدارات فرمان برای ماشین‌آلات و فرآیند‌های صنعتی در میان است ، لازم است به موارد زیر هنگام طراحی مدارات کنترل توجه نمود:

1. ایمنی حفاظت اشخاصی که با ماشین‌آلات و تابلوها کار می‌کنند .

2. سادگی عملکرد و عدم پیچیدگی برای بهره‌بردار

3. پرهیز از سردرگمی بهره‌برداران با دادن بازخورد‌های مختلف به آنها

4. جلوگیری از خطاهای انسانی ایجاد شده توسط بهره‌بردار

5. اطمینان از صحت سیگنال‌های تبادل شده

6. اطمینان از صحت عملکرد مدارات کنترل در شرایط مختلف

7. وضعیت بهره‌برداران در شرایط اضطراری و سهولت اقدامات لازم

برخی نتایج طراحی اشتباه مدارات فرمان در ماشین‌آلات صنعتی

1. ایجاد جراحات و صدمات جدی و معلولیت‌ها برای بهر‌ه‌برداران از ماشین‌آلات صنعتی

2. پایین بودن بهره‌وری ماشین‌آلات و افزایش ضایعات و کاهش کیفیت محصولات

3. پایین رفتن عمر مفید ماشین‌آلات و کاهش زمان‌های بین تعمیرات و نگهداری آنها و افزایش زمان‌های خارج از سرویس بودن ماشین‌آلات

برخی نتایج طراحی اشتباه مدارات فرمان در تابلوهای قدرت

1. ایجاد صدمات برای بهره‌برداران مانند برق‌گرفتگی و سوختگی به علت عدم محدود‌کردن دسترسی‌ها و عملکرد‌های غیر مجاز

2. ایجاد حوادثی نظیر اتصال‌کوتاه ، قوس‌الکتریکی و ….. که صدمه‌خوردن پرسنل ، تجهیزات و تأسیسات الکتریکی را شامل خواهدشد.

3. عدم عملکرد به موقع کلید‌های قدرت به دلیل فرامین حفاظتی و بالارفتن زمان‌های ماندگاری خطا و شدید‌شدن تبعات خطا

4. ایجاد خاموشی‌های نامرتبط و ناخواسته که خسارات زیادی را به همراه دارد .

مدار فرمان :

برای راه اندازی موتورهای با قدرت بالا که جریان زیادی به یک باره از شبکه می کشند (3 تا 5 برابر جریان نامی موتور). در راه اندازی به روش ستاره مثلث، موتور ابتدا به صورت ستاره وارد مدار شده و با جریان و ولتاژ و گشتاور کمی شروع به دور گرفتن می کند. پس از مدتی موتور به وسیله ی مدار فرمان از اتصال  در آمده و در حالت ولتاژ و جریان و گشتاور نامی خود به کارش ادامه می دهد. این راه اندازی دو مرحله ای از تنش های جریانی و ولتاژ در الکترو موتور و شبکه جلوگیری خواهد کرد. 

نکته : به یاد داشته باشید که این راه اندازی مخصوص الکترو موتورهای القایی آسنکرون قفسه سنجابی می باشد. برای راه اندازی به روش ستاره مثلث به سه کنتاکتور نیاز داریم یکی از این کنتاکتورها اصلی می باشد, دیگر کنتاکتور  می باشد.

 برای این مدل راه اندازی ما نیاز به یک تایمر احتیاج داریم. این مدل راه اندازی به دلیل تعداد زیاد المان ها معمولاً احتیاج به یک تابلو برق صنعتی می باشد (ابعاد با توجه به اندازه های کنتاکتورها و سفارش کارفرما بسیار متغیر است.)

المان هایی که در این مدار قرار می گیرند عبارتند از : کنتاکتورها، فیوز مینیاتوری، کلید حفاظت موتوری MPCB، کنترل فاز، بی متال ( اگر از MPCB استفاده می کنید نیازی به این مورد نیست )، شستی های استپ و استارت و تایمر  و ... مدار فرمان  را در شکل زیر مشاهده می کنید.

وسایلی که در مدارهای فرمان به کار می روند عبارتند از:

1_کنتاکتور (کلید مغناطیسی)

2_شستی استاپ استارت

3_رله الکتریکی

4_رله مغناطیسی

5_لامپ های سیگنال

 6-فیوزها

 7_لیمیت سوئیچ

8_کلیدهای تابع فشار

 9_کلیدهای شناور

10_چشم های الکتریکی(سنسورها)

11_تایمر و انواع آن

12_ترموستات

13_کلیدهای تابع دور

بهره برداری مطمئن و بی وقفه از تأسیسات الکتریکی و مراکز تولید نیرو و تأمین انرژی الکتریکی مورد نیاز تجهیزات برقی کارخانه جات صنعتی و مراکز اقتصادی تا حدود زیادی به خصوصیات و ویژگی ها و طرز عمل کلیدها و وسایل کنترل مدارها بستگی دارد.

