1- مبادئ الحساسات


  شريحة1

شريحة2 شريحة3 شريحة4 شريحة5 شريحة6 شريحة7 شريحة8 شريحة9 شريحة10 شريحة11 شريحة12 شريحة13 شريحة14

الحساسات والمشغلات
قسم هندسة الميكاترونيكس
EEM304 Mechatronics
-1 مبادئ الحساسات

الحساس: هو جهاز يقوم بتحويل الظواهر الفيزيائية إلى إشارات كهربائية. بنا ء على
هذا التعريف, تمثل الحساسات جزء ا من الواجهة التي تربط بين المقادير الفيزيائية
والأجهزة الكهربائية, كالحواسيب مثلا. أما القسم الآخر من هذه الواجهة فيتمثل
بالمشغلات, والتي تقوم بتحويل الإشارات الكهربائية إلى ظواهر فيزيائية.
التصميم العام لنظام القياس
إشارات غير كهربائية
إشارات غير كهربائية
حساس
مشغل ح
ساس
مشغل
نظام القياس
نظام القياس
معطيات ← معالجة ← نتائج
معلومات معلومات معلومات

إشارة كهربائية ح
ساس إ
شارة غير كهربائية
محولة دخل )حساس(
ES
N-ES
الحساس هو جهاز يستقبل إشارة أو محفز ما ويستجيب
لها بإشارة كهربائية, أما المحولة فتقوم بتحويل الطاقة
من أحد أشكالها إلى شكل آخر.
أمثلة عن الإشارات الغير كهربائية ) N-ES (: مثل الحرارة,
القوى, الضغط, الطوفان, التموضع, شدة الضوء, الرطوبة…
وما إلى ذلك.
المحولات والحساسات
تابع التحويل

تصنيفات الحساسات
يمكن تصنيف الحساسات بعدة طرق.
 الحساسات الغير نشطة )ذاتية التغذية( تقوم بتوليد إشارة الخرج بنفسها دون الحاجة إلى كمون أو تيار خارجي. مثل:
الأزواج الحرارية, والديودات الضوئية. والتي تقوم بتوليد كمونات كهرحرارية وتيارات فوتونية )على الترتيب( والتي
تكون مستقلة عن الدارات الخارجية.
 الحساسات النشطة تحتاج إلى منبع خارجي يقوم بالتحفيز.
أي أن معظم طاقة إشارة الخرج تأتي من المنبع الخارجي, بينما فقط يقوم الدخل بالتحكم بإشارة الخرج.
1 – يمكن تصنيف الحساسات بالطرق التالية )مع الأخذ بعين الاعتبار الحاجة إلى منبع تغذية(:
الحساسات التي تعتمد على المقاومات )ثرموستات, أجهزة المقاومات الحرارية RTDs , وأجهزة قياس الشدة( هي
حساسات نشطة, لأنه يجب تمرير تيار في هذه الحساسات ليتم قياس الجهد الموافق له وتحديد قيمة المقاومة.

تصنيفات الحساسات
1 – يمكن تصنيف الحساسات بالطرق التالية )مع الأخذ بعين الاعتبار الحاجة إلى منبع تغذية(:
ملاحظة.. يجب الانتباه إلى أن المصطلحات )نشطة, غير نشطة( تدل على الحاجة أو عدم الحاجة –
على الترتيب- لعناصر خارجية فعالة في الدارة لإنتاج إشارة الخرج الكهربائية من الحساس. قد يبدو
من المنطق اعتبار الأزواج الحرارية كحساسات نشطة لأنها تنتج جهد خرج دون الحاجة إلى دارات
إضافية )صح؟(, لكن جرت العادة في الصناعة على أن يتم تصنيف الحساسات بالنظر إلى حاجتها إلى
الدارات الخارجية كما قمنا سابقا بتصنيفها.
يمكن تصنيف الحساسات بعدة طرق.

تصنيفات الحساسات
-1 يمكن تصنيف الحساسات بالطرق التالية )مع الأخذ بعين الاعتبار الحاجة إلى منبع تغذية(:
يمكن تصنيف الحساسات بعدة طرق.

