7- الحساسات الخطية والدوارة (3)

الحساسات والمشغلات
Dr. Hassan SHARABATY
BY
Aleppo –April 2012
Department ofMechatronicsEngineering
EEM304 Mechatronics
7 – الحساسات الخطية والدوارة ) 3 )
ترجمة أحمد رامي قباني RamiKabbani.wordpress.com
Dr. Hassan SHARABATY
Sensors& Actuators -Linear & Rotational Sensors -III
2/26
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 – III 3/26
الحساسات التحريضية
dt
d
E N

   0
في العام 1831 , قام كل من العالم فاراداي في إنجلترا وجوزيف
هنري في الولايات المتحدة الأمريكية باكتشاف أحد أهم المؤثرات
الرئيسية في الكهرطيسية: وهي قدرة الحقل المغناطيسي المتغير
على تحريض )أو حث( التيار الكهربائي ضمن أي سلك.
ينص قانون فاراداي للتحريض على أن الجهد الناتج
تساوي إلى )e.m.f( )المتحرض(, أو القوة المحركة الكهربائية
نسبة التغير في الفيض المغناطيسي عبر الدارة. فإذا تم تطبيق
فيض مغناطيسي متغير على ملف, فستظهر قوة محركة كهربائية
في كل لفة, وفي حال وجود وشيعة بعدة لفات, فسيتم جمع قيم
القوى المحركة الكهربائية الناتجة مع بعضها.
RamiKabbani.wordpress.com ترجمة أحمد رامي قباني
Dr. Hassan SHARABATY Sensors & Actuators – Linear & Rotational Sensors – III 4/26
الحساسات التحريضية
dt
d
E N

   0
حيث أن:
عدد اللفات, N
مطال الحقل المغناطيسي, B
مساحة الدارة الواقعة ضمن الحقل المغناطيسي. A
قيمة الكمون المتحرض:
dt
d B A
E N
( . )
0   
RamiKabbani.wordpress.com ترجمة أحمد رامي قباني
Dr. Hassan SHARABATY Sensors & Actuators – Linear & Rotational Sensors – III 5/26
الحساسات التحريضية
dt
dx
E N.B.l 0  
مثل:
– حساسات الحركة المغنطيسية.
مقياس إشارات الهزات الأرضية( ( »Geophone« – الجيوفون
A  l.x
dt
d B A
E N
( . )
0   
كيف يتم الحصول على الحقل المغناطيسي؟
1. باستخدام مغناطيس دائم وسطح متحرك.
ملاحظة: يمكن صناعة المغانط الدائمة من مواد فيررومغناطيسية
)مواد عالية الأنفاذية -حسب جوجل-؟(
RamiKabbani.wordpress.com ترجمة أحمد رامي قباني
Dr. Hassan SHARABATY Sensors & Actuators – Linear & Rotational Sensors – III 6/26
الحساسات التحريضية
2. كما أنه يمكن انتاج الحقل المغناطيسي بواسطة
تمرير التيار الكهربائي في ملفات الوشيعة
B .n.I
dt
d B A
E N
( . )
0   
مثل:
– حساسات المكان والإزاحة.
– حساسات التقارب التحريضية.
كيف يتم الحصول على الحقل المغناطيسي؟
RamiKabbani.wordpress.com ترجمة أحمد رامي قباني
Dr. Hassan SHARABATY
Sensors& Actuators -Linear & Rotational Sensors -III
7/26
ملاحظة: عادة ما تعرف الحساسات ذات المحارضة المتغيرة والتي تستخدم مواد
فيررومغناطيسية غير قابلة للمغنطة لتغيير ممانعة )المقاومة المغناطيسية( طريق
.» الممانعة المتغيرة « الفيض, عادة ما تعرف بمحولات
الحساسات التحريضية
كيف يتم الحصول على الحقل المغناطيسي؟
. 2 كما أنه يمكن انتاج الحقل المغناطيسي بواسطة
تمرير التيار الكهربائي في ملفات الوشيعة
ترجمة أحمد رامي قباني RamiKabbani.wordpress.com
Dr. Hassan SHARABATY
Sensors& Actuators -Linear & Rotational Sensors -III
8/26
 يتكون الحساس التحريضي البسيط من دارة مغناطيسية
مصنوعة من نواة فيررومغناطيسية مع وشيعة مكونة من n
لفة مثبتة عليها.
