6- الحساسات الخطية والدوارة (2)


شريحة1

شريحة2 شريحة3 شريحة4 شريحة5 شريحة6 شريحة7 شريحة8 شريحة9 شريحة10 شريحة11 شريحة12 شريحة13 شريحة14 شريحة15 شريحة16 شريحة17 شريحة18 شريحة19 شريحة20 شريحة21 شريحة22 شريحة23 شريحة24 شريحة25 شريحة26 شريحة27

الحساسات والمشغلات
Dr. Hassan SHARABATY
BY
Aleppo – April 2012
Department of Mechatronics Engineering
EEM304 Mechatronics
) -6 الحساسات الخطية والدوارة ) 2
RamiKabbani.wordpress.com ترجمة أحمد رامي قباني
Dr. Hassan SHARABATY
Sensors& Actuators -Linear & Rotational Sensors -II
2/27
الحساسات الخطية والدوارة
 أكثر الحركات شهرة في الأنظمة الميكانيكية هي الحركة الانسحابية )الخطية(
على طول محور معين و الحركة الزاوية )أي الدوران حول محور معين(.
 يمكن أيضا الحصول على حركات أكثر تعقيدا انطلاقا من هاتين الحركتين
الأساسيتين.
ترجمة أحمد رامي قباني RamiKabbani.wordpress.com
Dr. Hassan SHARABATY
Sensors& Actuators -Linear & Rotational Sensors -II
3/27
الحساسات الأومية
 يعد استخدام المقاومات المتغيرة من أسهل الطرق وأرخصها لقياس الحركات
الخطية والدورانية, وعادة ما تسمى هذه المقاومات المتغيرة بمقاييس الجهد
« Potentimeter « أو الريوستات » Rheostat .»
تستخدم دارة الريوستات )أي ذات المقاومة المتغيرة( للتحكم
بالتيارات ) 𝑰𝒗 )
« أما الدارات التي تحوي على ال Potentiometer »
فتستخدم للتحكم بالكمون
ترجمة أحمد رامي قباني RamiKabbani.wordpress.com
Dr. Hassan SHARABATY
Sensors& Actuators -Linear & Rotational Sensors -II
4/27
الحساسات الأومية
 « سنركز في دراستنا على مقاييس الجهد potentiometer الدوارة, أو ال »
« Pots كاختصار لها, لكن مبدأ العمل هو ذاته في الحركات الخطية. ويتألف »
مقياس الجهد هذا من ثلاثة أرجل.
ترجمة أحمد رامي قباني RamiKabbani.wordpress.com
Dr. Hassan SHARABATY
Sensors& Actuators -Linear & Rotational Sensors -II
5/27
الحساسات الأومية
 تتصل رجلي النهايتين )أي الأرجل ذات الرقم 1 و 3 ( بإحدى نهايتي المادة المقاومة,
كمادة البلاستيك النصف ناقل, أو السيراميك, أو سلك طويل ورفيع.
 أما الرجل الباقية )ذات الرقم 2 ( فتكون على اتصال مع قطعة
ماسحة, والتي تقوم بدورها بالانزلاق على طول المادة المُ م انِعة
كلما قمنا بتدويرها.
 المقاومة الكلية لمقياس الجهد هذا هي 𝑅13 , وتكون مساوية لقيمة
المقاومة 𝑅12 بين النهاية رقم 1 والماسح, مضافا إليها قيمة المقاومة
𝑅23 بين الماسح والنهاية ذات الرقم 3 .
ترجمة أحمد رامي قباني RamiKabbani.wordpress.com
Dr. Hassan SHARABATY
Sensors& Actuators -Linear & Rotational Sensors -II
6/27
الحساسات الأومية
 عادة ما يكون من الممكن تدوير الماسح من إحدى نهايتيه بحيث يكون ) 𝑅13=𝑅12 ( إلى النهاية الأخرى ) 𝑅13=𝑅23 .)
 إذا كانت إصبع الدوران تقوم بتدوير الماسح من إحدى نهايتيه إلى الأخرى عبر
« دورة واحدة أو أقل, فنسمي هذا المقياس Pot بمقياس ذو دورة واحدة. »
 أما إذا تطلب تدوير الماسح, من إحدى نهايتيه إلى الأخرى, أكثر من دورة واحدة
لإصبع الدوران فنسمي المقياس بالمتعدد الدورات.
ترجمة أحمد رامي قباني RamiKabbani.wordpress.com
Dr. Hassan SHARABATY
Sensors& Actuators -Linear & Rotational Sensors -II
