5-1 الحاجة إلى الحساسات:
أصبحت الحساسات في وقتنا الحاضر ضرورة أساسية في التطبيقات الصناعية . ويتطلع الصناعيّون اليوم باتجاه قطع مدمجة من تجهيزات الحاسب المتحكم بها . في الماضي ، كان العاملون بمكانة العقل لهذه التجهيزات .
حيث كان العامل هو المصدر لكل المعلومات حول عملية المعالجة وكان على العامل أن يعرف فيما إذا كانت هناك قطع متوفرة ، أو أي من القطع كانت جاهزة ، وهل هي صالحة أم فاسدة , وهل الأدوات في حالة جيدة ، وهل مكان التثبيت مفتوح أم مغلق ، و هكذا … وبالتالي فإنه كان يتوجب على العامل أن يتحسس المشكلات بنفسه في العملية الإنتاجية.
وهكذا كان العامل يستطيع أن يرى أو أن يشعر و حتى أن يكتشف المشكلات بنفسه .
والآن تستخدم الحواسيب في العديد من المجالات الصناعية التي تستخدم نظام الـ ( PLC ) للتحكم بحركة و تتابع الآلات . حيث أن نظام الـ ( PLC ) أكثر سرعة و دقة في العمل وإنجاز المهام ، وكذلك يقوم على اكتشاف وتفحص عمليات المعالجة بنفسه .
وتستخدم الحساسات الصناعية لتنجز نفس قدرات نظام الـ ( PLC ) .
يمكن أن تستخدم الحساسات البسيطة من قبل نظام الـ ( PLC ) لتختبر فيما إذا كان العنصر موجوداً أو مفقوداً ، وكذلك لتقيم حجم العناصر ، ولتختبر فيما إذا كان المنتج فارغ أم ممتلئ .
إن الحساسات في الحقيقة ، تنجز مهام بسيطة وبكفاءة عالية وبدقة أكبر مما يمكن أن يفعله الأشخاص ، وإن الحساسات أكثر سرعة كما أن الأخطاء المرتكبة فيها تكون قليلة .
ولقد عملت الدراسات من أجل تقييم كيفية تأثير الكائن الحي على تكرار وفحص المهام .
مثلاً : إن إحدى الدراسات فحصت استجابة الناس لطاولة التنس ، حيث وجهت كرات التنس مباشرة للشخص ، وتبين أن الكرات البيضاء كانت تعطي استجابة جيدة ، أما الكرات السوداء فقد تبعثرت ، فوجد أن 70% من الأشخاص كانوا ذوي فعالية في إيجاد الكرات الموجهة نحوهم . بالتأكيد ، كانوا يستطيعون إيجاد كل الكرات السوداء ولكن لا ينجزون ذلك بالشكل الأمثلي ، فيصبح الأشخاص ضجرين ويرتكبون الأخطاء .
بينما الحساسات البسيطة تستطيع أن تنجز مهام بسيطة وبشكل أسهل .
يجب أن تكون مدركاً بأن المعطيات المقدمة من إحدى أنواع الحساسات يمكن أن تستخدم لتزويد أنواع مختلفة من المعلومات وسوف نرى ذلك لاحقاً .
وإن تعدد أنواع الحساسات وتعقيدات استخدامها في حل مشاكل التطبيقات ينمو يومياً ، حيث دخلت حساسات جديدة لسد الاحتياجات ، وهناك مجلات مكرسة لمواضيع الحساسات .
5-2 الأنواع المختلفة للحساسات و تطبيقاتها :
1) حساسات العبور والفحص
إن إحدى الاستخدامات الشائعة للحساس هي حالات فحص مواد التغذية ، حيث يمكن أن تستخدم أجزاء متحركة على طول خط النقل المتحرك .
يمكن في بعض أنواع الأغذية أن يستخدم الحساس ليشعر نظام الـ ( PLC ) عندما يكون العنصر في موقعه ، من حيث جاهزيته للاستخدام ، وهي عملية تدعى بفحص ( الوجود / الفقدان ) هل العنصر المستهدف موجود ، أم أنه غير موجود .
