المستشعر عبارة عن جهاز يحول حالة الكمية المادية الملحوظة إلى كمية قابلة للاستخدام ، مثل الجهد الكهربائي أو ارتفاع الزئبق أو شدة الإبرة أو انحرافها. غالبًا ما نخلط (بشكل خاطئ) بين المستشعر والمحول: يتكون المستشعر من محول طاقة واحد على الأقل. يختلف المستشعر عن أداة القياس بحقيقة أنه مجرد واجهة بسيطة بين العملية المادية والمعلومات القابلة للتلاعب. في المقابل ، فإن أداة القياس عبارة عن جهاز قائم بذاته يتمتع بالاكتفاء الذاتي ، مع شاشة عرض أو نظام تخزين بيانات. المستشعر لا يحتوي عليه. المستشعرات هي اللبنات الأساسية لأنظمة الحصول على البيانات. تنفيذها في مجال الأجهزة.
استهلاك الطاقة أجهزة استشعار سلبية في معظم الحالات ، يحتاجون إلى مدخلات طاقة خارجية للعمل (على سبيل المثال ، الثرمستور ، المقاوم الضوئي ، مقياس الجهد ، مقياس الإجهاد الذي يسمى أيضًا مقياس الإجهاد). هذه هي المستشعرات التي يمكن نمذجتها بمقاومة. تباين الظاهرة الفيزيائية المدروسة (المقاسة) يولد تباينًا في المعاوقة. يجب تطبيق الجهد عليهم للحصول على إشارة خرج. أجهزة استشعار نشطة نتحدث عن مستشعر نشط عندما تؤثر الظاهرة الفيزيائية المستخدمة لتحديد القياس بشكل مباشر على التحول إلى كمية كهربائية. إن القانون الفيزيائي نفسه هو الذي يربط بين القياس وكمية المخرجات الكهربائية.
جدول المحتويات
المستشعرات النشطة
غالبًا ما يعمل المستشعر النشط كمحرك كهربائي وفي هذه الحالة ، تكون كمية الخرج فرقًا محتملًا. من الواضح أن عدد القوانين الفيزيائية التي تسمح بمثل هذا التحول محدود ، وبالتالي يمكن للمرء أن يتعرف بسهولة على المستشعرات النشطة (التي يكون عددها محدودًا). ومع ذلك ، فإن مجالات التطبيق واسعة للغاية. نوع الإخراج يمكن أيضًا تصنيف المستشعرات ومكيفاتها حسب نوع الإخراج: أجهزة الاستشعار التناظرية الإخراج عبارة عن كمية كهربائية تكون قيمتها دالة للكمية المادية التي يقاسها المستشعر. يمكن أن يستغرق الإخراج عددًا لا نهائيًا من القيم المستمرة. يمكن أن تكون الإشارة من أجهزة الاستشعار التناظرية من النوع: خرج الجهد الإخراج الحالي مسطرة متدرجة ، قرص ، مقياس (بإبرة أو سائل) ؛ إلخ.
إقرأ أيضا:الحب في اضطرابات التاريخبعض المستشعرات التناظرية النموذجية: مستشعر قياس الضغط LVDT ؛ الحرارية. مجسات رقمية الإخراج عبارة عن سلسلة من الحالات المنطقية التي ، متتابعة بعضها البعض ، تشكل رقمًا. يمكن أن يستغرق الإخراج عددًا كبيرًا من القيم المنفصلة. يمكن أن تكون الإشارة الصادرة من أجهزة الاستشعار الرقمية من النوع التالي: قطار النبض ، مع عدد محدد من النبضات أو بتردد محدد ؛ كود رقمي ثنائي الحافلة الميدانية إلخ. بعض المستشعرات الرقمية النموذجية: جهاز تشفير دوار تزايدي الترميز المرجعي AA34. مجسات المنطق أو مجسات رقمية. الناتج هو حالة منطقية يُرمز إليها بالرمز 1 أو 0.