7/27
الحساسات الأومية
 أو ال « عادة ما يستخدم حساس الكمون Pot عن طريق وصل النهاية رقم » 1 إلى نقطة
الكمون V , والنهاية رقم 3 إلى الأرض, وتتم قراءة الكمون على نهاية الماسحة على
أنها قياس للدوران.
 قيمة الكمون الناتج هي 𝑉∗( 𝑅23𝑅13) وتكون علاقتها خطية مع دوران الذراع
حساس الكمون العادي
Potentiometer
ترجمة أحمد رامي قباني RamiKabbani.wordpress.com
Dr. Hassan SHARABATY
Sensors& Actuators -Linear & Rotational Sensors -II
8/27
تطبيقات الحساسات الأومية
 تم في الدارات الحديثة استبدال مقاييس المقاومات بمقاييس لهبوط الجهد.
 يتناسب الكمون الظاهر على طرفي الماسحة في مقاييس الجهد المستقيمة مع مسافة
الانزياح d , حيث أن D هي كامل مجال الانزياح الممكن, و E هي هبوط الجهد على
ال « طرفي المقياس Pot أي جهد التغذية( ( »
ترجمة أحمد رامي قباني RamiKabbani.wordpress.com
Dr. Hassan SHARABATY
Sensors& Actuators -Linear & Rotational Sensors -II
9/27
تطبيقات الحساسات الأومية
 وذلك على فرض أنه لا يوجد أثر تحميل على الحساس من الدارة الخارجية. فإذا كان
هناك حمولة كبيرة بشكل ملموس, فلن تبقى العلاقة خطية بين موضع الماسح وقيمة
كمون الخرج. ومن الملاحظ أيضا أن إشارة الخرج تكون متناسبة مع جهد التغذية
المطبق على الحساس.
 فإذا لم تتم المحافظة على
ثبات قيمة هذا الكمون, فقد
نحصل على أخطاء في
عمل الحساس.
ترجمة أحمد رامي قباني RamiKabbani.wordpress.com
Dr. Hassan SHARABATY
Sensors& Actuators -Linear & Rotational Sensors -II
10/27
الحساسات السعوية
 تتميز الحساسات السعوية بقدرتها على تحسس جميع أنواع المواد, مما يجعلها خيارا
مميزا للاستعمال في العديد من التطبيقات.
 تتمتع حساسات الانزياح السعوية بمجال واسع من التطبيقات, حيث يتم استخدامها بشكل
مباشر لقياس الانزياح والموضع, كما يتم استخدامها كعناصر أساسية من حساسات
أخرى, حيث يتم توليد انزياحات فيها بواسطة قوة أو ضغط أو حرارة وما إلى ذلك.
ترجمة أحمد رامي قباني RamiKabbani.wordpress.com
Dr. Hassan SHARABATY
Sensors& Actuators -Linear & Rotational Sensors -II
11/27
يمكن استخدام الخاصية السعوية لقياس التقارب أو الحركات الخطية من رتبة الميلليمتر.
أما في حالة الحساسات التقاربية, فيمكن للحساسات السعوية أن تميز العناصر المعدنية أو
ثابت العازلية نفس « غير المعدنية, أو السوائل, أو أي عنصر يتمتع بثابت عازلية
أكبر من الهواء. »؟ السماحية
الحساسات السعوية
حيث أن التغير في المسافة بين السطوح ينتج عنه تغير في السعة.
ويستخدم تغير السعة هذا لتحديد الاختلاف في موضع هدف
معين.
ترجمة أحمد رامي قباني RamiKabbani.wordpress.com
Dr. Hassan SHARABATY
Sensors& Actuators -Linear & Rotational Sensors -II
12/27
حيث أن:
K هي السماحية النسبية أو ثابت العزل,
𝜀0 سماحية الخلاء؛ 𝜀0=8.85×10−12[ 𝐹𝑚]
A مساحة اللبوسين المتقابلين,
d المسافة بين اللبوسين.
تعطى السعة C للمكثفة المستوية ذات اللبوسات المتوازية بالعلاقة: 𝐶=𝐾𝜀0𝐴𝑑
الحساسات السعوية
ترجمة أحمد رامي قباني RamiKabbani.wordpress.com
Dr. Hassan SHARABATY Sensors & Actuators – Linear & Rotational Sensors – II 13/27
الحساسات السعوية المستوية
d
A
C K 0  
( ) ( ) ( )
الحساسات السعوية
  