يمكن أن يزود نظام الـ ( PLC ) بحساسات أخرى يمكن أن تزوده بمعلومات إضافية ، حيث يستطيع نظام الـ ( PLC ) أن يأخذ المعلومات من الحساس ويستخدمها مثلاً في عد العناصر التي تمر تحتها ، كما يستطيع نظام الـ ( PLC ) مقارنة العناصر المكتملة وكذلك الوقت ، ليحسب أزمنة الدورة . حيث يمّكن هذا الحساس البسيط نظام الـ ( PLC ) من إنجاز ثلاثة مهام وهي :
1) هل العناصر موجودة .
2) كم عدد العناصر قد مر من خلاله .
3) ما هو زمن العناصر لهذه الدورة .
يمكن أن تستخدم حساسات بسيطة لتحديد أي منتج موجود ، تخيل أن المصنع الذي ينتج ثلاثة رزم من الحجوم على نفس النسق (السير المتحرك) ، وتخيل أن هذه الحجوم الثلاثة من المنتج تتحرك على خط النقل بشكل عشوائي ، عندما تصل كل حزمة على نهاية الخط يجب أن يعرف نظام الـ ( PLC ) ما هو حجم المنتج الذي مر خلال الحساس . وهذا يمكن فعله بسهولة بواسطة ثلاث حساسات بسيطة لتحديد أي منتج موجود .
وبالتالي فإنه : إذا كان حساس واحد يعمل ، فالمنتج الأصغر يتقدم . وإذا كان حساسان يعملان ، فإن المنتج ذو الحجم الأوسط هو الذي يمر. وإذا كانت الحساسات الثلاثة تعمل ، فإن المنتج ذو الحجم الأكبر سوف يمر .
نفس المعلومات يمكن أن تستخدم لاقتفاء أثر المنتج من أجل باقي أحجام المنتج وأزمنة الدورة لكل حجم .
[CENTER]
الشكل (1-5)[/center]
ويمكن أن تستعمل الحساسات في فحص فيما إذا كانت الأوعية لم تملأ .
تخيل أن زجاجات أقراص الأسبرين تتحرك على خط نقل بأغلفة رقيقة معدنية ومغطاة ، فإن هناك حساس بسيط يمكنه أن يتحسس بشكل جيد عبر الفجوات ويضمن أن الزجاجة قد ملئت بأقراص الأسبرين .
ويمكن ضبط حساس واحد ليتحسس فيما إذا كانت الزجاجة تتقدم على خط النقل ، وغالباً ما يدعى بحساس العبور .
حيث يستخدم حساس العبور في إظهار المنتج عندما يكون في مكان العبور المحدد بمجال الحساس ، وعندها يعلم نظام الـ ( PLC ) أن المنتج قد مر من خلاله وبإمكانه أن ينجز فحوصات لاحقة محددة .
ويضبط حساس ثاني لفحص الأسبرين في الزجاجة ، فإذا كان هناك زجاجة فارغة تتقدم ، ولم يكتشف الحساس الأسبرين بداخلها ، فعندها يعلم نظام الـ ( PLC ) أن الأسبرين لم يملئ ، و نظام الـ ( PLC ) يمكنه أن يتأكد أيضاً من أنه لايوجد زجاجات فارغة تركت في المصنع ، ويمكنه أن يقتفي أثر ضرائب الإنتاج وأزمنة الدورات والقطع المعطوبة .
2) حساسات الحرارة
يمكن أن تستخدم هذه الحساسات في مراقبة درجات الحرارة ، تخيل أن فرناً يستعمل في مخبز ، فإن الحساس يمكن أن يراقب درجة الحرارة ويشير إليها .
وبعدها يتحكم نظام الـ ( PLC ) بعنصر التسخين في الفرن ليحافظ على الحرارة الأمثلية
وعادة يوصل هذا الحساس إلى مقياس حرارة رقمي وهذا المقياس مزود بتلامسات مفتوحة ومغلقة وبالتالي يمكن برمجة المقياس تبعاً للبارامترات المطلوبة في الدخل .
3) حساسات الضغط
يعتبر الضغط أمراً أساسياً في محطات توليد الطاقة ، وفي التحكم بوحدات الإنتاج المؤتمتة ، وفي هندسة الروبوت بغية التعرف على الأشكال ، أو تحديد القوى الخارجية المؤثرة على الروبوت.
