الحساسات (sensors)

الحساسات (sensors)
المستشعرات
 إذا وظيفة الحساس تحويل اإلشارات الفيزيائية )الطبيعية: حرارة , إرتفاع , بعد, سرعة  ( إلى إشارات كهربائية .
 تكون الاشارة الخارجة من الحساس إلى ال PLC اوالميكروكنتروال إشارة كهربائية .
الإشارة الكهربائية يمكن أن تكون فولت او تيار أو مقاومة ...إلخ. و من المعروف مجال إستخدام الحساس في مجال القياس مثال قياس إرتفاع سائل في تنكر أو معرفة وزن مادة معينة او معرفة درجة حرارة فرن (فرم) أو قرب جسم معين أو بعده أو الارتفاع مثال في الطائرات و هكذا. و لكن كل حساس يختلف حسب الظاهرة المراد قياسها و البد أن تكون له حساسية عالية لهذه الظاهرة.
امثلة تمهيدية:
قديما كان في المستشفيات عندي قياس درجة حرارة المريض ب الزئبق ، يستخدم جهاز الترمومتر و هو عبارة عن إسطوانة مدرجة في داخلها الزئبق و معروف الزئبق بشدة
تاثره لدرجة الحرارة (اقل تغير في درجة الحرارة يمكن ان يوثر في حركة الزئبق)
قياس الوزن او الكتلة:
مثال اخر:
معروف العنصر الكهربائي المكثف (capacitor )و هو عبارة عن مادتين موصلتين بينهما مادة عازلة الشكل 1

و ايضا معروفة معادلته وهي

حيث

C تمثل سعة المكثف (فاراراد)

£ تمثل سماحية المادة العازلة

A تمثل مساحة مقطع الموصل (m^2)

d تمثل البعد بين المادتين العازلتين (m)

و يمكن إستخدام المكثف لقياس الوزن او الكتلة الي جسم فمثال عند إستخدام في ميزان التفتيش يمكن إستخدام المكثف و ذلك بوضع مكثف ضخم اسفل طريق السيارات و وضع السيارة المراد وزنها على المكثف , عندها يوثر وزن السيارة و يقوم بالضغط على المكثف و تتاثر قيمة d( البعد بين المادتين الموصلتين للمكثف( و تغير قيمة d تتغير تبعا لذلك قيمة المكثف 

حسب المعادلة 

إذا يمكن تحويل وزن السيارة إلى ضغط على المكثف ثم تغير قيمة d ثم تغير قيمة المكثف 

( C )تبعا لقيمة ( d )تبعا للمعادلة و هكذا يمكن إستخدام المثف لقياس الكتلة.

قياس ارتفاع سائل في صهريج:

2 الشكل Measure the level of tanker

و  ايضا يمكن إستخدام التغير في قيمة المقاومة في قياس مستويات سائل ما داخل صهريج 

الشكل3

تنقسم الحساسات إلى نوعين و ذلك التقسيم حسب إشارة الخرج :

١- حساس رقمي digital sensor 

٢- حساس تماثلي analog sensor

اوال : الحساس الرقمي (الديجتال):

هو عبارة عن حساس خرجه ياخذ قيمتين فقط إما ON او OFF اي وجد فولت او عدم وجود فولت و إشارة الخرج في الغالب تكون إما صفر فولت او 24 فولت  و مرات اخرى إما صفر فولت او 24 فولت .

(DC V( 24-0 و احيانا (DC V( 5-0 و هو يستخدم مثال لمعروف وجود الشئ او عدم وجوده .