 تعمل النواة كمصدر للقوة المحركة المغناطيسية
( m.m.f ( والتي تقوم بنقل الفيض 𝜙 عبر الدارة
المغناطيسية والفجوة الهوائية
Inductive Sensor with Variable Gap, ISVG
 يتسبب وجود الفجوة الهوائية بزيادة كبيرة في الممانعة المغناطيسية للدارة وبانخفاض مقابل
له في الفيض. إذا, يؤدي التغير البسيط في حجم الفجوة الهوائية إلى تغير قابل للقياس في قيمة
المحارضة.
الحساسات التحريضية ذات الفجوة المتغيرة ) ISVG )
ترجمة أحمد رامي قباني RamiKabbani.wordpress.com
Dr. Hassan SHARABATY Sensors & Actuators – Linear & Rotational Sensors – III 9/26
التحريضية الذاتية للوشيعة
أو المحارضة أو الذاتية( ( δ
N .Φ
L .μ .
2
0 2
1

Z  jwL

Z
الممانعة المغناطيسية
حيث أن:
μ𝜇0 = 4𝜋 × 0 نفاذية الخلاء الصافي ) 10) −7 𝐻 𝑚
الفجوة الهوائية. δ
عدد اللفات في الملف. N
.)Weber الفيض المار عبر الدارة المغناطيسية )ويبر Φ
هي 𝛿 والفجوة الهوائية Z العلاقة التي تربط بين الممانعة المغناطيسية 
علاقة غير خطية.
Inductive Sensor with Variable Gap, ISVG
)ISVG( الحساسات التحريضية ذات الفجوة المتغيرة
RamiKabbani.wordpress.com ترجمة أحمد رامي قباني
Dr. Hassan SHARABATY
Sensors& Actuators -Linear & Rotational Sensors -III
10/26
الحساسات التحريضية التفاضلية
 يتم بهذه الطريقة التغلب على مشكلة اللاخطية الموجودة في الحساسات ذات النواة الوحيدة.
 يتكون الحساس التحريضي التفاضلي المتغير
من سطح يتحرك بين نواتين متماثلتين تفصل
بينهما مسافة ثابتة. يتحرك السطح في الفجوة
الهوائية كاستجابة لدخل ميكانيكي ما, وتؤدي هذه
الحركة إلى تغيير الممانعة المغناطيسية لكل من
النواتين 1 و 2 , وبذلك تتغير صفاتها
التحريضية.
ترجمة أحمد رامي قباني RamiKabbani.wordpress.com
Dr. Hassan SHARABATY Sensors & Actuators – Linear & Rotational Sensors – III 11/26
[ X = 0 ]  [ Z1 = Z2 = Z0 ]
Z Z Z
Z Z Z
  
  
2 0
1 0
[Z0 = jw L0 ]
0
0 2 Z
V Z
E in 
 
دارة تعديل الجسر التفاضلي )؟(
[ X >0 ] 
الحساسات التحريضية التفاضلية
RamiKabbani.wordpress.com ترجمة أحمد رامي قباني
Dr. Hassan SHARABATY
Sensors& Actuators -Linear & Rotational Sensors -III
12/26
مقياس سرعة الدوران التحريضي المتغير هو عبارة عن حساس يعتمد على قانون فاراداي للتحريض
المغناطيسي. حيث يتكون من عجلة مسننة مصنوعة من مادة فيررومغناطيسية ومثبتة على ناقل الحركة
الدورانية, ومن ملف مثبت على مغناطيس دائم يتم تمديده بواسطة قطعة تشكل قطبا حديديا ناعما.
تدور العجلة على مقربة من قطعة القطب الحديدي, ويؤدي ذلك إلى تغيير الفيض المغناطيسي المرتبط
بالملف. يؤدي هذا التغير في الفيض إلى الحصول على إشارة خرج على الملف تشبه الموجة المربعة,
ويتعلق تردد هذه الإشارة بسرعة دوران العجلة وعدد مسنناتها.
