أنواع أجهزة الاستشعار الصناعية واختيارها: مستشعرات التقارب، والمستشعرات الكهروضوئية، ومستشعرات الضغط، وغيرها.

مقدمة

تُعدّ المستشعرات بمثابة عيون وآذان أنظمة الأتمتة الصناعية. فبدونها، لا يستطيع جهاز التحكم المنطقي القابل للبرمجة (PLC) معرفة ما إذا كان المنتج في مكانه الصحيح، أو ما إذا كان الخزان ممتلئًا، أو ما إذا كان المحرك يسخن بشكل مفرط. لذا، يُعدّ اختيار المستشعر المناسب لكل تطبيق أمرًا بالغ الأهمية، إذ يؤدي اختيار المستشعر الخاطئ إلى توقف الإنتاج، أو الإنذارات الكاذبة، أو مخاطر السلامة.

يغطي هذا الدليل أكثر أنواع أجهزة الاستشعار الصناعية شيوعًا - أجهزة استشعار التقارب، وأجهزة الاستشعار الكهروضوئية، وأجهزة استشعار الضغط، وأجهزة استشعار درجة الحرارة - ومبادئ عملها، ومواصفاتها الرئيسية، ومقارنة بين العلامات التجارية. بنتلي، نيفادا, هانيويل, بيبرل+فوكس، و كيانس.

مستشعرات التقارب

تستشعر أجهزة الاستشعار القريبة وجود أو عدم وجود جسم ما دون تلامس مادي. وهي تُعدّ الركيزة الأساسية لأتمتة المصانع، حيث تُستخدم لتحديد المواقع والعد والتحكم في العمليات.

مستشعرات التقارب الاستقرائية

تكتشف المستشعرات الحثية الأجسام المعدنية عن طريق توليد مجال كهرومغناطيسي. عندما يدخل هدف معدني هذا المجال، تعمل التيارات الدوامية على تقليل سعة التذبذب، مما يؤدي إلى تشغيل مفتاح كهربائي.

المواصفات الرئيسية:

· مسافة الاستشعار: 0.8 مم - 50 مم (تختلف حسب حجم الهدف ونوع المستشعر)

· الهدف: المعادن الحديدية وغير الحديدية (الصلب، الألومنيوم، النحاس الأصفر)

· المخرجات: PNP (مصدر) أو NPN (مستقبل)، NO أو NC

· الحماية: معيار IP67، ومعيار IP69K للغسيل بالضغط

مستشعرات التقارب السعوية

تكتشف المستشعرات السعوية الأهداف المعدنية وغير المعدنية (البلاستيك والسوائل والحبيبات) عن طريق قياس التغيرات في السعة بين قطب المستشعر والهدف.

المواصفات الرئيسية:

· مسافة الاستشعار: من 1 مم إلى 40 مم

· الهدف: المعادن، البلاستيك، الخشب، الورق، الزجاج، السوائل

· يمكنه الكشف عن المستويات داخل الحاويات غير المعدنية

· أكثر حساسية للعوامل البيئية (الرطوبة، الغبار)

مستشعرات التقارب المغناطيسي (مفتاح ريد / تأثير هول)

· مفاتيح ريد: تعمل بالتلامس، ويتم تفعيلها بواسطة مغناطيس دائم. بسيطة وغير مكلفة.

· مستشعرات تأثير هول: تعمل بتقنية الحالة الصلبة، وتكشف تغيرات المجال المغناطيسي. لا يوجد تآكل في نقاط التلامس، مما يطيل عمرها.

المستشعرات الكهروضوئية

تستخدم المستشعرات الكهروضوئية شعاعًا ضوئيًا (عادةً ما يكون ضوءًا تحت أحمر أو مصباح LED أحمر) للكشف عن الأجسام. وهي توفر مسافات استشعار أطول من المستشعرات الحثية/السعوية، ويمكنها الكشف عن الأجسام الشفافة والملصقات والاختلافات اللونية.

مستشعرات كهروضوئية منتشرة (مكتفية ذاتيًا)

جهاز إرسال واستقبال مدمج في غلاف واحد. ينعكس الضوء من الهدف عائدًا إلى جهاز الاستقبال. المدى: 50 مم - 3 أمتار. مثالي لـ: الكشف عن وجود أي جسم في نطاق قريب.

