المستشعرات - أنواعها وتطبيقاتها

جرب أداة القضاء على المشاكل





أجهزة استشعار الضغط

تستخدم مستشعرات الضغط بشكل عام لقياس ضغط الغاز أو السوائل. عادة ما يعمل مستشعر الضغط كمحول طاقة. يولد الضغط في الإشارات الكهربائية أو الرقمية التناظرية. هناك أيضًا فئة من مستشعرات الضغط التي يتم تصنيفها من حيث الضغط ، وبعضها مستشعر الضغط المطلق ، ومستشعر قياس الضغط. يوجد أيضًا نوع من مستشعرات الضغط التي تتيح لك معرفة وقت انخفاض الغاز أو الزيت في سيارتك.

مستشعرات الضغط هي محولات طاقة نموذجية تستشعر الضغط وتحوله إلى معلمات إشارة كهربائية. الأمثلة النموذجية لأجهزة استشعار الضغط هي أجهزة قياس الضغط ، وأجهزة استشعار الضغط السعوي وأجهزة استشعار الضغط الكهروإجهادية. تعمل مقاييس الإجهاد على مبدأ التغيير في المقاومة مع تطبيق الضغط حيث تعمل مستشعرات الضغط الكهروإجهادية على مبدأ التغيير في الجهد عبر الجهاز عند تطبيق الضغط.




مخطط دائرة استشعار الضغط:

ما يلي هو مخطط الدائرة لمقياس الضغط القائم على متحكم PIC:

مخطط دائرة حساس الضغط



تتضمن الدائرة المكونات التالية:

  • متحكم PIC الذي يحصل على مدخلات من مستشعر الضغط وبالتالي يعطي الإخراج إلى لوحة العرض المكونة من 4 أجزاء.
  • مستشعر ضغط 6 دبوس IC MPX4115 وهو مستشعر ضغط من السيليكون ويوفر إشارة خرج تناظرية عالية.
  • 4 شاشات ذات سبعة أجزاء تحصل على مدخلات من متحكم PIC ويتم تشغيلها بواسطة كل ترانزستور.
  • ترتيب بلوري لتوفير مدخلات على مدار الساعة للمتحكم الدقيق.

تشغيل مستشعر الضغط:

يصف الفيديو أعلاه كيفية تفاعل مستشعر الضغط مع متحكم لعرض قيمة الضغط في عرض سبعة أجزاء. يتكون مستشعر الضغط من 6 دبابيس ومتصل بمصدر 5V.

يتم توصيل الدبوس 3 بمصدر الطاقة ، والدبوس 2 مؤرض والدبوس 1 متصل بـ RA0 / AN0 من المتحكم الدقيق كمدخل تناظري. لعرض القيم هنا ، نستخدم عرض مقاطع مكونة من 4 أرقام مكونة من سبعة أجزاء والتي يتم تشغيلها بواسطة تكوين الأنود المشترك لأربعة ترانزستورات.


هنا يتم توصيل مستشعر ضغط 28.50 رطل لكل بوصة مربعة بالمتحكم الدقيق ، لذلك عندما نتمكن من تغيير قيمة المستشعر إلى منخفضة أو عالية ، يكتشف الميكروكونترولر هذه القيم ويعرض في شاشة العرض السبعة.

إذا تجاوزت قيمة الضغط هذه مستوياتها الحدية ، فإن الميكروكونترولر يعطي إنذارًا للمستخدم. بهذه الطريقة يمكن للمرء أن يربط أي نوع من أجهزة الاستشعار بالمتحكم الدقيق لمراقبة ومعالجة وعرض قيم الوقت الحقيقي.

تطبيقات مستشعر الضغط:

هناك العديد من التطبيقات لمستشعر الضغط مثل استشعار الضغط ، واستشعار الارتفاع ، واستشعار التدفق ، واستشعار الخط أو العمق.

  • يتم استخدامه في الوقت الفعلي أيضًا ، تستخدم أجهزة إنذار السيارة وكاميرات المرور مستشعرات الضغط لمعرفة ما إذا كان شخص ما يسرع.
  • تُستخدم أيضًا مستشعرات الضغط في شاشات اللمس لتحديد نقطة تطبيق الضغط وإعطاء التوجيهات المناسبة للمعالج.
  • كما أنها تستخدم في أجهزة مراقبة ضغط الدم وأجهزة التنفس الصناعي.
  • يتضمن التطبيق الصناعي لأجهزة استشعار الضغط مراقبة الغازات وضغطها الجزئي.
  • كما أنها تستخدم في الطائرات الهوائية لتوفير التوازن بين الضغط الجوي ونظام التحكم.
  • كما تستخدم لتحديد عمق المحيطات في حالة العمليات البحرية لتحديد ظروف التشغيل المناسبة للأنظمة الإلكترونية.

