الحساسات والمشغلات
Dr. Hassan SHARABATY
BY
Aleppo – February 2012
Department of Mechatronics Engineering
EEM304 Mechatronics
-3 تعديل إشارة الحساس
RamiKabbani.wordpress.com ترجمة أحمد رامي قباني
Dr. Hassan SHARABATY
Sensors& Actuators -Sensor Signal Conditioning
2/18
مقدمة
لا يمكن عادة وصل الحساس بشكل مباشر مع الأدوات, وذلك لأن الإشارة قد تكون غير متوافقة أو
ضعيفة للغاية و/أو تحتوي على ضجيج.
يجب تعديل الإشارة )أي تنقيتها, وتضخيمها, ورسمها بطريقة بشكل متوافق مع المعدات(.
تعتبر المقاومات من أكثر العناصر المستخدمة في الحساسات. حيث أن صناعتها غير مكلفة ومن السهل
وصلها مع دارات تعديل الإشارات.
يمكن صناعة المقاومات بحيث تكون حساسة للحرارة, قوة الشد, الضوء, طوفان السوائل, القوة,
الضغط, التسارع,… الخ.
ترجمة أحمد رامي قباني RamiKabbani.wordpress.com
Dr. Hassan SHARABATY
Sensors& Actuators -Sensor Signal Conditioning
3/18
مقدمة
تتراوح قيم المقاومات المستخدمة في الحساسات من أقل من 100Ω وحتى عدة مئات من الكيلوأوم
( KΩ (, وذلك حسب تصميم الحساس والبيئة الفيزيائية المقاسة
سعات الشد
خلايا قياس الوزن
مقاومات أجهزة قياس الحرارة
الرطوبة النسبية
حساسات الضغط
الثيرموستات: جهاز مصنوع من
مواد نصف ناقلة تختلف مقاومتها
باختلاف درجة الحرارة
مقاومة بعض الحساسات المستخدمة
ترجمة أحمد رامي قباني RamiKabbani.wordpress.com
Dr. Hassan SHARABATY
Sensors& Actuators -Sensor Signal Conditioning
4/18
مقدمة
– إحدى تقنيات مقاومات القياس تكون عن طريق
تمرير تيار بقيمة ثابتة عبر مقاومة الحساس
وقياس الكمون الناتج على طرفيها.
– تتطلب هذه الطريقة منبعا دقيقا للتيار وطرقا
دقيقة لقياس الكمون الناتج.
– كما أن الضياعات الحرارية عبر مقاومة الحساس يجب أن تكون صغيرة, كما يوصي المصنع, وذلك
لكي لا تتسبب بتسخين الحساس وإنتاج أخطاء, ولذلك يجب أن يكون التيار المستخدم صغيرا.
قياس المقاومة بشكل غير مباشر عن طريق
استخدام منبع تيار ثابت
ترجمة أحمد رامي قباني RamiKabbani.wordpress.com
Dr. Hassan SHARABATY
Sensors& Actuators -Sensor Signal Conditioning
5/18
الدارات الجسرية
– عندما تكون 𝑅1𝑅4= 𝑅2𝑅3 , يكون الجسر
متوازنا ) 𝑉𝑜=0 (, بغض النظر عن طريقة التغذية
)سواء كانت بالتيار أو بالكمون, المستمر أو المتناوب(,
أو قيمتها, أو طريقة القراءة )كمون أو تيار(, أو ممانعة
الحساس.
جسر وطسطون
ترجمة أحمد رامي قباني RamiKabbani.wordpress.com
Dr. Hassan SHARABATY
Sensors& Actuators -Sensor Signal Conditioning
6/18
يتم اختيار قيم المقاومات R في الجسر بحيث تكون مساوية للقيمة الاسمية )أو
البدائية( للمقاومة )أو المقاومات( المتغيرة. }أي بحيث يكون الجسر متوازنا{
الدارات الجسرية
يكون الاختلاف في قيمة المقاومة )أو المقاومات( المتغيرة متناسبا مع القيمة
المراد قياساها, كالشدة ) في حالة قياس سعات الشد( أو الحرارة )في حالة المقاومات
المتعلقة بالحرارة RTDs .)
حساسية الجسر هي نسبة أعظم تغير متوقع على كمون الخرج إلى كمون التغذية. فإذا كان لدينا ) 𝑉𝐵=10𝑉 (, وأعظم قيمة على خرج الجسر هي ) 10𝑚𝑉 (, فستكون الحساسية هي ) 1𝑚𝑉/𝑉 .)
الجسر ذي عنصر متغير وحيد
ترجمة أحمد رامي قباني RamiKabbani.wordpress.com
Dr. Hassan SHARABATY
Sensors& Actuators -Sensor Signal Conditioning
7/18
بما أن جهد الخرج في الجسر يتناسب طردا مع 𝑉𝐵 , فإن دقة القياس لا يمكن أن
تكون أفضل من دقة كمون التغذية.
الدارات الجسرية
كمون الخرج
العلاقة بين خرج الجسر و Δ𝑅 هي علاقة غير خطية.
ملاحظة: اللاخطية المذكورة أعلاه تدل على عدم خطية الجسر بحد ذاته, وليس الحساس. حيث أنه عمليا,
تظهر معظم الحساسات مواصفات لاخطية خاصة بها, والتي بدورها يجب أن تؤخذ بعين الاعتبار عند القراءة
الأخيرة.