در مدارهای الکتریکی وسایل مختلفی به کار برده می شود که از مهمترین آنها کنتاکتور یا کلید مغناطیسی است. استفاده از این کنتاکتور در مدارهای کنترل تنوع طراحی های مختلف را به وجود می آورد.برای طراحی مدارهای کنترل و کار با آنها باید وسایل تشکیل دهنده آن را به طور کامل شناخت و به اصول ساختمان و مورد استفاده این وسایل آشنا شد. در ادامه برخی از این وسایل را توضیح می دهیم.

ساختمان کنتاکتور :

این کلید از دو هسته به شکل E یا U که یکی ثابت و دیگری متحرک است و در میان هسته ثابت یک بوبین یا سیم پیچ قرار دارد، تشکیل شده است. وقتی بوبین به برق وصل می شود با استفاده از خاصیت مغناطیسی، نیروی کششی فنر را خنثی می کند و هسته فوقانی را به هسته تحتانی متصل کرده باعث می شود که تعدادی کنتاکت عایق شده از یکدیگر به ترمینال‌های ورودی و خروجی کلید متصل می شود و باعث باز شدن کنتاکت‌های بسته کنتاکتور یا بسته شدن کنتاکت های باز کنتاکتور می گردد.در صورتی که مدار تغذیه بوبین کنتاکتور قطع شود، در اثر نیروی فنری که داخل کلید قرار دارد هسته متحرک دوباره به حالت اول باز می گردد.

شستی استاپ استارت و سلکتور سوئیچ های فرمان :

شستی ها از جمله وسایل فرمان هستند که تحریک آنها به وسیله دست انجام می گیرد و در انواع مختلف و برای کاربردهای متفاوت طراحی می شوند.شستی که پس از تحریک، دو کنتاکت وصل را قطع می کنند استاپ (قطع) و شستی هایی که پس از تحریک دو کنتاکت، قطع را وصل می کنند شستی استارت (وصل) نامیده می شوند. شستی هایی که هر دو عمل را در یک زمان انجام می دهند،به شستی استارت استاپ یا دوبل معروف هستنند یعنی با فشار کلید دو کنتاکت باز بسته و دو کنتاکت بسته باز می شود.
 

رله اضافه بار (حرارتی یا بیمتال) :

دستگاه‌های الکتریکی را باید در مقابل خطرات و خطاهای احتمالی حفاظت کرد. یکی از راه‌های حفاظت موتورهای الکتریکی، استفاده از رله حرارتی و رله مغناطیسی است. رله حرارتی موتور را در برابر اضافه بار حفاظت می کند. رله اضافه بار جهت کنترل جریان موتورهای الکتریکی بکار می رود و یک نوع رله حفاظتی است.

 این رله از دو فلز مختلف الجنس که ضرایب انبساط طولی مختلفی دارند تشکیل شده است. به اطراف این دو فلز به هم چسبیده، یک رشته سیم حامل جریان الکتریکی پیچیده شده طوری تنظیم شده است که در اثر افزایش کم جریان، دستگاه مربوطه بدون دلیل و به سرعت قطع نشود. با استفاده از این منحنی‌ها همچنین می‌توان آن را طوری تنظیم کرد که زمان قطع زیاد شده و عبور جریان اضافی موجب صدمه به دستگاه نشود. شرایط کار این رله ها از (۲۰ -) درجه تا (۶۰ +) درجه سانتی گراد متغیر است.

رله مغناطیسی :

رله مغناطیسی نیز برای کنترل جریان به کار می رود. اصول کار این رله بر اساس پدیده مغناطیس پایه گذاری شده است.از این رله برای قطع جریان های اتصال کوتاه استفاده می شود. می دانیم که یک اتصال کوتاه باید سریع قطع شود بنابراین در چنین موقعیتی نمی توان از رله اضافه باری (حرارتی) استفاده نمود چون گرم شدن بیمتال رله به یک زمان نسبتاً طولانی نیاز دارد.

این رله از یک هسته مغناطیسی که اطراف آن چند دور سیم پیچیده شده تشکیل گردیده است. عبور جریان اتصال کوتاه باعث مغناطیس شدن و جذب اهرم قطع می شود. این رله را به طور مجزا به ندرت مورد استفاده قرار می دهند و در کلیدهای اتوماتیک از آنها به همراه رله های حرارتی بهره می گیرند.