وإن للضغط دور أساسي في عمليات المعالجة ، تخيل أن آلة تعمل على اقتحام البلاستيك ، فإن البلاستيك المعرض للحرارة سيدفع بقوة إلى القالب تحت ضغط معين (حقن البلاستيك) ، والضغط يجب أن يكون محدد بدقة وإلا فإن العنصر سوف يتلف أو يتشوه .
وبالتالي فإن الحساسات يمكن أن تستخدم لمراقبة الضغط ، وسوف يقوم نظام الـ (PLC) بالإشارة إلى الحساس والتحكم بالضغط المناسب .
وإن كل هذه الأعمال تتطلب استخدام سلاسل قياس تشكل فيها حساسات الضغط الحلقة الأهم ، حيث يعطي هذا الحساس المعلومات المناسبة مع ضغط الهواء أو الغاز أو بخار الماء أو الزيت أو أي مائع آخر ، مما يسمح بتحديد العمل الأمثلي للأجهزة أو الآليات الميكانيكية .
والشكل التالي يبين حساس ضغط . إن الضغط المطبق P يؤدي إلى تمدد محوري وقطري ، ويتم تبديل هذه التمددات ، التي تعتبر مقادير ميكانيكية ، إلى إشارة كهربائية .
4) حساسات معدل الجريان والتدفق
إن معدلات الجريان ذات أهمية بالغة في العمليات الصناعية ، مثل صناعة الورق ، كما يمكن أن تستخدم الحساسات لمراقبة التدفق لمادة ما . ويستخدم نظام الـ ( PLC ) هذه المعطيات للتحكم في ضبط معدل الجريان والتدفق لنظام معين .
فمثلاً : إن عداد المياه المنزلي سيراقب لك تدفق المياه ليحسب لك الفاتورة .
ولا تقتصر هذه الحساسات على حساسات تدفق السوائل ، إنما يوجد :
حساس لقياس التدفق الكهرطيسي : وهو عبارة عن وشيعتان موضوعتان على جانبي مجرى القياس ، ويكون هذا المجرى مصنعاً من مادة مغناطيسية ، وسطه الداخلي يكون مغطى بطبقة عازلة ومقاومة للتآكل ، ويتم وضع مسريين لالتقاط الإشارة على طرفي قطر معامد لخطوط التحريض المغناطيسي ، ويتناسب مطال الإشارة (الجهد) الملتقطة مع التدفق .
حساس لقياس التدفق الميكانيكي : وفيه يخضع مبدل المقاس الموضوع ضمن مجرى إلى قوة ناتجة عن المائع المتحرك مما يؤدي إلى تحريكه حركة دورانية أو انسحابية ، ويتم قياس هذه الحركة عن طريق حساس الذي يقيس المقدار الفيزياثي ونحصل من خرجه بالمقابل على إشارة كهربائية .
[CENTER]الشكل (3-5)
[/center]
الحساس الهيدروستاتيكي : وهو عبارة عن عنصر عائم يبقى على سطح السائل ، ويرتبط بأسلاك شد عبر بكرة . ويمكن ربطه مع حساس تشابهي أو رقمي للحصول على الإشارة الكهربائية .
5) حساسات الفصل والوصل :
تصنف هذه الحساسات حسب مبدأ الأرقام (0 - 1 ) ، حيث تقسم إلى مجموعتين ، الواصلة والفاصلة ، وهذه هي الطريقة البسيطة لتعريف هذا النوع من الحساسات .
فإذا كانت الأداة يجب أن تكون مرتبطة بالعنصر لتتحسس به فتسمى حساسات الوصل أو حساسات التلامس ، وكمثال على ذلك القواطع الموجودة على خط النقل المتحرك ، فعندما يتحرك العنصر تشير هذه القواطع إلى وضعية التشغيل من خلال تغير حالة القاطع ويؤدي ذلك إلى تغير في معطيات الدخل لنظام الـ ( PLC ) الذي سوف يشير إليها عند ذلك .
كما أنها أيضاً تستخدم في الروافع الصناعية لتحديد نهاية المسار لمحور سير الرافعة ، وتستخدم أيضاً في المصاعد الكهربائية لتحديد الحد الأعلى والأدنى لغرفة المصعد .
