ما هو المستشعر؟

ما هو المستشعر؟

المستشعر هو جهاز قادر على استشعار كمية فيزيائية أو كيميائية محددة وتحويلها إلى إشارة قابلة للاستخدام

تلعب أجهزة الاستشعار دورًا حيويًا في العديد من المجالات، سواء في الإنتاج الصناعي أو الرعاية الصحية أو حماية البيئة.

في الوقت نفسه، يعتبر المستشعر جهازًا لا غنى عنه في معدات الأتمتة الصناعية، فهو الرابط بين النظام الميكانيكي ونظام التحكم في المعدات.

النظام الميكانيكي من خلال مستشعر مستوى السائل ستُرسل معلمات الحركة وحالة التشغيل ردود فعل إلى نظام التحكم، وسيقوم نظام التحكم من خلال إشارات وبيانات ردود فعل المستشعر بإرسال أوامر لتشغيل النظام الميكانيكي، وأهميته واضحة بذاتها.

تُعتبر أجهزة الاستشعار بمثابة أعضاء الحس المختلفة في جسم الإنسان، وتحتاج أنظمة التحكم في المعدات إلى تحديد ما يلي من خلالها: موضع الآلية، ووجود المنتج أو عدمه، بالإضافة إلى دقة المنتج والمعايير المهمة الأخرى من أجل مراقبة استخدام المعدات وعملية إنتاج المنتج والتحكم فيها.

تصنيف أجهزة الاستشعار: يمكن تصنيف أجهزة الاستشعار وفقًا لطرق الاستخدام المختلفة، وطرق الكشف، وأنواع نماذج الإخراج.

(1) وفقًا لاستخدامها، فإن الاستخدامات الرئيسية الأكثر شيوعًا لأجهزة الاستشعار في معدات الأتمتة الصناعية هي كما يلي: الكشف عن الوجود أو عدمه، والكشف عن الموقع، والكشف عن الشكل، والكشف عن السرعة، والكشف عن درجة الحرارة وغيرها من الكميات الفيزيائية.

(2) وفقًا لطريقة الكشف، تُستخدم المستشعرات التالية بشكل شائع في معدات الأتمتة الصناعية: المفاتيح المغناطيسية، ومفاتيح التقارب، والمفاتيح الكهروضوئية، ومستشعرات الألياف الضوئية. (مستشعر الألياف الضوئية هو نوع جديد من المستشعرات ظهر تدريجيًا مع تطور الألياف الضوئية وتقنية اتصالات الألياف الضوئية. تتميز مستشعرات الألياف الضوئية بمقاومتها للتآكل، وتأثيرها الطفيف على الوسط المحيط، ومقاومتها العالية للتداخل الكهرومغناطيسي. بالمقارنة مع أنواع المستشعرات التقليدية، تستخدم مستشعرات الألياف الضوئية الضوء كناقل حساس للمعلومات، وتستخدم الألياف الضوئية كوسيط لنقل المعلومات الحساسة، بالإضافة إلى خصائص القياس الضوئي. وقد انتشر استخدام هذه التقنية الجديدة على نطاق واسع في العديد من المجالات في بلدنا خلال السنوات الأخيرة). تشمل هذه المستشعرات: المشفرات الضوئية، ومستشعرات الإزاحة. أجهزة استشعار الضغط منخفضة التكلفة ، أجهزة قياس الحرارة، وأجهزة استشعار الليزر، وأجهزة التشفير، وما إلى ذلك.

(3) يمكن تصنيف الحساسات بشكل عام إلى ثلاثة أنواع حسب نوع نموذج الإخراج: حساسات ذات إخراج تبديلي، وحساسات ذات إخراج تناظري، وحساسات ذات إخراج رقمي. يوجد نوعان من الحساسات ذات الإخراج التبديلي: النوع المفتوح عادةً (NO) والنوع المغلق عادةً (NC). نظام ثلاثي الأسلاك للإخراج التبديلي (الحساسات ثلاثية الأسلاك هي تلك التي يكون فيها الجانب الموجب لمصدر الطاقة والجانب الموجب لإشارة الإخراج منفصلين، لكنهما يشتركان في طرف COM واحد). عادةً ما يكون للحساسات نوعان من الإخراج: NPN وPNP، أي إخراج منخفض المستوى وإخراج عالي المستوى. عادةً ما تقبل واجهات الإدخال/الإخراج لوحدات التحكم التي نستخدمها - واجهات PLC أو واجهات بطاقات الإدخال/الإخراج لأجهزة الكمبيوتر الصناعية للتحكم - إشارات إخراج من نوع NPN. ومع ذلك، يمكن أيضًا تحويل إخراج NPN وPNP إلى بعضهما البعض باستخدام المرحلات.

اختيار الحساسات: لاختيار الحساسات، يكفي أن نفهم الغرض منها، ولا داعي للتعمق في مبدأ عملها. عادةً ما نحتاج إلى مراعاة النقاط الرئيسية الثلاث التالية.

(1) متطلبات وشروط الاختبار، قياس السمات المستهدفة، الغرض من القياس، نطاق القيم المستهدفة المراد قياسها، تكرار القياس، إلخ.

(2) أداء المستشعر، ودقة اكتشاف المستشعر، وسرعة الاستجابة، ونوع إشارة الإخراج، وما إلى ذلك.

(3) ظروف العمل، وهذا يشير بشكل أساسي إلى البيئة التي يتم فيها استخدام المستشعر، والبيئة التي يتم فيها توصيله بالأجهزة الأخرى، وما إلى ذلك.

إضافةً إلى مراعاة القضايا الرئيسية الثلاث المذكورة أعلاه، ثمة حاجةٌ أيضًا إلى مراعاة موثوقية المستشعر وعمره الافتراضي. فموثوقية المستشعر تحدد استقراره ودقته على مدى فترات تشغيل طويلة، بينما يؤثر عمره الافتراضي بشكل مباشر على فترات الصيانة والتكلفة الإجمالية للجهاز. علاوةً على ذلك، تُعدّ سهولة صيانة المستشعر وقدراته على استكشاف الأعطال وإصلاحها من الاعتبارات المهمة في عملية الاختيار، إذ يمكن لهذه الخصائص أن تؤثر بشكل كبير على كفاءة التشغيل وتكاليف صيانة الجهاز. لذا، خلال عملية اختيار المستشعر، من المهم ليس فقط تلبية احتياجات التطبيق الحالي، بل أيضًا مراعاة أدائه طوال دورة حياة الجهاز.