يعد اختيار مستشعر السرعة المناسب للتطبيق أمرًا بالغ الأهمية للحصول على قياس دقيق وموثوق به. ففي النهاية، إشارة المستشعر هي المدخلات لنظام حماية السرعة الزائدة. يؤدي المستشعر المعيب إلى إشارة إدخال غير موثوقة وله تأثير سلبي على دقة وموثوقية نظام الحماية.
هناك العديد من الاعتبارات التي يجب مراعاتها عند اختيار المستشعر المناسب، والتي يمكن تصنيفها في الاعتبارات البيئية والآلية.
اعتبارات الماكينة:
- ما هو معدل الدوران في الدقيقة المتوقع؟
- ما هو الهدف الذي يتم قياسه وما هي مواصفاته؟
- هل هناك أي قيود على الوزن والحجم في موقع التركيب؟
- ما هو طول الكابل اللازم؟
الاعتبارات البيئية:
- ما هي درجة الحرارة المحيطة المتوقعة؟
- هل يتم القياس في المناطق الخطرة للانفجار (ATEX)؟
- هل توجد مجالات كهرومغناطيسية قوية؟
- هل يتم القياس في بيئة مسببة للتآكل
بالنسبة لقياسات السرعة الصناعية، هناك ثلاثة أنواع رئيسية من مبادئ القياس:
- الحساسات الكهرومغناطيسية - تُعرف أيضًا باسم: الحساسات السلبية، أو الحساسات ذات الممانعة المتغيرة (VR) أو التقاطات مغناطيسية
- حساسات القرب - تُعرف أيضًا باسم: eddy current حساسات أو حساسات الإزاحة
- مستشعرات تأثير القاعة - تُعرف أيضًا باسم: المستشعرات النشطة
المستشعرات الكهرومغناطيسية
يستخدم الحساس الكهرومغناطيسي مجالاً مغناطيسياً لقياس التغيرات في المسافة بين طرف الحساس والجسم المستهدف. يحتوي المجس على ملف ملفوف حول مغناطيس يسبب تغيراً في التيار المغناطيسي (التدفق) والملف عندما تمر أسنان الترس حول المجس. يولد الترس المتحرك تدفقًا متغيرًا يستحث جهدًا متناسبًا في الملف يرتبط تردده بسرعة الدوران. الإشارة عبارة عن موجة جيبية تعتمد سعتها على حجم الهدف وسرعته والمسافة.
المزايا
تتمثل إحدى مزايا الحساسات الكهرومغناطيسية في إمكانية تطبيقها على التطبيقات ذات درجات الحرارة العالية. هناك أنواع محددة من أجهزة الاستشعار المناسبة للعمل مع درجات حرارة تزيد عن 300 درجة مئوية. علاوة على ذلك، فإن الحساسات الكهرومغناطيسية سهلة الاستخدام وموثوقة للغاية. ميزة كبيرة أخرى هي أن المستشعر له وصلة ثنائية الأسلاك، وبالتالي غالبًا ما يتناسب مع البنى التحتية الموجودة.
العيوب
تتمثل إحدى العيوب الرئيسية لأجهزة الاستشعار الكهرومغناطيسية في أن سعة الإشارة تعتمد على عامل حجم وسرعة ومسافة الهدف. إذا كانت السرعة منخفضة جدًا أو كان سن الترس صغيرًا جدًا أو كانت المسافة إلى المادة المستهدفة كبيرة جدًا، فستكون الإشارة مسطحة جدًا. من ناحية أخرى، إذا كانت السرعة عالية أو كان سن الترس كبيرًا أو كانت المسافة صغيرة، فستظهر الإشارة نبضات ضخمة (تصل إلى 80 فولت). يتطلب تطبيق المستشعرات الكهرومغناطيسية وتحديد موضعها الكثير من الاهتمام والخبرة من أجل الأداء السليم للمستشعرات. نظرًا لأن هذا النوع من المستشعرات لا يعمل بشكل جيد مع السرعات المنخفضة، فهي غير مناسبة للكشف عن السرعة الصفرية.
مستشعرات القرب
يستخدم جهاز الاستشعار proximity مجالاً كهرومغناطيسيًا لقياس التغيرات في المسافة إلى جسم ما. عندما يتحرك الترس متجاوزًا المستشعر، فإنه يقيس التغيّر في المسافة؛ القريبة (السن) والبعيدة (الشق). يمكن تحديد سرعة الدوران بناءً على الوقت بين هذين الحدثين.
