[البالود]

الأهـــــــــداف :


لدى إتمام هذا الفصل ، ستكون قادر على :



وصف طريقتين على الأقل يمكن بهما تصنيف الحساسات.

اختيار الحساس المناسب للتطبيق المطروح .

وصف الاستخدام النموذجي للحساسات الرقمية .

وصف الاستخدام النموذجي للحساسات التشابهية .

شرح المصطلحات الفنية للحساس الشائع .

شرح توصيل خطوط الحمل و الطاقة للحساس .

شرح كيفية عمل حساسات التأثير الحقلي .

شرح مبادئ عمل المقارنات الحرارية .

شرح دور المقارنات الحرارية من حيث الأنواع ، و مجال استخدامها .

[البالود]

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 .

[البالود]

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 .







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 .

[البالود]

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

[البالود]

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 .

[البالود]

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 .







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 .

[البالود]

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 .

[البالود]

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 .