رنک الکسا

سنسورها اغلب برای درک اطلاعات تماسی، تنشی، مجاورتی، بینایی و صوتی به‌کار می‌روند. عملکرد سنسورها بدین‌گونه است که با توجه به تغییرات فاکتوری که نسبت به آن حساس هستند، سطوح ولتاژی ناچیزی را در پاسخ ایجاد می‌کنند، که با پردازش این سیگنال‌های الکتریکی می‌توان اطلاعات دریافتی را تفسیر کرده و برای تصمیم‌گیری‌های بعدی از آن‌ها استفاده نمود.

سنسورها را می‌توان از دیدگاه‌های مختلف به دسته‌های متفاوتی تقسیم کرد که در ذیل می‌آید:

a.       سنسور محیطی: این سنسورها اطلاعات را از محیط خارج و وضعیت اشیای اطراف ربات، دریافت می‌نمایند.

b.       سنسور بازخورد: این سنسور اطلاعات وضعیت ربات، از جمله موقعیت بازوها، سرعت حرکت و شتاب آن‌ها و نیروی وارد بر درایورها را دریافت می‌نمایند.

c.        سنسور فعال: این سنسورها هم گیرنده و هم فرستنده دارند و نحوه کار آن‌ها بدین ترتیب است که سیگنالی توسط سنسور ارسال و سپس دریافت می‌شود.

d.       سنسور غیرفعال: این سنسورها فقط گیرنده دارند و سیگنال ارسال شده از سوی منبعی خارجی را آشکار می‌کنند، به‌ ‌همین دلیل ارزان‌تر، ساده‌تر و دارای کارایی کمتر هستند.

سنسورها از لحاظ فاصله‌ای که با هدف مورد نظر باید داشته باشند به سه قسمت تقسیم می‌شوند:

§         سنسور تماسی: این نوع سنسورها در اتصالات مختلف محرک‌ها مخصوصا در عوامل نهایی یافت می‌شوند و به دو بخش قابل تفکیک‌اند. 

                                       i.             سنسورهای تشخیص تماس

                                     ii.            سنسورهای نیرو-فشار

§         سنسورهای مجاورتی: این گروه مشابه سنسورهای تماسی هستند، اما در این مورد برای حس کردن لازم نیست حتما با شی در تماس باشد. عموما این سنسورها از نظر ساخت از نوع پیشین دشوارترند ولی سرعت و دقت بالاتری را در اختیار سیستم قرار می‌دهند. 

          دو روش عمده در استفاده از سنسورها وجود دارد:

                                       i.            حس کردن استاتیک:  در این روش محرک‌ها ثابت‌اند و حرکت‌هایی که صورت می‌گیرد بدون مراجعه لحظه‌ای به سنسورها صورت می‌گیرد.به عنوان مثال در این روش ابتدا موقعیت شی تشخیص داده می‌شود و سپس حرکت به سوی آن نقطه صورت می‌گیرد.

                                     ii.            حس کردن حلقه بسته:  در این روش بازوهای ربات در طول حرکت با توجه به اطلاعات سنسورها کنترل می‌شوند. اغلب سنسورها در سیستم‌های بینا این‌گونه‌اند.

حال از لحاظ کاربردی با نمونه‌هایی از انواع سنسورها در ربات آشنا می‌شویم:

a.       سنسورهای بدنه (Body Sensors) : این سنسورها اطلاعاتی را درباره موقعیت و مکانی که ربات در آن قرار داردفراهم می‌کنند. این اطلاعات نیز به کمک تغییر وضعیت‌هایی که در سوییچ‌ها حاصل می‌شود، به دست می‌آیند. با دریافت و پردازش اطلاعات بدست آمده ربات می‌تواند از شیب حرکت خود و این‌که به کدام سمت در حال حرکت است آگاه شود. در نهایت هم عکس‌العملی متناسب با ورودی دریافت شده از خود بروز می‌دهد.

b.       سنسور جهت‌یاب مغناطیسی(Direction Magnetic Field Sensor): با بهره‌گیری از خاصیت مغناطیسی زمین و میدان مغناطیسی قوی موجود، قطب‌نمای الکترونیکی هم ساخته شده است که می‌تواند اطلاعاتی را درباره جهت‌های مغناطیسی فراهم سازد. این امکانات به یک ربات کمک می‌کند تا بتواند از جهت حرکت خود آگاه شده و برای تداوم حرکت خود در جهتی خاص تصمصم‌گیری کند.  این سنسورها دارای چهار خروجی می‌باشند که هرکدام مبین یکی از جهت‌ها است. البته با استفاده از یک منطق صحیح نیز می‌توان شناخت هشت جهت مغناطیسی را امکان‌پذیر ساخت.

c.        سنسورهای فشار و تماس (Touch and Pressure Sensors) : شبیه‌سازی حس لامسه انسان کاری دشوار به نظر می‌رسد. اما سنسورهای ساده‌ای وجود دارند که برای درک لمس و فشار مورد استفاده قرار می‌گیرند. از این سنسورها در جلوگیری از تصادفات و افتادن اتومبیل‌ها در دست‌اندازها استفاده می‌شود. این سنسورها در دست‌ها و بازوهای ربات‌ هم به منظورهای مختلفی استفاده می‌شوند.  مثلا برای متوقف کردن حرکت ربات در هنگام برخورد عامل نهایی با یک شی. همچنین این سنسورها به ربات‌ها برای اعمال نیروی کافی برای بلند کردن جسمی از روی زمین و قرار دادن آن در جایی مناسب نیز کمک می‌کند. با توجه به این توضیحات می‌توان عملکرد آن‌ها را به چهار دسته زیر تقسیم کرد: 1- رسیدن به هدف، 2- جلوگیری از برخورد، 3- تشخیص یک شی.