أما حساسات الفصل ، فهي حساسات يمكن أن تتحقق من المنتج دون أن تلمس المنتج فيزيائياً كما مر معنا سابقاً في حساسات الفحص التي يمكن أن تتفحص محتوى زجاجة الأسبرين ، وبالتالي فإن حساسات الفصل لا تعمل بشكل ميكانيكي ، حيث أن الأدوات الميكانيكية أقل وثوقية من الأدوات الإلكترونية بشكل عام .
أما السرعة فلها اعتبار آخر ، وهو أن الحساسات الإلكترونية أكثر سرعة من العناصر والأدوات الميكانيكية ، وبالتالي فإن العناصر والأدوات الغير موصولة يمكن أن تنجز العمل بمعدلات إنتاج عالية . وهناك أفضلية أخرى ، حيث أن عدم الاتصال بالعنصر هي أنك لن تتدخل في عملية المعالجة .
ويجب الإشارة إلى أن هناك بعض أنواع الحساسات تجمع بين العمل الميكانيكي والإلكتروني .
6) الحساسات الرقمية والتشابهية
وهي طريقة أخرى تصنف من خلالها الحساسات ، حيث أن الحساسات الرقمية هي الأسهل من أجل الاستخدام ، وكمثال على ذلك الحواسيب ، حيث أنها تعمل في الحقيقة على نظام المنطق (1 / 0) ، وبمعنى أعم وأشمل ( تشغيل / إيقاف ) ، وهي الحالتان التي تعمل ضمنها الحساسات الرقمية .
وبشكل عام فإن معظم التطبيقات تستخدم مبدأ ( وجود / فقدان ) ، ومبدأ العد ، وتؤمن الحساسات الرقمية هذه الحاجة بشكل كامل وبثمن معقول .
أما الحساسات التشابهية ، فهي أكثر تعقيداً ، ولكنها تستطيع أن تزودنا بمعلومات ومعطيات أكثر حول عملية المعالجة .
وتدعى الحساسات التشابهية غالباً بحساسات الخرج الخطية ، حيث أن الحرارة هي معلومات تشابهية .
تخيل حساس يستخدم لقياس درجة الحرارة ، حيث أن درجة الحرارة الوسطية تكون بحدود من (0 إلى 90 ) درجة ، وبالتالي فإن الحساسات التشابهية تستطيع أن تتحسس بدرجة الحرارة وترسل المعطيات المطلوبة (تيار أو جهد) إلى جهاز الـ ( PLC ) .
وكلما زادت درجة الحرارة أو نقصت ، ازداد التغير في خرج الحساس ، وعلى سبيل المثال يمكن أن يكون خرج الحساس ما بين (mA 20 - 4) بالاعتماد على الحرارة الفعلية .
هناك عدد غير محدود من أنواع درجات الحرارة ، وكذلك بالنسبة لتيار الخرج ، وبالتالي فإن خرج الحساس يمكن أن يكون عبارة عن أي قيمة من المجال المنخفض إلى العالي ، عندها يمكن لنظام الـ ( PLC ) أن يشير على الحرارة بدقة ويتحكم بعملية المعالجة عن قرب .
وتكون حساسات الضغط فعالة في الأنواع التشابهية ، فهي تزودنا مجالاً من جهد الخرج أو تياره بالاعتماد على الضغط .
إن هناك احتياجات للحساسات الرقمية والتشابهية في التطبيقات الصناعية ، ولاشك أن الحساسات الرقمية تكون أكثر استخداما ً بسبب سهولة التعامل والاستخدام . أما التطبيقات التي تتطلب معلومات فيمكن للحساس التشابهي أن يقوم عند ذلك بتزويدها .
7) الحساسات البصرية :
وهي إحدى أنواع الحساسات الرقمية ، حيث تستخدم الحساسات البصرية الضوء لتتحسس الأشياء .
في الماضي كانت الحساسات البصرية غير جديرة بالثقة ، لأنها تستخدم الضوء العادي ، وبالتالي فإنها كانت تتأثر بالضوء المحيط ، وهذا يسبب مشاكل عديدة ، والتي قد تؤدي إلى شيء ما غير مرغوب به .