يمكن أن يأخذ الناتج هاتين القيمتين. هناك 4 أنواع خاصة من أجهزة الاستشعار المنطقية: الحاضر الحالي / الغائب في الدائرة ؛ المحتمل ، غالبًا 5 V / 0 V ؛ الصمام على / قبالة ؛ إشارة هوائية (ضغط عادي / ضغط مرتفع) ؛ إلخ. بعض أجهزة الاستشعار المنطقية النموذجية: مفاتيح الحد مجسات كسر شعاع الضوء ؛ أجهزة استشعار مختلفة للموضع. نوع الكشف كشف الاتصال (يجب أن يتلامس المستشعر جسديًا مع ظاهرة لاكتشافها).
الاستشعار التحسسية والاستيعابية
الكشف عن عدم التلامس (يكتشف المستشعر الظاهرة القريبة منه). صفات يتميز المستشعر بعدة معايير ، وأكثرها شيوعًا: الكمية المادية المرصودة ؛ نطاق القياس (نطاق القياس) ؛ حساسيته قرارها دقتها استنساخه. خطيتها وقت استجابته عرض النطاق الترددي الخاص به. تخلفه نطاق درجة حرارة التشغيل. لاستخدام المستشعر في أفضل الظروف الممكنة ، من المفيد غالبًا إجراء معايرة ومعرفة أوجه عدم اليقين في القياس المتعلقة به. أجهزة الاستشعار التحسسية والاستيعابية الخارجية في الروبوتات المتنقلة ، من المهم التمييز بين أجهزة استشعار التحسس ، التي تنفذ قياساتها فيما يتعلق بما يدركه محليًا لحركة الروبوت ، أو خارجي ، والذي يعتمد على القياسات المأخوذة فيما يتعلق ببيئته العالمية (المعيار المطلق). على سبيل المثال ، ستتمكن المستشعرات التي تقيس النزوح الزاوي لعجلات الروبوت من إعادة تشكيل مساره بشرط ألا تنزلق العجلات (الانزلاق ، الانزلاق). هم أجهزة استشعار التحسس.
إقرأ أيضا:دليل سريع لفهم الشيخوخةمن ناحية أخرى ، فإن الموقع بواسطة برج الليزر للإشارات الضوئية المثبتة في بيئة حركة الروبوت يسمح بقياس مطلق. ثم نتحدث عن جهاز استشعار خارجي. أجهزة استشعار ذكية شهدت السنوات الأخيرة من القرن العشرين ظهور مفهوم أجهزة الاستشعار الذكية. بالإضافة إلى قدرتهم على قياس الكمية المادية ، لديهم ميزات أخرى ، وهنا قائمة غير شاملة: وظائف معالجة الإشارات القابلة للتكوين (المرشح ، المكاسب ، إلخ) ؛ وظائف الاختبار الذاتي والاختبار الذاتي ؛ معايرة تلقائية الإخراج في الحافلات الميدانية. المبادئ الفيزيائية الشائعة التي تستخدمها أجهزة الاستشعار تباين القدرات. اختلاف الحث. التغيير في المقاومة. تأثير القاعة. تعريفي. تأثير فاراداي. التأثير الكهروضوئي. التوسع والتشوه. الكهربائية الضغطية. تأثير دوبلر. مبدأ السلك الاهتزازي. التأثير الكهروحراري أو تأثير سيبيك. جرد أجهزة الاستشعار بالكمية المادية المقاسة
الإشارات الرقمية