تصنيفات الحساسات
2 – أما بالنسبة لإشارات الخرج, فيمكن تصنيف الحساسات ك تناظرية ورقمية.
 الحساسات التناظرية يكون خرجها إشارة مستمرة طالما أن الدخل موجود ضمن مجال محدد.
مثال: حساس التموضع, المحولات التفاضلية المتغيرة الخطية LCDTs , خلايا الحمولة.
 الحساسات الرقمية يكون فيها شكل الخرج عبارة عن خطوات أو حالات مستقلة.
لا تحتاج الحساسات الرقمية إلى محولات تشابهية-رقمية, وسهولة نقل معلومات الخرج أكبر منها في
الحساسات التشابهية. كما أن الخرج الرقمي قد يكون نفسه عدة مرات لنفس عملية القياس وهو ذو موثوقية
أعلى وغالبا ما تكون قيمه أدق. مثل الحساس الذي يولد إحداثيات المكان.
 تدعى الحساسات التي يكون خرجها عبارة عن تردد متغير ب الحساسات شبه الرقمية, لأنه من السهل
جدا الحصول على خرج رقمي منها )عن طريق العد خلال زمن معين(.
– لكن وللأسف لا يمكن للحساسات الرقمية قياس الكثير من المقادير الفيزيائية.
يمكن تصنيف الحساسات بعدة طرق.

الشكل 1a الشكل خ
رج الحساس التشابهي 1b خرج الحساس الرقمي
تصنيفات الحساسات
2 – أما بالنظر إلى إشارات الخرج, فيمكن تصنيف الحساسات إلى تشابهية ورقمية أيضا.
 الخرج المعدل للحساس التشابهي باستخدام محول تشابهي-رقمي ) ADC ( له نفس خصائص الخرج
الرقمي.
يمكن تصنيف الحساسات بعدة طرق.

تصنيفات الحساسات
3 – بالنظر إلى علاقة الدخل والخرج, يمكن تصنيف الحساسات ك صفرية, أو أحادية, أو ثنائية, أو
ترتيبات عليا.
 يتعلق الترتيب ب عدد العناصر المستقلة المخزنة للطاقة في الحساس, وهذا يؤثر في دقتها وسرعتها.
يكون هذا التصنيف مهما عندما يكون الحساس جزءا من نظام تحكم مغلق لأن الزيادة في التأخر قد تؤدي
إلى حصول اهتزاز أو عدم استقرار.
يمكن تصنيف الحساسات بعدة طرق.

تصنيفات الحساسات
4 – ولكي ندرس هذا العدد الهائل من الأجهزة, يمكننا تصنيفها تبعا للقيمة المُقاسة.
 يمكن لهذا التصنيف أن يكون متعبا للغاية, وذلك بسبب العدد غير المحدود للمقادير الممكن قياسها. خذ
على سبيل المثال تنوع الملوثات في الهواء, أو عدد البروتينات المختلفة في جسم الإنسان, والتي يهمنا
معرفة وجودها.
ولذلك فإننا نصنف الحساسات إلى: حرارة, ضغط, جريان, مراحل, رطوبة, PH , رائحة, تموضع,
سرعة, تسارع, قوة, وهكذا.
يمكن تصنيف الحساسات بعدة طرق.

تصنيفات الحساسات
5 – يفضل المهندسون الالكترونيون تصنيف الحساسات تبعا ل المقادير الكهربائية المتغيرة – ممانعة, سعة,
ذاتية – ومن ثم إضافة حساسات مولدة للكمون, أو الشحنة, أو التيار, بالإضافة إلى حساسات أخرى غير
مضمنة في المجموعات السابقة, كوصلات ال p-n )أنصاف النواقل( والحساسات المعتمدة على
الإشعاعات.
 هذه الطريقة تقلل من عدد مجموعات التصنيف, وتمكننا من الدراسة المباشرة لمُعَدِّ لات الإشارة
المتعلقة بها.
Table 1
يمكن تصنيف الحساسات بعدة طرق.

 للحساسات عدة مميزات تؤثر على قدرتها على القياس وعلى توافقها مع كل تطبيق.
مميزات الحساسات:
some of the more
تابع التحويل
يظهر تابع التحويل العلاقة الوظيفية بين إشارة الدخل الفيزيائي وإشارة الخرج الكهربائية. عادة ما تكون هذه
العلاقة ممثلة كخط بياني يظهر العلاقة بين إشارتي الدخل والخرج.
ES
N-ES

النهاية
نتابع في الجلسة القادمة:
 باقي مميزات الحساسات:
المجال – الوضوح – الحساسية – الخطية – الدقة…
ترجمة: أحمد رامي قباني

أيّة أسئلة؟

Advertisements

اترك رد

إملأ الحقول أدناه بالمعلومات المناسبة أو إضغط على إحدى الأيقونات لتسجيل الدخول:

WordPress.com Logo

أنت تعلق بإستخدام حساب WordPress.com. تسجيل خروج   / تغيير )

صورة تويتر

أنت تعلق بإستخدام حساب Twitter. تسجيل خروج   / تغيير )

Facebook photo

أنت تعلق بإستخدام حساب Facebook. تسجيل خروج   / تغيير )

Google+ photo

أنت تعلق بإستخدام حساب Google+. تسجيل خروج   / تغيير )

Connecting to %s