أما الحساسات الضوئية اليوم فقد حلت هذه المشاكل ، كما أنها أصبحت أكثر موثوقية بسبب الطريقة التي تعالجها هذه الحساسات .
إن الحساسات البصرية كلها تعمل بنفس الطريقة تقريباً ، حيث يكون هناك مصدر ضوئي (المرسل) ، وكاشف ضوئي (المستقبل) ليتحسس بوجود أو انعدام الضوء .
تستخدم الثنائيات المصدرة للضوء كنوع من مصادر الضوء ، حيث تستخدم بسبب صغر حجمها وقوتها العالية وكفائتها ، كما يمكن إشعالها وإطفائها بسرعة عالية وتعمل بطول موجة ضيق وبوثوقية جيدة . كما تستخدم الثنائيات الضوئية في الحساسات بأسلوب نبضي ، من خلال إرسالها لذبذبات (إشعال وإطفاء بسرعة) ويكون زمن الإشعال صغير جداً بالمقارنة مع زمن الإطفاء ، وبالتالي تتذبذب لهذين السببين ، وعندها لن يتأثر الحساس بالضوء المحيط ، كما أنه يزداد عمر المصدر الضوئي .
يتم تحسس الضوء المتذبذب من خلال كاشف الضوء ، وبالتالي يفرز الكاشف عندها جميع الأشعة الضوئية المحيطة ويبحث عن الضوء المتذبذب ، وتكون مصادر الضوء المنتقاة غير مرئية لعين الإنسان .
يتم اختيار الأطوال الموجية بحيث أن الحساسات لا تتأثر بالضوء في المصنع ، حيث أن استخدام أطوال موجية مختلفة يسمح لبعض الحساسات والتي تدعى حساسات اللون الموجه للتفريق بين الألوان .
إن أسلوب النبضة للأطوال الموجية المنتقاة ( المختارة ) تجعل الحساسات البصرية أكثر موثوقية
كما أن كل أنواع الحساسات البصرية تعمل بنفس الأسلوب البسيط والاختلافات تكون فقط في الطريقة التي يصنف بها المصدر الضوئي والمستقبل الضوئي .
8) حساسات الضوء والظلام
في الماضي وقبل ظهور هذه الحساسات كان يستعمل ما يسمى بالخلية الضوئية ، واليوم أصبح لدينا نوع جديد ومتطور من الحساسات البصرية . حيث تكون الحساسات البصرية فعالة لتحسس الضوء والظلام ، ويشير الحساس عند تحسسه للضوء أو للظلام إلى الحالة العادية للحساس ، فيما لو كان خرجه في حال التشغيل أو الإطفاء في حالته العادية .
التحسس للضوء : يكون الخرج مفعلاً عندما يستقبل الحساس شعاع معدل ، بمعنى آخر يكون الحساس مفعلاً عندما يكون الشعاع غير محجوب .
التحسس للظلام : وفيه يكون الخرج مفعلاً عندما يحجب الضوء .
وبمعنى أوضح فإن الحساس الضوئي يتحسس الضوء أو الظلام تبعاً لطريقة الوصل في الدارة ، حيث تتغير معطيات الخرج تبعاً لتغير حالة الحساس في الضوء أو الظلام .وبالتالي يمكن أن تزيد مقاومة الحساس أو تنقص عند التعرض للضوء وذلك تبعاً لنوع الحساس .
وظائف مسجلات الوقت :
وهي مفيدة في بعض أنواع الحساسات البصرية ، وهي تقوم على تفعيل أو إبطال التأخير الزمني ، كما أنها تقوم على إبطال الدور الفعال للخرج للكمية المختارة من قبل المستخدم ، كما أنها تؤخر فعالية الخرج للوقت المحدد من قبل المستخدم بعد إزالة الأشياء عن الحساس .
والدارة التالية تبين طريقة وصل الحساس الضوئي ، واستجابته للتغيرات الخارجية المؤثرة . حيث أنه في الظلام تصبح مقاومته صغيرة ويفتح الترانزستور ويعمل المصباح .
