يجمع الجهاز معلومات درجة الحرارة من المصدر ويحوّلها إلى صورة يمكن للأجهزة أو الأشخاص الآخرين فهمها. أفضل مثال على مستشعر درجة الحرارة هو مقياس الحرارة الزئبقي الزجاجي، الذي يتمدد وينكمش مع تغير درجة الحرارة. درجة الحرارة الخارجية هي مصدر قياس درجة الحرارة، وينظر المراقب إلى موضع الزئبق لقياس درجة الحرارة. هناك نوعان أساسيان من مستشعرات درجة الحرارة:
· مستشعر التلامس
يتطلب هذا النوع من المستشعرات اتصالاً مادياً مباشراً بالجسم أو الوسط المُستشعر. ويمكنه مراقبة درجة حرارة المواد الصلبة والسائلة والغازية ضمن نطاق واسع من درجات الحرارة.
· مستشعر عدم التلامس
لا يتطلب هذا النوع من المستشعرات أي اتصال مادي بالجسم أو الوسط المراد كشفه. فهي ترصد المواد الصلبة والسائلة غير العاكسة، ولكنها عديمة الفائدة في حالة الغازات نظرًا لشفافيتها الطبيعية. تقيس هذه المستشعرات درجة الحرارة باستخدام قانون بلانك، الذي يتناول الحرارة المنبعثة من مصدر حراري لقياس درجة الحرارة.
مبادئ العمل وأمثلة لأنواع مختلفة منأجهزة استشعار درجة الحرارة:
(أ) المزدوجات الحرارية - تتكون من سلكين (كل منهما مصنوع من سبيكة أو معدن موحد مختلف) يُشكلان وصلة قياس من خلال وصلة في أحد طرفيها مفتوحة على العنصر قيد الاختبار. يُوصل الطرف الآخر من السلك بجهاز القياس، حيث تُشكل وصلة مرجعية. ونظرًا لاختلاف درجة حرارة العقدتين، يتدفق التيار عبر الدائرة، وتُقاس قيمة الملي فولت الناتجة لتحديد درجة حرارة العقدة.
(ii) أجهزة كشف درجة الحرارة المقاومة (RTDS) - وهي عبارة عن مقاومات حرارية يتم تصنيعها لتغيير المقاومة مع تغير درجة الحرارة، وهي أكثر تكلفة من أي جهاز آخر للكشف عن درجة الحرارة.
(ثالثا)الثرمستورات- وهي نوع آخر من المقاومة حيث تكون التغييرات الكبيرة في المقاومة متناسبة أو عكسية مع التغييرات الصغيرة في درجة الحرارة.
(2) مستشعر الأشعة تحت الحمراء
يُصدر الجهاز أو يرصد الأشعة تحت الحمراء لاستشعار مراحل محددة في البيئة. بشكل عام، تُصدر جميع الأجسام في طيف الأشعة تحت الحمراء إشعاعًا حراريًا، وتكتشف أجهزة استشعار الأشعة تحت الحمراء هذا الإشعاع الذي لا تراه العين البشرية.
· المزايا
سهلة الاتصال ومتوفرة في السوق.
· العيوب
انزعج من الضوضاء المحيطة، مثل الإشعاع، والضوء المحيط، وما إلى ذلك.
كيف يعمل:
الفكرة الأساسية هي استخدام ثنائيات باعثة للضوء تحت الأحمر لإصدار ضوء تحت أحمر للأجسام. وسيُستخدم ثنائي آخر من نفس النوع للكشف عن الموجات المنعكسة عن الأجسام.
عند تعريض مستقبل الأشعة تحت الحمراء لضوء الأشعة تحت الحمراء، يحدث فرق جهد على السلك. ولأن الجهد المتولد صغير ويصعب اكتشافه، يُستخدم مُضخِّم تشغيلي (مُضخِّم تشغيلي) للكشف الدقيق عن انخفاض الجهد.
(3) مستشعر الأشعة فوق البنفسجية
تقيس هذه المستشعرات شدة أو قوة الأشعة فوق البنفسجية الساقطة. يتميز هذا الإشعاع الكهرومغناطيسي بطول موجي أطول من الأشعة السينية، ولكنه لا يزال أقصر من الضوء المرئي. تُستخدم مادة فعالة تُسمى الماس متعدد البلورات لاستشعار الأشعة فوق البنفسجية بشكل موثوق، مما يُمكّن من الكشف عن التعرض البيئي للأشعة فوق البنفسجية.
معايير اختيار أجهزة استشعار الأشعة فوق البنفسجية
· نطاق الطول الموجي الذي يمكن اكتشافه بواسطة مستشعر الأشعة فوق البنفسجية (نانومتر)
· درجة حرارة التشغيل
· دقة
· وزن
· نطاق الطاقة
كيف يعمل:
تستقبل أجهزة استشعار الأشعة فوق البنفسجية نوعًا واحدًا من إشارة الطاقة وتنقل نوعًا مختلفًا من إشارة الطاقة.
لرصد وتسجيل هذه الإشارات الصادرة، تُوجَّه إلى عداد كهربائي. ولإنشاء الرسومات والتقارير، تُنقل الإشارة الصادرة إلى مُحوِّل تناظري إلى رقمي (ADC)، ثم إلى حاسوب عبر برنامج.
التطبيقات:
· قياس جزء من طيف الأشعة فوق البنفسجية الذي يسبب حروق الجلد
· الصيدلة
· السيارات
· الروبوتات
· عملية معالجة المذيبات والصباغة لصناعة الطباعة والصباغة
الصناعة الكيميائية لإنتاج وتخزين ونقل المواد الكيميائية
(4) مستشعر اللمس
يعمل مستشعر اللمس كمقاومة متغيرة حسب موضع اللمس. رسم تخطيطي لمستشعر لمس يعمل كمقاومة متغيرة.
يتكون مستشعر اللمس من المكونات التالية:
· مادة موصلة بالكامل، مثل النحاس
· مواد الفاصل العازل، مثل الرغوة أو البلاستيك
· جزء من مادة موصلة
المبدأ والعمل:
بعض المواد الموصلة تعيق تدفق التيار. المبدأ الرئيسي لمستشعرات الموضع الخطية هو أنه كلما زاد طول المادة التي يمر التيار خلالها، زاد انعكاس تدفق التيار. ونتيجة لذلك، تتغير مقاومة المادة بتغيير موضع تلامسها مع مادة موصلة بالكامل.
عادةً ما يكون البرنامج متصلاً بمستشعر لمس. في هذه الحالة، يوفر البرنامج الذاكرة. عند إيقاف تشغيل المستشعرات، يمكنها تذكر "موقع آخر لمسة". بمجرد تفعيل المستشعر، يمكنها تذكر "موضع اللمسة الأولى" وفهم جميع القيم المرتبطة به. يشبه هذا الإجراء تحريك الماوس ووضعه على الطرف الآخر من لوحة الماوس لنقل المؤشر إلى أقصى الشاشة.
يتقدم
تعتبر أجهزة استشعار اللمس فعالة من حيث التكلفة ومتينة، وتستخدم على نطاق واسع
الأعمال - الرعاية الصحية والمبيعات واللياقة البدنية والألعاب
· الأجهزة - الفرن، الغسالة/المجفف، غسالة الأطباق، الثلاجة
النقل - التحكم المبسط بين مصنعي قمرة القيادة ومصنعي المركبات
· مستشعر مستوى السائل
الأتمتة الصناعية - استشعار الموضع والمستوى والتحكم اليدوي باللمس في تطبيقات الأتمتة
الإلكترونيات الاستهلاكية - توفير مستويات جديدة من الشعور والتحكم في مجموعة متنوعة من المنتجات الاستهلاكية
(5)مستشعر القرب
تكتشف مستشعرات القرب وجود أجسام تكاد تكون خالية من نقاط التلامس. ونظرًا لعدم وجود أي تلامس بين المستشعر والجسم المراد قياسه، ولعدم وجود أجزاء ميكانيكية، تتميز هذه المستشعرات بعمر خدمة طويل وموثوقية عالية. ومن أنواع مستشعرات القرب: مستشعرات القرب الاستقرائية، ومستشعرات القرب السعوية، ومستشعرات القرب بالموجات فوق الصوتية، والمستشعرات الكهروضوئية، ومستشعرات تأثير هول، وغيرها.
كيف يعمل:
يصدر مستشعر القرب مجالًا كهرومغناطيسيًا أو إلكتروستاتيكيًا أو شعاعًا من الإشعاع الكهرومغناطيسي (مثل الأشعة تحت الحمراء) وينتظر إشارة عودة أو تغييرًا في المجال، ويسمى الجسم الذي يتم استشعاره هدف مستشعر القرب.
مستشعرات القرب الاستقرائية - تحتوي على مُذبذب كمدخل يُغيّر مقاومة الفقدان عند اقترابها من الوسط الموصل. تُعدّ هذه المستشعرات من الأهداف المعدنية المُفضّلة.
مستشعرات القرب السعوية - تُحوّل هذه المستشعرات تغيرات السعة الكهروستاتيكية على جانبي قطب الكشف والقطب المؤرض. يحدث ذلك بالاقتراب من الأجسام القريبة مع تغير في تردد التذبذب. لاكتشاف الأهداف القريبة، يُحوّل تردد التذبذب إلى جهد تيار مستمر ويُقارن بعتبة مُحددة مسبقًا. تُعد هذه المستشعرات الخيار الأمثل للأهداف البلاستيكية.
يتقدم
· تستخدم في هندسة الأتمتة لتحديد الحالة التشغيلية لمعدات هندسة العمليات وأنظمة الإنتاج ومعدات الأتمتة
· يتم استخدامه في النافذة لتنشيط تنبيه عند فتح النافذة
· يستخدم لمراقبة الاهتزازات الميكانيكية لحساب فرق المسافة بين العمود والمحمل الداعم
وقت النشر: 03 يوليو 2023