المزايا
ومن المزايا الرئيسية للمسبار proximity أن مبدأ القياس يُظهر كلاً من النبضات والموضع بالنسبة للأسنان. وهذا يوفر نظرة ثاقبة للمسافة المحددة لأسنان الهدف.
وتتوفر حساسات القرب أيضًا بإخراج تيار ديناميكي، مما يسمح بأطوال كبلات طويلة جدًا (1000 متر فأكثر). لا تتأثر الحساسات ذات خرج التيار الديناميكي بمقاومة الكابل، كما هو الحال مع الحساسات proximity القائمة على إشارات الجهد وتأثير هول والحساسات الكهرومغناطيسية.
العيوب
استخدام أجهزة الاستشعار proximity لقياسات السرعة له عيب. عند السرعة العالية (RPM)، قد يحدث تشبع، ونتيجة لذلك يتسطح الخط الجيبي بشكل متزايد. عندما تتحرك سن الترس متجاوزة المستشعر بسرعات عالية، بالكاد يكتشف المستشعر proximity الفرق في المسافات. كلما زادت السرعة، قلّت فعالية المستشعر proximity لقياسات السرعة.
ومن العيوب الأخرى أن جهاز الاستشعار proximity لا يمكنه التعامل مع انحراف مركز الهدف بشكل جيد. يولد انحراف مركز الهدف (ترس متأرجح) جيبًا داخل جيب. وهذا يؤدي إلى مشاكل، خاصة عندما يحدث تشبع الإشارة للإشارة ذات الصلة. قد يقوم المستشعر بإخراج جيب انحراف مركز التروس بدلاً من جيب السن والشقوق.
مستشعرات تأثير القاعة
يقيس مستشعر تأثير القاعة التغيرات في التدفق المغناطيسي بين المغناطيس والمادة المستهدفة. تحتوي الحساسات على مكيفات إشارة مدمجة تولد إشارة موجية مربعة واضحة. وعلى النقيض من الحساسات الكهرومغناطيسية، فإن حساسات تأثير القاعة حساسة لحجم التدفق المغناطيسي بدلاً من سرعة تغيره. تتمتع حساسات السرعة بتأثير القاعة بنطاق قياس واسع ويمكن استخدامها لقياس كل من الأجزاء منخفضة السرعة أو الثابتة والأجزاء عالية السرعة.
المزايا
تتمثل إحدى مزايا مستشعر تأثير القاعة في أن المستشعر يوفر مباشرةً خرجًا رقميًا يسهل نقله ومعالجته. الميزة الأخرى هي أن مستشعرات تأثير القاعة عادةً ما تتميز بمعالجة داخلية للإشارة. يتم ترقيم الإشارة وتضخيمها بسرعة كبيرة، مما يجعلها أقل عرضة للتداخلات مثل التداخل الكهرومغناطيسي (EMI).
العيوب
نظرًا للإلكترونيات المدمجة، تقتصر حساسات تأثير القاعة على التطبيقات التي تعمل في درجات حرارة تتراوح من -40 درجة مئوية إلى + 150 درجة مئوية. علاوة على ذلك، تتطلب حساسات تأثير القاعة توصيل 3 أسلاك.
سبب تفضيل مستشعرات تأثير القاعة:
- تسجيل سرعة موثوق به من الثبات. يجعل من الممكن القياس من ترددات منخفضة تصل إلى 0,1 هرتز.
- الإشارات الرقمية مناسبة للمسافات الطويلة (حتى 300 متر).
- من السهل معالجة إشارات الموجات المربعة بواسطة أنظمة السرعة.
- إمكانية بناء عنصري استشعار في مبيت استشعار واحد، مما يتيح إمكانية قياس الاتجاه.
- هيكل المستشعر أصغر حجمًا وأخف وزنًا (وزنًا) من مستشعرات السرعة الأخرى.
- يعد مستشعر تأثير القاعة أقل صعوبة في تحديد الموضع الصحيح من المستشعر الإلكتروني وأقل حساسية لانحراف الهدف عن proximity.
- هذا النوع من المستشعرات هو الأقل حساسية للاهتزازات وتقلبات درجات الحرارة.
انظر أيضاً: أنظمة الحماية من السرعة الزائدة »