   f A
d
C K 0 
المتحول
تقوم بقياس الحركات الانسحابية أو الدورانية
RamiKabbani.wordpress.com ترجمة أحمد رامي قباني
Dr. Hassan SHARABATY Sensors & Actuators – Linear & Rotational Sensors – II 14/27
 



   f K
d
A
C 0 
d
A
C K 0  
الحساسات السعوية
المتحول
مثل حساسات الرطوبة السعوية
السعوية بعدة مواصفات وأحجام )؟( RH يتم انتاج حساسات ال
وأشكال. والحساسات الموضحة في الصورة تم انتاجها من قبل عدة
مصنعين.
الحساسات السعوية المستوية
RamiKabbani.wordpress.com ترجمة أحمد رامي قباني
Dr. Hassan SHARABATY Sensors & Actuators – Linear & Rotational Sensors – II 15/27








   
d
1
C K A f 0 
d
A
C K 0  
الحساسات السعوية
المتحول
بعلاقة غير خطية d مرتبطة مع المسافة C
عادة ما نستخدم الحساس السعوي التفاضلي 
مثل حساس الضغط السعوي
الحساسات السعوية المستوية
RamiKabbani.wordpress.com ترجمة أحمد رامي قباني
Dr. Hassan SHARABATY Sensors & Actuators – Linear & Rotational Sensors – II 16/27
log
2
1
2
0 l
r
r
K
C  
 
الحساسات السعوية
لقياس الموضع, أو القوة, أو…
الحساسات السعوية المستوية
RamiKabbani.wordpress.com ترجمة أحمد رامي قباني
Dr. Hassan SHARABATY Sensors & Actuators – Linear & Rotational Sensors – II 17/27
الحساسات السعوية
مثل حساس الضغط السعوي
  1 2
2 0
1 0
C S P P
C C C
C C C
   
  
  
+
الحساسات السعوية التفاضلية
RamiKabbani.wordpress.com ترجمة أحمد رامي قباني
Dr. Hassan SHARABATY Sensors & Actuators – Linear & Rotational Sensors – II 18/27
الحساسات السعوية
;
2 1 2
1 2
0 C C
V C C
E in


 
2 0
0 d
V X
E in  
+
= ( )
= ( )






  
  