9) الحساسات العاكسة
وهي إحدى أنواع الحساسات البصرية الشائعة من النوع العاكس ، حيث يكون المرسل والمستقبل متوضعين في نفس الوحدة ، يرسل المشع الضوء الذي يرتد عن المنتج ليتم تحسس ذلك المنتج ، ويعود الضوء المنعكس عن المنتج إلى المستقبل الذي يتحسسه ، ويتغير نتيجة له .
إن لهذه الحساسات مسافة تحسس أقل من الأنواع البصرية الأخرى لأنها تعتمد على الضوء المنعكس عن المنتج .
[CENTER]
الشكل (5-5) الحساسات العاكسة[/center]
إن خطوط الضوء المنكسرة تمثل الأسلوب النبضي للإضاءة والذي يستخدم لضمان أن الإضاءة المحيطة لم تتداخل مع المنتج .
مسافة التحسس للحساس تحدد من قبل قدرة الجسم على عكس الضوء وتمريره للمستقبل .
10) حساسات الأشعة البينية
هناك نوع آخر شائع من أنواع الحساسات وهو حساس الأشعة البينية . من الشكل الموضح يكون المرسل والمستقبل في مجموعتين منفصلتين ، يرسل المشع خطوط الضوء عبر الوسط المحيط والتي يتم تحسسها من قبل المستقبل ، فإذا كان المنتج بين المشع والمستقبل فإنه سيتوقف مرور الضوء ويعرف المستقبل عندها أن المنتج موجود .
ويمتاز هذا النوع من الحساسات بانعدام الوصل الميكانيكي بين الحساس والجسم الفيزيائي المتنقل المراد قياس موضعه ، حيث يتم ذلك عن طريق حقل مستمر بينهما .
فيكون إما حقل تحريض مغناطيسي ، من أجل الحساسات ذات التغير في المحارضة أو التي تعتمد على أثر هال أو ذات الممانعة المغناطيسية ، أو أنه حقل كهرطيسي من أجل حساسات تيار فوكو ، أو أنه حقل كهربائي ساكن من أجل الحساسات السعوية .
[CENTER]
الشكل (6-5) حساسات الأشعة البينية [/center]
11) حساسات النوع الارتدادي
إن الحساسات الارتدادية مشابهة للحساسات العاكسة ، حيث يكون المرسل والمستقبل متوضعين في نفس المجموعة ، والاختلاف أن الحساس الارتدادي يبدد الضوء المنعكس بدلاً من المنتج . يشبه هذا العاكس العواكس المستخدمة في الدراجات ، وتمتلك الحساسات الارتدادية مجال تحسس أكبر من العاكسة ، ولكن مجالها أقل من حساسات الأشعة الارتدادية .
إن خواص الاستقبال الممتاز تعتمد على شكل وحجم الجسم ، والذي يعطي مجال أكبر للتحسس من الأنواع الأخرى ، وبالتالي فإن أشعة الضوء المنكسرة تمثل الأسلوب النبضي للإضاءة المستخدمة
[CENTER]
الشكل (7-5) حساسات النوع الارتدادي[/center]
12) حساسات الألياف البصرية:
وفيها يكون المرسل نفسه المستقبل ، وتكون كابلات الألياف البصرية مربوطة لكليهما ، حيث أن إحدى الكابلات موصل مع المرسل ، والآخر موصل مع المستقبل .
وتكون هذه الكابلات مرنة وصغيرة جداً ، حيث يمر الضوء المنبعث من المرسل خلال الكبل ليخرج من الطرف الآخر من نهاية الكبل المتصل مع المستقبل الذي يتحسس الإشارة ،
وهذه الكابلات يمكن استخدامها في الحساسات البينية والعاكسة .
[CENTER]
الشكل (8-5) حساسات الألياف البصرية [/center]
13) الحساسات اللونية المحددة :
وهي نوع خاص من الحساسات العاكسة ، وهذا النوع من الحساسات يمكنه أن يفرق بين الألوان ، وبشكل أخص بين الأطياف اللونية . ويستخدم في فحص اللافتات وتخزين المجموعات من خلال ألوانها المحددة ، ويتم اختيارها وفق اللون الذي سيتم تحسسه ، بالإضافة إلى إمكانية ضبط الحساسية للحصول على الدقة المناسبة والعالية .
