برای تولید یک نتیجه نهایی با کیفیت بالا، خودکارسازی فرآیندهای صنعتی نیاز به اجزای مختلف متعددی دارد تا بی‌نقص با هم کار کنند. سنسورهای موقعیت، یک عنصر کوچک اما حیاتی در اتوماسیون صنعتی، موضوع این مقاله هستند. سنسورهای موقعیت در تأسیسات تولید و پردازش تضمین می‌کنند که وظایف مهم طبق برنامه انجام می‌شوند، که به نظارت و مدیریت فرآیندهای تولید کمک می‌کند. به طور دقیق‌تر، کار اصلی آنها یافتن "اهداف" یا اشیاء متحرک و گزارش وجود یا عدم وجود آنها است. شیرهای پنوماتیک کاربردهای متنوعی دارند زیرا ممکن است سیگنال‌هایی را به سیستم منتقل کنند و به آن بگویند که وقتی یک هدف در فاصله از پیش تعیین شده‌ای از سنسور موقعیت قرار دارد، یک عمل از پیش برنامه‌ریزی شده را انجام دهد.

حسگر موقعیت سیگنالی را ارسال می‌کند که به سیستم می‌گوید هنگام دور شدن هدف از حسگر موقعیت، اجرای آن عملکرد از پیش برنامه‌ریزی شده را متوقف کند یا به عملکرد دیگری تغییر دهد. اگرچه از نظر تئوری، هدف می‌تواند هر چیزی باشد، اما این مقاله صرفاً اهداف فلزی و روش‌های «اصلی» برای یافتن آنها را به منظور سادگی بررسی می‌کند. سوئیچ‌های حد مکانیکی، حسگرهای مجاورتی القایی، سوئیچ‌های حد فنری و سوئیچ‌های حد، برخی از این فناوری‌ها هستند. درک زبان استاندارد مورد استفاده اکثر تولیدکنندگان حسگر، قبل از بررسی انواع مختلف حسگرهای موقعیت، مفید است.

• محدوده حسگری: فاصله بین سطح حسگر و هدف فعال‌کننده سوئیچ

• هیسترزیس: فاصله بین نقطه رهاسازی و نقطه تحریک سوئیچ

• تکرارپذیری: ظرفیت طول عمر سوئیچ برای شناسایی مداوم هدف یکسان در همان محدوده.

• زمان پاسخ: فاصله زمانی بین تشخیص هدف و تولید سیگنال خروجی.

سوئیچ محدود کننده مکانیکی

دستگاه‌های الکترومکانیکی به نام سوئیچ‌های حد مکانیکی از تماس فیزیکی مستقیم با یک هدف برای حس کردن موقعیت هدف استفاده می‌کنند. آن‌ها می‌توانند بارهای جریان بالا را تحمل کنند و بدون منبع تغذیه کار کنند. سوئیچ‌های مکانیکی به قطبیت یا ولتاژ اهمیتی نمی‌دهند زیرا از کنتاکت‌های خشک استفاده می‌کنند که آن‌ها را در برابر نقص‌های الکتریکی مختلف مانند نویز الکتریکی، تداخل فرکانس رادیویی، جریان نشتی و افت ولتاژ مقاوم می‌کند. بازوی اهرمی، دکمه، بدنه، پایه، سر، کنتاکت‌ها، ترمینال‌ها و سایر عناصر متحرک این سوئیچ‌ها اغلب نیاز به نگهداری دارند. سوئیچ‌های حد مکانیکی Votto ممکن است تکرارپذیری ضعیفی داشته باشند زیرا در تماس فیزیکی مستقیم با هدف هستند. خود هدف و همچنین بازوی اهرم ممکن است از طریق تماس فیزیکی فرسوده شوند. همچنین دهانه‌های محافظت نشده‌ای وجود دارد که مستعد خوردگی، گرد و غبار و رطوبت هستند. به دلیل این مشکل، مناطق خطرناک دارای گواهینامه و کنتاکت‌های مهر و موم شده اغلب قیمت بالایی دارند.