مثال على مستشعر الضغط - محول الطاقة الكهرضغطية

محول الطاقة الكهرضغطية هو جهاز قياس يحول النبضات الكهربائية إلى اهتزازات ميكانيكية والعكس صحيح. بلورة الكوارتز الكهروإجهادية والتأثير الكهروإجهادي هما الشيئين الضروريين لفهم محولات الطاقة الكهرضغطية.

بلورة الكوارتز الكهروإجهادية:

بلورة الكوارتز هي مادة كهرضغطية. يمكن أن يولد الجهد عند تطبيق بعض الضغط الميكانيكي على البلورة. تنحني البلورة الكهروإجهادية في اتجاهات مختلفة عند قيم ترددات مختلفة. وهذا ما يسمى بوضع الاهتزاز. لتحقيق أوضاع اهتزاز مختلفة ، يمكن تصنيع البلورة بأشكال مختلفة.

تأثير كهرضغطية:

التأثير الكهرضغطية هو توليد شحنة كهربائية في بعض البلورات والسيراميك بسبب الضغط الميكانيكي المطبق عليها. يتناسب معدل توليد الشحنة الكهربائية مع القوة المطبقة عليها. يعمل التأثير الكهروإجهادي بترتيب عكسي أيضًا بحيث أنه عند تطبيق الجهد على مادة كهرضغطية يمكن أن يولد بعض الطاقة الميكانيكية.

يمكن استخدام محولات الطاقة الكهرضغطية في الهواتف الدقيقة بسبب حساسيتها العالية حيث يتم تحويل ضغط الصوت إلى جهد كهربائي. يمكن استخدامها في مقاييس التسارع وكاشفات الحركة ويمكن استخدامها ككاشفات بالموجات فوق الصوتية ومولدات. لا يتأثر انتشار الموجات فوق الصوتية في المواد بشفافيتها.

تطبيق:

يمكن استخدام محولات الطاقة الكهروإجهادية كمشغلات وأجهزة استشعار. يحول المستشعر القوة الميكانيكية إلى نبضات جهد كهربائي ويحول المشغل نبضات الجهد إلى اهتزازات ميكانيكية. يمكن لأجهزة الاستشعار الكهرضغطية اكتشاف الاختلالات في أجزاء الآلة الدوارة. يمكن استخدامها في قياس مستوى الموجات فوق الصوتية وقياس تطبيقات معدل التدفق. بصرف النظر عن الاهتزازات للكشف عن الاختلالات ، يمكن استخدامها لقياس مستويات الموجات فوق الصوتية ومعدلات التدفق.

جهاز استشعار الرطوبة

يستشعر مستشعر الرطوبة الرطوبة النسبية. هذا يعني أنه يقيس درجة حرارة الهواء والرطوبة. يعتبر استشعار الرطوبة أمرًا ضروريًا في أنظمة التحكم في الصناعات وكذلك في المنازل. وهي مصممة للتطبيقات ذات الحجم الكبير والحساسة من حيث التكلفة على سبيل المثال أتمتة المكاتب والتحكم في هواء السيارات والأجهزة المنزلية وأنظمة التحكم في العمليات الصناعية وأيضًا في التطبيقات التي تتطلب تعويض الرطوبة. عادةً ما تكون مستشعرات الرطوبة من النوع السعوي أو المقاوم.

استجابة مجسات المكثفات أكثر خطية مقارنة بأجهزة الاستشعار المقاومة. يمكن أيضًا استخدام المستشعرات السعوية على النطاق الكامل للرطوبة النسبية من 0 إلى 100 بالمائة (RH) ، حيث يقتصر عنصر المقاومة عادةً على حوالي 20 إلى 90 بالمائة من الرطوبة النسبية (RH). سنناقش هنا المستشعر السعوي.

يغير مستشعر الرطوبة السعوية سعته بناءً على RH للهواء المحيط. يتغير ثابت العزل الكهربائي للمستشعر مع مستوى الرطوبة بطريقة يمكن قياسها. السعة تزداد مع الرطوبة النسبية.

جهاز استشعار الرطوبة

جهاز استشعار الرطوبة

سمات:

  • موثوقية عالية واستقرار طويل الأمد.
  • يتم استخدامه في الدوائر ذات الجهد أو خرج التردد.
  • مكون خال من الرصاص. مكونات خالية من الرصاص.
  • تغيير فوري إلى مرحلة التشبع من مرحلة التشبع.
  • وقت استجابة سريع.

تحديد:

  • متطلبات الطاقة: من 5 إلى 10 فولت تيار مستمر.
  • الاتصال: مكون بالسعة.
  • الأبعاد: 0.25 × 0.40 بقطر (6.2 × 10.2 مم بقطر).
  • نطاق درجة حرارة التشغيل: -40 إلى 212 درجة فهرنهايت (-40 إلى 100 درجة مئوية).