d.       سنسورهای گرمایی (Heat Sensors): یکی از انواع سنسورهای گرمایی ترمینستورها هستند. این سنسورها المان‌های مقاومتی پسیوی هستند که مقاومتشان متناسب با دمایشان تغییر می‌کند. بسته به اینکه در اثر گرما مقاومتشان افزایش یا کاهش می‌یابد، برای آن‌ها به ترتیب ضریب حرارتی مثبت یا منفی را تعریف می‌کنند. نوع دیگری از سنسورهای گرمایی ترموکوپل‌ها هستند که آن‌ها نیز در اثر تغییر دمای محیط ولتاژ کوچکی را تولید می‌کنند. در استفاده از این سنسورها معمولا یک سر ترموکوپل را به دمای مرجع وصل کرده و سر دیگر را در نقطه‌ای که باید دمایش اندازه‌گیری شود، قرار می‌دهند.

e.        سنسورهای بویایی (Smell Sensors): تا همین اواخر سنسوری که بتواند مشابه حس بویایی انسان عمل کند، وجود نداشت. آنچه که موجود بود یک‌سری سنسورهای حساس برای شناسایی گازها بود که اصولا هم برای شناسایی گازهای سمی کاربرد داشتند. ساختمان این سنسورها به این صورت است که یک المان مقاومتی پسیو که از منبع تغذیه‌ای مجزا، با ولتاژ 5+ ولت تغذیه می‌شود، در کنار یک سنسور قرار دارد که با گرم شدن این المان حساسیت لازم برای پاسخ‌گویی سنسور به محرک‌های محیطی فراهم می‌شود. برای کالیبره کردن این دستگاه ابتدا مقدار ناچیزی از هر بو یا عطر دلخواه را به سیستم اعمال کرده و پاسخ آن را ثبت می‌کنند و پس از آن این پاسخ را به عنوان مرجعی برای قیاس در استفاده‌های بعدی به کار می‌‌برند. اصولا در ساختمان این سیستم چند سنسور، به طور همزمان عمل می‌کنند و سپس پاسخ‌های دریافتی از آن‌ها به شبکه‌ عصبی ربات منتقل شده و تحلیل و پردازش لازم روی آن صورت می‌گیرد. نکته مهم درباره کار این سنسورها در این است که آن‌ها نمی‌توانند یک بو یا عطر را به طور مطلق انداره‌ بگیرند. بلکه با اندازه‌گیری اختلاف بین آن‌ها به تشخیص بو می‌پردازند.

f.         سنسورهای موقعیت مفاصل : رایج‌ترین نوع این سنسورها کدگشاها (Encoders) هستند که هم از قدرت بالای تبادل اطلاعات با کامپیوتر برخوردارند و هم اینکه ساده، دقیق، مورد اعتماد و نویز ناپذیرند. این دسته انکدرها را به دو دسته می‌توان تقسیم کرد:

                                       i.            انکدرهای مطلق: در این کدگشا ها موقعیت به کد باینری یا کد خاکستری BCD (Binary Codded Decible ) تبدیل می‌شود. این انکدرها به علت سنگینی و گران‌قیمت بودن و اینکه سیگنال‌های زیادی را برای ارسال اطلاعات نیاز دارند، کاربرد وسیعی ندارند. همانطور که می‌دانیم به‌کار گیری تعداد زیادی سیگنال درصد خطای کار را افزایش می‌دهد و این اصلا مطلوب نیست. پس از این انکدرها فقط در مواردی که مطلق بودن مکان‌ها برای ما خیلی مهم است و مشکلی هم از احاظ بار فابل تحمل ربات متوجه ما نباشد، استفاده می‌شود.

                                      ii.            انکدرهای افزاینده: این کدگشا ها دارای قطار پالس و یک پالس مرجع که برای کالیبره کردن بکار می‌رود هستند، از روی شمارش قطارهای پالس نسبت به نقطه مرجع به موقعیت مورد نظر دست می‌یابند. از روی فرکانس (عرض پالس‌ها) می‌توان به سرعت چرخش و از روی محاسبه تغییرات فرکانس در واحد زمان (تغییرات عرض پالس) به شتاب حرکت دوارنی پی برد. حتی می‌توان جهت چرخش را نیز فهمید. فرض کنید سیگنال‌های A و B و C سه سیگنالی باشند که از کدگشا به  کنترل‌کننده ارسال می‌شود. B سیگنالی است که با یک چهارم پریود تاخیر نسبت به A. از روی اختلاف فاز بین این دو می‌توان به جهت چرخش پی برد.

http://www.abbas3stars.blogfa.com/ 

 در اتوماسيون سخت(Hard Automation) که درآن يک ماشين وظيفه مشخص را همان‌گونه که در صنعت مورد نياز است انجام مي‌دهد، نيازي به هوشمند بودن سيستم نيست. اما براي رسيدن به اتوماسيون هوشمند (Inteligent Automation) به دو جز کليدي نيازمنديم: هوش‌مصنوعي و سيستم سنسوري.

به کمک اين دو مي‌توان به ربات‌هاي صنعتي با کاربردهايي در نقاشي، جوشکاري، حمل‌و‌نقل و مونتاژ رسيد که قدرت انجام کارهاي پيچيده، تشخيص و تفکيک را دارا هستند.

