EN
تقوم أجهزة الاستشعار بتحويل الكميات الفيزيائية إلى إشارات قابلة للقياس. ويعتمد تشغيلها الموثوق ليس فقط على عنصر الاستشعار نفسه، بل أيضًا على الملحقات الأساسية مثل الغلاف الخارجي، ووحدات معالجة الإشارة، والموصلات، وأجزاء التثبيت. وفيما يلي وصفٌ لخمسة أنواع مهمة من أجهزة الاستشعار، بما في ذلك مبادئ عملها والملحقات الأساسية المطلوبة لها.
1. أجهزة الاستشعار الخطية (كهربي أو مغناطيسي-انقباضي)
مبدأ العمل: تستخدم أجهزة الاستشعار الخطية الكهربائية مساراً مقاوماً ومحرّكاً (وايبر). وعند تحرك المحرّك خطياً، تتغير المقاومة بشكل تناسبي، ما يُنتج خرجاً على شكل مقسّم جهد. أما أجهزة الاستشعار المغناطيسي-الانقباضية فتحتوي على موجة إرشادية ومغناطيس دائم؛ حيث يولّد النبضة الكهربائية نبضة تشوه تنعكس من موقع المغناطيس، ويُشير التأخير الزمني إلى الإزاحة.
الملحقات الرئيسية: أغلفة مقاومة للطقس (IP67)، ورؤوس قضيبية أو محامل كروية للتوصيل الميكانيكي، وتجميعات كابلات مدرّعة، ومعالجات الإشارات التي تحوّل المقاومة أو التأخير الزمني إلى مخرجات كهربائية بقيمة 4–20 مللي أمبير أو 0–10 فولت.
٢. أجهزة استشعار الوزن ( خلايا الحمل – من نوع مقاومة التشوه)
مبدأ العمل: تستخدم معظم خلايا التحميل عنصر نابض معدني (مثل العارضة أو النوع S أو القرص المسطح) مع أربعة مقاييس تشوه متصلة في جسر ويتستون. وعند تطبيق قوة ما، يتشوّه العنصر مُحدثًا شدًّا في مقاييسَ اثنين (زيادة في المقاومة) وانضغاطًا في المقاييس الأخرى الاثنين (انخفاض في المقاومة). ويُخرِج الجسر إشارة بالميلي فولت تتناسب طرديًّا مع الحمل.
الملحقات الرئيسية: أغلفة مصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ أو سبائك الصلب للأدوات لحماية ضد التآكل، وأزرار التحميل ولوحات التثبيت، وعلب التوصيل لتجميع إشارات خلايا متعددة، ومُضخِّمات دقيقة (مع تنظيم جهد التغذية والتعويض الحراري).
3. LVDT (محوِّل تفاضلي متغير خطي)
مبدأ العمل: يتكون جهاز القياس الخطي المتغير بالتفاضل (LVDT) من ملف أولي وملفين ثانويين ملفوفين على أنبوب مجوف. ويتحرك قلب فerro مغناطيسي خطيًّا داخل الأنبوب. ويُغذَّى الملف الأولي بإشارة تيار متناوب (عادةً ما تتراوح تردّداتها بين ١–١٠ كيلوهرتز). ويرتبط الملفان الثانويان على التوالي وباتجاهين متعاكسين؛ وعندما يكون القلب في المركز، فإن الجهدين المُحثَّين فيهما يلغي أحدهما الآخر (أي يكون المخرج صفريًّا). أما عند تحريك القلب، فيؤدي ذلك إلى اختلال التوازن بين الجهدين، فينتج عن ذلك جهد تيار متناوب تكون سعته متناسبة مع الإزاحة، بينما تشير طورته إلى اتجاه الحركة.
الملحقات الرئيسية: أغلفة مصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ أو مغلفة بالإيبوكسي للاستخدام في البيئات القاسية، وقضبان قلب مزودة بخيوط لولبية وأجهزة استشعار محمَّلة بنوابض، ووحدات معالجة الإشارات التي تقوم بفك ترميز إشارة التيار المتناوب الناتجة إلى جهد تيار مستمر أو تيار بين ٤–٢٠ مللي أمبير، وكابلات موصلات ذات سعة كهربائية منخفضة.
4. مستشعرات العزم (نوع تفاعلي أو دوار)
مبدأ العمل: تستخدم معظم أجهزة استشعار العزم مقاومات تشوه (Strain Gauges) ملصقة على عمود أو شفة. وفي أجهزة استشعار العزم التفاعلية، يُثبَّت الجسم، وتقيس مقاومات التشوه عزم الالتواء. أما في أجهزة استشعار العزم الدوارة، فيُركَّب العمود الدوار بمقاومات تشوه أو عنصر مغناطيسي-مرن (Magnetoelastic Element)، ويُنقل الإشارة عبر حلقات انزلاقية (Slip Rings) أو اقتران حثي (Inductive Coupling) أو قياس عن بُعد لاسلكي (Radio Telemetry). وتتناسب التغيرات في مقاومة المقاومات (في جسر ويتستون Wheatstone Bridge) تناسباً طردياً مع العزم.
الملحقات الرئيسية: محور ذو أسنان أو مفتاحي (Splined or Keyed Shafts) للتشغيل الإيجابي، وحدات الحلقات الانزلاقية (لأنواع الأجهزة الدوارة)، وحدات القياس عن بُعد اللاسلكية، غلاف واقي مع محامل مغلقة بإحكام، ووحدات تضخيم/معالجة إشارات توفر مخرجات جهد أو تيار مُرشَّحة ومُعايرة.
الملحقات العامة المشتركة بين الأنواع
مُ conditioning الإشارات (المضخِّمات، المرشحات، دوائر التخطيطية)، الموصلات الكهربائية (M12، DIN)، حوامل التثبيت، وأدوات المعايرة تُستخدم عادةً مع العديد من أجهزة الاستشعار. ويضمن الاختيار السليم للملحقات الدقة، والمتانة، والتوافق الكهرومغناطيسي.
ويُعد فهم مبدأ الاستشعار والعتاد المصاحب له أمراً جوهرياً للمهندسين لتركيب هذه الأجهزة الاستشعارية بشكلٍ موثوق في مجالات الأتمتة الصناعية، واختبار المركبات، والروبوتات، والتحكم في العمليات.