مستشعرات كهروضوئية عاكسة للضوء

جهاز إرسال واستقبال مدمجان في غلاف واحد. عاكس موضوع في الجهة المقابلة. يحجب الجسم الشعاع المنعكس. المدى: يصل إلى 15 مترًا. مثالي لـ: الكشف بعيد المدى، والكشف عن الأجسام الشفافة.

مستشعرات كهروضوئية تعمل عبر الشعاع

جهاز الإرسال والاستقبال وحدتان منفصلتان. يقطع الجسم الشعاع. المدى: يصل إلى 60 مترًا. مثالي لـ: أعلى دقة، العد، اكتشاف الأجسام الصغيرة.

مستشعرات كبح الخلفية (BGS)

مستشعرات انتشار متطورة مزودة بخاصية قياس المسافة. تتجاهل الأجسام الموجودة في الخلفية. مثالية لـ: اكتشاف الأجسام على طول سير ناقل أو هيكل آلة.

المواصفات الرئيسية:

· مصدر الضوء: مصباح LED أحمر (مرئي)، مصباح LED بالأشعة تحت الحمراء، ليزر (دقيق)

· زمن الاستجابة: من 0.1 مللي ثانية إلى 50 مللي ثانية (ليزر: <0.1 مللي ثانية)

· المخرج: PNP/NPN، رقمي أو تناظري

· مستوى الحماية: IP67 / IP69K للصناعات الغذائية

مستشعرات الضغط

تقيس مستشعرات الضغط القوة التي يبذلها السائل (سائل أو غاز) على وحدة المساحة. وهي ضرورية للأنظمة الهيدروليكية، وأجهزة التحكم الهوائية، ومراقبة العمليات، وأنظمة السلامة.

أنواع قياس الضغط

· ضغط المقياس: نسبةً إلى الضغط الجوي (0 بار = الضغط الجوي). الأكثر شيوعاً.

· الضغط المطلق: نسبةً إلى الفراغ التام. يُستخدم لقياس الضغط الجوي.

· الضغط التفاضلي: الفرق بين نقطتي ضغط. يُستخدم لمراقبة المرشحات وقياس التدفق.

· مقياس ضغط محكم الإغلاق: مرجع مضبوط مسبقًا عند ضغط جوي واحد (مستوى سطح البحر). يُستخدم في الطائرات والفضاء.

تقنيات استشعار الضغط

· مقياس الإجهاد / المقاوم للضغط: غشاء معدني مزود بمقياس إجهاد ملتصق. مناسب للضغط العالي (حتى 1000 بار).

· غشاء رقيق: مقياس إجهاد مدمج في الغشاء. استقرار ممتاز على المدى الطويل. الأكثر شيوعًا للاستخدام الصناعي.

· المكثفات السعوية: غشاء من السيراميك أو المعدن يغير السعة. ممتاز للضغط المنخفض والفراغ.

· الكهروإجهادية: تولد شحنة كهربائية عند تعرضها للإجهاد. تُستخدم لقياس الضغط الديناميكي (المطرقة الهيدروليكية، الأنظمة النابضة).

المواصفات الرئيسية:

· نطاق الضغط: من 0-1 بار إلى 0-1000 بار (مقياس أو مطلق)

· المخرجات: 4-20 مللي أمبير (حلقة تيار، معيار صناعي)، 0-10 فولت، وصلة إدخال/إخراج

· الدقة: من ±0.25% إلى ±0.05% من النطاق الكامل

· وصلة العملية: G1/4، G1/2، NPT، شفة

مجسات درجة الحرارة

RTD (مستشعر درجة الحرارة المقاوم)

يستخدم مقاومة البلاتين (عادةً Pt100). الدقة: من ±0.1 درجة مئوية إلى ±0.5 درجة مئوية. النطاق: من -200 درجة مئوية إلى +600 درجة مئوية. مثالي لـ: القياس الدقيق، ونطاق درجات الحرارة الواسع.

مزدوج حراري

معدنان مختلفان متصلان عند نقطة التقاء. يولّد جهدًا يتناسب مع درجة الحرارة. النطاق: من -270 درجة مئوية إلى +2300 درجة مئوية. مثالي لـ: درجات الحرارة العالية جدًا، والاستجابة السريعة.

