أنواع الحساسات الكهربائية ووظائفها: المدخل والإشارة

الخلاصة السريعة

تختلف الحساسات الكهربائية بحسب ما تقيسه، مثل الحرارة والضوء والضغط والمجال المغناطيسي. وللمدخل الواحد حساسات بمخارج مختلفة؛ تصنيف الكمية المقاسة يختلف عن تصنيف الإشارة إلى تناظرية ورقمية. ^[1][2][3][4]

• يمكن أن يعطي حساس الحرارة خرجًا تناظريًا أو رقميًا أو تبديلًا عند عتبة؛ الكمية المقاسة لا تحدد واجهة واحدة. ^[1]
• المدى والحساسية والاستبانة والتكرارية والدقة تصف أشياء مختلفة في مواصفات القياس. ^[5]
• في النموذج الافتراضي V = 0.20 + 0.01T، زيادة T من 10 إلى 30 ترفع V من 0.30 إلى 0.50 فولت.
• الجيروسكوب يقيس السرعة الزاوية، ومقياس التسارع يقيس التسارع الخطي. ^[6]
• استنتاج الميل من الجاذبية يحتاج مراعاة التسارعات الأخرى، وتكامل الجيروسكوب قد يراكم انحيازًا. ^[7]

ماذا يقيس كل نوع؟

حساس الحرارة يتابع درجة الحرارة؛ توجد نماذج تعطي جهدًا تناظريًا، وأخرى قراءة رقمية، وأخرى تبدّل خرجها عند عتبة. لذلك لا يصح حصر حساسات الحرارة في النوع التناظري. ^[1]

حساس الضوء المحيط يقرأ الإضاءة. مثال OPT3001 حساس رقمي يقيس بوحدة لوكس وينقل بياناته عبر I2C. ^[2] كلمة «رقمي» هنا لا تعني مجرد جواب نعم أو لا.

حساس الضغط يقرأ الضغط، وتعرض عائلة MIP مخارج جهد أو تيار ومخارج رقمية. ^[3] أما حساس هول الخطي فيستجيب للمجال المغناطيسي، ويستخدم أيضًا في تتبع الحركة والموضع ضمن تصميم مناسب. ^[4]

صنفنا هذه الأمثلة بحسب المدخل أولًا. لو كتبت جدولًا من عمودين، فضع اسم الكمية في الأول وشكل الخرج في الثاني؛ لا تجعل «حرارة» و«رقمي» خيارين متعارضين في العمود نفسه.

كيف تقرأ الحساسية والدقة؟

المدى هو حدود المدخل الذي يمكن قياسه. الحساسية تصف تغير الخرج مقابل تغير المدخل. الاستبانة أصغر تغير يمكن تمييزه، والتكرارية تقارب القراءات المعادة، بينما الدقة تتعلق بقربها من القيمة المرجعية. ^[5]

اخترنا نموذجًا تعليميًا: V = 0.20 + 0.01T، حيث T بالدرجة المئوية و V بالفولت. عند T = 10 يكون V = 0.30، وعند 30 يكون 0.50، وعند 50 يكون 0.70. هذه قيم افتراضية، لا مواصفات حساس تجاري.

فرق الخرج بين 10 و 30 درجة يساوي 0.50 − 0.30 = 0.20 فولت. بقسمته على فرق المدخل 20 نحصل على ميل 0.01 فولت لكل درجة. ويبدأ الخط عند 0.20 فولت حين T = 0.

لنختبر القراءات افتراضيًا: إذا كانت القيمة المطلوبة 30، وظهرت القراءات 34.0 و 34.1 و 34.0، فالانتشار بين أكبرها وأصغرها 0.1 درجة، لكن متوسطها نحو 34.03. التجمّع الصغير حول قيمة منحرفة يختلف عن إصابة القيمة المطلوبة؛ زيادة عدد القراءات وحدها لا تزيل هذا الفرق.

التسارع والدوران ليسا قياسًا واحدًا

مقياس التسارع يقرأ التسارع الخطي على محور أو أكثر. الجيروسكوب يقرأ السرعة الزاوية. ويمكن في حساس MEMS معالجة إشارة حركة كتلة داخلية ثم تحويلها إلى بيانات رقمية؛ لا تمثل صورة المسار دائرة كل حساس. ^[6]

يستعمل مقياس التسارع لاستنتاج الميل من إسقاط الجاذبية عندما لا توجد تسارعات مستمرة أخرى. تسارع مركبة أو أثر دوران قد يفسد هذا الاستنتاج؛ وتكامل قراءة الجيروسكوب قد يراكم خطأ الانحياز. ^[7]

قبل المقارنة بين جهازين، دوّن المطلوب: قراءة حرارة، أم ضغط، أم تسارع، أم دوران؟ بعد ذلك قارن المدى والخرج ووصف الخطأ في ظروف المهمة. اسم النوع وحده لا يعطي نتيجة القياس أو يثبت تحسن التكلفة والدقة.

للمتابعة في موضوع قريب، اقرأ: الحساسات التقاربية الحثية والسعوية: المادة قبل مسافة الكشف.