لامپ‌های سیگنال :

لامپ‌های علامت دهنده یا لامپ‌های سیگنال در کلیه دستگاه‌های صنعتی و تابلو‌های توزیع و تابلو فرمان به کار می روند. نوع استفاده از این لامپ متفاوت است. این لامپ به عنوان لامپ خبر استفاده می‌شود و می تواند روشن بودن، خاموش بودن و یا عیب دستگاه و… را نشان دهد. چراغ‌های مورد استفاده در مدار فرمان، یک چراغ کم قدرت (۲ / ۱ تا ۵ وات) است که با ولتاژهای مختلف از ۲۴ تا ۲۲۰ ولت کار می کند.

 این چراغ‌ها معمولاً در سه رنگ استاندارد قرمز، سبز و نارنجی ساخته می‌شوند. برای مثال در کارخانه‌ای که تعداد زیادی موتور در آن واحد مشغول به کار بوده و فواصل آن‌ها تا تابلوی کنترل نسبتاً زیاد باشد از چراغ قرمزی که توسط کنتاکت بازی از کنتاکتور اصلی موتور روشن می‌شود استفاده می‌کنند. با استفاده از کنتاکت های باز کنتاکتور می‌توان چراغ سبزی را که نمایشگر حالت خاموشی مدار است روشن نمود. در نقشه‌ها برای نمایش چراغ سیگنال از حرف h استفاده می‌شود.

کلیدهای محدود کننده :

کلید محدود کننده (LIMIT SWITCH) که گاهی میکروسوئیچ نیز نامیده می شوند، کلیدی است که برای قطع و وصل یک حرکت خطی یا دورانی و یا تعویض جهت دوران یک متحرک به کار می رود.این کلید اهرمی دارد که وقتی دسته متحرک به آن برخورد می کند کنتاکتی را قطع می نماید.

کنتاکت مذبور خود عامل فرمانی است برای ماشینی که هدف کنترل آنست. چنانچه از اسم این کلید بر می آید کلید یاد شده برای محدود کردن حرکت متحرک ها به کار می رود. مثلاً در یک چرثقیل سقفی که در چند جهت حرکت می کند وقتی متحرک به انتهای هر قسمت از مسیر خود می رسد، یک کلید محدود کننده مدار رفت را از کار انداخته و مدار برگشت را مهیا می سازد.

کلید تابع فشار (کلید‌های گازی)

این کلید‌ها برای کنترل سطح گاز داخل مخازن و کمپرسورها، تنظیم فشار آب داخل لوله‌ها و روشن و خاموش کردن اتوماتیک این دستگاه‌ها مورد استفاده قرار می گیرند. عامل فرمان این کلید، فشار گاز یا مایع داخل مخزن است.عامل قطع و وصل این کلید گاز است. اصول کار آن به این صورت است که فشار گاز مؤثر بر هر صفحه نیرویی معادل F=P.A ایجاد می‌نماید (P فشار و A سطح مقطع صفحه است).

 در رله‌ها F باعث جابه جایی صفحه می‌شود. این جابه جایی از طریق یک اهرم منتقل شده و کنتاکتی را قطع و وصل می‌نماید. نیروی برگردان را فنر زیر صفحه ایجاد می‌کند. پس با انتخاب فنر‌های مختلف می‌توان فشار‌های کم یا زیاد را بر روی صفحه اثر داده و قطع و وصل کنتاکت را بطور دلخواه تنظیم نمود.

در پروژه های صنعتی همواره شرایط محیطی از عوامل مهم و تأثیر گذار است که می بایست در نظر گرفته شود. یکی از مهم ترین عوامل در این زمینه بی شک، دما می باشد. برای اندازه گیری دما از سنسورهای ویژه ای استفاده می گردد که در اصطلاح به سنسورهای دما معروف هستند.

سنسور چیست؟

سنسور در زبان لاتین به صورت کلی به معنای حسگر می باشد و به هر وسیله یا دستگاهی که عمل حس کردن را انجام می دهد سنسور گفته میشود. ) سنسور اسم فاعل فعل Sense به معنای حس و احساس می باشد ( امروزه لفظ سنسور بیشتر به المانها یا قطعاتی اطلاق می شود که توانائی حس کردن و تبدیل یک کمیت را به سیگنالهای الکتریکی صرف نظر از دیجیتال یا آنالوگ بودن سیگنال را داشته باشد. ) در جدول بعد کمیتهای قابل اندازه گیری با سنسور آمده است.

سنسورهای دما چه کاری انجام می دهند؟

کارکرد یک دماسنج به ولتاژ دیود بستگی دارد. تغییر دما مستقیماً با مقاومت دیود متناسب است. هر چه دما سردتر باشد، مقاومت آن کمتر خواهد بود و بالعکس. مقاومت در برابر دیود اندازه گیری شده و به واحد قابل خواندن دما (فارنهایت، سانتیگراد و غیره) تبدیل می شود و به صورت عددی بر روی واحدهای بازخوانی نمایش داده می شود. در زمینه نظارت ژئوتکنیکی، این سنسورهای دما برای اندازه گیری دمای داخلی سازه ها مانند پل ها، سدها، ساختمان ها، نیروگاه ها و غیره استفاده می شود.