الإشارات الرقمية. إنه يوفر الوقت (لأنه لا يوجد تكييف للإشارة التناظرية ويحفظ التناظرية على التحويل الرقمي) وخاصة الدقة. المشفر الدوار عبارة عن مستشعر موضع زاوي مرتبط ميكانيكياً بمحور دوران النظام الذي نعمل عليه. مبدأ التشغيل : محرك القرص الذي يتألف من سلسلة من الأجزاء غير الشفافة والنوافذ الشفافة. تحدد هذه الأجزاء المستويين المنطقيين ، حيث يتم تركيز الضوء المنبعث من الثنائيات الباعثة للضوء أو ثنائيات الليزر عبر كل مسار على ترانزستور ضوئي يواجهه. الواجهة الإلكترونية ، المضمنة في المشفر ، تعالج الإشارة التي يتلقاها الترانزستور الضوئي وتحولها إلى إشارة مستطيلة (= إشارة خرج المشفر). هناك نوعان رئيسيان من مشفرات الوضع الدوار
إقرأ أيضا:ماهية النهضة الأوروبية و عواملهافي البداية ، ترتبط درجة الحرارة بالإحساس بالحرارة والبرودة. بالإضافة إلى ذلك ، تم تخريج أول مناظير حرارية في درجات حرارة شديدة ، ساخنة ، معتدلة ، باردة ، باردة جدًا. لكن بسرعة كبيرة يمكننا أن نرى حدود هذه الفكرة. في الواقع ، إذا غمرت يدك في ماء بارد ثم في ماء فاتر ، فستبدو ساخنة لك الآن ، اغمر يدك في الماء الساخن وأعدها في نفس الماء الفاتر.سيظهر أكثر برودة من بعد. هذه الفكرة ليست دقيقة ولا صادقة ، فقد أراد العلماء إيجاد طريقة أخرى لتحديد وقياس درجة الحرارة. تعرف الفيزياء الإحصائية درجة الحرارة على أنها درجة من إثارة الذرات و / أو الجزيئات. بعد ذلك بقليل سيأتي مفهوم الاضطراب مع الإنتروبيا.
المستشعر:الديناميكا الحرارية
تقدم الديناميكا الحرارية مساهمة كبيرة في تعريف درجة الحرارة. في الواقع ، تم تقديم هذا بواسطة Sadi Carnot في عام 1824 في مفهوم الآلة الحرارية المثالية الموصوفة بالدورة. في هذه الفكرة ، يتم تحديد نسبة درجة الحرارة بنسبة الطاقات. درجة الحرارة هي كمية مكثفة ، أي أنها تترجم “حالة” النظام المدروس بنفس طريقة الجهد الكهربائي أو الارتفاع أو الكمون الكيميائي ، إلخ. يمكننا مقارنة قيم كمية مكثفة لنظامين ، لكن لا يمكننا جمعها. الكمية المكثفة هي إمكانية يُشتق منها الحقل.
ترتبط الكمية المكثفة بكمية كبيرة. في علم الحرارة ، الكمية الكبيرة المرتبطة بدرجة الحرارة هي الإنتروبيا. من أجل قياس درجة الحرارة ، يجب أن يقيس المستشعر كمية فيزيائية تعتمد على درجة حرارة العنصر المراد قياسه. أي أن هناك علاقة رياضية تربط الكمية G بدرجة الحرارة: {\ displaystyle Z = f (T) \،} {\ displaystyle Z = f (T) \،} أخيرًا لقياس درجة الحرارة بشكل غير مباشر ، كان من الضروري إعداد مقياس درجة الحرارة ثم تصنيع أجهزة استشعار تقيس درجة الحرارة من كميات مثل المقاومة والجهد وما إلى ذلك.