الجسر ذي عنصر متغير وحيد
ترجمة أحمد رامي قباني RamiKabbani.wordpress.com
Dr. Hassan SHARABATY
Sensors& Actuators -Sensor Signal Conditioning
8/18
قد تكون لاخطية الجسر مقبولة في بعض التطبيقات, لكنه مع ذلك توجد عدة طرق لتعديل خرج
الدارات الجسرية بحيث يصبح خطيا.
بما أن العلاقة بين مقاومة الجسر المتغيرة وإشارة الخرج هي علاقة ثابتة )كما رأينا في العلاقة
السابقة(, فيمكن استخدام برنامج ما لحذف الخطأ الناتج عن اللاخطية في الأنظمة الرقمية.
كما أنه من الممكن استخدام بعض الدارات التي تقوم بتصحيح خرج الجسر بحيث يصبح خطيا,
وستتم مناقشتها فيما بعد.
الدارات الجسرية
ترجمة أحمد رامي قباني RamiKabbani.wordpress.com
Dr. Hassan SHARABATY
Sensors& Actuators -Sensor Signal Conditioning
9/18
الدارات الجسرية
الحالة 1 :
يتغير العنصران بالاتجاه ذاته
الحالة 2 :
تتغير العناصر باتجاهات متعاكسة
يكون خرج هذه الدارة
خطيا, وله ربح
مضاعف مرتين عن
الدارة ذات العنصر
الوحيد السابقة
اللاخطية هنا هي نفسها تلك
في دارة الجسر ذي
العنصر الوحيد المتغير,
لكن لها ضعف الربح.
الجسر ذي عنصرين متغيرين
ترجمة أحمد رامي قباني RamiKabbani.wordpress.com
Dr. Hassan SHARABATY
Sensors& Actuators -Sensor Signal Conditioning
10/18
الدارات الجسرية
ينتج الجسر ذي جميع العناصر المتغيرة أكبر إشارة بالمقارنة
مع تغير المقاومات, كما أنه يكون خطيا دون أية تعديلات. كما
أنها تعتبر دارة قياسية في صناعة خلايا الوزن, حيث تكون
مصنوعة من أربع عناصر متطابقة لقياس سعات الشد.
الجسر ذي جميع العناصر المتغيرة
ترجمة أحمد رامي قباني RamiKabbani.wordpress.com
Dr. Hassan SHARABATY
Sensors& Actuators -Sensor Signal Conditioning
11/18
الدارات الجسرية
من الممكن أيضا تغذية الدارات الجسرية
عن طريق منبع تيار ثابت.
– تتميز التغذية بالتيار )على الرغم من
أنها أقل استخداما من التغذية بالكمون(
بفعالية أكبر عندما تكون الدارة الجسرية
متوضعة في مكان بعيد عن مصدر
التغذية, وذلك لأن مقاومة الأسلاك لن
تنتج أخطاء في عملية القياس.
جهد الخرج وخطأ الخطية في الدارات الجسرية التي تعمل على تغذية التيار.
ترجمة أحمد رامي قباني RamiKabbani.wordpress.com
Dr. Hassan SHARABATY
Sensors& Actuators -Sensor Signal Conditioning
12/18
قيادة الدارات الجسرية
أكثر المشاكل التي نصادفها عند وضع
حساسات بعيدة هي مقاومة الأسلاك والتقاط
الضجيج.
تبلغ قيمة معامل الحرارة في أسلاك
النحاس 0.358 %/س °
فتزداد مقاومة خط القيادة بمقدار
+ 0.404Ω
(10.5Ω×0.00385/°C×10°C)
في كل خط قيادة.
وتكون القيمة النهائية لمقاومة كامل خط
القيادة )خط الذهاب والإياب( هي
+ 0.808Ω
الخطأ = 23 % من المجال الكلي
الأخطاء الناتجة بسبب مقاومة أسلاك التوصيل إلى مكان وجود الحساس.
ترجمة أحمد رامي قباني RamiKabbani.wordpress.com
Dr. Hassan SHARABATY
Sensors& Actuators -Sensor Signal Conditioning
13/18
قيادة الدارات الجسرية
تعتبر طريقة الأسلاك الثلاثة
طريقة فعالة للحساسات البعيدة
بحيث يشكل خط النقل جزءا من
الجسر ذي العنصر المتغير
الوحيد.
وصلة الأسلاك الثلاثة للحساس الجسري البعيد )ذي العنصر المتغير الوحيد(
ترجمة أحمد رامي قباني RamiKabbani.wordpress.com
Dr. Hassan SHARABATY
Sensors& Actuators -Sensor Signal Conditioning
14/18
قيادة الدارات الجسرية
أما في حالة الحساس الجسري ذي جميع العناصر
المتغيرة فيجب ضمه إلى آلية كاملة خاصة به,
كما هو الحال في خلايا الوزن. يجب اعتماد
تقنيات خاصة للحفاظ على دقة الإشارة عندما يتم
وضع هذا النوع من الجسور على مسافات بعيدة
من دارات الملاءمة.
طريقة كلفن للتحسس ) 4 أسلاك( تقلص من
الأخطاء الناتجة عن ممانعة أسلاك النقل.
ترجمة أحمد رامي قباني RamiKabbani.wordpress.com
Dr. Hassan SHARABATY
Sensors& Actuators -Sensor Signal Conditioning
15/18
النهاية
ترجمة: أحمد رامي قباني
ترجمة أحمد رامي قباني RamiKabbani.wordpress.com
رامي قباني 