14) حساسات الليزر
يستخدم الليزر كمنبع للضوء في الحساسات البصرية ، ويمكن أن تستخدم حساسات الليزر للحصول على دقة عالية في الفحص ، كما أن الخرج بالنسبة لهذه الحساسات يمكن أن يكون تشابهياً أو رقمياً . وبشكل عام فإن الخرج الرقمي يستخدم ليشير إلى فشل أو نجاح العملية أو دلالات أخرى ، ويمكن استخدام الخرج التشابهي ، للإشارة إلى التغيرات وتسجيل القياسات الفعلية .
15) الحساسات الفوق صوتية
[COLOR=#000000][FONT=Times New Roman]وهي تستخدم أمواج ضيقة من الأمواج الفوق صوتية ، للكشف والقياس . وفي الواقع إن الحساسات الفوق صوتية أشبه بالرادار ، حيث أن حزمة الأمواج الفوق صوتية ضيقة بحوالي
(5 مم) ، ترتد عن الجسم باتجاه الحساس ، ويقوم الحساس عندها بتحديد مسافة الجسم ، كما انه يستطيع أن يحدد حجم الجسم أيضاً .إنّ أجساماً بحجم (1 مم) يمكن أن تكتشف بدقة على بعد (0.2 مم) . والشكل يبين قياس الارتفاع والاختلاف بين أحجام الأجسام .
[/font][/color]
[CENTER]
الشكل (9-5) الحساسات الفوق صوتية
[/center]
و لأهمية هذا النوع من الحساسات سنوليه دراسة معمقة
أولاً : مبدأ عمل الحساسات فوق الصوتية
تستخدم الحساسات التقاربية تطبيقات تحويل[FONT=Times New Roman]
[COLOR=#000000]الطاقة لإرسال واستقبال الإشارات الصوتية العالية التردد.عندما يقطع الهدف الموجة الصوتية سوف تنعكس إلى المفتاح و بالتالي مفعلة أوملغية لتفعيل الخرج.
[/color][COLOR=#000000]● القرص البيزوكهربائي:
يثبت قرص بيزوكهربائي من السيراميك على سطح الحساس هذا القرص يستطيع أن يرسل ويستقبل نبضات عالية التردد، يطبق إشارة جهد عالي التردد على هذا القرص وهذا يجعل القرص يهتز بنفس التردد وهذا القرص بالتالي سيولد موجات صوتية بنفس التردد.
عندما تصطدم النبضات المرسلة بجسم عاكس للصوت سوف يتشكل صدا ناتجا عن هذا الاصطدام حيث يقيس الحساس المدة التي يستغرقها الصوت للارتداد عن الهدف.
عندما يدخل جسم معين مدى الحساس فإن الخرج سوف يغير حالته وحين يغادر الجسم المدى المعير للحساس سيعود الخرج الى حالته الأصلية.
إن النبضات المرسلة هي في الحقيقة عبارة عن مجموعة من ثلاثين نبضة بمطال 200Kv والصدى يكون عادة بمجال الميكروفولت.
● المنطقة العمياء:
تتوضع المنطقة العمياء مباشرة أمام الحساس و تبعا" لنوع الحساس فإن هذه المنطقة تتراوح ما بينCm 80 ÷ 6.
إن توضع هدف في هذه المنطقة سيولد خرجا" غير مستقر.
● تحديد المدى:
إن المدة الزمنية ما بين إرسال الإشارة و استقبالها تتناسب مباشرة مع المسافة بين الهدف و الحساس.
يتم ضبط مجال العمل وفقا لعرضه وتوضع الهدف في مجال عمل الحساس,إن الحد الأعلى يمكن تعديله في كل الحساسات بينما يكون تعديل الحد الأدنى متاحا" في بعض الأنواع فقط.
إن مرور هدف يزيد بعده عن الحد الأدنى لعمل الحساس لن يسبب في تغيير حالة الخرج وهذا يعرف بمبدأ تحييد الخلفية.
في بعض الحساسات يتشكل ما يسمى بمجال المنع (الحجب) يتوضع هذا المجال ما بين الحد الأدنى لمجال عمل الحساس و المنطقة العمياء.
إن تواجد هدف أو جسم في هذه المنطقة يمنع الحساس من التعرف أو التحسس بمرور الأجسام في مجال العمل.