الثرمستور

مادة شبه موصلة ذات مقاومة متغيرة مع درجة الحرارة. نطاق درجة الحرارة: من -100 درجة مئوية إلى +300 درجة مئوية. مثالية للتطبيقات منخفضة التكلفة وعالية الحساسية.

مجسات درجة الحرارة بالأشعة تحت الحمراء (بدون تلامس)

يقيس الإشعاع تحت الأحمر المنبعث. نطاق القياس: من -40 درجة مئوية إلى +3000 درجة مئوية. مثالي لـ: الأجسام المتحركة، والمناطق الخطرة، ونقاط القياس التي يصعب الوصول إليها.

مقارنة بين ماركات أجهزة الاستشعار

· بنتلي نيفادا (بيكر هيوز): المعيار الذهبي لحماية الآلات من الاهتزازات في قطاعات النفط والغاز، وتوليد الطاقة، والصناعات الثقيلة. تُعد سلسلة 3300 XL أكثر أجهزة استشعار التقارب استخدامًا في المعدات الدوارة على مستوى العالم.

· هانيويل: مجموعة واسعة من المنتجات تغطي الضغط ودرجة الحرارة والتدفق والقوة. تُعدّ مستشعرات الضغط من سلسلة PX2 معيارًا صناعيًا للأنظمة الهيدروليكية، وهي مثالية لأتمتة العمليات وإدارة المباني.

· بيبرل+فوكس: شركة ألمانية متخصصة في أجهزة الاستشعار. رائدة عالميًا في مجال أجهزة الاستشعار الآمنة جوهريًا والمقاومة للانفجار، والمخصصة للاستخدام في الصناعات الكيميائية والصيدلانية والنفط والغاز. تتميز بجودة تصنيع استثنائية لأتمتة المصانع.

· شركة Keyence: الشركة اليابانية الرائدة في تكنولوجيا الفحص. تتميز بأفضل أجهزة استشعار الرؤية وأجهزة قياس الملامح بالليزر في فئتها. توفر سلسلة IV3 فحصًا عالي السرعة والدقة لتغليف وتجميع الإلكترونيات.

اختيار المستشعر: 5 معايير رئيسية

1. مسافة الاستشعار والمادة المستهدفة

لا تكشف المستشعرات الاستقرائية إلا عن المعادن (استخدم المستشعرات السعوية أو الكهروضوئية للكشف عن المواد غير المعدنية). قِس المسافة الفعلية - استخدم مستشعرات بمسافة استشعار تتراوح بين 1.5 و2 ضعف المسافة المطلوبة كإجراء احترازي.

2. نوع الإخراج

يُعدّ نظام PNP (للتزويد) معيارًا في أوروبا وآسيا. أما نظام NPN (للسحب) فهو شائع في اليابان وأنظمة ألين برادلي. تأكد من توافق بطاقة إدخال وحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC) الخاصة بك. ضع في اعتبارك استخدام خرج تناظري (4-20 مللي أمبير، 0-10 فولت) لمراقبة العمليات.

3. الظروف البيئية

تصنيف IP67/IP69K للغسل بالماء. مقاوم للانفجار (ATEX/IECEx) للمناطق الخطرة. تتطلب درجات الحرارة القصوى مستشعرات مصنفة خارج نطاق التشغيل. يتطلب التعرض للمواد الكيميائية استخدام مواد مبللة متوافقة.

4. زمن الاستجابة

العد عالي السرعة أو الكشف السريع عن الأجزاء (<(1 مللي ثانية): استخدم مستشعرات الليزر الكهروضوئية أو مستشعرات تأثير هول. الكشف القياسي (10-50 مللي ثانية): مستشعرات LED الكهروضوئية أو الحثية.

5. بروتوكول الاتصال

تقليدي: وحدات إدخال/إخراج منفصلة (PNP/NPN). حديث: IO-Link (سهولة التكوين، بيانات التشخيص)، PROFINET، EtherNet/IP. اختر أجهزة استشعار متوافقة مع نظام PLC الخاص بك.