مقياس سرعة الدوران التحريضي المتغير
ترجمة أحمد رامي قباني RamiKabbani.wordpress.com
Dr. Hassan SHARABATY
Sensors& Actuators -Linear & Rotational Sensors -III
13/26
التركيبة الأساسية لمحولة متعددة المحارضات تحتوي على ملفين: أولي وثانوي. يقوم الأولي
بتمرير إشارة التغذية المتناوبة ) 𝑉𝑟𝑒𝑓 ( والتي تقوم بتحريض إشارة متناوبة أيضا في الملف
الثانوي. يؤدي تحريك أي عنصر مصنوع من مادة فيررومغناطيسية ضمن مسار الفيض
المغناطيسي إلى تغيير المقدار المتقابل من الملفات. وبذلك يتم تحويل الفيض المغناطيسي
المقترن مع الملفين إلى كمون.
LVDT & RVDT
ترجمة أحمد رامي قباني RamiKabbani.wordpress.com
Dr. Hassan SHARABATY
Sensors& Actuators -Linear & Rotational Sensors -III
14/26
 تعتمد المحولة التفاضلية المتغير الخطية ) LVDT ( على
التحريض)الحث( الكهرومغناطيسي.
 يتم تغذية الملف الأولي عن طريق إشارة جيبية )جهد تغذية(
ذات مطال ثابت.
 يتم تحريضإشارة متناوبة في الملفات الثانوية.
 يتم إدخال نواة مصنوعة من مادة فيررومغناطيسية إلى فتحة
الأسطوانة دون أن تلامس الملفات.
 يتم وصل الملفين الثانويين بأطوار متعاكسة
LVDT & RVDT
1 – المحولة التفاضلية المتغيرة الخطية ) LVDT )
ترجمة أحمد رامي قباني RamiKabbani.wordpress.com
Dr. Hassan SHARABATY
Sensors& Actuators -Linear & Rotational Sensors -III
15/26
 عندما تتوضع النواة في المركز المغناطيسي للمحولة, تفني إشارات الملفات الثانوية بعضها,
ولا نحصل على أي جهد في الخرج.
 تؤدي إزاحة النواة عن نقطة المنتصف إلى اختلال
في نسبة توزع الفيض المغناطيسي بين الملفات
الثانوية, مما يؤدي إلى ظهور إشارة على الخرج.
كلما تحركت النواة, نتج عن ذلك تغير في
الممانعة المغناطيسية لمرور الفيض.
 يكون المجال الخطي للقياس محدودا ب ±40° بخطأ
مقداره 1 %
LVDT & RVDT
1 – المحولة التفاضلية المتغيرة الخطية ) LVDT )
ترجمة أحمد رامي قباني RamiKabbani.wordpress.com
Dr. Hassan SHARABATY
Sensors& Actuators -Linear & Rotational Sensors -III
16/26
 إذا, ستتعلق درجة انتقال الفيض المغناطيسي بمكان النواة على المحور. في الحالة العادية,
يتناسب مطال الكمون المتحرض, في المجال الخطي للعمل, مع مكان تموضع النواة.
 تبعا لذلك, يمكن استخدام الكمون الناتج لقياس الموضع.
 توفر ال LVDT إمكانية معرفة اتجاه الإزاحة بالإضافة إلى قيمتها )أي مطالها(.
 يتم تحديد جهة الإزاحة عن طريق قراءة زاوية الطور بين كمون الملف الأولي )المرجع(
وكمون الملف الثانوي. )يكون اختلاف الطور ممثلا باختلاف الإشارات؟(
 يتم توليد جهد التغذية عن طريق هزاز مستقر.
LVDT & RVDT
1 – المحولة التفاضلية المتغيرة الخطية ) LVDT )
ترجمة أحمد رامي قباني RamiKabbani.wordpress.com
Dr. Hassan SHARABATY
Sensors& Actuators -Linear & Rotational Sensors -III
17/26
 لكي يتم قياس الحركات السريعة بدقة في ال LVDT , يجب أن يكون تواتر دارة الهزاز مساويا على
الأقل 10 أضعاف أعلى تردد ملحوظ للحركة المُقاسة. لقياس التغيرات البطيئة في الحركة, يمكن
استبدال الهزاز المستقر بوصلة مع خط التغذية ذي التردد 50 – 60 هرتز.