المقاومة
في حالة المعادن ، تختلف المقاومة حسب درجة الحرارة وفقًا للقانون التالي: {\ displaystyle R = R_ {0} ~ (1 + aT + bT ^ {2} + cT ^ {3})} {\ displaystyle R = R_ {0} ~ (1 + aT + bT ^ {2} + cT ^ {3})} ترى جميع المعادن أن مقاومتها تختلف باختلاف درجة الحرارة ولكن يتم استخدام القليل منها فقط كمستشعرات. في الواقع ، يجب أن يتمتع المستشعر الجيد بحساسية جيدة ، وأن يكون مخلصًا قدر الإمكان ، وأن يكون مضغوطًا قدر الإمكان ، وخطيًا حتى لو لم يكن إلزاميًا ،
وله وقت استجابة مناسب ونطاق قياس كافٍ. 4 الأكثر استخدامًا هي البلاتين والتنغستن والنيكل والنحاس. يسرد الجدول التالي هذه الخصائص لكل معدن بالإضافة إلى نطاق قياسه:معايرة جهاز استشعار لقد رأينا سابقًا أن هناك عددًا من النقاط الثابتة التي ستكون بمثابة معايير مثل النقطة الثلاثية للماء ، أو نقطة انصهار الغاليوم أو نقطة تجمد النحاس. ولكن كيف يمكنك التحقق مما إذا كان المستشعر قد تمت معايرته بشكل صحيح؟
المستشعر:أجهزة الاستشعار
هناك طرق مختلفة لمعايرة المستشعر اعتمادًا على النقطة الثابتة التي نقوم بالمعايرة بها. على سبيل المثال ، بالنسبة للنقطة الثلاثية للماء ، تتم المعايرة بهذه الطريقة: خلية صغيرة عند النقطة الثلاثية للماء. jpg توجد العديد من الطرق الأخرى لمعايرة أجهزة الاستشعار ، ولمعرفة المزيد ، انتقل إلى الموقع المشار إليه في قائمة المراجع في قسم المعايرة. يمكننا تقسيم قياس درجة الحرارة إلى فئتين رئيسيتين: إذا كان المستشعر على اتصال مباشر بالسطح ،
فستكون طريقة اتصال وإذا كان المستشعر بعيدًا جدًا عن السطح ، فسنتعامل مع طريقة بعيدة. قياس درجة حرارة التلامس كما هو مكتوب في الفصل الأول ، هناك ثلاث مجموعات رئيسية من المستشعرات: المستشعرات السلبية ، وأجهزة الاستشعار النشطة ، وأجهزة الاستشعار المدمجة. يستخدم قياس الحرارة بالتلامس هذه العائلات الثلاث من المستشعرات التي لها خصائص مختلفة وبالتالي تجعل من الممكن الحصول على العديد من أجهزة الاستشعار لتطبيقات مختلفة. يستخدم مقياس حرارة المقاومة مستشعرات سلبية بينما المزدوجات الحرارية عبارة عن مستشعرات نشطة ومن الواضح أن قياس الحرارة باستخدام الصمام الثنائي والترانزستور يستخدم أجهزة استشعار مدمجة.
المستشعر:قياس حرارة المقاومة
قياس حرارة المقاومة بالإضافة إلى ذلك ، تحتاج إلى معرفة المزيد عنها. بالإضافة إلى ذلك ، تحتاج إلى معرفة المزيد عنها. عمومية يستخدم مقياس حرارة المقاومة ، كما يوحي اسمه ، التباين في مقاومة مادة ما كدالة لدرجة الحرارة. يمكن إجراء هذا الاختلاف في المقاومة باستخدام المعدن (في هذه الحالة سنتحدث عن المقاومة المعدنية) ولكن أيضًا مع الأكاسيد (في هذه الحالة سنتحدث عن الثرمستورات). مقاومة المعادن سيكون النيكل أفضل جهاز استشعار إذا كان خطيًا على مساحة أكبر. الأكثر استخدامًا هو البلاتين وبشكل أكثر دقة Pt 100 الذي يتميز بكونه 100 أوم عند 0 درجة مئوية. يمكن العثور على Pt 100 على عدة أشكال ، أحدها هو Pt 100 المفرط الصب والذي يسمح بزيادة نطاق القياس الخاص به ولكنه يزيد من وقت الاستجابة.