C C C
C C
1 0
2 0 C
»Sauty« جسر
+
الحساسات السعوية التفاضلية
RamiKabbani.wordpress.com ترجمة أحمد رامي قباني
Dr. Hassan SHARABATY
Sensors& Actuators -Linear & Rotational Sensors -II
19/27
الحساسات السعوية
 يمكننا, في العديد من تطبيقات قياس أبعاد المواد الناقلة للكهرباء, استخدام سطح المادة بحد ذاته
كأحد لبوسات المكثفة. ويوضح الشكل تصميم أحد أنواع الحساسات السعوية ذات القطب الواحد,
حيث يتم وصل أحد لبوسات المكثفة إلى ناقل موضوع على المحور ذاته, أما اللبوس الآخر فيتشكل
عن طريق الهدف )المادة(. عندما يقترب الحساس من المادة, تزداد السعة, مما يؤدي إلى تغيير
سرعة التردد لهزاز موجود في دارة الحساس والتي تكون المكثفة أيضا جزءا منها.
حساس سعوي بقطب واحد
ترجمة أحمد رامي قباني RamiKabbani.wordpress.com
Dr. Hassan SHARABATY
Sensors& Actuators -Linear & Rotational Sensors -II
20/27
الحساسات السعوية
 يمكن أن تكون هذه الحساسات مفيدة أيضا مع المواد الغير
ناقلة للكهرباء, لكن في هذه الحالة تكون ذات دقة أقل.
 يتأثر هذا الحساس بأي مادة توضع حول قطبه الكهربائي, سواء كانت المادة ناقلة أو عازلة للكهرباء,
حيث أن جميع المواد لها ثابت عزل معين يؤثر بدوره على سعة المكثفة ما بين القطب الكهربائي وإطار
الحساس, مما يؤدي بدوره إلى إنتاج رد فعل قابل للقياس )تغير في الكمون مثلا(.
 يمكن لحساسات التقارب السعوية أن تكون ذات فعالية عالية عندما يتم استخدامها مع المواد
الناقلة للكهرباء. حيث يقوم الحساس بقياس السعة ما بين قطب الحساس والمادة.
 يتعلق مجال القياس بحجم الوسط الفعال للحساس, كما أنه يتعلق بالأدوات الالكترونية
المستخدمة.
ترجمة أحمد رامي قباني RamiKabbani.wordpress.com
Dr. Hassan SHARABATY
Sensors& Actuators -Linear & Rotational Sensors -II
21/27
ظهرت الحساسات السعوية في البداية كأدوات لقياس الموضع, حيث أن خرجها دائما
ما يشير إلى المسافة بين لبوس الحساس والمادة الهدف. عندما يكون الحساس مثبتا,
تتم ترجمة أي تغير في خرج الحساس على أنها تغير في مكان الهدف, وتكون هذه
الطريقة مفيدة في:
• أتمتة التطبيقات التي تحتاج إلى دقة عالية في تحديد المكان.
• التجميع النهائي للتجهيزات الدقيقة, مثل محركات الأقراص.
الحساسات السعوية
تحسس/قياس الموضع
ترجمة أحمد رامي قباني RamiKabbani.wordpress.com
Dr. Hassan SHARABATY
Sensors& Actuators -Linear & Rotational Sensors -II
22/27
عندما يتعلق الأمر بقياس حركة معينة لجسم يتحرك حركة أخرى باستمرار, مثل المغزل الدوار
أو العناصر المهتزة, نحتاج إلى أداة قياس غير تلامسية. الحساسات السعوية هي أمثل حل عندما
يكون الوسط نظيفا والحركات ذات مجال صغير, مما يتطلب منا قياسات ذات تمييز عال. وبعض
الحساسات السعوية تتميز باستجابة ترددية تصل إلى 15 كيلوهرتز مما يمكنها من استيعاب
الحركات عالية السرعة.
• قياس الاهتزازات
الحساسات السعوية
الحركات الديناميكية )الحركة ضمن الحركة(
ترجمة أحمد رامي قباني RamiKabbani.wordpress.com
Dr. Hassan SHARABATY
Sensors& Actuators -Linear & Rotational Sensors -II
23/27
قياس سماكة المواد بواسطة الحساسات الغير تلامسية هي إحدى التطبيقات الشائعة للحساسات
السعوية. وأكثر التطبيقات استفادة من الحساسات السعوية هو النظام التفاضلي بقناتين, وفيه يتم
استخدام حساس لكل طرف من القطعة التي يتم أخذ قياساتها
الحساسات السعوية
قياس السماكة
ترجمة أحمد رامي قباني RamiKabbani.wordpress.com
Dr. Hassan SHARABATY
Sensors& Actuators -Linear & Rotational Sensors -II
24/27
تتأثر الحساسات السعوية بالمواد العازلة والتي تتوضع ضمن مساحة تحسس الحساس ويكون
طرفها المعاكس موصولا إلى القطب الأرضي. فإذا كانت المسافة بين قطب الحساس والقطب
الأرضي ثابتة, فستدل التغيرات في خرج الحساس على تغيرات في السماكة, أو الكثافة أو
تركيبة المادة الموجودة بين لبوسي المكثفة.
الحساسات السعوية
سماكة المواد العازلة
ترجمة أحمد رامي قباني RamiKabbani.wordpress.com
Dr. Hassan SHARABATY
Sensors& Actuators -Linear & Rotational Sensors -II
25/27
اختبار التجميع
تتأثر الحساسات السعوية بشكل كبير بالمواد الناقلة, أكثر من تأثرها بالمواد العازلة. ولذلك
فيمكن استخدامها لتحسس وجود أو عدم وجود الأجزاء المعدنية المكونة لمجموعة )أو قطعة(
« ) كاملة. ويمكن للحساسات السعوية التي تعمل بالتوازي مع عمل خط الإنتاج )مثلا OnlineCapacitiveSensing أن تكشف وجود أجزاء ناقصة أو معِيْبة وإعطاء إشارة لنظام العمل »
ليقوم بإزالتها من خط الإنتاج.
الحساسات السعوية
ترجمة أحمد رامي قباني RamiKabbani.wordpress.com
Dr. Hassan SHARABATY
Sensors& Actuators -Linear & Rotational Sensors -II
26/27
باستخدام حساس ضغط سعوي, قم بتصميم حساس ارتفاع, إذا علمت أن:
– الضغط الجوي النظامي يساوي ] 760 𝑚𝑚𝐻𝑔 ]
– المسافة بين اللبوسين الثابتين للحساس هي ] 𝑑=8𝑚𝑚 ]
– اللبوس المتحرك يغير مكانه بمقدار 1𝜇𝑚 لكل تغير في الضغط مقداره 1 𝑚𝑚𝐻𝑔 .
– ينخفض الضغط الجوي بمقدار 1 ميلليمتر زئبقي لكل زيادة في الارتفاع مقدارها 10 متر.
. 1 ارسم حساس الضغط السعوي موضحا دارة التعديل.
. 2 استنتج علاقة جهد الخرج بدلالة تغيرات الطبقة المتحركة.
. 3 أكمل التصميم السابق بحيث يقووم بإعطواء تنبيوه عنودما نودخل إلوى مدينوة يكوون الارتفواع فيهوا أكبور مون
800 متر.
مسألة
ترجمة أحمد رامي قباني RamiKabbani.wordpress.com
Dr. Hassan SHARABATY
Sensors& Actuators -Linear & Rotational Sensors -II
27/27
النهاية
ترجمة: أحمد رامي قباني
ترجمة أحمد رامي قباني RamiKabbani.wordpress.com

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