 يمكن استخدام ال LVDT لقياس الانزياح, أو
الانحراف, أو التموضع.
LVDT & RVDT
1 – المحولة التفاضلية المتغيرة الخطية ) LVDT )
ترجمة أحمد رامي قباني RamiKabbani.wordpress.com
Dr. Hassan SHARABATY
Sensors& Actuators -Linear & Rotational Sensors -III
18/26
تستخدم المحولة التفاضلية المتغيرة الدوارة ) RVDT ( لقياس الموضع الزاوي لحركة دورانية ما,
وتعمل بنفس مبدأ عمل حساس ال LVDT .
تستخدم ال LVDT نواة حديدية على شكل اسطواني, بينما
تستخدم ال RVDT نواة فيررومغناطيسية دوارة.
LVDT & RVDT
2 – المحولة التفاضلية المتغيرة الدوارة ) RVDT )
ترجمة أحمد رامي قباني RamiKabbani.wordpress.com
Dr. Hassan SHARABATY
Sensors& Actuators -Linear & Rotational Sensors -III
19/26
LVDT & RVDT
الإيجابيات والسلبيات
فيما يلي نذكر إيجابيات كل من ال LVDT وال RVDT :
. 1 سعر قليل نسبيا, بالمقارنة مع استخداماتها الكثيرة.
. 2 عدم وجود مقاومة احتكاك, وذلك لأن النواة الحديدية لا تلامس ملفات المحولة بأية طريقة,
ولذلك فهي تتمتع بعمر خدمة طويل جدا.
. 3 ارتياب ) Hysteresis ( مهمل.
. 4 تعطي إشارات كبيرة بالمقارنة مع التشويش الحاصل, وممانعة خرجها منخفضة.
. 5 تتمتع بقابلية منخفضة لالتقاط الضجيج والمقاطعات.
. 6 تتمتع بالقوة والصلابة, مما يمكنها من العمل في نطاق واسع من الظروف المحيطة.
. 7 لديها القدرة على إعطاء تمييز عال جدا.
. 8 لا يؤدي تجاوز إشارات الدخل للحدود التصميمية إلى حدوث أضرار دائمة لل LVDT .
ترجمة أحمد رامي قباني RamiKabbani.wordpress.com
Dr. Hassan SHARABATY
Sensors& Actuators -Linear & Rotational Sensors -III
20/26
 السيئة الرئيسية لكل من ال LVDT وال RVDT هي وجوب اتصال النواة )بشكل
مباشر أو غير مباشر( مع المادة المُقاسة, وهذا الشيء غير متاح دائما أو قد
يكون غير مرغوب به.
LVDT & RVDT
الإيجابيات والسلبيات
ترجمة أحمد رامي قباني RamiKabbani.wordpress.com
Dr. Hassan SHARABATY
Sensors& Actuators -Linear & Rotational Sensors -III
21/26
تعتبر ال LVDT مقياسا للإزاحة, لكن على الرغم من ذلك فيمكن تحسس العديد من المقادير
الفيزيائية عن طريق تحويل الإزاحة إلى المقدار المطلوب باستخدام الطرق المناسبة.
قياس سعات الضغط عن طريق الحجاب الحاجز ) Diaphram )
LVDT & RVDT
التطبيقات
مثال 1
ترجمة أحمد رامي قباني RamiKabbani.wordpress.com
Dr. Hassan SHARABATY
Sensors& Actuators -Linear & Rotational Sensors -III
22/26
تغير سماكة المشغولة:
– قياس الأبعاد,
– قياسات السماكة وكل ما هو متعلق بالورق,
– تصنيف المنتجات وفقا للحجم.
قياس سماكة الورق
LVDT & RVDT
التطبيقات
مثال 2
تعتبر ال LVDT مقياسا للإزاحة, لكن على الرغم من ذلك فيمكن تحسس العديد من المقادير
الفيزيائية عن طريق تحويل الإزاحة إلى المقدار المطلوب باستخدام الطرق المناسبة.