سنسورها اغلب براي درک اطلاعات تماسي، تنشي، مجاورتي، بينايي و صوتي به‌کار مي‌روند. عملکرد سنسورها بدين‌گونه است که با توجه به تغييرات فاکتوري که نسبت به آن حساس هستند، سطوح ولتاژي ناچيزي را در پاسخ ايجاد مي‌کنند، که با پردازش اين سيگنال‌هاي الکتريکي مي‌توان اطلاعات دريافتي را تفسير کرده و براي تصميم‌گيري‌هاي بعدي از آن‌ها استفاده نمود.



سنسورها را مي‌توان از ديدگاه‌هاي مختلف به دسته‌هاي متفاوتي تقسيم که در ذيل مي‌آيد:
a. سنسور محيطي: اين سنسورها اطلاعات را از محيط خارج و وضعيت اشياي اطراف ربات، دريافت مي‌نمايند.
b. سنسور بازخورد: اين سنسور اطلاعات وضعيت ربات، از جمله موقعيت بازوها، سرعت حرکت و شتاب آن‌ها و نيروي وارد بر درايورها را دريافت مي‌نمايند.
c. سنسور فعال: اين سنسورها هم گيرنده و هم فرستنده دارند و نحوه کار آن‌ها بدين ترتيب است که سيگنالي توسط سنسور ارسال و سپس دريافت مي‌شود.
d. سنسور غيرفعال: اين سنسورها فقط گيرنده دارند و سيگنال ارسال شده از سوي منبعي خارجي را آشکار مي‌کنند، به‌ ‌همين دليل ارزان‌تر، ساده‌تر و داراي کارايي کمتر هستند.
سنسورها از لحاظ فاصله‌اي که با هدف مورد نظر بايد داشته باشند به سه قسمت تقسيم مي‌شوند:



§ سنسور تماسي: اين نوع سنسورها در اتصالات مختلف محرک‌ها مخصوصا در عوامل نهايي يافت مي‌شوند و به دو بخش قابل تفکيک‌اند.
i. سنسورهاي تشخيص تماس
ii. سنسورهاي نيرو-فشار





§ سنسورهاي مجاورتي: اين گروه مشابه سنسورهاي تماسي هستند، اما در اين مورد براي حس کردن لازم نيست حتما با شي در تماس باشد. عموما اين سنسورها از نظر ساخت از نوع پيشين دشوارترند ولي سرعت و دقت بالاتري را در اختيار سيستم قرار مي‌دهند.

دو روش عمده در استفاده از سنسورها وجود دارد:
i. حس کردن استاتيک: در اين روش محرک‌ها ثابت‌اند و حرکت‌هايي که صورت مي‌گيرد بدون مراجعه لحظه‌اي به سنسورها صورت مي‌گيرد.به عنوان مثال در اين روش ابتدا موقعيت شي تشخيص داده مي‌شود و سپس حرکت به سوي آن نقطه صورت مي‌گيرد.
ii. حس کردن حلقه بسته: در اين روش بازوهاي ربات در طول حرکت با توجه به اطلاعات سنسورها کنترل مي‌شوند. اغلب سنسورها در سيستم‌هاي بينا اين‌گونه‌اند.





حال از لحاظ کاربردي با نمونه‌هايي از انواع سنسورها در ربات آشنا مي‌شويم:


a. سنسورهاي بدنه (Body Sensors) : اين سنسورها اطلاعاتي را درباره موقعيت و مکاني که ربات در آن قرار داردفراهم مي‌کنند. اين اطلاعات نيز به کمک تغيير وضعيت‌هايي که در سوييچ‌ها حاصل مي‌شود، به دست مي‌آيند. با دريافت و پردازش اطلاعات بدست آمده ربات مي‌تواند از شيب حرکت خود و اين‌که به کدام سمت در حال حرکت است آگاه شود. در نهايت هم عکس‌العملي متناسب با ورودي دريافت شده از خود بروز مي‌دهد.
b. سنسور جهت‌ياب مغناطيسي(Direction Magnetic Field Sensor): با بهره‌گيري از خاصيت مغناطيسي زمين و ميدان مغناطيسي قوي موجود، قطب‌نماي الکترونيکي هم ساخته شده است که مي‌تواند اطلاعاتي را درباره جهت‌هاي مغناطيسي فراهم سازد. اين امکانات به يک ربات کمک مي‌کند تا بتواند از جهت حرکت خود آگاه شده و براي تداوم حرکت خود در جهتي خاص تصمصم‌گيري کند. اين سنسورها داراي چهار خروجي مي‌باشند که هرکدام مبين يکي از جهت‌ها است. البته با استفاده از يک منطق صحيح نيز مي‌توان شناخت هشت جهت مغناطيسي را امکان‌پذير ساخت.
c. سنسورهاي فشار و تماس (Touch and Pressure Sensors) : شبيه‌سازي حس لامسه انسان کاري دشوار به نظر مي‌رسد. اما سنسورهاي ساده‌اي وجود دارند که براي درک لمس و فشار مورد استفاده قرار مي‌گيرند. از اين سنسورها در جلوگيري از تصادفات و افتادن اتومبيل‌ها در دست‌اندازها استفاده مي‌شود. اين سنسورها در دست‌ها و بازوهاي ربات‌ هم به منظورهاي مختلفي استفاده مي‌شوند. مثلا براي متوقف کردن حرکت ربات در هنگام برخورد عامل نهايي با يک شي. همچنين اين سنسورها به ربات‌ها براي اعمال نيروي کافي براي بلند کردن جسمي از روي زمين و قرار دادن آن در جايي مناسب نيز کمک مي‌کند. با توجه به اين توضيحات مي‌توان عملکرد آن‌ها را به چهار دسته زير تقسيم کرد: 1- رسيدن به هدف، 2- جلوگيري از برخورد، 3- تشخيص يک شي.
d. سنسورهاي گرمايي (Heat Sensors): يکي از انواع سنسورهاي گرمايي ترمينستورها هستند. اين سنسورها المان‌هاي مقاومتي پسيوي هستند که مقاومتشان متناسب با دمايشان تغيير مي‌کند. بسته به اينکه در اثر گرما مقاومتشان افزايش يا کاهش مي‌يابد، براي آن‌ها به ترتيب ضريب حرارتي مثبت يا منفي را تعريف مي‌کنند. نوع ديگري از سنسورهاي گرمايي ترموکوپل‌ها هستند که آن‌ها نيز در اثر تغيير دماي محيط ولتاژ کوچکي را توليد مي‌کنند. در استفاده از اين سنسورها معمولا يک سر ترموکوپل را به دماي مرجع وصل کرده و سر ديگر را در نقطه‌اي که بايد دمايش اندازه‌گيري شود، قرار مي‌دهند.
e. سنسورهاي بويايي (Smell Sensors): تا همين اواخر سنسوري که بتواند مشابه حس بويايي انسان عمل کند، وجود نداشت. آنچه که موجود بود يک‌سري سنسورهاي حساس براي شناسايي گازها بود که اصولا هم براي شناسايي گازهاي سمي کاربرد داشتند. ساختمان اين سنسورها به اين صورت است که يک المان مقاومتي پسيو که از منبع تغذيه‌اي مجزا، با ولتاژ 5+ ولت تغذيه مي‌شود، در کنار يک سنسور قرار دارد که با گرم شدن اين المان حساسيت لازم براي پاسخ‌گويي سنسور به محرک‌هاي محيطي فراهم مي‌شود. براي کاليبره کردن اين دستگاه ابتدا مقدار ناچيزي از هر بو يا عطر دلخواه را به سيستم اعمال کرده و پاسخ آن را ثبت مي‌کنند و پس از آن اين پاسخ را به عنوان مرجعي براي قياس در استفاده‌هاي بعدي به کار مي‌‌برند. اصولا در ساختمان اين سيستم چند سنسور، به طور همزمان عمل مي‌کنند و سپس پاسخ‌هاي دريافتي از آن‌ها به شبکه‌ عصبي ربات منتقل شده و تحليل و پردازش لازم روي آن صورت مي‌گيرد. نکته مهم درباره کار اين سنسورها در اين است که آن‌ها نمي‌توانند يک بو يا عطر را به طور مطلق انداره‌ بگيرند. بلکه با اندازه‌گيري اختلاف بين آن‌ها به تشخيص بو مي‌پردازند.
f. سنسورهاي موقعيت مفاصل : رايج‌ترين نوع اين سنسورها کدگشاها (Encoders) هستند که هم از قدرت بالاي تبادل اطلاعات با کامپيوتر برخوردارند و هم اينکه ساده، دقيق، مورد اعتماد و نويز ناپذيرند. اين دسته انکدرها را به دو دسته مي‌توان تقسيم کرد:
i. انکدرهاي مطلق: در اين کدگشا ها موقعيت به کد باينري يا کد خاکستري BCD (Binary Codded Decible ) تبديل مي‌شود. اين انکدرها به علت سنگيني و گران‌قيمت بودن و اينکه سيگنال‌هاي زيادي را براي ارسال اطلاعات نياز دارند، کاربرد وسيعي ندارند. همانطور که مي‌دانيم به‌کار گيري تعداد زيادي سيگنال درصد خطاي کار را افزايش مي‌دهد و اين اصلا مطلوب نيست. پس از اين انکدرها فقط در مواردي که مطلق بودن مکان‌ها براي ما خيلي مهم است و مشکلي هم از احاظ بار فابل تحمل ربات متوجه ما نباشد، استفاده مي‌شود.
ii. انکدرهاي افزاينده: اين کدگشا ها داراي قطار پالس و يک پالس مرجع که براي کاليبره کردن بکار مي‌رود هستند، از روي شمارش قطارهاي پالس نسبت به نقطه مرجع به موقعيت مورد نظر دست مي‌يابند. از روي فرکانس (عرض پالس‌ها) مي‌توان به سرعت چرخش و از روي محاسبه تغييرات فرکانس در واحد زمان (تغييرات عرض پالس) به شتاب حرکت دوارني پي برد. حتي مي‌توان جهت چرخش را نيز فهميد. فرض کنيد سيگنال‌هاي A و B و C سه سيگنالي باشند که از کدگشا به کنترل‌کننده ارسال مي‌شود. B سيگنالي است که با يک چهارم پريود تاخير نسبت به A. از روي اختلاف فاز بين اين دو مي‌توان به جهت چرخش پي برد.

سنسورهاي مادون قرمز :

اين سنسور داراي فرستنده وگيرنده است و اصل كار به اين صورت است كه بين فرستنده وگيرنده نور بايد تبادل كنيد تا ارتباط حاصل شود. به اصطلاح يك جريان از يك فوتو ديود عبور مي كند اگر نور مرئي باشد به آن LED گفته ميشود و اگر اين نور نا مرئي باشد به مادون قرمز اطلاق ميشود .

