المكثفات هي من العناصر الإلكترونية و ظيفتها الأساسية هي التحكم في تدفق الشحنة الكهربائية في الدوائر الالكترونية .

سمي بالمكثف لأنه يقوم بتكثيف و الاحتفاظ بالشحنة داخل ليوساتها مثل بطارية لحظية

يحتوي المكثف على سطحين موصلين مفصولين عن بعضهما بعازل, ويتم توصيل أطراف المكثف مع السطحين .

مجرد وصل أطراف مكثف فان الشحنة الكهربائية تدفق و تتجمع على سطح اللوح, الشحنات الموجبة على احد الألواح, و السالبة على الأخر وذالك ان كلا الشحنتين تحاول عبور العازل الفاصل لتنجذب إلى الشحنة الأخرى

ستبقى ألواح المكثف مشحونة حتى بعد فصل جهد البطارية عنه, وهذا ما يتضح في هذا المثال, الذي يمكن به استخدام المكثف كا بطارية لوقت قصير

ويعتمد تيار شحن المكثف على قيمة المقاومة الموصلة إليه .

المخطط التالي يمثل العلاقه بين تيار شحن المكثف مع مقاومة المكثف بالنسبة للزمن

العوامل الأساسية التي تؤثر على سعة المكثف :

حجم المساحة السطحية لألواح المكثف 

إن سعة المكثف تتناسب طرديا مع المساحة السطحية للألواح، فإذا زادت مساحة سطح اللوح زادت سعة المكثف وذلك لزيادة استيعابه للشحنات الكهربائية، وبالعكس تقل سعة المكثف كلما قلت هذه المساحة.

المسافة بين الألواح

تقل السعة عندما تزداد المسافة بين الألواح وتزداد كلما قلت تلك المسافة أي أنه يوجد تناسب عكسي بين سعة المكثف والمساحة بين ألواحه.

الوسط العازل (المادة العازلة)

سعة المكثف تقاس بوحدة تسمى الفاراد farads. نسبة لعالم الفيزياء و الكيمياء الانجليزي مايكل فاراداي Michael Faraday و المولود في September 22, 1791 والمتوفى في August 25, 1867

انواع المكثفات

1. المكثف الكيميائي Electrolytic Capacitor
2. المكثف السيراميكي Ceramic Capacitor
3. مكثفات المتغيرة Variable Capacitor 
4. مكثفات الشرائح Film Capacitor

مايكل فاراداي Michael Faraday

وبما ان يعتبر قيمة الفاراد الواحد عالية جدا لسعة مكثف. فانع دائما تستخدم أجزاء من الفراد للتعبير عن سعة المكثف كا الميكروفراد µF. او النانو فراد nF. أو البيكو فراد pF.

Get paid to share your links!

0 Comment

Read more »

وهي تقوم على تحويل الضوء العادي  إلى مقاومة .

تصنع هذه المقاومات من سلفيد الكاديوم (CDS) حيث تنخفض قيمتها الأومية عند ازدياد شدة الإضاءة، وتزداد قيمتها عند انخفاض الضوء, يكون سطحها العلوي هو فقط الحساس للضوء

تصل قيمتها الأعظمية في الظلام إلى (2M ohm) وفي الضوء الشديد الناصع تصل قيمتها إلى (100 ohm) .

وتعتبر المقاومة الضوئية حساسة جداً للنور وسهلة الإسخدام.

إن معظم المقاومات الكهروضوئية تستطيع أن تتحمل فولت يتراوح مابين 100vو 200v

و 300v   ولكن  استهلاك (الواط)  )   (wالقدرة العظمى لهذه العناصر يتراوح مابين   30ملي واط و 300  ملي واط .

يعطى رمزها في الدارات الالكترونية :

كما تعطى مميزتها على الشكل ( وكما نلاحظ فهي مميزة غير خطية)

استخدامات المقاومة الضوئية :

لذلك تستخدم هذه المقاومة في التطبيقات البسيطة كما في الدارة التالية :

الدارة الاولى عبارة عن كاشف الضوء باستخدام مقاومة ضوئيةLDR ومؤقت 555.

تتحسس الدارة لسقوط خفيف للضوء على الخلية الضوئية وبالتالي فإن أي جهد فوق القيمة 0.7V سوف يفعل خرجج الدارة وينطلق الصوت من الزمور.

عند تسليط الضوء على الخلية فإن مقاومتها تنخفض من 2M إلى عشرات الكيلو أوم مما يؤدي إلى نشوء جهد موجب على القطب 4 (قطب التصفير)  يقود الخرج إلى الحالة المنطقية "H" .

أما في الدارة هذه فإنه يكون العكس.

                    

اما بالنسبة للتطبيقات الصناعية فإنه يمكن تشكيل الدارة التالية :

في الدارة الأولى عندما يكون الجو ظلاما فإن المقاومة ذات قيمة عالية وبالتالي الترانزستور يعمل لأن الجهد عليه عالي وبالتالي تعمل الريليه التي يمكن وصل محرك إليها ، أما عند سقوط ضوء على المقاومة فإن المقاومة تنخفض وبالتالي لا يعمل الترانزستور، أما في الدارة الثانية فالأمر مختلف. للمقاومة الكهروضوئية تطبيقات عديدة في الإلكترونيات فعلى سبيل المثال  , تستعمل غالباً في أجهرة الإنذار و فاتحت الأبواب الآلية حيث يتطلب الأمر الإحساس بوجود ضوء أو غيابه.

0 Comment

Read more »

تصنف حساسات الضغط ميكروماشيند ((Micromachinedالسيليكونية من الحساسات التي تعمل وفق تقنية الدارات المتكاملة و التي تعالج تقنيا من اجل الحصول بالنهاية على عنصر تحسس (غشاء) مرقق يوضع على شريحة من السيليكون . تصنع معايير الإجهاد عن طريق نشر مقاومات من السيليكون على الغشاء و ذلك من اجل تحويل الضغط المطبق على الغشاء ( انحراف الغشاء ) إلى تغير في المقاومة الكهربائية . هنالك عدة مزايا فريدة يقدمها السيليكون , يعتبر السيليكون من المواد الميكانيكية المثالية و التي لا تظهر أي نوع من التخلفية أو التباطؤ ( hysteresis) و صفته المطاطية تفوق حد الكسر , كما يعتبر أقوى من المعدن . يستخدم السيليكون بشكل واسع في صناعة الدارات المتكاملة وذلك بسبب الموثوقية في الصناعة التقنية بالإضافة إلى الدقة العالية في التحكم التقني و الذي تطور بشكل جيد . إن رقاقة السيليكون النموذجية تنتج المئات من شرائح حساسات الضغط المتماثلة و بتكلفة ضئيلة جدا .

0 Comment

Read more »

تعريف ظاهرة البيزو كهربائية :

هي عبارة عن ظاهرة تحدث في المواد العازلة مثل الكوارتز ( أكسيد السيليكون البللوري ) SiO2 حيت تستقطب كهربائيا إذا تم ضغطها ميكانيكيا و تظهر شحنات كهربائية على سطحها كما هو مبين في الشكل

يبين الشكل انفعال البلورة عند تطبيق قوة عليها و تولد شحنات سطحية . و نفس البلورة سوف تبدي انفعال ميكانيكي عند التأثير عليها بحقل كهربائي و هذين الأثرين يعبران عن الظاهرة البيزو كهربائية .

إن حساسات البيزورسيستف ( المعروفة أيضا باسم حساسات قياس الإجهاد ) ( strain-gage sensors) هي النوع الأكثر شيوعا   

من بين حساسات الضغط هذه الأيام . إن اثر البيزورسيستف يعود إلى تغير المقاومة الكهربائية لمادة ما نتيجة تطبيق إجهاد ما عليها .

مواد البيزورسيستف يمكن إن تستخدم من اجل تحقيق مقياس الإجهاد و الذي (و ذلك عندما يدمج مع الغشاء ) فهو ملائم لتحسس الجهد المتحرض  و الناتج عن انحرف الغشاء الناتج عن تطبيق ضغط ما . إن حساسية معيار الإجهاد و التي يعبر عنها بما يسمى بعامل المقياس  (Gage factor)و الذي هو التغير الجزئي للمقاومة (ΔR/R) لكل واحدة إجهاد

Gage factor = (ΔR/ R)/ ε

حيث الإجهاد ε يعرف على انه ΔL/Lأو التمدد لكل واحدة طول .

و هذا العامل أساسي من اجل التمييز بين حالتين مختلفتين :

1 – الإجهاد متفرع باتجاه التيار المتدفق ( على طول تغير المقاومة و التي تكون مراقبة )

2 – الإجهاد عامودي على اتجاه التيار

عوامل المقياس تكون مرتبطة بهاتين الحالتين و اللذان يعرفان على أنهما عامل المقياس الطولي و عامل مقياس العرضي على التوالي . بشكل عام إن العاملين السابقين يكونان متفقان في المقدار و مختلفان في الإشارة .

بسبب كبر تأثير مقاومة البيزو , لذلك يعتبر السيليكون من أكثر المواد استخداما و شيوعا و ذلك من اجل معايير الإجهاد . هنالك عدة طرق من اجل دمج معايير الإجهاد في أغشية التحسس للضغط , على سبيل المثال يمكن أن تلصق مقاييس الإجهاد مباشرة على رقاقة معدنية ( غشاء معدني ) .بدلا عن ذلك , إن  مادة مقياس الإجهاد يمكن أن توضع كفيلم رقيق على الغشاء . في هذه الأيام إن أغلبية حساسات الضغط ذات مقاومة البيزو تحقق عن طريق دمج مقاييس الإجهاد في أغشية السيليكون و ذلك باستخدام تقنية صناعة الدارات المتكاملة .

حدود حساسات الضغط ذات مقاومة البيزو :

على الرغم من التأثير الكبير نسبيا لمقاومة البيزو في معايير الإجهاد السيليكونية, فان التغير الكلي للمقاومة يكون من 1% إلى 2% من مقاومة مقياس الإجهاد ( الذي ينتج جهد خرج غير ضخم ما بين 10 mv/v و 20 mv/v ) . و من اجل بلوغ إجمالي الدقة  0.1% من كامل المجال, على سبيل المثال, التأثيرات المشتركة لقابلية الإعادة ( repeatability) الميكانيكية و الكهربائية و التباطؤ و الخطية بالإضافة للاستقرار يجب التحكم بها أو تعويضها و ذلك بالنسبة لمقاومة المعيار ( gage resistance ) .

كما أن مقياس الإجهاد( ( strain السيليكوني حساس جدا لدرجة الحرارة, فهنالك مصدرين أساسيين لتدفق درجة الحرارة به :

1 – معامل درجة الحرارة لمقاومة مقياس الإجهاد ( وهو من 0.06%/c ํ إلى 0.24%/c ํ )

2 – معامل درجة الحرارة لعوامل المقياس ( gage factors ) ( وهو من -0.06%/c ํ إلى -0.24%/c ํ ) و الذي سوف يسبب نقصان في حساسية الضغط في حال ارتفاع درجة الحرارة .

هنالك حد رئيسي آخر في حساسات الضغط السيليكونية و هو عدم الخطية في الاستجابة للضغط و الذي يظهر عادة نتيجة إهمال السلوك الغير خطي لميكانيكية الغشاء و خصائص مقاومة البيزو السيليكونية . إن عدم الخطية في الاستجابة للضغط يمكن إن تعوض عن طريق استخدام عناصر دارة تشابهية . ومن ناحية أخرى من اجل دقة حساسات الضغط السيليكونية, يتم استخدام التعويض الرقمي الذي يستخدم المعالج المصغر بمعاملات تصحيح مخزنة في الذاكرة و التي تستخدم غالبا من اجل تعويض كل درجات الحرارة و خصائص عدم الخطية المتنبأ بها .

إن أفضل حساسات الضغط السيليكونية هذه الأيام تبلغ دقتها 0.08% من كامل المجال و استقرار على المدى البعيد يبلغ 0.1% من كامل المجال كل سنة . يكون مجال درجة الحرارة المعوضة نموذجيا من -40 ํc إلى 85 ํc, بوجود أخطاء تعويضية في كلا المدى و الانزياح ( offset ) يبلغ 1% من كامل المجال .

إن المنتجات التجارية المتوفرة حاليا لكامل مجال الضغط هي من المجال 10 Kpaإلى 70 Mpa .

0 Comment

Read more »

تصنع حساسات الضغط عادة باستخدام  أغشية رقيقة و التي تكون قابلة للانثناء أو الانحناء نتيجة تطبيق ضغط ما عليها .

إن بعض حساسات الضغط تعمل باستخدام النظام الثنائي ( Binary Manner ), بمعنى آخر عند تطبيق ضغط ما على حساس الضغط, فان رد فعل الحساس يكون إما لقطع أو لإكمال عمل الدارة الكهربائية .

قياس الضغط :                 

                  

- الضغط المطلق :          

يعبر عنه نسبة للفراغ . 

و كمثال, الضغط الجوي عند مستوي سطح البحر هو 100 Kpa

و بالتالي فان الضغط الجوي هو ضغط مطلق .

- معيار الضغط :         

إن حساس الضغط المعياري ( Gauge Pressure Sensor ) يحتوي على منفذ ( فتحة ) واحد و هو مكشوف و بالتالي فانه يتحسس للضغط الجوي المحلي .

بينما حساس الضغط المعياري المغلق يحتوي على منفذ واحد مغلق و هو يعطي متوسط الضغط الجوي .

كمثال على الضغط المعياري, ضغط العجلات ( Tire Pressure) .

- الضغط التفاضلي :                   

إن حساس الضغط التفاضلي يعبر عن الفرق في الضغط بين منفذين على جهاز واحد . و في المثال السابق, الضغط التفاضلي بين الضغط المطلق للغلاف الجوي و الضغط المعياري لإطار العجلة .

-  مبادئ التحسس  :

يعرف الضغط على انه القوة على واحدة السطح , إن أكثر الطرق المباشرة المستخدمة لقياس الضغط هي عن طريق استخدام عنصر ميكانيكي مرن موضوع في منطقة معزولة يمكن للقوة (الضغط ) أن تؤثر عليها. إن عملية التشوه التي  قد تحدث في عنصر التحسس ( مثلا زيادة في حجم مقطعه أو ازدياد طوله أو غير ذلك ) تولد وبدقة ازاحات معينة تتناسب طردا مع الضغط . هذا هو المبدأ الأساسي الذي تعتمد عليه جميع حساسات الضغط التجارية هذه الأيام .

و بشكل خاص إن المتطلبات الأساسية لعنصر حساس الضغط هي إيجاد وسائل للعزل بين ضغطي سائلين

 ( الأول يستخدم من اجل القياس و الثاني يستخدم كمرجع ) و جزء مرن من اجل تحويل فرق الضغط إلى تشوه في عنصر التحسس . هنالك أنواع عديدة من عناصر التحسس ( للضغط ) المستخدمة كما هو موضح بالشكل

أنواع عناصر حساس الضغط التي في الشكل

1. غشاء مستوي
2. غشاء متموج
3. كبسولة
4. منفاخ
5. أنبوب مستوي
6. أنبوب بوردون على شكل حرف C
7. أنبوب بوردون ملفوف
8. أنبوب بوردون حلزوني
9. أنبوب بوردون لولبي

إن عناصر الحساسات الغشائية هي الأكثر استخداما , إن شكل الأنبوب الخاص المسمى بأنبوب بوردون يكون منحني أو ملفوف على طول طوله و له مقطع عرضي بيضوي . إن الأنبوب مغلق من طرف واحد ويسعى إلى الاسترخاء أو الاستقامة ( أي أن الأنبوب يرتخي أو يصبح مستقيما ) و ذلك عندما يطبق ضغط داخل هذا الأنبوب . بشكل عام , إن أنابيب بوردون مصممة من اجل قياس الضغط العالي بينما عناصر التحسس التي على شكل كبسولة أو المنفاخ فإنها عادة تستخدم  من اجل قياس الضغط المنخفض .

طرق الكشف و القياس :                                      

إن المقصود بعملية الكشف و القياس هو تحويل التشوه الذي قد يحدث لعنصر الحساس إلى قيمة الضغط المقاس . و بتقريب بسيط , إن الإزاحة الحاصلة لعنصر التحسس يمكن أن تضخم بشكل ميكانيكي بحيث يربط به مؤشر يتحرك على مقياس مدرج يشير إلى قيمة الضغط المقاس .في حساسات الضغط التي تعمل وفق نظام (LVDT)( المحول التفاضلي الخطي المتغير )(Linear – Variable Differential – Transformer )      

فان الإزاحة الناتجة عن أنبوب بوردون أو الكبسولة تستخدم من اجل تحريك نواة مغناطيسية داخل مجموعة من الملفات و بالتالي يحدث تغير للتحريض الكهربائي . في حساسات الضغط البيزوالكتريك (Piezoelectric) , إن الميل (الإجهاد) المرتبط بالتشوه الذي يحدث لعنصر الحساس يتحول في خرج عنصر الحساس إلى شحنة كهربائية و ذلك بواسطة كرستالة البيزوالكتريك . إن حساسات الضغط البيزوالكتريك تكون فعالة من اجل قياس الحالة العابرة أو المؤقتة للضغط العالي على سبيل المثال ضغط الانفجار . بالنسبة لحساسات الضغط التي تستخدم السلك المهتز (vibrating-wire) , هنالك سلك معدني (يكون عادة من التنجستين ) ممتد بين قاعدة مثبتة و بين منتصف الغشاء . يكون موضع هذا السلك بالقرب من مغناطيس دائم  حيث يوضع في حالة الاهتزاز نتيجة تردد الاهتزاز الناتج عن إثارة التيار الكهربائي المتناوب . الضغط يسبب إزاحة في الغشاء الأمر الذي يؤدي إلى تغير التوتر و بالتالي تردد اهتزاز السلك , و الذي يقاس بواسطة الكترونيات معينة .

حساسات الضغط السعوية :                                     

إن العديد من حساسات الضغط ذات الدقة العالية ( أكثر من 0.1 % ) و التي تستخدم في الوقت الحالي قد طورت باستخدام طرق الكشف السعوية . صممت حساسات الضغط السعوية لتغطية مجال ضغط واسع جدا . إن كلا حساسات الضغط العالي (high-pressure sensors) ذات مقياس الضغط الكامل الذي يفوق 7^10 باسكال  و حساسات الفراغ (vacuum sensors) المناسبة  لقياس الضغط تحت -3^10 باسكال متوفرة تجاريا .

 يعد الغشاء المعدني أو السيليكوني كعنصر التحسس للضغط حيث يشكل احد أقطاب المكثفة . بينما القطب الأخر و الذي يكون ثابت , يشكل عادة من طبقة معدنية موضوعة على ركيزة من الزجاج أو السيراميك . في حال تطبيق الضغط فان هذا يؤدي إلى انحرف الغشاء والذي بدوره يؤدي إلى تغيير مساحة الفجوة بالتالي تغير في سعة المكثفة . بينما في تصميم المكثف التفاضلي فان الغشاء المتحسس يوضع بين قطبين ثابتين و بالتالي فان الضغط المطبق يؤدي إلى زيادة سعة المكثف الأول و بالتالي نقصان سعة المكثف الثاني . كما هو مبين بالشكل

 في هذه الحالة , إن الإشارة الناتجة تكون خالية من التأثيرات الخارجية الغير مرغوب فيها (التخلص من التشويش أو الضجيج) .

إن التصميم العملي لخلية التحسس السعوية التفاضلية و التي تستخدم غشاءين معزولين بالإضافة إلى مصب من الزيت من اجل إرسال الضغط التفاضلي إلى الغشاء المتحسس . الأغشية المعزولة تصنع من سبائك معدنية خاصة و ذلك من اجل تجنب عامل التآكل . يتم اختيار الزيت من اجل التنبؤ بثابت عزل فجوة المكثف بينما يؤمن تخامد كافي من اجل تخفيض تأثير الصدمات و الاهتزازات . إن خرج أقطاب المكثفة تكون موصولة بالكترونيات معينة من اجل اخذ القراءة . بشكل عام إن الالكترونيات المتطورة المستخدمة هذه الأيام بالإضافة إلى اعتبارات خاصة تستخدم من اجل تقليل السعات الضائعة ( التي تؤدي إلى انخفاض دقة القياس ) .