انواع سنسور دما

متداول ترین نوع سنسورها، سنسورهای دما هستند. این نوع سنسورها انواع مختلفی دارند، از قطعات ترموستاتیک ساده ی خاموش/روشن که سیستم های گرمایشی آب گرم خانگی را کنترل می کند تا انواع نیمه هادی بسیار حساس که می تواند پروسه های پیچیده در کوره های حرارتی را کنترل کند.

از دروس دوره ی مدرسه به خاطر داریم که حرکت مولکول ها و اتم ها باعث تولید حرارت می شود (انرژی جنبشی) و حرکت بیشتر حرارت بیشتر تولید می کند. سنسورهای دمایی میزان انرژی حرارتی و یا حتی میزان سرمایی که توسط یک قطعه یا سیستم تولید می شود را اندازه گیری می کنند، که این امکان را برای ما فراهم می کند که تغییرات فیزیکی دما را به صورت خروجی های دیجیتال یا آنالوگ حس کرده و تشخیص دهیم.

انواع مختلفی از سنسورهای دما وجود دارند و همه ی آن ها ویژگی های متفاوتی دارند که به کاربرد واقعیشان بستگی دارد. سنسورهای دما بر دو نوع فیزیکی اصلی تقسیم بندی می شود:

سنسور دمای تماسی (contact type) : 

این نوع از سنسورهای دمایی باید با جسمی که میخواهیم دمای آن را بدانیم در تماس باشند و جهت مانیتور تغییرات دمایی از رسانش استفاده می کنند. آن ها می توانند جهت بررسی دمای جامدات، مایعات و گازها در محدوده ی وسیعی از دماها مورد استفاده قرار گیرند.

سنسور دمای بدون تماس (Non-contact type) : 

این نوع از سنسورهای دمایی از جریان های همرفتی و تابشی جهت مانیتور تغییرات دمایی بهره می برند. این سنسورها جهت بررسی دمای مایعات وگازها استفاده می شوند که هنگام افزایش حرارت از خود انرژی تابشی منتشر نموده و سرما در جریان های همرفتی پائین می ماند یا می توانند انرژی تابشی از یک جسم را که به صورت تابش های مادون قرمز است (مانند خورشید)، حس کنند.

سنسورهای دمایی مقاومتی (RTD)

این سنسورها به عنوان یکی از دقیق ترین سنسورهای موجود، از شهرت خوبی برخوردار هستند و در انواع مختلفی از کاربردها، دقت خوبی را ارائه می دهند. همچنین از ثبات و تکرار پذیری عالی برخوردارند.

RTD ها چگونه عمل می کنند؟

این سنسورهای دما با اندازه گیری مقاومت در مدار، دما را کنترل می کنند. با تغییر دما، مقاومت سنسور با مقدار مشخص و قابل اندازه گیری تغییر می کند. بنابراین، سنسور می تواند این تغییرهای مقاومتی را به مقادیر قابل اندازه گیری برای کنترلرها تبدیل کند.

وقتی RTD ها را ارزیابی می کنیم، معمولاً سنسور را با توجه به مقاومت آن در صفر درجه سانتیگراد مشخص می کنیم. در بازار یکی از پرکاربردترین سنسورها 100 اهم می باشد با نام اختصاری PT100. این بدان معناست که در دمای صفر درجه سانتیگراد، سنسور مقاومت 100 اهمی را می خواند.

دو نوع کلی از نوارهای بی متال وجود دارند که بر مبنای حرکتشان هنگامی که در معرض حرارت قرار می گیرند، دسته بندی می شوند. در نوع "عکس العمل ناگهانی" یک رفتار "خاموش/روشن" به صورت فوری در اتصالات الکتریکی در دمایی که تنظیم کرده ایم (set point) اتفاق می افتد. در مقابل در نوع "عکس العمل آهسته" با تغییر دما به تدریج تغییر موقعیت می دهد.

ترموستات های عکس العمل ناگهانی را عموماً در خانه هایمان برای کاربردهایی نظیر کنترل دمای فر، اتو، مخازن آب گرم استفاده می کنیم و نوع خاصی از آن به صورت نصب روی دیوار جهت کنترل سیستم گرمایش داخلی مورد استفاده قرار می گیرد.

نوع عکس العمل آهسته عموماً از یک پیچه یا بخش مارپیچی بی متال تشکیل شده است که با تغییر دما به آهستگی باز می شود. به طور کلی نوارهای بی متال نوع آهسته نسبت به تغییرات دمایی حساس تر از انواع استاندارد "خاموش/روشن" ناگهانی هستند، به طوری که بلندتر و باریک تر بودن نوارها باعث می شود برای استفاده در گیج ها و صفحات نمایشگر دما مناسب تر باشند.