چند مثال از کاربرد هاي اين سنسور:AV INSTRUMENTS AUDIO TV
VCD
CD PLAYER
HOME APPLIACES ( اسبابهاي خانه )AIR _ CONDITIONER _ FAN _ LIGHT REMOTE CONTOROL FOR WIRELESS DEVICES (وسايل بي سيمي)
و غيره ....


سايتهاي زير مثالهاي ديگري از کاربرد اين سنسور است :
سنسور تشخيص مانع ( ديواره ) سه مرحله اي با حساسيت فوق العاده - مادون قرمز http://www.iranmedar.com/2006/06/post_20.html

کليدهاي هوشمند مادون قرمز(ديواري)http://7rang.ir/advertise/goods/subject_93/ads_75.aspx

کليد هوشمند مادون قرمز (سقفي) http://7rang.ir/advertise/goods/subject_93/ads_246.aspx
اينها مثالهيي از استفاده اين سنسور ميباسد .


نمونه هايي از اين سنسور :
PIC 1018sd
TSL245
TSL 260 _TSL261 _ TSL 262
TSL 1100 UCC5341
UCC5342
و .......................

سنسورهاي رطوبت:

توانايي هوا در نگهداشتن آب تاثير قابل ملاحظه‌اي روي تعداد زيادي از فرايند‌ها كه در اتمسفر عادي انجام مي‌گيرند، برحسب تعداد كاربرد‌هايي كه شامل مي‌شود، آب ممكن است مادة خيلي مهمي در زندگي روزمرة ما باشد و‌آن در هوا، جامدات و سيالات اتفاق مي‌افتد. اني در اين مواد تشخيص داده مي‌شود. با وجوديكه جملة رطوبت معمولاً به آب موجود در هوا اطلاق مي‌شود (كه مهمترين كار اندازه‌گيري رطوبت نشان داده مي‌شود)، آن اغلب خيلي مفيد است كه بتوان محتواي آب جامدات و مايعات را بطور مستقيم تعيين نمود.

وقتي غلظت بخار آب در گازها، اصولاً در هوا، تعيين مي‌شود مهم است كه ميان موارد زير فرق گذاشت:

رطوبت مطلق، كه مقدار بخار آب موجود در واحد حجم گاز است و بوسيلة گرم بر مترمكعب اندازه‌گيري مي‌شود.

رطوبت اشباع، كه مقدار ماكزيمم آب موجود در واحد حجم گاز است و بوسيلة گرم بر مترمكعب اندازه‌گيري مي‌شود.

رطوبت نسبي، كه نسبت رطوبت مطلق به رطوبت اشباع است و مقدار آن بين 0 و 1 مي‌باشد.

همچنين نسبت فشار جزئي بخار آب در دماي اندازه‌گيري به فشار اشباع ممكن در همان دما استفاده شود. عموماً،‌ آن رطوبت نسبي است كه مهمترين مقدار اندازه‌گيري ده را نشان مي‌دهد يك اندازة قابل استفاده غالباً نقطة تراكم مي‌باشد. اين دمايي است كه در آن رطوبت اتمسفر كه قابل ملاحظه است فرض مي‌شود كه رطوبت نسبي در آن مقدار 1 را دارد. وقتي كه دما زير اين نقطه بيافتد بخار آب شروع به تراكم مي‌كند.

اندازه‌گيري مستقيم محتواي آب مايعات و جامدات خيلي مشكل است چون آن بندرت ممكن است كه محتواي آب يك محصول بعنوان يك اندازه‌گيري جداگانه انجام شود. در جامدات اين مقدار براحتي بوسيلة وزن كردن محصول، خشك كردن آن و سپس دوباره وزن كردن آن بدست مي‌آيد. اگرچه، تعدادي منبع خطا در ارتباط با اين روش، براي مثال تجزيه شدن پروب، طول مدت خشك كردن و نوع پيوند آب وجود دارد.

سيستم‌هاي اندازه‌گيري موثق از زمان‌هاي طولاني براي تعيين مقدار رطوبت وجود داشته است. اين شامل روش‌هاي مكانيكي از قبيل رطوبت‌سنج مو، پسي‌كرومتر و شناساگر رطوبت LiCl كه در آن مقاومت سطح سنجيده مي‌شود. يك ولتاژ A.C در الكترود شمارة 3 بكار برده مي‌شود. اين موجب جاري شدن يك جريان از ميان LiCl و گرم كردن محلول LiCl مي‌گردد. در نتيجه آب از محلول بخار مي‌شود. بزودي تمام آب بخار مي‌شود، هدايت و با آن جريان ما بين الكترودها بسرعت تنزل و دما سقوط مي‌كند. رطوبت‌سنج LiCl حالا قادر به جذب آب از هوا است. هدايت آن افزايش يافته و جريان دوباره موجب تبخير آب مي‌شود. در اين روش دما خودش را به حالت تعادل مابين توان الكتريكي بكار گرفته شده و انرژي گرمايي مورد نياز براي تبخير تنظيم مي‌كند. اين تعادل بطور انحصاري بستگي به فشار بخار آب هواي اطراف دارد و بنابراين ميزاني از رطوبت مطلق است. دما در تعادل بوسيلة اندازه‌گيري مقاومت (1) ثبت مي‌شود و سپس بعنوان يك كميت الكتريكي عمل مي‌كند. اندازه‌گيري رطوبت نسبي 90-15% در دماي °C 60-0 ممكن است. زمان پاسخ برحسب دقيقه مي‌باشد اهميت تكنيكي اين آشكارگرهاي كلاسيك امروزه كه سنسورهاي قابل كوچك كردن، چيپر هستند، تندتر و بعضي اوقات خيلي صحيح است. سه روش توسعه وجود دارد.

تغييرات در مقاومت، بويژه در مقاومت سطح، اساس يك نوع از سنسنورهاي است. اين شامل رطوبت‌سنج‌هاي سراميكي است كه همچنين جذب سطحي آب در سطح داخلي مواد سراميكي خلل و فرج‌دار استفاده مي‌شود كه از پودر سينتر شده است. سراميك‌هاي مورد استفاده ZnCr2O-LiZnVO4,MgCr2O4-TiO2-V2O5 و پرووسكيت است. سنسورهاي ساخته شده از MgCr2O4-TiO4 بطور تجارتي در اجاق‌هاي ميكرويو استفاده مي‌شود. آنها داراي زمان پاسخ حدود 20S و ميزان رطوبت در حدود 90-30% مي‌باشند. ديگر سنسور براساس مقاومت شامل پلي‌استايرين سولفونه شده يا پودر كربن سوسپانسه شده در سلولز ژلاتين مي‌باشد. هدايت سطح اين سنسورها وقتي آنها آب مي‌گيرند تغيير مي‌كند. موادي از قبيل تركيب‌هاي LiF/Al2O3، فسفات‌هاي زيركونيوم و سيلكيات‌ها، پلي‌سيكلو اكسان‌ها با گروه‌هاي آب‌دوست و پليمرهاي معين براي اين دسته از سنسور مساعد هستند. پليمرها بايد به رطوبت حساس و در همان زمان غيرقابل حل در آب باشند. پلي‌وينيل پيريدين متصل شده بطور رايج براي اين نياز مناسب است.

سنسور نوع دوم تغييراتي را در ظرفيت ايجاد مي‌كند. بطور كلي، اين سنسورها برد وسيعي از رطوبت‌ها را ثبت مي‌كنند و از سنسورهايي كه برپاية روش مقاومت قرار دارند بسيار صحيح‌تر هستند. بخاطر سادگي، اگر از اثرات حاشيه‌اي صرف‌نظر شود ظرفيت يك صفحة ظرفيت بوسيلة رابطة زير بدست مي‌آيد:


كه A مساحت و d فاصلة مابين صفحات، ثابت دي‌الكتريك (DC) و DC نسبي است. اثر سنسور را تعيين مي‌كند. اين با كاهش DC مواد حامل افزايش مي‌يابد. Al2O3 خلل و فرج‌دار در ابتدا با DC نسبي 10 بعنوان مواد سنسور استفاده مي‌شود. روش‌هاي فيلم نازك از آن بعنوان سوبسترا (شيشه،‌ سراميك) استفاده كردند چون آنها ساختمان ساده دارند و لايه‌ها جمع و جور است. در كنار Al2O3 اكسيد تانتاليوم و اكسيد تيتانيوم استفاده مي‌شوند. اخيراً پليمرهاي با يك DC نسبي 15-2 بطور روزافزوني انتخاب مي‌شوند. اين مواد درجة بالايي از پايداري مدت ـ طولاني و شامل استات‌ سلولز، پلي استايرن، پلي‌ايميد‌ا هستند كه مي‌توانند داخل لايه‌ها، حساس با استفاده از روش‌هاي پوشش قالبي، بخوبي پليمرهاي توليد شده بوسيلة پليمريزاسيون تخلية گرم تشكيل شوند. ظرفيت مي‌تواند هم در صفحة جاذب شبه ـ فيلم يا حالت عمودي آن اندازه‌گيري شود. در مورد دوم، ساختمان «ساندويچي» يكي از دو الكترود بايد به رطوبت تراوا باشد. عموماً اين بوسيلة استفاده از يك فيلم طلايي صورت‌مي‌گيرد كه ضخامت آن يك سازيشي مابين پايدري عنصر (فيلم ـ ضخيم) و زمان پاسخ پائين (فيلم ـ نازك) را نشان مي‌دهد.

اين نوع از سنسور رطوبت براساس ـ پليمر، براي مثال براي اندازه‌گيري رطوبت نسبي از روي برد كامل مقادير در دماهاي مابين °C 60- و °C 30+ استفاده شوند. در اين متال ارزيابي الكترونيك‌ها شامل يك پل اندازه‌گيري HF با خطي نمودن بعدي مقادير علامت مي‌باشد. كاربردهاي ديگر با استفاده از ASIC‌ها انجام مي شود.

خازن، سنتسورهاي رطوبتي پليمر در حال حاضر با دريافت پائين و زمان عمر چندين سال ساخته مي‌شود. يك درجة بالايي از برگشت‌پذيري مي‌توان بدست آيد. آنها بعضي اوقات مي‌توانند براي تعيين محتواي آب مواد مايع از قبيل محلول‌هاي آلي يا سوخت استفاده شوند.

نوه سوم سنسور رطوبت سنتسور نقطة تراكم مي‌باشد. نقطة تراكم، همانطور كه تعريف آن پيشنهاد مي‌كند، بوسيلة سرد نمودن سطح آزمايش و مشاهدة متراكم شدن يا تشكيل لاية مايع بعنوان تابعي از دما مي‌تواند اندازه‌گيري شود. اين مشاهده براي مثال، مي‌تواند بطور نوري انجام شود. اگر سطح آزمايش صاف و صيقلي باشد آن بوسيلة ته‌نشيني آب تيره شده و انعكاس پرتور نور پحش مي‌شود. اين اثر براي تشخيص آسان است. غالباً روش‌هاي اندازه‌گيري خازن يا هدايت مورد استفاده قرار مي‌گيرد. يك الكترود با استفاده از علم تكنيك فيلم ـ نازك بعنوان يك خازن با يك ظرفيت بكار مي‌رود كه وقتي مايع روي آن مي‌نشيند تغيير مي‌كند.

هيچ سنسور كوچك شده براي اندازه‌گيري محتواي آب جامدات وجود ندارد. روش‌هاي كلاسيك اندازه‌گيري هدايت الكتريكي همراه با جذب ميكرويو مادون قرمز تعيين كننده است.



حسگرهاي رطوبت

در صنعت و تكنولوژي پيشرفته امروزي حسگر‌ها جايگاه ويژه‌اي براي خود باز كرده‌اند چون در اغلب صنايع همانند : داروسازي، شيميائي، غذائي، كشاورزي و ... كاربرد وسيعي پيدا كرده‌اند. براي مثال اندازه‌گيري دما ـ فشار ميزان نوع گازهاي مختلف ـ رطوبت و ... را مي‌توان نام برد. به همين دليل در اين مقاله سعي شده است حسگر مهم و بسيار كاربردي رطوبت را مورد بررسي قرار دهيم و بيشتر هدف دنبال كردن روش‌هاي حس رطوبت و نم موجود در هوا يا مواد است كه ذيلاً به بررسي آن مي‌پردازيم.




--------------------------------------------------------------------------------
Psychrometer
Perovskite



روش‌هاي حس

اندازه‌گيري نم و رطوبت را به چهار روش مي‌توان تقسيم كرد: 1ـ استفاده و كاربرد در نم‌سنج‌ها كه مستقيماً خروجي حس‌كنندة نم روي RH% تنظيم مي‌شود. 2ـ كاربرد در بخارسنج‌ها كه دو دما توليد و خوانده مي‌شود و جهت جمع‌آوري اين قرائت‌ها از نقشه‌اي همرا با RH% و رطوبت استفاده شده است. 3ـ كاربرد ديگر در حسگرهاي نقطة شبنم است كه از آن نقطه مقدار رطوبت بدست مي‌آيد. 4ـ در نهايت فقط كاربرد در سيستم هاي حس از راه دور نم كه ميزان رطوبت با استفاده از امواج الكترومغناطيسي خوانده مي‌شود.



روش‌هاي حس در نم‌سنج‌ها

ساده‌ترين عناصر اندازه‌گيري نم عناصر مكانيكي هستند كه با افزايش نم طول آنها تحت تاثير قرار مي‌گيرد. بعضي از مواد پلاستيكي اين خاصيت مهم را دارا مي‌باشند. در حال حاضر با پيشرفت تكنولوژي از عناصر مكانيكي به جهت سنجش رطوبت در رطوبت‌سنج‌ها بهره گرفته نمي‌شود، اما هنوز اين عناصر به جهت سادگي در گسترة وسيعي براي آشكارسازي رطوبت استفاده مي‌شوند، در ادامه به بررسي و جزئيات بيشتر عناصر مختلف نم‌سنج مي‌پردازيم.



نم‌سنج خازني ـ اصول و اساس كار عناصر نم‌سنج خازني مبتني بر اصل اكترود ثابت و دي‌الكتريك متغيير است كه جزئيات اين طرح كه يك لاية نازكي از دي‌الكتريك بين دو الكترود بالا و پايين قرار گرفته و علاوه بر آن متخلخل بودن الكترود بالائي است كه به آب اجازة عبور مي‌دهد تا به لاية دي‌الكتريك برسد و به محض رسيدن آن به دي‌الكتريك مشخصات و پارامترهاي آن تغيير كرده و در نهايت ظرفيت بين الكترود بالائي و پائيني تغيير و تحت تاثير قرار مي‌گيرد كه همين تغييرات حاصله معرف رطوبت موجود است.



نم‌سنج مقاومتي ـ عناصر نم‌سنج مقاومتي كاربرد گسترده‌اي پيدا كرده‌اند و شكل‌هائي بصورت ويفر و استوانه دارند. كلاً در اولين نم‌سنج مقاومتي از لاية نم نما با 2 تا 5% ليتيوم كلرايد مايع استفاده شده كه داراي دو الكترود است و مقاومت هر لايه همراه با تغييرات رطوبت است. دو الكترود سيمي روي يك محور پيچيده‌ شده‌اند (نوعي پلي‌استرن) و با الكتورد‌هائي به شكل تراشه و بصورت زيگزاگ روي ماده‌اي بعنوان زيربنا قرار مي‌گيرد كه با لايه‌اي از نمك رطوبت‌نما پوشيده شده است در عناصر رطوبت‌سنج مشابه، از تغييرات مقاومت زيربنا بدون بهره‌گيري از لاية رطوبت نما (حساس به رطوبت) جهت آشكارسازي رطوبت استفاده مي‌شود.