● نمط الإشعاع:
إن نموذج الإشعاع لحساس الأشعة فوق الصوتية يتألف من مركبة(مخروط) أساسية و مركبات أخرى مجاورة.
إن زاوية المخروط الرئيسي تبلغ تقريبا" 5 درجات.
● المناطق الحرة:
يجب المحافظة على مناطق حرة أو خالية حول الحساس لعدم إعاقة إرسال المركبات الجانبية ، و سيبين المثال التالي المنطقة الحرة المطلوبة في حالات مختلفة:
1- حالة حساسات متوازية:
في المثال الأول يتم تثبيت حساسين بنفس مجال العمل بشكل متوازي و تكون الأهداف عمودية على شعاع الصوت , إن المسافة بين الحساسين تحدد تبعا" لمجال التحسس فعلى سبيل المثال إذا كان مجال العمل أو التحسس لكلا الحساسين يساوي 6Cm فيجب أن يكونا متباعدين بمقدار 15 Cm على الأقل.
2- التداخل المتبادل:
تحدث هذه الحالة عندما يتوضع حساسين بشكل قريب من بعضهما البعض و يكون الهدف متضوعا" بحيث يعكس الإشارة إلى الحساس الأخر ، في هذه الحالة فإن المسافة ما بين الحساسين (X) يتم تحديدها تجريبيا".
3- حالة الحساسات المتقابلة:
في هذه الحالة يكون الحساسان متوضعين بشكل متقابل و يعملان بنفس مجال العمل ، في هذه الحالة يجب الحفاظ على مسافة أصغرية بين الحساسين حتى لا يحصل تداخل بين الحساسين.
● التعامل مع أسطح غير منتظمة :
إن تركيب حساس لتحسس جسم ذو سطح أملس كالجدران أو الآلات ذات السطح الأملس بتطلب مساحة خالية أقل مما يتطلبه التحسس للأجسام ذات السطوح غير المنتظمة.
● التو ضع الزاوي :
إن زاوية التوضع الهدف عند دخول مجال العمل يجب أن تؤخذ بالحسبان أن الزاوية الأعظمية المسموحة لانحراف الجسم تقدر بــ 3º±
إذا كانت زاوية انحراف الجسم أكبر من 3º فسوف يعكس الجسم الموجة الصادرة عن الحساس بعيدا ً عنه وبالتالي لن يستقبل الحساس أي صدى .
[/color]
● السوائل والمواد الحبيبية الخشنة :
[COLOR=#000000]إن السوائل كالماء مثلا ً يجب أن لا تتجاوز زاوية انحرافها 3º أما بالنسبة للمواد خشنة الحبيبات مثلا ً فبإمكانها أن تأخذ زاوية انحراف تصل حتى 45º وذلك لأن الصوت سوف ينعكس ضمن مجال عريض عن هذه المواد .
● تحييد العوائق الغير مرغوبة :
إن توضع جسم بشكل قريب من الحساس سيجعل عمل الحساس غير مستقراً كما ذكر سابقاً .
يمكن تحييد مثل هذه الأجسام عن طريق استخدام حاجز مشكل من مواد ممتصة للصوت كالصوف الصخري المزود بفتحة للسماح للأمواج الصوتية بالنفاذ .
إن هذه العملية سوف تحد من عرض الشعاع المرسل وبالتالي تمنع النبضات من الاصطدام بالأجسام المعيقة.
ثانياً: أنماط عمل الحساسات الفوق صوتية :
يمكن استخدام الحساسات الفوق صوتية لتعمل في أنماط مختلفة ومنها :
نمط الانتشار ، نمط الانعكاس ، نمط النفاذ .
1- نمط الانتشار :
يعد هذا النمط النمط القياسي الذي تعمل به معظم الحساسات .
إن تحرك أي هدف في مجال عمل الحساس سوف يؤدي إلى تغير حالة الخرج للحساس وإن هذا النمط مشابه لحساسات التقارب.
2- نمط الانعكاس:
في هذا النمط يستخدم عاكس متوضع في مجال العمل المحدد للحساس ويتم ضبط مجال العمل للعاكس .[/color]
[/font]