ترجمة أحمد رامي قباني RamiKabbani.wordpress.com
Dr. Hassan SHARABATY
Sensors& Actuators -Linear & Rotational Sensors -III
23/26
قياس مستوى ارتفاع السائل
LVDT & RVDT
مثال 3
التطبيقات
تعتبر ال LVDT مقياسا للإزاحة, لكن على الرغم من ذلك فيمكن تحسس العديد من المقادير
الفيزيائية عن طريق تحويل الإزاحة إلى المقدار المطلوب باستخدام الطرق المناسبة.
ترجمة أحمد رامي قباني RamiKabbani.wordpress.com
Dr. Hassan SHARABATY
Sensors& Actuators -Linear & Rotational Sensors -III
24/26
 الحساس التقاربي التحريضي هو عبارة عن حساس تقاربي الكتروني, والذي يتحسس وجود
المواد المعدنية دون الحاجة إلى لمسها.
 يتكون الحساس من دارة تحريضية )هي عبارة عن نظام اتصال ورصد كهرومغناطيسي(. تتغير
قيمة المحارضة في الدارة تبعا لنوع المادة الموجودة في داخلها وبما أن المعادن تتمتع بناقلية عالية
بالمقارنة مع العناصر الأخرى, فإن وجود هذه المعادن يزيد من قيمة التيار المار عبر الدارة. ويمكن
تحسس هذا التغير عن طريق دارة خاصة تستطيع إعطاء إشارة لأي جهاز آخر عندما يتم تحسس
وجود المعدن.
الحساس التقاربي التحريضي
ترجمة أحمد رامي قباني RamiKabbani.wordpress.com
Dr. Hassan SHARABATY
Sensors& Actuators -Linear & Rotational Sensors -III
25/26
 تعتبر حساسات المعادن, وإشارات المرور, ومغاسل السيارات؛ من أبرز الأماكن التي يتم فيها
استخدام الحساسات التقاربية التحريضية, كما أنها عنصر رئيسي في الصناعات المؤتمتة. يمكن
وضعها على آلات النسيج, وخطوط التحويل, وأنظمة النقل, وتجهيزات التعبئة, وصناعة السيارات.
توفر الحساسات التقاربية التحريضية بديلا مميزا عن الحساسات التقاربية الأخرى حيث يتم استخدام
الأولى للعمل على نطاق واسع وفي مجالات أكبر من درجات الحرارة تحت تأثير العوامل الخارجية
الصعبة, كالرياح, والضجيج الصوتي, والضباب, والغبار, والرطوبة, وما إلى ذلك. كما أنه يمكن
استخدامها في أصعب ظروف العمل, كأن تستخدم بوجود الزيت, والمساحيق, والسوائل,
والاهتزازات. فهي لا تؤثر أبدا على عمل الحساس بفعالية.
التطبيقات
الحساس التقاربي التحريضي
ترجمة أحمد رامي قباني RamiKabbani.wordpress.com
Dr. Hassan SHARABATY
Sensors& Actuators -Linear & Rotational Sensors -III
26/26
النهاية
ترجمة: أحمد رامي قباني
ترجمة أحمد رامي قباني RamiKabbani.wordpress.com

• ISVG
• LVDT
• RVDT
• قياس مستوى ارتفاع السائل
• قياس سماكة الورق
• قياس سعات الضغط
• مقياس سرعة الدوران التحريضي المتغير
• هندسة الميكاترونيكس
• المحولة التفاضلية المتغيرة الخطية
• المحولة التفاضلية المتغيرة الدوارة
• الإيجابيات والسلبيات
• التطبيقات
• الحقل المغناطيسي
• الحساس التقاربي التحريضي
• الحساسات
• الحساسات والمشغلات
• الحساسات التحريضية
• الحساسات التحريضية التفاضلية
• الحساسات الخطية والدوارة
• بالعربي
• جامعة حلب
• دارة تعديل الجسر التفاضلي
• ذات الفجوة المتغيرة