روش‌هاي حفاظت و جلوگيري از خوردگي

1ـ جلوگيري از خوردگي با تغيير نوع فلز و طراحي‌هاي مناسب
الف) تغيير تركيب (تغيير نوع آلياژ)

ب) طراحي مناسب

2ـ حفاظت فلزات با اصلاح محيط خورنده
الف) برداشت عوامل خورنده از محيط

ب) افزايش مواد بازدارنده

(آبكاري) (؟؟؟ كردن) نشاندن لايه‌اي از روي برروي

3ـ جلوگيري از خوردگي با روش پوشش‌دهي به سطح
الف) پوشش‌ فلزي (فلزنشاني ـ اندود‌كاري)

ب) پوشش‌هاي غيرفلزي (معدني) (فسفاته‌كاري و كروماتوكاري) زيررنگ

ج) پوشش‌هاي آلي (استفاده از رنگ‌هاي آلي)

4ـ حفاظت از خوردگي با تغيير مقدار پتانسيل فلز ـ محيط خورنده:
الف) حفاظت كاتدي

ب) حفاظت آندي




1ـ تغيير نوع آلياژ: در انتخاب آلياژ‌ها باتوجه به نوع محيط خورنده بايد دقت لازم صورت گيرد تا از يك آلياژ مناسب براي كاربرد مورد نظر استفاده نمود

با تشكيل آلياژ مناسب و يا انجام عملياتي كه به هنگام تلخيص و استخراج صورت مي‌گيرد همانند اجراي عمليات حرارتي مناسب و يا سردن كردن مناسب و يا تغيير شرايط سطحي از قبيل صيغل‌كاري و اسيد‌شوئي مي‌توان به مقدار قابل ملاحظه‌اي مقاومت فلز را در برابر خوردگي افزايش داد.

2ـ طراحي مناسب : وظيفة يك مهندس طراحي تاسيسات آن است كه قطعات بكار رفته از لحاظ ساخت و استفاده از تاسيسات داراي استحكام مكانيكي ماكزيمم باشد همچنين درخصوص ساخت بناها و تاسيسات ضرورت‌هاي اساسي رعايت شود. براي مثال رعايت مكان جغرافيائي، اطلاع از ميزان خوردگي در محيطي كه تاسيسات اجياد مي‌شود. شناخت اتمسفر موجود در محيط‌ها و غيره.

طراحي مي‌بايست تا حد امكان ساده باشد زيرا هرچه شكل تاسيسات ساده‌تر باشد يعني آنكه زوايا، گوشه‌ها و لبه‌ها و سطوح داخلي كمتر باشد احتمال خوردگي ضعيف‌تر است. (زيرا در اين نقاط تجمع انرژي بيشتر است)

3ـ برداشت عوامل خورنده از محيط: براي حذف عوامل خورنده از محيط مي‌توان اعمال زير را انجام داد:

1ـ حذف اكسيژن از آب با تقليل فشار محيط

2ـ حذف اسيد‌ها از محيط با خنثي كردن 3

ـ حذف املاح وجود در آب و ...

4ـ حفاظت كاتدي و آندي: نظر به اينكه خوردگي فلزات در محيط‌هاي مرطوب ماهيت الكتروشيميائي دارند. لذا با استفاده از ماهيت الكتروشيميائي و بكار بردن روش‌هاي اكتروشيميايي مناسب مقدار پتانسيل الكترود به نحوي تغيير داده مي‌شود تا سرعت خوردگي انحلال فلز به حداقل برسد.

حفاظت آندي: در حفاظت آندي، آند نقطة مورد نظر مي‌باشد و كاتد يك فلز مقاوم مانند برنج با پوشش پلاتين است و الكترود سوم، الكترود مرجع مي‌باشد كه دستگاه پتانسيواسكات محلول (پنانسيومتر را نسبت به آند ثابت در نظر مي‌گيرد).

سنسورهاي هوشمند:

اين سنسور كه ساخت شركت AMETEK مي باشد، داراي تكنولوژي Magnetostrictive بوده و بدين ترتيب يك موقعيت سنج خطي مطلق مي باشد. از خصوصيات بارز آن مي توان به مواردي چون دقت بالا، داراي صفر و زمان قابل برنامه ريزي ، تنظيم اتوماتيك و غير تماسي بودن اشاره نمود. ضمناً اين سنسورها ارزان قيمت و در اندازه كوچك موجود مي باشد .

قابليت تكرار پذيري اين سنسور 1 0/ 0 درصد رنج اندازه گيري بوده و خروجي آن مي تواند صفر تا10VDC يا 4-20mA يا ±10VDC باشد.

يك قابليت منحصر بفرد اين سنسور استفاد ه از LED جهت تعيين حالتهاي مختلف مي باشد. بطوريكه اگر LED سبز باشد، نشان دهنده ميدان مغناطيسي مناسب و فعال بودن برنامه است .هنگامي كه LED قرمز مي شود، ازنبود ميدان مغناطيسي و يا خارج شدن از رنج اندازه گيري و قرار گرفتن در ناحيه مرده (dead zone) ما را مطلع مي سازد. هنگامي كه LED زرد باشد، نشان دهنده اين است كه ما هنوز در رنج اندازه گيري مطلوب هستيم اما ازناحيه فعال برنامه ريزي شده خارج شده ايم .

اين سنسور بصورت عمودي و يا افقي قابل نصب بوده و مغناطيس آن مي تواند يك Slider باشدكه يك مسير مشخصي را طي مي كند و يا يك مغناطيس شناور (Float magnet) كه در بالاي سنسوري نصب شده باشد.

كاربرد اين سنسور در سيستمهاي فيد بك پيوسته كم هزينه بوده كه در اين موارد جايگزين خوبي براي سنسورهاي مجاورتي ، پتا سيومترها، محدودكننده ها مي باشد. چند نمونه از کاربردهاي اين سنسور به شرح زير است. اين سنسور در دستگاههاي پرس ، چاپ ، قالب زني ، انفصال موقعيت يابي غلتك و بسياري موارد صنعتي ديگر استفاده مي شود.
http://saba.kntu.ac.ir/eecd/Ecourses/instrumentation/projects/reports/magnetic%20position%20sensors/Smart/index.htm