سوئیچ فنری محدود کننده

سوئیچ حد فنری ابزاری الکترومکانیکی است که از جاذبه مغناطیسی برای تعیین محل یک هدف مغناطیسی استفاده می‌کند. دو شاخک فلزی کوچک که در یک لوله شیشه‌ای قرار گرفته‌اند، درون سوئیچ قرار دارند. این سوئیچ یک «عنصر نی» است. به دلیل حساسیت مغناطیسی، عنصر نی با فعال شدن به اهداف مغناطیسی پاسخ می‌دهد. از آنجایی که سوئیچ‌های حد فنری برای عملکرد خود نیازی به تماس مستقیم با هدف ندارند، تمام مزایای سوئیچ‌های مکانیکی را در عین حال که از مشکلات سایش جلوگیری می‌کنند، ارائه می‌دهند.

اهداف آهنی معمولی را نمی‌توان با سوئیچ‌های محدودکننده فنری استفاده کرد؛ اهداف مغناطیسی ضروری هستند. سوئیچ نی قابل اعتماد نیست زیرا عنصر نی، لوله شیشه‌ای و شاخک‌های فلزی کوچک با خم شدن خسته می‌شوند. فشار تماس کم ممکن است منجر به لرزش کنتاکت‌ها و سیگنال‌های اشتباه از نی در موقعیت‌های ارتعاش بالا شود.

حسگرهای مجاورتی القایی

یک دستگاه الکترونیکی حالت جامد به نام حسگر مجاورت القایی از تغییرات میدان انرژی یک جسم فلزی برای تعیین موقعیت آن استفاده می‌کند. لمس فیزیکی لازم نیست و هیچ قطعه متحرکی برای گیر کردن، ساییدگی یا آسیب دیدن وجود ندارد که این امر باعث کاهش هزینه نگهداری می‌شود. همچنین به دلیل نداشتن قطعه متحرک، در برابر گرد و غبار و کثیفی مقاوم است. حسگرهای مجاورت القایی برای طیف وسیعی از کاربردها بسیار سازگار هستند و در اندازه‌ها و طرح‌های مختلفی موجود هستند. حسگرهای مجاورت القایی نمی‌توانند بارهای جریان بالا را تحمل کنند و برای عملکرد به منبع تغذیه خارجی (برق) نیاز دارند. آنها همچنین ممکن است در برابر افت ولتاژ، جریان‌های نشتی، تداخل فرکانس رادیویی و نویز الکتریکی آسیب‌پذیر باشند. نوسانات شدید دما و نفوذ رطوبت گاهی اوقات می‌تواند برای حسگرهای مجاورت القایی مضر باشد.

سوئیچ محدود کننده

با استفاده از یک فناوری ترکیبی ویژه، سوئیچ‌های حد مجاز می‌توانند اهداف آهنی را از طریق میدان‌های الکترومغناطیسی پیدا کنند. سوئیچ‌های حد مجاز بدون اهرم در موقعیت‌های چالش‌برانگیز و استفاده طولانی‌مدت فوق‌العاده قابل اعتماد هستند. از آنجایی که نیازی به لمس فیزیکی یا نیروی خارجی نیست، بارهای جریان عظیم امکان‌پذیر است و هیچ چیز نمی‌تواند گیر کند، خم شود، خرد شود یا ساییده شود. مشابه سوئیچ‌های مکانیکی، آنها در برابر نویز الکتریکی، تداخل فرکانس رادیویی، جریان‌های نشتی و افت ولتاژ نفوذناپذیر هستند. آنها همچنین به قطبیت یا ولتاژ حساس نیستند. گرد و غبار، کثیفی، رطوبت، لمس فیزیکی و اکثر مواد خورنده یا مواد شیمیایی هیچ تاثیری بر سوئیچ‌های حد مجاز ندارند. اکثر انواع آنها دارای محدوده دمای کاری وسیعی هستند و ذاتاً ایمن هستند. سوئیچ حد مجاز بدون اهرم به دلیل اتصالات آب‌بندی شده و محفظه فلزی محکم، برای کاربردهایی که نیاز به آب‌بندی و ضد انفجار دارند، عالی است.

سنسورهای موقعیت برای اتوماسیون فرآیندهای صنعتی بسیار مهم هستند. فناوری‌های متعددی برای سنسورهای موقعیت در بازار وجود دارد که هر کدام مجموعه‌ای از ویژگی‌های عملکردی متمایز را دارند. برای دستیابی به عملکرد و قابلیت اطمینان لازم، باید در انتخاب نوع مناسب سنسور برای کاربرد مورد نظر دقت شود.