Translate

الاثنين، 16 يوليو، 2012

الحساسات الجزء الثانى والاخير ( تحكم الى ) بور كنترول



شبكة أسلاك الحساسات :
هناك مخططان جوهريان لتوصيل الحساسات : باستطاعة الحمل ، واستطاعة الخط ، وتزود هذه الاستطاعات إلى الاستطاعة المستمرة والمتناوبة للحساس .
1) استطاعة الحمل للحساس:
هناك فقط سلكان لوصل الحساس والتيار المطلوب ليعمل الحساس يجب أن يمر خلال الحمل . الذي يمكن أن يكون أي شيء يحد من تيار الخرج للحساس , فكر بأن حملاً يمكن أن يكون خرجه جهاز الـ ( PLC ) .






وحتى يعمل الحساس يجب أن يمر تيار صغير بحدود 2 ميلي أمبير وهو يدعى بتيار العمل ، وهو كافي ليعمل الحساس ولكنه غير كافي لتفعيل دخل الـ ( PLC ) .                                                        

  
            إذا كان التيار كافي لتفعيل نظام الـ ( PLC ) فإنه من الضروري ربط مقاومة ، فعندما يفعل الحساس فإنه سوف يمر تيار كافي لأن يفعل دخل الـ ( PLC ) .
زمن الاستجابة هو عبارة عن الزمن الضائع بين الهدف الذي يتم تحسسه وتغير حالة الخرج ، ويمكن أن يكون زمن الاستجابة حاسم في التطبيقات العالية الإنتاج ، ويتم الحصول على أزمنة الاستجابة من صفحات المواصفات للحساس نفسه .
2) استطاعة الخط للحساس :
عادة تكون ثلاثة أنواع من الأسلاك ولكن يمكن أن تكون ثلاثة أو أربعة , هناك خطان لتوصيل للاستطاعة وخرج واحد في تشكيلة الخطوط الثلاثة .

يحتاج الحساس لتيار صغير يدعى بتيار الحمل أو تيار التشغيل , هذا التيار يتدفق حتى ولو كان خرج الحساس مفعل أو مطفئ .
أسلاك التيار هي خرج الحساس , إذا كان الحساس يعمل فهناك تيار خط , وهذا التيار يشغل دخل الـ ( PLC ) .
تيار الحمل الأعظمي هو بحدود من 50) ـ 200) ميلي أمبير . ومن أجل معظم الحساسات  تأكد من أنك حددت الحمل (الخرج) و إلا فإن الحساس سيتخرب (سيحترق) .
                                                                                                                                               
 19) حساسات نوع PNP :                                                                                                                                  
            يتدفق التيار الاصطلاحي من القيمة الموجبة إلى السالبة , عندما يكون الحساس مطفأ , ولن يتدفق التيار عندها في الحمل .
وعندما يكون هناك تيار خرج من الحساس , عندها سيصدر الحساس تيار إلى الحمل .والدارة التالية تبين دارة حساس حراري من النوع السالب (NTC) .                                                                    

      
 20) حساسات نوع NPN :                                                                                          
            عندما يكون الحساس مطفأ ( غير موصل ) يكون هناك تدفق تيار عبر الحمل .
وعندما يكون الحساس موصول سيكون هناك تيار حمل متدفقاً من الحمل إلى الحساس .
إن اختيار النوع
PNP أو NPN سيكون معتمداً على نوع الحمل , بمعنى آخر : إختر الحساس الذي يحقق الملائمة ، وهي متطلبات دخل جهاز الـ ( PLC ) .
والدارة التالية تبين دارة حساس حراري من النوع الموجب (PTC) .                                   

 21) المزدوجة الحرارية :                                                                                            
            وهي إحدى الأدوات الشائعة من أجل القياسات الحرارية في التطبيقات الصناعية .


إن المزدوجة الحرارية أداة بسيطة متصلة من إحدى النهايات ، والنهايات الأخرى للسكك تكون متصلة بفتحة للدخل التشابهي لأداة التحكم مثل الـ ( PLC ) .

الشكل يبين مزدوجة حرارية متصلة بسلكين إلى نظام الـ ( PLC ) ، وهذان السلكان متوضعان في غلاف واقي ليتم التخلص من الضجيج الالكتروني .
يكون مبدأ العمل أنه عندما يتصل معدنان مختلفان في عامل التمدد الطولي فإنه سيتولد جهد صغير , جهد الخرج سيناسب الاختلاف في الحرارة ما بين الوصلات الباردة والساخنة .
ثم المفترض أن تأخذ الوصلة الباردة درجة حرارة المحيط (الغرفة) .

الشكل يبين أنه إذا تم تسخين إحدى نهايتي المزدوجة الحرارية وتبريد الطرف الثاني ، فإنه سينشأ تيار سوف يمر من النقطة الساخنة إلى النقطة الباردة .



الشكل يبين جهد الخرج بدلالة درجة الحرارة لنوعين من المزدوجات الحرارية ، وهي تمثل علاقة شبه خطية .
                                                                                                                                               
            في الحقيقة تتغير الحرارة تبعاً للبيئة الصناعية , إذا كانت الوصلة الباردة تتغير بالحرارة المحيطة , سوف لن تكون القراءات صحيحة ، وهذا لن يكون مقبولاً بالنسبة لمعظم التطبيقات الصناعية  إنه من المفروض أن تحافظ على درجة حرارة الوصلة الباردة بـ 75 درجة .
إذاً يجب أن تكون المزدوجات الحرارية متكافئة ، وهذا يحقق شبكة حساسة للحرارة .
إن المقاومات المستخدمة تمللك معامل سالب من المقاومة ، أي تزداد المقاومة عندما تزداد الحرارة ، وهذه تضبط الجهد بشكل آلي لهذا تبقى القراءة ثابتة .
إن المزدوجات الحرارية أدوات دقيقة جداً ، والحل يكمن في الأداة التي تأخذ الخرج من المزدوجات الحرارية ، والأداة بشكل طبيعي ستكون جهاز الـ ( PLC ) من النوع التشابهي.
تستخدم (جداول) المزدوجات الصناعية 75 درجة فهرنهايت من أجل الحرارة المرجعية .

الجدول يبين الخلائط التي تصنع منها المزدوجات الحرارية                                                    
             
22) كاشف الحرارة ذو المقاومة RTDs                                                                 

إن RTDs هي عبارة عن أداة تتغير مقاومتها بدلالة درجة الحرارة ، و تكون مصنوعة من البلاتينيوم وهو عبارة عن عنصر ملائم . إن التغير في درجة الحرارة سيكون خطياً وهذا ما يجعل RTDs هي عبارة عن أداة دقيقة .
توصل RTDs مثل المقاومات ، والمقاومة الشائعة لكشف الحرارة هي بحدود 100 أوم عند درجة حرارة الصفر المئوية . وكواشف أخرى تكون فعالة في مدى 50 وحتى 1000 أوم .
                                                                                                                                               
            يبدي المقاوم الحراري تغيراً أكبر في المقاومة من أجل تغير معين في الحرارة . و يمكن أن يكون أكثر دقة وملائمة ، والمشكلة الرئيسية تكمن في أن المقاومات الحرارية غير خطية بشكل كبير
فإذا كان مجال درجة الحرارة المقاسة صغير نسبياً فيكون المقاوم الحراري أداة جيدة ، تكون شبكة المقاومات الحرارية فعالة حيث أنها تملك جهد خطي صغير بتغير الحرارة .
المعايير المعتمدة على التشوه :
تستخدم لقياس القوة، فهي تعتمد على مبدأ أنه كلما كان السلك رفيع كلما ازدادت المقاومة و هي مصنوعة من سلك بلاستيكي ، فعندما يشد هذا السلك يصبح أكثر رفعاً وهذا ما يزيد مقاومة السلك (حسب العلاقة:  ) ، إن هذا التغير في المقاومة يمكن أن يقاس ويحول إلى قوة أو ضغط ، و هي غالبا ما تثبت إلى صفيحة ، وتستخدم في الجسور.
                                                                                                                                               
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        
24) حساسات الرطوبة                                                                                                                               
            يمكن أن نميز بين عائلتين من حساسات الرطوبة :

*    التي تعتمد على المبدأ الفيزيائي يسمح بالتحديد المباشر للرطوبة ، وهي حالة حساسات الرطوبة ذات التكثف والمنحلة كهربائياً وقائسات الرطوبة ذات المحلول الملحي .
*    التي تعتمد على قياس إحدى الخواص المتعلقة بالرطوبة لجسم ما ، وهي حالة قائسات الرطوبة ذات الممانعة .
                                                                                                                                               
 25) الحساسات الطبية                                                                                                                                 
            إن الإشارات التي نحصل عليها من الناس أو الحيوانات هي إشارات صغيرة ، بضعة ميكرو فولت حتى بضعة ميلي فولت ، ولما كان من الضروري قياس التغيرات الصغيرة في كمون الجسم وممانعته وعرض هذه التغيرات وتسجيلها بشكل دقيق فقد تم استخدام :
1.     حساسات تلتقط هذه التغيرات .
2.     دارة ملائمة للحساسات ومعالجة لإشاراتها .
3.     عرض النتائج المفيدة للإشارات بعد معالجتها .
وإن هذه الإشارات الناتجة عن الحساسات الطبية تحتاج إلى تضخيم ، ويمكن تلخيص المراحل التي تمر بها الإشارة الفيزيائية حتى تصبح قابلة للإظهار على الشكل التالي :

حيث يقوم الحساس بقيادة دارة معالجة إشارة أو دارة تضخيم وهي تقوم بدورها باستخلاص المعلومات من الإشارة الواردة للحصول على إشارة مفيدة ، بالإضافة لهذه الوظيفة الأساسية فإن دارة معالجة الإشارة تؤمن عادة عدداً من الوظائف الملحقة ، مثل : إعطاء جهد تهييج في حالة استخدام معايير قياس التشوه أو إعطاء أوامر الضبط والمعايرة .

ويجب أن تتمتع المضخمات المستخدمة في التطبيقات الطبية بالمواصفات التالية :
         1-      ربح عال فوق 100 .
                      2-      ممانعة دخل عالية .
               3-      ممانعة خرج منخفضة .
          4-       استجابة ترددية عالية .

وأما مجالاتها الطبية فهي كثيرة نذكر منها :
القلبية ، والعضلات ، الأعصاب ، التنفس ، الجراحة ، التخدير ، التحليل ، الأشعة .            
             
26) الحساسات الذكية                                                                                                
        وهي الحساسات التي تمتلك وظائف منطقية وتكون قادرة على اتخاذ بعض القرارات ، وهي قادرة على القيام بالوظائف التالية :
المعايرة الذاتية : حيث أنها تمتلك في بنيتها معالج مصغر يمتلك في ذاكرته وظيفة التصحيح التلقائي من خلال الملاحقة الذاتية ، وهي أيضاً قادرة على تشخيص الأعطال ، وهذا ضروري في التطبيقات المعقدة الباهظة الثمن ، كما أنها قادرة على تصليح الأعطال .
العمليات الحسابية : ويتم الاعتماد على قدرة الحساس الحسابية في تعويض التغيرات الناتجة عن الوسط المحيط مثلاً .
الاتصال : وهو من خلال قدرة الحساس على تبادل المعلومات ، وهذه القدرة تستخدم عند الحاجة من أجل أغراض المعايرة .
تعدد التحسس : وهي قدرة الحساس على قياس أكثر من متحول فيزيائي أو كيميائي في آن واحد كقياس الضغط ودرجة الحرارة في نفس الوقت .
كمثال عن الحساسات الذكية الحساس الذي تم تطويره في مركز الأبحاث الإلكترونية في كاليفورنيا من أجل معالجة الإشارة و أيضا حساس التدفق و مصفوفة متحسسة للأشعة تحت الحمراء و قائسات تسارع.
تستخدم في أنظمة التحكم المعقدة ، نظراً لأنها تحل الكثير من المشكلات المتعلقة بالمعايرة وبإمكانية تحسس عدة وسطاء فيزيائية مختلفة .
                                                                                                                                               
 27) الحساسات الكهروكيميائية                                                                                                                 
            وهي حساسات مخصصة للتحليل الكيميائي ، وهي تعتمد على مبدأ التفاعلات التي تدخل فيها الجزيئات المشحونة كهربائياً كما وضعها فرداي .
وهذه الجزيئات بشكل عام هي الشوارد والالكترونات التي تكون موجودة ضمن وسط منحل مثل الماء ، وبشكل عام هذا الحساس هو عبارة عن ناقل كهربائي يتم وضعه ضمن الوسط الذي نرغب بدراسته مما يؤدي إلى ظهور نقل للشحنات بين الجزيئات المشحونة وبين الحساس وهكذا يتم التقاط تغير الطاقة الحرة عن السطح الفاصل بين الشحنات والحساس ثم ينقل هذا التغير إلى سلسلة القياس على شكل إشارة كهربائية (تيار/جهد) .
وكمثال عليها حساسات قياس الوسط (PH) ، حساسات قياس جهد الأكسدة والإرجاع ، حساسات قياس الناقلية للمركبات المنحلة كهربائياً .


طرق توصيل الحساسات كهربائياً                                                                            
            إن الاختيار الأساسي للحساس هو تحديد تيار الحمل . يجب أن يحدد تيار الخرج في معظم الحساسات بحيث يكون صغير ، ويكون تيار الخرج ما بين 50 إلى 200 ميلي أمبير .
إذا تدفق تيار الحمل فوق الحد الذي يتحمله الحساس عندها سيتلف الحساس ويتوجب علينا شراء حساس جديد . إن معظم الحساسات تعطب بسبب التوصيل الخاطئ لها .
ويتوجب علينا أن نحدد بحذر تيار الحمل الذي يمكن للحساس أن يتعامل معه .
عادة تضبط أجهزة الـ (
PLC ) التيار إلى مستوى مقبول . وبعض الحساسات تكون فعالة مع خرج الـ Relay والتي يمكنها التعامل بشكل أكبر مع تيار الحمل .

إذا تشكل جهد كبير بين طرف كبل الحساس ، فيجب وضع الكبل ضمن أنبوب معدني ليمنع الحساس من عدم توقفه عن التحسس أو الضرر .
والاعتبار الآخر هو أن نشتري حساس ذو قطبية خاصة . و إذا كان جهاز الـ ( PLC ) يتطلب أدوات تتحمل التيارات العالية تأكد من أنك تحتاج لشراء مثل هذه الأدوات .
                                                                                                                                               
   طرق توصيل الحساسات ميكانيكياً                                                                                                   
            يجب أن يوضع الحساس بشكل أفقي ، وهذا يمنع الحطام وتزايد عدد الشرائح المتوضعة فوق الحساس والتي يمكن أن تسبب قراءة خاطئة .






            في الوضع العمودي ، قد تتجمع على السطح الخارجي للحساس الأوساخ التي تجعل الحساس غير فعال . أما في الوضع الأفقي تكون الشرائح بعيدة . إذا وضع الحساس بشكل عامودي ، فيجب أن يكون هناك تنظيف دوري للشرائح والأوساخ على السطح الخارجي للحساس ، حيث يمكن أن يستخدم نفث الهواء أو أحواض الزيت لذلك الغرض .
ويجب أن نأخذ بعين الاعتبار بألا يتحسس الحساس نفسه بموضعه . على سبيل المثال ، إذا نصبت الحساسات التحريضية في غلاف معدني فإنها من الممكن أن تتحسس  بهذا الغلاف . كما أنه علينا التأكد من عدم وضع حساسين بجانب بعضهم البعض ، فإذا تم ذلك و بشكل قريب فهذا سيؤدي تحسس أحدهما بالآخر وهذا يسبب تحسس غير مرغوب به .
و علينا أن نكون حذرين في عدم استخدام القوة أثناء التركيب ، لأنه في بعض الحالات يكون الحساس في غلاف بلاستيكي ومن الممكن أن يتحطم أو يتشوه أثناء التركيب .

يبين الشكل كيفية ربط برغي التثبيت بحذر أثناء تنصيب الحساس .
عندما نختار حساس للاستخدام في تطبيق معين هناك عدة اعتبارات يجب أن تأخذ بالحسبان وهي كالتالي :
*   خواص الجسم الذي سيتم تحسسه .
*   هل المادة المصنوع منها بلاستيكية ، معدنية ، حديدية .
*   هل هو صغير أم كبير الحجم .
*   هل سطحه عاكس .

*   هل هناك مساحة كافية لتنصيب الحساس .
*   هل هناك مشاكل تلوث .
*   ما هي سرعة الاستجابة المطلوبة .
*   ما هي مسافة التحسس المرغوبة .
*   هل هناك ضجيج كهربائي زائد .
*   ما هي الدقة المطلوبة .
إذا تمكنا من الإجابة على هذه التساؤلات فسوف تصبح عملية الاختيار سهلة ، كما أن عملية الاختيار  تعتمد على سعر الحساس وكلفته (والكلفة أهم مسألة في البلاد النامية) .
يمكن أن تستخدم بعض الترتيبات الفيزيائية للتفريق بين المنتجات . عادة يستخدم ما يسمى "حساس البوابة" .
تستخدم حساسات البوابة كقادح لنظام الـ ( PLC ) ، فهي تخبره أن المنتج في الموضع المناسب وأن أعمالاً معينة يجب أن تنفذ .


            ففي حالة الشكل السابق ، عندما يقدح حساس البوابة نظام الـ ( PLC ) فعندها يفحص حالة الحساسان الآخرين ، فإذا كان كلاهما مفعلان فهذا يعني أن المنتج مربع الشكل ، و إذا كان الحساس الأيمن مفعلاً فهذا يعني أن المنتج دائري الشكل ، و إذا كان حساس البوابة مفعلاً وكلا الحساسان العلويان غير مفعلان فهذا يعني أن المنتج مثلث الشكل .
الأول : هو الصفات الفيزيائية للجسم الذي يتم تحسسه ، فالحساس يستطيع أن يفحص الشكل الخارجي للجسم ، والثقوب وأن قطعاً قد ثبتت على المنتج .
الثاني : هو استخدام الحساس كبوابة ، حيث وجد أن مصنعاً يحوي نظام تحكم متطور ومكمل بفاحص تردد راديوي ولكنه ينجز أحيانا أخطاء معينة ، و يرجع السبب في أن الجسم كان يُفحص من أجل صفاته الخارجية بدون أن يستخدم حساس البوابة لاختيار زمن كل فحص ، فالافتقار لحساس البوابة يعني أن نظام الـ ( PLC ) أحيانا يفحص المنتج من الأمام أومن الخلف ، فمثل هذه الشركة ستخسر ألاف من الدولارات في حين حساس بسعر 30 دولار يمكنه حل هذه المشكلة ، فحساس البوابة يمكنه أن يقرر أن المنتج المطلوب قد تم فحصه .
إن الخواص الفيزيائية للحساس أيضا هامة ، فأشكالٌ معينة ممكن أن تكون فعالة .
فالحساس البصري ذو شكل يشبه نعل الفرس يكون فعالا في تحسس الأجسام التي تمر خلال شكل النعل ، والحساس الدائري يكون فعالا في تحسس الأجسام التي تمر خلال حلقة . والحساسات الصغرية أيضا فعالة في كون الأجسام التي يتم تحسسها صغيرة .
وبكون الأنظمة أصبحت معظمها موئتمتة فهي تخفض الفرص أمام تدخل ومراقبة الكائن الحي
                                                                                                                                               
             
فعندما يحفر العامل ثقوبا ًفي قالب الآلة فهو يعلم حالاً إذا فتح الثقب يمكنه أن يوقف العملية ويستبدل الثقب أما إذا كانت العملية موئتمتة فلن يكون هناك عامل لمراقبة المشكلة ويجب عندها وضع حساسات لتكشف المشكلة.

                                                                                                                                               




ويمكن أن تستخدم الحساسات لتفحص فيما إذا كان المنتج قد جمع بشكل صحيح ، حيث يبين الشكل التالي استخدام حساس تحريضي للفحص الصحيح للحساس


    يبين الشكل كيفية قياس الارتفاع للأجسام التي يتم تحسسها . يبين الشكل استخدام خرج تشابهي لحساس من أجل التحكم بالسير الناقل .
                                                                                                                                               
            ويمكن أن تستخدم الحساسات لفحص العمليات التي أنجزت من قبل الآلة .
بالطبع هناك العديد من أنواع الحساسات التي تكون ذات أهمية في العديد من التطبيقات الصناعية ، حيث أن ابتكار استخدامات جديدة للحساس تساعد في زيادة عامل الأمان ، والوثوقية ، والكفاءة الإنتاجية .





     تم والحمد لله رب العالمين 
     اللهم اغفر لموتانا وموتى المسلمين اجمعين امين ...........











ليست هناك تعليقات:

إرسال تعليق