خاتمة

يتطلب اختيار المستشعر المناسب مطابقة مبدأ الكشف مع المادة المستهدفة والبيئة ومتطلبات الأداء. تُعدّ بنتلي نيفادا الشركة الرائدة بلا منازع في مجال حماية المعدات الدوارة. أما في مجال أتمتة العمليات وقياس الضغط، فتُقدّم هانيويل أوسع مجموعة من المنتجات. وتتفوق بيبرل+فوكس في مجال مستشعرات المناطق الخطرة. بينما تهيمن كيانس على مجال الفحص عالي السرعة ومراقبة الجودة القائمة على الرؤية.

الأسئلة الشائعة

س: ما الفرق بين مستشعرات PNP ومستشعرات NPN؟

ج: تُزوّد ​​مستشعرات PNP التيار (يتدفق التيار من المستشعر إلى الحمل). بينما تستقبل مستشعرات NPN التيار (يتدفق التيار من الحمل إلى المستشعر). اختر بناءً على نوع بطاقة إدخال PLC لديك: تتطلب بطاقات إدخال PNP مستشعرات PNP، بينما تتطلب بطاقات إدخال NPN مستشعرات NPN.

س: هل تستطيع أجهزة الاستشعار الاستقرائية اكتشاف الأجسام غير المعدنية؟

ج: لا. لا تكشف المستشعرات الحثية إلا عن المعادن الموصلة أو المغناطيسية الحديدية. أما بالنسبة للمواد غير المعدنية (البلاستيك، الخشب، السوائل)، فيُستخدم المستشعر السعوي، أو المستشعر الكهروضوئي، أو المستشعر فوق الصوتي.

س: ماذا يعني IP67؟

أ: تصنيف الحماية من دخول الأجسام الصلبة والسوائل (IP): الرقم الأول = الحماية من الجسيمات الصلبة (6 = مانع للغبار). الرقم الثاني = الحماية من السوائل (7 = الغمر حتى عمق متر واحد لمدة 30 دقيقة). يضيف تصنيف IP69K حماية من الغسل تحت ضغط ودرجة حرارة عاليتين.

س: ما هو IO-Link؟

أ: بروتوكول IO-Link هو بروتوكول اتصال قياسي من نقطة إلى نقطة (IEC 61131-9) لأجهزة الاستشعار الذكية. يتيح هذا البروتوكول إمكانية التهيئة عن بُعد، وقراءة بيانات التشخيص، واستبدال أجهزة الاستشعار بسهولة دون الحاجة إلى إعادة توصيل الأسلاك. وهو معيار متزايد الانتشار في أنظمة الأتمتة الحديثة.

س: كيف أختار بين مستشعر التقارب ومستشعر الكهروضوئي؟

أ: استخدم مستشعرات التقارب عندما: يكون الهدف معدنيًا، وتكون مسافة الاستشعار قصيرة (<50 مم)، بيئة ملوثة، تردد تبديل عالٍ. استخدم المستشعرات الكهروضوئية عندما: يكون الهدف غير معدني، أو عند الحاجة إلى مسافة أطول، أو عند الكشف عن الأجسام الشفافة، أو عند الحاجة إلى تمييز الألوان.

المنتجات ذات الصلة

· مستشعر تقارب بنتلي نيفادا 3300 XL 8 مم

· مستشعر اهتزاز قياسي صناعي لحماية المعدات الدوارة. مسافة استشعار 8 مم، تصنيف IP67، نطاق تشغيل من -40 درجة مئوية إلى +180 درجة مئوية.

· محول ضغط من سلسلة هانيويل PX2

· مستشعر ضغط عالي التحمل للأنظمة الهيدروليكية. نطاق 0-250 بار، خرج 4-20 مللي أمبير، IP67، وصلة عملية G1/2.

· مستشعر حثي من Pepperl+Fuchs طراز NBB10-30GM50-E2

· مستشعر تقارب حثي قياسي. مسافة استشعار 10 مم، خرج PNP NO، IP67، جسم ملولب M30.

· مستشعر الرؤية من سلسلة Keyence IV3

· مستشعر فحص بصري عالي السرعة لمراقبة الجودة. يكشف عن الوجود واللون والشكل والأبعاد بمعدل 1000 فحص/ثانية.

· بيبرل+فوكس مستشعر مستوى سعوي للكشف عن السوائل والحبيبات في الخزانات والقواديس. حساسية قابلة للتعديل، حاصل على تصنيف IP68.