ثانيا : الحساس التماثلي Analog:

و هو يستخدم في قياس الظواهر التي لها اكثر من قيمة مثلا درجة الحرارة فلا يمكن أن نقول عليها إما صفر او قيمة اخرى النها متدرجة ممكن أن تكون صفر درجة مئوية و 

ممكن 10 درجات مئوية او 80 درجة مئوية او 100 درجة مئوية او 1000درجة او1300 درجة مئوية ....الخ 

و ايضا عن قياس إرتفاع سائل في صهريج (tank of level )فلا يمكن أن نقول بأن مستوى السائل إما 5 امتار او 30 متر و لكن له قيم مختلفة كذلك و ممكن أن يكون 

الارتفاع 2 متر او 9 أمتار او 15 متر او 33 متر او.... الخ

فهذا النوع يسمي حساس تماثلي او انلوق سنسر

و شكل الخرج ياخذ عدة تدرجات و الاشهر( mA( 20-4 وهذا الخرج عبارة عن تيار يبدامن اقل قيمة Ma 4 و 4 ميللي امبير هي اقل قيمة و اعالها Ma 20 ويمكن للخرج أن ياخذ اي قيمة بين ( mA( 20-4 فمثال يمكن أن يكون 10 ميللي أمبير و يمكن أن يكون 13 ميللي أمبير و ايضا ممكن 18 ميللي امبير و ممكن 20 ميللي امبير و هي اقصى قيمة 

.

إذا زاد الخرج عن 20 ميللي امبير يسمى اوفر لود

و مثال إذا كان لدينا صهريج إرتفاعه 80 متر و وضعنا عليه جهاز حساس تماثلي Analog و إذا فرضنا أن إرتفاع السائل داخل الصهريج كان صفر متر فإن قيمة خرج الحساس ستكون 4 ميللي أمبير و إذا كان إرتفاع السائل 40 متر فإن خرج الحساس سيكون 12 ميللي أمبير و إذا كان إرتفاع السائل 60 متر فإن خرج الحساس سيكون 16 ميللي 

أمبير و هكذا إلى أن يصل إرتفاع السائل 80 متر اقصى إرتفاع سيقابلها اقصى خرج للحساس 20 ميللي أمبير.

ملاحظة مهمة في اسئلة المعاينات يسال لماذا تبدى إشارة الحساس من 4 ميللي أمبير و لم تبدى من الصفر 

الاجابة لأن  الحساس صمم إذا اعطى قراية اقل من 4 ميللي امبير إذا فالحساس متعطل .

و ايضا سوال اخر يطرح نفسه هنا إستخدمنا التيار و لم نستخدم الفولت لماذا

لان الاسلاك (الكوابل) الناقلة لها معاوقة و قد تاثر في قيمة الخرج إذا كانت الاشارة ماخوذة لمسافة بعيدة

و الآن سنبدا بالحساسات الرقمية ( الديجتل )

في الغالب هذه الحساسات تستخدم لمعرفة وجود جسيم قريب او عدم وجود إذا قرب منها جسم تعطي خرج 24 فولت و إذا لم يتقرب منها جسم تعطي خرج صفر فولت

و احيانا يكون التركيب الداخلي للحساس معكوس أي عند ما يقترب منه جسم يعطي صفر فولت و عند ما لا يتقرب جسم يعطي 24 فولت .

انواع الحساسات حسب وجود المصدر او عدم وجود مصدر ينقسم إلى قسمين :

 لا تحتاج إلى مصدر قدرة و إنما تعطي قدرة منها ذاتيا مثل السيرموكوبل ( Thermocouple )و تسمى passive و النوع الاخر تحتاج إلى مصدر قدرة تسمى active و معظم الحساسات من هذا النوع

توصيل الحساس ( عدد الاسالك ):

من ناحية التوصيل الكهربائية فإن للحساس دخل و خرج 

1 -يمكن أن يكون للحساس 3 أطراف , يوجد طرف مشترك بين الدخل و الخرج و هو 

الارضي ,و يوصل الدخل مع سلكين واحد منهما الناري و الآخر مع الارضي , و اما 

الخرج ياخذ الإشارة من السلك الثالث و الارضي .الشكل 4 و الشكل 5 و الشكل 6

2 -يمكن توصيل الحساس بسلكين السلكين يحملان الاشارتين في نفس الوقت يحملان إشارة الدخل و هي 24 فولت و إشارة الخرج و لكن هنا إشارة الخرج تكون عبارة عن تيار لانه يمكن توصيل الاميتر على التوالي و بالتالي قراءة الاميتر تختلف حسب قراءة الحساس و هي اإلشارة المعروفة( mA(20-4 كما بالشكل 7.