تحتوي مستشعرات الرطوبة على مجموعة واسعة من التطبيقات مثل التطبيقات الصناعية والمنزلية والتطبيقات الطبية ويتم توظيفها لتوفير مؤشر على مستويات الرطوبة في البيئة.

من الصعب قياس الرطوبة. بشكل عام ، تُقاس الرطوبة في الهواء على أنها جزء من أكبر كمية من الماء يمكن أن يمتصها الهواء عند درجة حرارة معينة. في الظروف الجوية ودرجة حرارة معينة يمكن أن يختلف هذا الجزء بين 0 و 100٪. هذه الرطوبة النسبية صالحة فقط عند درجة حرارة معينة وضغط جوي معين. لذلك من المهم ألا يتأثر مستشعر الرطوبة بدرجة الحرارة أو الضغط.

دائرة مستشعر الرطوبة

دائرة مستشعر الرطوبة

يؤدي مرور التيار عبر الثرمستور إلى تسخينه ، وبالتالي زيادة درجة حرارته. يكون تبديد الحرارة أكثر في الثرمستور المحكم مقارنة بالثرمستور المكشوف بسبب الاختلاف في التوصيل الحراري لبخار الماء والنيتروجين الجاف. يتناسب الاختلاف في مقاومة الثرمستورات مع الرطوبة المطلقة.

مستشعر الغاز:

تعد مستشعرات الغاز مكونًا أساسيًا في العديد من أنظمة الأمان والمنهجية الحديثة ، حيث توفر ملاحظات أساسية حول مراقبة الجودة للنظام. وهي متوفرة بمواصفات واسعة حسب مستويات الحساسية ونوع الغاز المراد استشعاره والقياسات الفيزيائية والعناصر المختلفة المختلفة.

تعمل مستشعرات الغاز بشكل عام بالبطارية. يرسلون التحذيرات عبر سلسلة من الإشارات المسموعة والمرئية مثل الإنذارات والأضواء الوامضة ، عندما يتم تحديد المستويات الخطرة لأبخرة الغاز. يتم استخدام غاز آخر كنقطة مرجعية بواسطة المستشعر لأنه يقيس تركيز الغاز.

مستشعر الغاز

مستشعر الغاز

تتكون وحدة الاستشعار من هيكل خارجي فولاذي يوجد تحته مكون استشعار. يخضع مكون الاستشعار هذا للتيار من خلال توصيل الأسلاك. يُعرف هذا التيار بتيار التسخين من خلاله ، تتأين الغازات التي تقترب من مكون الاستشعار ويتم امتصاصها بواسطة مكون الاستشعار. هذا يغير مقاومة مكون الاستشعار الذي يغير قيمة التيار الخارج منه.

سمات:

  1. أداء مستقر ، عمر طويل ، تكلفة منخفضة.
  2. دائرة محرك بسيطة.
  3. ردفعل سريع.
  4. حساسية عالية للغاز القابل للاحتراق في نطاق واسع.
  5. أداء مستقر ، عمر طويل ، تكلفة منخفضة.

يمكن استخدام أجهزة الكشف عن الغازات للكشف عن الغازات القابلة للاحتراق ، والقابلة للاشتعال ، والسامة ، واستهلاك الأكسجين. يستخدم هذا النوع من الأجهزة على نطاق واسع في الصناعة ويمكن العثور عليه في مجموعة متنوعة من المجالات على سبيل المثال على منصات النفط ، لفحص أشكال الإنتاج والتقنيات الناشئة مثل الطاقة الكهروضوئية. يمكن استخدامها بالإضافة إلى ذلك في مكافحة الحرائق.

مستشعر الغاز مناسب للكشف عن الغازات القابلة للاحتراق ، مثل الهيدروجين أو الميثان أو البروبان / البوتان (LPG).

دائرة حساس الغاز

دائرة حساس الغاز

عندما تتلامس الغازات القابلة للاحتراق أو المختزلة مع عنصر القياس ، فإنها تتعرض للاحتراق التحفيزي ، مما يؤدي إلى ارتفاع درجة الحرارة مما يؤدي إلى تغيير في مقاومة العنصر. يتم الحصول على التغيير في مقاومة المستشعر عن طريق تغيير جهد الخرج عبر مقاومة الحمل (RL) في سلسلة مع مقاومة المستشعر (RS). يتم تحديد تركيز الغاز قيد الاختبار عن طريق التغيير في الموصلية عندما يمتص سطح المستشعر الغازات المختزلة. يتوفر خرج 5 فولت الثابت للوحة الحصول على البيانات لمسخن المستشعر (VH) ودائرة الكشف (VC).

الآن لديك فكرة عن أنواع المستشعرات وتطبيقاتها إذا كان لديك أي استفسارات حول هذا الموضوع أو عن الكهرباء و المشاريع الالكترونية اترك التعليقات أدناه.

دائرة عمل نموذجية

دائرة عمل حساس الغاز