0 Comment

Read more »

تعريف الحساس الحراري  :

هو الأداةالتي تحولدرجة الحرارةالى جهدكهربائي يتناسبمع قيمةدرجة الحرارةالمطبقة عليه.

مثال :  أبسطمثال هوالديود فعندتعرضه لحرارةفتبدأ بعضالالكترونات بالتحررمن مدارتهاويزداد مرورالتيار (علاقةطردية بينالتيار والحرارة)

 استخدام الديود كحساس حراري :

عند انحيازالديود السيليكونيأماميا فيدرجة 25°فان جهدالانحياز الأماميحوالي 0.65 [v]  وعندزيادة درجةالحرارة فانذلك سيؤديالى زيادةعدد الالكتروناتالمتحررة منذرات المادةالنصف الناقلةوبالتالي ازديادقيمة التيارالمار وبالتاليانخفاض جهدالانحياز

الأمامي (عملياًفان كل1°تقابلانخفاض جهدالانحياز الأماميبمقدار 2 الى3 ميلي فولت)   .

مساوئ الديود كحساس حراري :

a.      قيمةالجهد المقابللكل 1 °صغيرة

b.      العلاقةالعكسية بينالحرارة وجهدانحياز الديود.

تكييف الاشارة:

1- وصلمضخم لتضخيماشارة الخرج  .

2- جعلالعلاقة طرديةبين الحرارةوجهد انحياز الديود(باستخداممضخم عملياتييعمل علىطرح جهدمرجعي منقيمة جهدانحياز الديود).

الحساس الحراري تجارياً :

يتوفر فيالسوق العنصرLM35DZ   وهو حساسحراري قادرعلى قياسدرجات حرارةمن 0°الى 100°   و LM35CZ   ومجالهمن - 40°الى 110° ، حيث من  أجل كل1° يعطيجهد قدره10  ميليفولت  و الجهد يتناسببشكل طرديمع ازدياددرجة الحرارة  و تيارالحساس لايتجاوز 56 ميكرواّمبير وبالتاليالأثر الحراريالناتج منالحساس مهمل  .

أقطاب الحساس  :

القطب 2 هوخرج الحساس                                                  

القطب 1,3 تغذيةالحساس                                                                        

يترواح جهدالتغذية من4 الى 30 فولتوبالتالي هذاالحساس متوافقمع داراتالـ TTL  وكذلكمع المتحكماتالصغرية .

مصطلحات الأداء:

•        المجال: 0° الى100 °

•        المدى:100 °

•        الدقة: ±3⁄4°C

•        الحساسية: + 10.0 mV/°C

•        خطأعدم الخطية: ±1⁄4°C

•        ممانعةالخرج  : 0.1 Ω

 البنية الداخلية : 

شرح اّلية العمل:

عند يتعرضالحساس الىحرارة فانالترانزستورين Q1,Q2  ستزدادقيمة التيارالمار فيهماوتيار Q1 عشرة أضعافتيار الترانزستورQ2 وقيمةالتيارين ستقارنعبر المقارنA1

يعمل A1 على تطبيقجهد علىخرجه طالماتيار Q1 أكبر منتيار Q2 وبالتالي يمرتيار عبرNR1,R2  ويتشكلهبوط جهدعلى كلمن قاعدةQ1,Q2  ولكنالجهد علىقاعدة Q1 أصغر منالجهد علىقاعدة Q2 وبالتالي يزدادتيار Q2 حتى يصبحالتيارين متساويين.

المقارن A2يعمل علىمقارنة الجهدالناتج منمحصلة الترانزستورينQ1,Q2  معجهد الخرجالفعلي وطالماالجهد المطبقأكبر منجهد الخرجفان خرجالمقارن يكونعند المستويالمرتفع وبالتاليترانزستور الخرجيكون فيحالة تمريرويزداد جهدالخرج وعندمايتساويان فانخرج المقارنيصبح عندالمستوي المنخفضويصبح الترانزستورفي حالةقطع .   

تحويل الجهد الى درجة الحرارة المكافئة:

يمكن بكلبساطة باستخدامالمتحكم المصغرMicroprocessor قراءةقيمة الجهدمن خرجالحساس واجراءالحسابات اللازمة(التقسيمعلى 10) 

Get paid to share your links!

0 Comment

Read more »