المستشعر:نطاق القياس
إذا كان نطاق القياس مرضيًا ، فمن الممكن استخدام Pt 100 على طبقة رقيقة مما يسمح بالتواصل الجيد بين الجسم الذي يرغب المرء في معرفة درجة حرارته والمستشعر وأيضًا الحصول على رد جيد. الآن دعنا نضع قائمة من أجل ملاحظة بعض الخصائص التي تجعل هذا النوع من المستشعرات مستشعرًا جيدًا والبعض الآخر يثبط استخدامه. لذلك هذا المستشعر سهل التنفيذ ، خطي أو على الأقل يمكن تقريبه من خلال قانون خطي ، مستقر ، لديه قابلية استنساخ جيدة وقابلية للتبادل ودقة تبلغ حوالي 0.2٪. تكمن مشكلة مستشعرات مقاومة المعادن في أنها حساسة للتسخين الذاتي ولمقاومة أسلاك التوصيل ، وأن لها وقت استجابة طويلًا إلى حد ما (بين 1 و 5 ثوانٍ) خاصةً إذا كانت مفرطة في الصهر (من 3 إلى 10 ثوانٍ) ) ومن ثم فهي غير مناسبة للبيئة الرطبة أو المسببة للتآكل.
الثرمستورات بالنسبة للثرمستورات ، فإن المادة التي لوحظت مقاومتها هي عبارة عن تكتل من أكاسيد المعادن التي يتم ضغطها بواسطة الضغط العالي الذي يمارس عند درجة حرارة عالية. هناك ثلاثة أنواع رئيسية من الثرمستورات: معاملات درجة الحرارة السلبية (NTC) ومعاملات درجة الحرارة الموجبة (PTC) ومقاوم التباين الحرج التي تغير بشكل مفاجئ NTC في المقاومة. تتميز CTNs بخصوصية رؤية مقاومتها تنخفض بشكل موحد عندما تزداد درجة الحرارة ،
مما يجعلها واحدة من أكثر الثرمستورات استخدامًا. يمكن العثور على CTN في أشكال مختلفة: الخرز الزجاجي ، والأقراص ، والقضبان ، والكريات ، والغسالات ، والرقائق ، إلخ. فيما يلي مثالان على CTN ، المثال الموجود على اليسار عبارة عن قرص أزرق CTN والآخر على اليمين عبارة عن CTN مصغر. صورة لثرمستورات CTN ميزة هذه الثرمستورات هي صغر حجمها ، ووقت استجابتها السريع (من 1 إلى 2 ثانية) ، وسعرها (في حدود 5 يورو) بالإضافة إلى دقتها وهي أفضل من المقاومات المعدنية (حوالي 0.1٪) ).
المستشعر:الثرمستورات حساسة
ولكن تمامًا مثل المقاومات المعدنية ، فإن الثرمستورات حساسة للتسخين الذاتي ومقاومة الأسلاك الموصلة. يمكن أن يكون عدم خطيتها في بعض الأحيان عقبة أمام استخدامها وكذلك نطاقها المنخفض (من -110 درجة مئوية إلى 250 درجة مئوية) وقابلية التبادل المنخفضة. قياس الحرارة المزدوج بالإضافة إلى ذلك ، تحتاج إلى معرفة المزيد عنها. عمومية المزدوجات الحرارية هي مستشعرات نشطة تنقل الأنثى عندما تتعرض لتغير في درجة الحرارة. ي
عتمد مبدأ التشغيل على تأثير Seebeck الذي عندما يتم توصيل موصلين معدنيين بواسطة تقاطعين يخضعان لدرجات حرارة مختلفة ، يخلق فرقًا محتملًا عند أطراف الدائرة. بمجرد أن يكون لديك الفخذ لتتمكن من العودة إلى قيمة درجة الحرارة ، فأنت بحاجة إلى معرفة أحد التقاطعين وخاصة درجة حرارته. هذا سوف يسمى التقاطع المرجعي. تحدد طبيعة المواد الموصلة المستخدمة نوع المزدوجات الحرارية. هناك العديد من أنواع المزدوجات الحرارية التي يتم تمييزها في الغالب بحرف ، لذا فإن النوع J من المزدوجات الحرارية يتكون من تقاطع حديدي وتقاطع ثابت. يوضح الجدول التالي أكثر المزدوجات الحرارية شيوعًا:
