سنسور ها و مبدلها سنسور ها و مبدلها

سنسر ها مبدلها مهندس رضا بابازاده بهار 3131

گره مهندسی کنترل ابزاقیق سن س ر اه مبدلها رضا بابازاده بهار 3131 P a g e 1

هالطیف جزه ای که پیش ر دارید حاصل تجربه تدریس درس سنسرها مبدل ها می باشد. یقینآ علم ابزارآالت دقیق آنچنان گسته است که پاختن به آن به عنان یک رشته تحصیلی مدت زمانی دراز می طلبد اما در این درس کشیده ایم مقدمات مختصری از این علم را برای دانشجیان عزیز عالقه مندان محترم بازگ کنیم. تصیه ما به خانندگان محترم این است که اکتفا به مطالب اندک این جزه نکه حتمآ به منابع مراجع بخصص دست ال انگلیسی زبان این علم رجع نمایند. بدیهی است هیچ اثر بشری نمی تاند خالی از نقص بده باشد لذا از خانندگان دانشجیان اساتید محترم استدعا می شد با نظرات سازنده خیش در رفع ناقص خطاهای احتمالی به نیسنده مساعدت فرمایند. در خاتمه الزم است از دانشجیان : آقایان سلیم بهاری که زحمت تایپ سپاسگذاری نمایم. دیگر دانشجیانی که زحمت رخانی یرایش را کشیده اند رضا بابازاده بهار یکهزار سیصد ند سه ی خرشیدی P a g e 2

تقدیم به : باقر... امین جعفر P a g e 3

P a g e 4

فصل ال :مقدمات ابزار دقیق... حسگر: یا سنسر : عنصر یا المانی است که به کمیت محرک مانند نر حرارت جابجایی... حساس بده تغییرات آنها را به سیستم بعدی منتقل می کند. مبدل: المانی است که یک صرت از انرژی را به صرت دیگر از انرژی )عمما الکتریکی( تبدیل می کند. مستقیم ( )Direct : مستقیما کمیت اندازه گیری شده را به سیگنال الکتریکی تبدیل می کند. سنسر مجتمع )Complex( : نیاز به چند مرحله ژیش تبدیل دا تا کمیت اندازه گیری شده را به سیگنال الکتریکی تبدیل کند. سنسر می تاند تماسی یا غیر تماسی باشد. تماسی به این معنی که حتمآ باید با کمیت م اندازه گیری تماس فیزیکی داشته باشد تماسی مانند فت سل. دقت داشته باشید که حسگر می تاند غیر تماسی باشد اما همیشه جریان انرژی بین شی حسگر جد خاهد داشت. فعال ( :)Active بدن نیاز به منبع انرژی بیرنی کار می کند.) ترمکپل فت دید...( سنسر غیر فعال )Passive( : نیاز به منبع انرژی بیرنی جهت عملک دارند ( ترمیستر استرین گیج مقامتی...( P a g e 5

: 1-1 احد های اندازه گیری... احد های ارائه شده در چهاهمین کنفرانس عممی ازان اندازه ها )1791( که به عنان سیستم SI یا متریک شناخته می شد استاندا متن علمی می باشند که در این کتاب نیز م استفاده قرار گرفته اند. بقیه احدهای اندازه گیری قابل تقسیم به این احدها هستند. شکل 1-1 : جدل احد های پایه سیستم متریک P a g e 6

: 2-1 مشخصات عممی سنسرها... تابع تبدیل )Transfer Function( -1 رابطه ای ایده آل برای هر سنسری جد دا که ارتباط میان ی خرجی را مشخص می کند. به شرطی که سنسر به صرت ایده آل طراحی شد ایده آل ساخته شد در محیط ایده آل کار کند رفتار آن مطابق با تابع تبدیل خاهد بد. S تابع تبدیل رابطه بین سیگنال محرک s سیگنال الکتریکی خرجی را بیان میکند می تان به صرت S=f(s) نشته شد. F(s) V ft/min شکل 1 تابع تبدیل ترم آناممتر )سنسر جرم حریان سیال( تجه کنید که برای محاسبه سیگنال محرک از ری سیگنال خرجی معکس تابع تبدیل نیاز است. ) Mathematical Model 2- مدل ریاضی ( گاهی رابطه فیزیکی یا شیمیایی که اساس کار سنسر است شناخته شده می باشد. در صرتی که بتان این رابطه را به صرت یک معادله ریاضی نشت می تان تابع تبدیل عکس آن را بصرت رابطه ریاضی معکس آن نشان داد. برای مثال اگر یک پتانسیمتر خطی جهت حس جابجای d م استفاده قرار گی از قانن اهم می تان رابطه سنسر را بدست آ. معکس تابع تبدیل به صرت: در این حالت سیگنال خرجی همان لتاژ V اندازه گیری شده خاهد بد قابل نمایش خاهد بد که در آن E لتاژ مرجع D حداکثر مطلق جابجایی پتانسیمتر خاهد بد که هر د ثابتند از این رابطه جابجای d را میتان با لتاژ V مقایسه ک. P a g e 7

تخمین تابعی ) Functional Approximation( -3 گاهی مطلب است رفتار - خرجی را ی که به صرت جدل داده می باشد به صرت یک تابع تحلیلی تخمین بزنیم. این تابع تخمین باید به حد کافی ساده همچنین به مقدار م نیاز دقیق باشد. بعضی از رایج ترین تابع تخمین به شرح زیراند: الف( تابع خطی ( ) در عمل سنسرهای بسیار کمی خطی هستند. در اقع در سیستم های قعی همیشه غیر خطی گری داریم. اگر غیر خطی گری سیستم قابل صرف نظر کن نباشد باید از تابع تخمین های زیر استفاده ک: ب( تابع تخمین لگاریتمی ( ) ج( تابع تخمین نمایی د( تابع تخمین تانی ه( تخمین چند جمله ای هر تابع تبدیل پیسته ای می تاند با استفاده از متد سری های تانی)بسط تیلر( بصرت یک چند جمله ای تخمین زده شد. به عنان مثال تخمین 3 جمله ای تابع نمایی عبارت است از ( ) در اکثر ماقع تخمین 2 جمله ای یا 3 جمله ای برای بیان تابع تبدیل سنسر کفایت می کند. P a g e 8

ی( تخمین خطی پاره ای Approximation( )Linear Piecewise در بسیاری ما که یافتن یک تابع تخمین که معین رفتار صحیح سیستم باشد یژگی های خاسته شده را نیز داشته باشد فرآیند سختی است. لذا می تان در بازه هایی رفتار سیستم را بصرت خطی با دقت کافی تقریب زد. در اکثر ما این تخمین مناسب ساده کارا رشی قدرتمند برای تخمین رفتار سیستم است. شکل 2 تخمین خطی پاره ای یک تابع ) -4 حساسیت ( Sensitivity B را حساسیت می نامیم. در تابع غیر خطی مقدار ثایتی برای حساسیت در تابع تبدیل خطی نداریم در هر نقطه مقدار آن متغییر است. در تابع تبدیل غیر خطی حساسیت بصرت مشتق ال خرجی نسبت به ی تعریف می شد. ( ) که در آن افزایش اندک در سیکنال محرک)ی( است تغییرات متناسب با آن در خرجی تابع تبدیل است. ) -5 کالیبراسین Calibration( کالیبراسین برای تصحیح خطای ثابت کمینه کن آن به کار می. در اقع طبق تعریف کالیبراسین مطابقت با استاندا را تعیین میکند. کالیبراسین اندازهگیری تعیین صحت سیله اندازهگیری در مطابقت با مرجع تایید شده میباشد. به دیگر معنی کالیبراسین برای انطباق خرجی سنسر دقیقا ری تابع تبدیل به کار می. کالیبراسین اکثرا دسترالعملی از سی سازنده دا مطلب است دستگاه در چند نقطه کالیبره شد. P a g e 9

چندین رش برای کالیبراسین جد دا: محاسبه تابع تبدیل یا تخمین آن برای کالیبراسین نقاط م نظر ری آن ( فیت کن منحنی از طریق محاسبه ضرایب تابع تخمین انتخابی( تنظیم سیستم پازش داده برای منطبق کن مقادیر اندازه گیری شده با تابع تبدیل تخمین یا تابع ایده آل بهسازی تغییر یژگی های سنسر برای تطبیق با تابع تبدیل از پیش تعیین شده ساخت اداتی به صرت یژگی های مرجع سنسرها که در نقاط کالیبراسین منطبق بر یژگی های مطلب باشد -1-2 -3-4 6- رشهای محاسبه پارامترهای تابع تبدیل اگر تابع تبدیل خطی باشد با کالیبراسین میتان ضرایب A B, را محاسبه ک اگر نمایی باشد A K, را باید محاسبه ک به همین قرار. برای محاسبه پارامترهای تابع تبدیل خطی د نقطه کالیبراسین نیاز است از آنجا که برای نشتن معادله یک خط د نقطه م نیاز است پس باید در د نقطه کالیبرایسن انجام گی. به عنان مثال اگر کسی یک نیمه هادی دیدی را به عنان یک حسگر دما استفاده کند تابع تبدیل آن خطی خاهد بد. دما ی شماره n به عنان خرجی A/D خاهد بد. ( ) 1 2,t1 کالیبره شد که در اینصرت t 2 سنسر باید در د نقطه مختلف ری خرجی متناظر n, n خاهد بد: ( ) ( ) عکس تابع تبدیل نیز به صرت ربر خاهد بد. برای تابع غیر خطی نقاط کالیبراسین بیشتری نیاز است برای تابع تبدیل درجه 4 نقطه به ترتیب درجه 3 3 2 کالیبراسین نیاز است. P a g e 11

)Full Scale Input( 9- گستره رنج ی FSI رنج دینامیکی تغییرات ی را که سنسر می تاند حس کند را گستره یا اسپن )Span( گیند. در عمل به محدده ای از تغییرات ی گفته می شد که خرجی دارای خطای قابل قبلی از تقریب تابع تبدیل باشد. برای سنسرهایی که گستره سیعی دارند عمما بر حسب DB بیان می شد. شکل 4- رنج ی - رنج خرجی -8 گستره رنج خرجیFSO )Full Scale Output( طر متناظر به بازه تغییرات خرجی به ازای کمینه مقدار ی بیشینه مقدار ی را گیند. به عبارت بهتر تفاضل است. میان بیشترین مقدار خرجی کمترین مقدار آن را گستره رنج تغییرات خرجی گیند. که در شکل فق نشان داده شده تمرین : درباره رشهای رگرسین درنیابی رش کمترین مربعات خطا )LS( کارب آنها در تعین تابع تبدیل تحقیق کنید. P a g e 11

-9 صحت Accuracy( ) یژگیهای از بسیار مهم سنسرها صحت است که در اقع به معنای خطاست نه صحت! خطا به عنان حداکثر مقدار انحراف مقدار اندازه گیری شده سنسر از مقدار صحیح یا ایده ال آن کمیت تعریف می شد. شکل 5: سمت چپ : باندهای خطای سیسم سمت راست : خطا بصرت مقداری از ی در تصیر سمت چپ خطا را در محدده سنسر را کالیبره که مقدار خطا را در از تابع تبدیل ایده آل خطی بیان می کنیم ( بدترین نع بیان خطا(. در دمی از تابع تخمینی کالیبره شده بیان می کنیم. رش های بیان خطا برای یک سنسر خطا می تاند به رشهای مختلفی بیان شد که مهمترین آنها در ذیل معرفی شده است: 1- به صرت مستقیم بر حسب مقدار اندازه گیری شده: اگر خطا از دامنه سیگنال ی مستقل باشد از این رش استفاده می شد. بیشتر به عنان بایاس سیستمی یا نیز اظافه مطرح است به عنان نمنه خطای برای سنسر دما یا 10 fpm برای سنسر فشارمی تاند بیان 0.15 c خطا به صرت مستقیم باشد. P a g e 12

2- بصرت درصدی از گستره: این فرم بیشتر برای سنسری با تابع تبدیل خطی به کار گرفته می شد. برای سنسر های غیر خطی زیاد مناسب نیست مثآل اگر ترمانمتری داشته باشیم که گستره آن 3000fpm است خطای آن 3 رنج گستره باشد یعنی 33 تا 100fpm این خطا بسیار 30fpm خطای حدد 90fpm که در مقیاسهای پایین اندازه گیری مثآل بین بزرگ است. دقت کنید که این بیان خطا هم می تاند بر حسب گستره ی هم گستره خرجی مطرح شد. 3- به صرت درصدی از مقدار اندازه گیری شده : رش مناسبی برای بیان خطا در سنسرهای غیر خطی است که خطا را در هر نقطه برحسب مقدار خرجی آن بیان می کند. م آلث در مثال قبلی 3 خطای مقدار اندازه گیری شده در حزه اندازه گیری پایین مقدار قابل قبلی خاهد بد. ) -11 هیسترزیس ( Hysteresis شکل 6: هیسترزیس هیسترزیس یا پسماند خاصیتی است که در آن منحنی افزایش یا رفت با منحنی کاهش یا برگشت تفات دا. تابع تبدیل شبیه یک حلقه است که از یک ضلع افزایش می یابد در ضلع دیگر کاهش.به عبارت دیگر اگر تابع تبدیل مسیر افزایشی با مسیر کاهشی سنسر یکسان نباشد سیستم هیسترزیس خاهد داشت. به عنان مثال اگر یک سنسر جابجایی داشته باشیم که در نقطه مخصصی خرجی حرکت آن از چپ به راست 20mv با حرکت آن از راست به چپ تفات داشته باشد اگر حساسیت سنسر در اینصرت باشد خطای 10 mv mm هیسترزیس به صرت احد جابجای خاهد بد. دالیل معمل برای خطای هیسترزیس به هندسه طراحی 2mm اصطکاک تغییر ساختار در ماده بر می گد. P a g e 13

-11 اشباع Saturation( ) هر سنسری در بازه خاصی حساس است به نحی که خارج از این بازه تغییرات در ی سنسر در خرجی آن نشان داده نمی شد. این محدده را محدده اشباع سنسر می گیند. شکل : 7 اشباع -12 تکرار پذیری Repeatability( ) تکرار پذیری برای بررسی نتایج خرجی سنسر به ازای یهای یکسان تحت شرایط مشابه به کار می به معنای این است که سنسر همان همان مقدار خرجی را برای مقدار ی یکسان در دفعات مختلف اندزه گیری یا کالیبراسین نشان دهد. خطای ناشی از عدم یکسان بدن خرجی را خطای تکرار پذیری می گیند عممآ به صرت درصدی از گستره Fs نشان داده میشد. δ شکل 8: سمت چپ : خطای تکرار پذیری سمت راست : باند مه P a g e 14

-13 فضای مه Dead-band( ) محدده ای از ی حل نقطه صفر که سنسر در آن به تغییرات خرجی حساس نیست. یعنی علی رغم تغییرات ی خرجی همچنان صفر باقی می ماند. 14- ضح یا تفکیک پذیری) Resolution ) کچکترین مقدار تغییر در سیگنال محرک که می تاند حس شد سبب تغییر در خرجی شد را قدرت تفکیک پذیری سنسر گیند. در بعضی سنسر ها قتی ی به صرت پیسته تغییر می کند خرجی به صرت پله به پله تغییر می کند smooth نیست یا به عبارت دیگر سیگنال خرجی به صرت دیجیتال می باشد. 15- پاسخ دینامیکی سنسر ( پاسخ فرکانسی( هر سنسری می تاند پاسخ دینامیکی داشته باشد که به صرت معدالت دیفرانسیل یا تبدیل الپالس نشان داده شد. سنسر ها می تانند مرتبه ال یا مرتبه دم یا... باشند. همچنین می تانند رفتار فیلتری پایین گذر باالگذر میان گذر میان نگذر... داشته باشند. -16 قابلیت اطمینان Reliability( ) قابلیت اطمینان تانایی سنسر در عملک صحیح اندازه گیری مطابق با مشخصات ارائه شده تابع تبدیل است در دره زمانی خاص. بر حسب زمان مثآل 3 سال یا تعداد دفعات استفاده به صرت نمنه تا 1333 بار بیان می شد. قابلیت اطمینان طل عمر مفید بازه ای را که در آن با اطمینان می تانیم از سنسر استفاده کنیم را بیان می کند. برای سنسر ها مشخصات دیگری چن نیز پذیری Noise امپدانس خرجی مشخصات پاسخ دینامیکی فاکترهای محیطی... نیز تعریف می شد که برای لطالعات بیشتر می تانید به مراجع اصلی مراجعه نمایید. P a g e 15

فصل دم : حسگرهای دما.... دما یکی از رایج ترین ملمس ترین اناع انرژی است. لیکن باید میان مفهم دما گرما به عنان انرژی تمایز اساسی قایل ( cal ) فارنهایت ) F ( شد. احد دما کلین ) k ( سلسیس( ( c احد انرژی گرمایی ژل( ( j یا کالری است تمامی حسگر های دما از طریق تاثیرات حرارت در ماد مختلف آنرا حس می کنند مبنای فیزیکی اکثر مبدلهای حرارت دما را به شرح زیر می تان تقسیم بندی ک: انبساط در اثر دما تغییر مقامت در اثر دما تغییر فرکانس رزنانس تغییر رنگ اجسام آثار ترمالکتریکی تشعشع حرارتی آثار پیز الکتریکی تغییر شکل فیزیکی اجسام - - - - - - - - دماسنج های بر مینای انبساط در اثر افزایش دما الف( ترممترهای شیشه ای: دما سنج با مخزن سیال مایع. به صرت گسته به کار می رند رایج ترین دماسنج ها هستند.از جمله دما سنج های جیه ای الکلی که اکثرآ به صرت نمایشگر شیشه ای هستند. صحت دما سنج های فق بهتر از %1 در اناع صنعتی تا 3110% درصد نیز امکان پذیر است. گستره دمای آنها بین ( 1033 تا 233-( سلسیس می باشد. از مزیت آنها می تان به سادگی ارزانی اشاره ک معایب آنها احتمال آسیب دیدن محفظه شیشه ای خرجی غیر الکتریکی است. P a g e 16

شکل 9: دماسنج شیشه ای ب( بی متال ها اگر نارهای فلزی )A,B( از جنس د فلز متفات با ضرایب انبساط حرارتی متفات به هم از یک سطح جش خه باشند آنرا بیمتال نامند. در اثر افزایش دما نار فلزی با ضرایب انبساط بیشتر طل بیشتر نار دیگر کمتری خاهد داشت. بنابراین انتهای نار انحنا پیدا می کند. به شکل زیر : شکل 11: اساس کار بی متال اگر ضرایب انبساط حرارتی فلزات,A B را به ترتیب نشان دهیم در اثر تغییرات دما از t 2 به شعاع دایره ای t 1 که بعد از انحنا به جد می آید به شرح زیر است: R= ( )( ) ضخامت نار B ضخامت نار A P a g e 17

ترممترهای بی متال به صرت گسته به عنان سئیچ های د ضعیتی مخصصآ برای فرایندهای حرارتی با تان کم م استفاده قرار می گی.در صرتی که این مبدل به صرت حلزنی ساخته شد به دلیل طل زیادی که پیدا می کند انتهای آزاد آن تغییر مکان بیشتری خاهد داشت در عمل به تفکیک پذیری باالتر می انجامد. شکل 11: دماسنج بیمتالی حلزنی برای رسیدن به حساسیت بیشتر از نارهای با آلیاژ نیکل برنز استفاده می شد برای کارب های نمایشی می تان در انتهای آزاد بی متال عقربه ای قرار داد که به صرت انتقالی یا چرخشی عمل کند.گستره کار بی متال ها از( 1033 تا 90 - ( صحت آنها در حد 310 است. ج( ترممترهای فشاری ترممترهای فشاری عمآل تغییرات فشار گاز را در اثر تغییرات دما اندازه می گیرند. مبنای فیزیکی کار این ترممترها قانن بیل گازها است گستره آنها) 2333 تا 203- ) سانتی گراد است صحت آنها در حد 310 است. شکل 12: ترممتر لله بن P a g e 18

ترمکپل عنصری است که از د فلز ناهم جنس تشکیل می شد که مشترک در انتهای آنها اختالف پتانسیل ایجاد می شد. در یک نقطه به هم جش خه اند در اثر حرارت در سر شکل 13: ترمکپل اندازه گیری دما در ترمکپلها بر مبنای اثر سیبک) seebeck ( است که نخستین بار تسط Thomas Johann Seebeck در 2811 کشف شد. د هادی که دارای چگالی الکترنهای آزاد متفاتی هستند. قتی یک سر آنها به هم جش بخ الکترن ها از هادی با چگالی الکترنی بیشتر به هادی با چگالی الکترنی کمتر جاری می شند. لتاژی که از این طریق به جد می آید لتاژ پلتیر) Peltier ) نامیده می شد. لتاژ پلتیر تابع دمای نقطه اتصال در حدد 10) ( 50 v / c است. به عاله در هر هادی همژن در اثر اختالف دما در د سر آن یک لتاژ به جد می آید که به لتاژ تامسن )Thomson( مشهر است تحت اثر تامسن الکترن ها از انتهای گرم به سمت انتهای س سرازیر می شند. امرزه اناع مختلفی از ترمکپل ها ارائه شده است. T m نیری الکترمتی بدست آمده بنام لتاژ سیبک نامیده می شد تابع دمای بده از رابطه زیر بدست می آید: ضرایب ها تابع خصصیات ماد هادی های A,B است که ترمکپل از اتصال آنها بجد آمده است. با تقریب کافی می تان رابطه فق را به صرت زیر نشت: ترمکپلها دارای تیپهای متنع برای اندازه گیری دما میباشند بطر مثال تیپهای R - S - B با قابلیت اندازه گیری دما در محده 233- الی 1۰33 تیپهای L - -K J با قابلیت اندازه گیری دما در محدده 1۰3- الی 1333 درجه سانتیگراد بکار میرند. لتاژ بجد آمده در دسر انتهایی ترمکپل در هر صرت میلی لت رفتار الکتریکی هر ترمکپل بسته به نع آلیاژ سیمهای آن تابع جدال استاندای است که معمال در استانداهای کشرهای مختلف تعریف تقریبا در هر تیپ منبطق بر یکدیگر است. یکی از اناع معمل آن ترکیب آلیاژ کرم نیکل میباشد. معمال جهت جلگیری از آسیب دیدن ترمکپل آن را درن غالف فلزی یا سرامیکی قرار میدهند که به این غالف ترمل گفته می شد. رش جشکاری دسر P a g e 19

ترمکپل تابع ضابط خاصی بطری است که نباید در حین عملیات جشکاری فلز یا احیانا نیمههادی دیگری در فرایند جش دخالت نماید در غیر اینصرت رفتار ترمکپل هرگز رفتار استاندا تعریف شده تابع جدال مربطه نخاهد بد. شکل 14 :رفتار ی- خرجی چند ترمکپل ترمکپها هماره پس از گذشت سالیان متمادی از بهترین سنسرها برای اندازه گیری دما میباشند زیرا با نقطه م نظر تماس برقرار نمده دما را بصرت پتانسیل الکتریکی انتقال میدهند لتاژ با اتصال به اندیکاتر اندازه گیری به صرت نمایش داده شده سازی مشابه بحث م جدال از تحت تبعیت دما این دستگاه از میشد. دماهای گیری اندازه برای باال)مثال در کرههای پخت محصالت سرامیکی(استفاده میشد. ترمکپلها اصال در دمای پایین داری دقت الزم نیستند لی جهت سنجش دماهای باالتر از 033 درجه سانتیگراد یکی از گزینههای خب میباشند. ترمکپل ها از مهمترین حسگرها برای اندازه گیری دما در صنعت هستند از آلیاژهای مختلف که فلز پایه آنها مس آهن است ساخته می شند. معملن جدل مربطه به اناع مختلف ترمکپل ها برای طیف بزرگتر تغییرات دما در کتاب مرجع ارائه می شد. شکل اختصاری مدار معادل ترمکپل در شکل زیر آمده است. لتاژ تلید شده در نقطه اتصال E r T h دمای آن است. شکل 10: شکل اختصاری مدار معادل ترمکپل P a g e 21

با تجه به ساختار اندازه فیزیکی ترمکپل ها که در حد چند سانتی متر است اتصال آنها به قسمت های بعدی برای استفاده از لتاژ ترمکپل جهت آشکار سازی دما یا در حلقه کنترل معمآل لتاژ خرجی به فاصله چندین متر تسط سیم های رابط منتقل می شد که مدا رمعادل زیر را خاهیم داشت: شکل 16: شکل ترمکپل با سیم ه یا رابط در نتیجه لتاژ اندازه گیری شده تسط لتمتر عبارت خاهد بد از: لتاژ نا معلمی که باید محاسبه شد است. در حالی که از ری لتمتر قابل خاندن است برای اینکه برای دانستن نیاز به داشتن داریم در عمل سیم های رابط را طری انتخاب می کنند که کامآل مشابه باشند در نتیجه مجمعآ صفر شند با تجه به این مضع سیم های رابط را هادی های جبران کننده گیند. حفاظت مکانیکی ساختن ترمکپل ها ترمکپل ها ابزاری حساس ظریف هستند که نیاز به احتیاط زیاد در به کارگیری به خصص در نصب منتاژ دارند. یکی از منابع بزرگ خطا از تنش هایی که ری نقطه اتصال به جد می آید حاصل می شد برای حل آن سعی می شد که ترمکپل ها را به صرت عمدی نصب شند. برای حفاظت مکانیکی ترمکپلها آنها را در حفاظ های سرامیکی قرار می دهند که به آنها ترم ل گفته می شد.ترمکپل های بدن حفاظ معملن سیستم های درجه 1 یا درجه 2 هستند 1 ثابت زمانی آنها خیلی کمتر از سرعت فرایند های حرارتی قابل قبل است. اما هنگامی که سیستم داخل حفاظ ترمل قرار می گی ثابت زمانی کل سیستم بیش از انتظار زیاد می شد. جدل زیر ثابت زمانی یک ترمکپل را به ازای د ترمل با ضخامت های مختلف نشان می دهد. τ=0.15 sec τ=3.9 sec برای ضخامت 1mm حفاظ برای ضخامت 6mm حفاظ P a g e 21

) ) سنسر ها مبدلها اناع اتصال سیم های ترمکپل جش لحیم پیچاندن در هم -1-2 -3 جش معملی ترین رش اتصال سیم های ترمکپل است.مانند جش نقر در ترمکپل های مس- کنستانتین. قطر سیم های ترمکپل بین 0.4mm تا 2mm است. هرچه قطر کمتر باشد ثابت زمانی ترمکپل کمتر می شد. ترمپیل مجمعه ترمکپل های که با هم به صرت سری بسته شند ترمپیل نامیده می شد. سری بستن ترمکپل ها باعث باال بن حساسیت اندازه گیری است. ترمکپل ها اناع مختلفی دارند بسته به نع فلزات به کار رفته در آنها. در استانداهای متدال میتان از اناع 13 یا 12 ترمکپل یاد ک که در مدلهای های مختلف با اشکال گناگن تلید میشد. با تجه به کارب محیط اندازه گیری دما رنج دما اندازه گیری دقیق از اناع ترمکپل میتان به اناع زیر اشاره ک : ترمکپل تیپ ) CHROMEL-ALUMEL( - K ترمکپل نع K از سیم فلزی Ni-Cr نام تجاری کرمل )Chromel Ni-Al نام تجاری آلمل )Alumel ساخته می شد. این ترمکپل ارزان قیمت است یکی از پرکاربترین ترمکپل ها می باشد. رنج عملک دمایی آن بین 233- K است معمال در دماهای باال م استفاده قرار می گی. ترمکپل نع 41 µv/ C حساسیت آن تقریبا C +1303 بخاطر استفاده از مس خاصیت ضد اکسیداسین دا لذا در کره ها که اکسیداسین رخ می دهد مناسب تر می باشد. ترمکپل تیپ )IRON-CONSTANTAN( - J این ترمکپل از فلز آهن Fe آلیژهای مس - نیکل Cu-Ni ساخته می شد. رنج دمایی این ترمکپل بین 1۰3- C +903 C است. به دلیل احتمال اکسید شدن آهن این ترمکپل در صنایع قالب ریزی پالستیک استفاده می شد. حساسیت ترمکپل نع J به اندازه ی 55 µv/ C است برای طرح های جدید تصیه می شد. ترمکپل نع J به علت جد آهن در مکانهایی که امکان اکسیداسین جد دا استفاده نمی شد. P a g e 22

) ) سنسر ها مبدلها ترمکپل تیپ ) CHROMEL-CONSTANTAN( -E )Constantan ترمکپل نع E از استفاده با فلزات Ni-Cr )کرمل( Cu-Ni )کنستانتان می شد. ساخته ی محدده 68 µv/ C عملک دمایی آن بین 43- C +733 C است. این ترمکپل با بیشترین حساسیت را دا می تان از آن در کاربهای خالء مای که حسگر در آن حفاظت نشده است استفاده ک. ترمکپل تیپ )COPPE-CONSTANTAN( T- ترمکپل نع T از مس Cu آلیاژ نیکل - مس Cu-Ni )کنستانتان )Constantan ساخته می شد. محدده ی عملک C 433+ C 203 این نع دمایی بین ترمکپل است. این ترمکپل نسبتا کاربهای برای ارزان با دمای پایین T 44µV/ C ترمکپل این حساسیت دا. خبی مقامت رطبت برابر در است مناسب است.ترمکپل در نع صنعت به دلیل اینکه نسبت به تمام اناع ترمکپل خطی تر است رنج درجه حرارت مناسبی دا همچنین از حساسیت خبی برخار است بیشتر م استفاده میگی. ترمکپل تایپ )NICROSIL-NISIL( N- ترمکپل نع N از فلزهای Ni-Cr-Si نام تجاری نیکرسیل( Ni-Si-Mg نام تجاری نیسیل )Nisil ساخته می شد. محدده دمائی آن بین 293 C +1333 C است. حساسیت این ترمکپل به اندازۀ 33µV/ C است معمال در دماهای باال م استفاده قرار می گی. ترمکپل تیپ ) PLATINUM/13% RHODIU-PLATINUM(-R ترمکپل تیپ ) PLATINUM-PLATINUM /10%RHODIUM(-S ترمکپل تایپ )PLATINUM/30% RHODIUM-PLATINUM/6% RHODIUM (-B - رادیم( Pt-Rh R S نع ترمکپل B از استفاده با که نع ترمکپل نع ترمکپل )پالتین ترکیبات با مختلف 13µV/ C قیمت شد. ساخته می آنها باال بسیار آن حساسیت کم در حدد محدده دمایی آن تقریبا +3 C +1903 Cاست. اناع این ترمکپل ها در اندازه گیری با دمای باال مثال در صنعت شیشه فالد به کار می. شایان ذکر است برای سیم های اتصال فلزات ترمکپل طبق استاندا رنگ های به شرح زیر در نظر گرفته شده است: برای سیم منفی قرمز سیاه ز آبی ارغانی نع J نعk نعT نع E P a g e 23

جدل اناع ترمکپل ها مشخصات P a g e 24

P a g e 25

P a g e 26

P a g e 27

P a g e 28

نکته مهم : رش استفاده از جدل برای پیدا کن لتاژ خرجی ترمکپل همچنان که دانستید لتاژ خرجی ترمکپل به دمای د سر آن بستگی دا. لذا عاله بر دمای نقطه اتصال باید دمای د سر دیگر ترمکپل را نیز دانسته باشیم. به همین دلیل جلگیری از ازدیاد داده ها داده های جدل فق با استاندا اینکه سر جدای ترمکپل در دمای صفر درجه سانتی گراد قرار گرفته باشد معین شده است. اما در عمل بیشتر اقات دمای دسر آزاد ترمکپل باالتر از دمای صفر نزدیک دمای عادی محیط است. لذا لتاژ خرجی ترمکپل از رابطه مهم زیر بدست می آید: V V V AB A B A c V AB در رابطه فق لتاژ خرجی ترمکپل در صرتی که دمای سر مشترک باشد دمای د سر آزاد A c V A ترمکپل B c باشد. لتاژ خرجی ترمکپل در صرتی که دمای نقطه مشترک دمای د سر دیگر صفر B c درجه باشد V B باشد است. بدیهی است نیز لتاژ خرجی ترمکپل در صرتی که دمای نقطه مشترک دمای د سر دیگر صفر درجه A V V B را براحتی می تان از جدل فق پیدا ک. استاندا خطا برای اناع ترمکپل ها: 1.7 یا 0.5% 2.2 یا 0.75% 2.2 یا 0.75% 2.2 یا 0.75% 1.5 یا 0.25% 1.5 یا 0.25% 1.6 یا 0.75% نع E نع J نعK نعN نعS نعR نعT P a g e 29

P a g e 31

اندازه گیری دما از طریق تغییرات مقامت اهمی PTC مقامت فلزات نیمه رساناها به دمای آنها بستگی دا. اگر افزایش دما سبب افزایش مقامت آنرا شد جسم Coefficient( Positive (گیند Temperature که عممآ در فلزات اینگنه است.برعکس اگر افزایش دما سبب کاهش مقامت شد NTC آن جسم را Coefficient( Negative (گیند Temperature که عممآ از نیمه هادی ها ساخته می شند. PTC ها: مبدل های با ضریب حرارتی مثبت. مادی که مقامت آنها با افزایش دما افزایش می یابد جز این دسته هستند. مانند همه فلزات.مقامت الکتریکی فلزات مطابق رابطه زیر تغییر میکند: ( ) که دارای رفتار غیر خطی پیچیده است. با دقت مطلب رابطه فق را به صرت زیر می نیسیم: ( ) مقامت المان در صفر درجه 1 ضریب مقامت حرارتی مخصص فلز است. منحنی تغییرات مقامت الکتریکی پالتین مس نیکل به صرت زیر است : شکل 17: منحنی تغییرات مقامت الکتریکی پالتین مس نیکل P a g e 31

خطی بدن منحنی تغییرات مقامت پالتین در رابطه با تغییرات دما 1 رفتار شیمیایی ایده ال گستگی گستره دمای قابل اندازه گیری تسط پالتین از از محاسن بزرگ استفاده از آن است در مقابل معایب آن قیمت بسیار زیاد آن است. گستره کار فلزات پالتین 1 مس 1 نیکل 1 تنگستن به شرح زیر است: -200 30-270 100-270 1000-200 260 نیکل تنگستن پالتین مس در محیط های غیر هادی غیر خرنده حسگر فق می تاند بدن حفاظ نیز استفاده شد. در حالی که در غیر این صرت حفاظ الزم است که ثابت زمانی را بیشتر می کند. ثابت زمانی سنسر هم 13 اهم تا 20 کیل اهم است. پالتین با حفاظ 0.4=τ sec است. گستره مقامت آن ها هم گفته می شد. RTD همه ها PTC به زیر مجمعه ای از )Resistance Temperature Detectors( RTD دارای ضریب حرارتی مثبت هستند. هرچند در لغت همه مقامت های تغییر کننده با دما را شامل می شد. مزایای RTD رفتار خطی در گستره سیع عملیاتی محدده سیع دمای اندازه گیری قابلیت اندازه گیری دماهای باال قابلیت انعطاف بیشتر از دیگر حسگر های دما در تغییر تبدیل در گستره سیعی از دمای م اندازه گیری پایداری بهتر در دماهای باال -1-2 -3-4 -0 معایب RTD حساسیت کم قیمت باال قابلیت کم اندازه گیری دمای فضای کچک اثر پذیری از محیط -1-2 -3-4 تمرین 1: درباره اتصاالت RTD ها مزیت های هر کدام از آنها تحقیق کنید. تمرین 2: درباره اثرات خد گرمایی در سنسرهای مقامتی دما تحقیق کنید. تاثیرات این پدیده رشهای مقابله با آن را بیان کنید. P a g e 32

به عنان مثال پرکاربرترین سنسر RTD سنسر معرف پرکارب PT100 است که مشخصات زیر را دا. این سنسر در دمای صفر مقامت خرجی برابر 133 اهم دا. بایاس )3131 311( در سال ضریب دما صحت تفیکیک پذیری گستره دما در 20 درجه سلسیس 314 در 133 )3127 3137(Ohm/ ۰03 الی -233 ترمیستر ها ترمیستر ها از ماد نیمه هادی هستند که از اکسید فلزهای گره آهن از قبیل کرم کبالت 1 آهن 1 منگنز نیکل ساخته می شند هرچند ترمیستر ها می تانند با ضریب حرارتی مثبت هم باشند اما بیشتر آنها مقامت هایی با ضریب حرارتی منفی هستند تفات عمده آنها با RTD ها در ماد تشکیل دهنده آنهاست مقامت ترمیستر با تغییرات دما رابطه زیر را دا : ( ) که R مقامت در دمای ( t کلین( مقامت ترمیستر در دمای معمآل احد آن k است که بستگی به جنس ترمیستر دا. به طر معمل مقدار آن در حدد مقامت است مقدار ثابتی است 4000k است. دما شکل 18 :منحنی تغییر مقامت یک ترمیستر NTC با دما محاسن ترمیسترها: هزینه کم تلید ابعاد کچک فیزیکی کچک بدن ثابت زمانی معایب: نیز پذیری محدده محدد اندازه گیری رفتار غیر خطی P a g e 33

ترممترهای پیرالکتریک مادی که آثار پیر الکتریکی دارند در اثر عبر حرارت از آنها بارهای الکتریکی در سطحشان مشاهده می شد می تانند به عنان مبدل متغییر دما به سیگنال الکتریکی به کار گرفته می شد. رچلی در اایل قرن 17 حسگرهای پیزالکتریک را ساخت. یک ماده پیز الکتریک از مقدار زیادی بلرهای ریز که داپیل های الکتریکی هستند تشکیل شده است که در جهت مختلف در داخل ماده قرار گرفته اند. با تغییرات دمای بلرها پالریزه شده با همس شدن آن ها بارهای الکتریکی در سطح خارجی کریستال ظاهر می شد. شکل 19: تجمع بارها در سطح بلر پیر الکتریک در اثر حرارت ساختمان کارب حسگرهای پیز الکتریکی در حسگرهای پیر الکتریکی مشابه خازن ها د الکت متقابل هم قرار گرفته است ماده پیر الکتریکی به عنان ماده دی الکتریک خازن بین د صحفه قرار می گی. شکل زیر حسگر پیز الکتریک مدار معادل آنرا نشان می دهد. P a g e 34 شکل 21: سنسر پیر الکتریک شمای مداری آن

حسگر پیر الکتریک در اقع خازنی است که در اثر عبر گرما صفحات آن شارژ می شد به همین دلیل آن را بیشتر نه به عنان سنسر دما بلکه به عنان حسگر جریان انرژی حرارتی می شد در نظر گرفت این حسگر نیاز به منبع خارجی انرژی برای حس کن دما ندا اما مدار اسط جهت تقیت سیگنال خرجی م نیاز است. پیرمترهای تشعشی نری نیاز تمایل به حسگرهای اندازه گیر دما بدن تماس فیزیکی با جسم برای سنجش دمای اجسام از راه در بسیار مهم است. اساس کار دماسنج های تشعشعی بر ری قانن بلتزمن استار است که رابطه میان تشعشع دمای جسم را بیان می کند. قانن استفان-بلتزمن law) :(Stefan Boltzmann رابطه بین مقدار کل انرژی ای را که یک جسم از خد تابش میکند دمای جسم را بیان میکند. طبق این قانن کل انرژی تابیده شده از احد سطح جسم در احد زمان با تان چهارم دمای آن جسم بر حسب کلین متناسب است با معادله زیر بیان میشد: که در آن: : آهنگ تابش گرما دمای ترمدینامیکی) بر حسب کلین( ثابت گسیلندگی جسم ثابت استفان-بلتزمن است. : : : ثابت گسیلندگی جسم هماره به صافی ناصافی سطح جسم رنگ آن بستگی دا. جسمی که گسیلندگی آن برابر 1 باشد جذب کننده گسیلنده کامل تابش است. چنین جسمی را جسم سیاه مینامند. ثابت استفان-بلتزمن مقداری ثابت است برابر است با: این قانن ابتدا تسط ژزف استفان در 1۰97 به صرت تجربی در 1۰۰4 تسط لدیک بلتزمن با استفاده از قانین ترمدینامیک بدست آمد. P a g e 35

منحنی مقدار انرژی ساطع شده در رابطه با دمای مطلق مطابق شکل زیر است Q شکل 21 تغییرات تشعشعات انرژی حرارتی نسبت به تغییرات دما T تفات اجسام از نظر سطح صاف: نر تابیده شده به آن با همان زایه منعکس می گد. مات : نر تابیده شده با زایه های مختلف در جهات مختلف منعکس می شد. اجسام از نظر رنگ سیاه: همه اماج را جذب می کند سفید: همه اماج را منعکس می کند خاکستری: از همه اماج درصد ثابتی را جذب می کند رنگی:فقط یکی ار اماج را جذب می کند شکل 22: بازتاب از سطح صاف مات P a g e 36

P a g e 37

فصل سم : اندازه گیری مکان جابجایی... اندازه گیری مکان مقعیت از مهمترین اندازه گیری های است که تقریبآ در تمام محیط های صنعتی جد دا. جابجای مقعیت می تاند بصرت خطی زایه ای باشد. نخست دستگاه مختصات کارتزین که در شکل زیرنشان داده شده است: در این دستگاه هر نقطه در صفحه مختصات به د شیه خطی (x,y) یا قطبی (r,θ) نمایش داده می شد. ( ) 1- سنسرهای پتانسیمتری جابجایی پتانسیمترها به عنان مقامتهای متغییر به د صرت خطی دایری ساخته می شند که می تاند به عنان حسگر مقعیت به کار رند. شکل کلی آن به صرت زیر است: شکل 23 :پتانسیمترهای مقامتی برای اندازه گیری جابجایی خطی زایه ای P a g e 38

لتاژ خرجی پتانسیمترهای فق به ترتیب عبارت خاهند بد از: E o E f i E یا o x E L i طبق شکل- 23 فق مشخص است که مقدار لتاژ خرجی پتانسیمتر به محل قرار گیری آن یعنی x ابسته است پس خرجی الکتریکی پتانسیمتر متناسب با جابجایی x است. به عنان مثال می تان یک سیستم سنجش مقعیت ( سطح( را با استفاده از پتانسیمتر به صرت زیر ساخت: شکل 24: پتانسیمتر به عنان سنسر سطح برای یک پتانسیمتر رزلشن اندازه گیری عبارت است از فاصله بین د حلقه سیم که در شکل زیر نشان داده شده است. به عبارت دیگر حداقل فاصله ای که یک پتانسیمتر می تاند آنرا نشان دهد عبارت است از : شکل 25: رزلشن یک پتانسیمتر پس اگر پتانسیمتری با N در در طل L باشد رزلشن آن خاهد بد. پتانسیمترهای خب رزلشنی حدد 3131mm دارند. P a g e 39

همین ناپیسته بدن ی خاصیت شبه گسسته بدن آن سبب می شد لتاژ خرجی پتانسیمتر شکل پله ای داشته باشد که در شکل بعد می بینید. شکل 26: لتاژ خرجی پتانسیمتر از محاسن پتانسیمترها می تان به ارزانی سادگی اشاره ک همچنین دقت مناسب سهلت کارب. از معیب آن می تان به کپلینگ الکتریکی میان ی خرجی 1 استهالک زیاد 1 اتالف زیاد انرژی در مقامت به صرت گرما تاثیر پذیری زیاد از محیط می تان اشاره ک. 2- سنسر های خازنی مقعیت می دانیم که ظرفیت یک خازن که در شکل زیر نشان داده شده است به مساحت سطح مشترک جشن ها فاصله ما بین آنها ابسته است شکل 26 : یک خازن خطی P a g e 41

ظرفیت خازن فق عبارت است از که ضریب دی الکتریک خالء 1 ضریب دی الکتریک نسبی ماده دی الکتریک میان صفحات خازن A مساحت سطح مشترک جشن ها d فاصله بین د صفحه است. اضع است که ظرفیت خازن می تاند با تغییر A, d تغییر کند. الف : تغییر فاصله بین صفحات خازن اگر تغییر مکان x سبب افزایش فاصله میان د صحفه d به x+d شد ظرفیت خازن مطابق زیر تغییر خاهد ک: P a g e 41

ب: تغییرسطح مشترک بین صفحات اگر تغییر مکان x سبب شد که سطح مشترک د صفحه خازن به اندازه )که w عرض صفحه خازن است( کم شد ظرفیت خازن به صرت زیر خاهد شد: ( ) ج: تغییر ضریب دی الکتریک بین صفحات اگر دی الکتریک بین د صفحه تغییر کند در این صرت ضریب دی الکتریک میان د صفحه تغییر خاهد ک که در این حالت ظرفیت کلی خازن مجمع ظرفیت د خازن است یک با سطح دی الکتریک دیگری با سطح ضریب دی الکتریک یعنی: P a g e 42

که در آن ) ( است در نتیجه خاهیم داشت : ( ) برای اندازه گیری تغییرات ظرفیت خازن C تبدیل آن به کمیت الکتریکی می تان از مدارهای اسیالتری استفاده ک که تغییرات ظرفیت را به تغییرات فرکانس تبدیل می کند از این طریق آن را اندازه می گیرند. همچینین می تان از مدارات پل تستن به شکل زیر استفاده ک: درحالتی که پل در حال تعادل ( ) C C C C 1 4 2 3 شکل 26: پل تستن خازنی V o باشد خرجی خاهیم داشت. اگر از خازن تفاضلی به شرح زیر داشته باشیم: خرجی صفر خاهد بد. در غیر اینصرت لتاژی ری در اینصرت اگر مانند حالت های شکل 29: سنسر خازن تفاضلی جابجایی a صفحه متحرک میانی دقیقآ در فاصله مسای از د جشن بیرنی قرار بگی اندازه خازن C1, C2 که از قرار گیری صفحات در مقابل هم تشکیل شده است مسای خاهد بد. اگر صفحه متحرک به اندازه x به سمت جشن پایینی حرکت کند در اینصرت ظرفیت خازن های بین صفحات تغییر خاهد ک در صفحه میانی لتاژی ایجاد خاهد شد. در این حالت ظرفیت خازن ها برابر خاهد بد با : P a g e 43

24 C 2 C 1 اگر همچنان که در شکل مشخص است خازن های ری پل های مخالف تستن باشند داشته باشیم C در این صرت لتاژ خرجی تستن برابر است با: C 3 4 [ ] که رابطه بین E, x خطی بده مستقل از فرکانس است باید تجه ک که اگر خازنها را به آرایش دیگری ببندیم مثال خازن را بجای ببندیم در این صرت لتاژ خرجی ابسته به فرکانس نیز خاهد بد. 3- حسگر های سلفی مقعیت برای یک سلف به شکل زیر خد القایی را تعریف می کنیم. شکل 28 :اصل م استفاده در انداز هگیر ضعیت سلفی L ضریب خد القایی 1 ضریب نفذ پذیری مغناطیسی 1 n تعداد در سیم پیچ 1 A مساحت سطح مقطع سیم پیچ l طل سیم پیچ است. اصل اساسی م استفاده در اندازه گیرهای سلفی ضعیت این است که اگر هسته مغناطیسی ا سیم لله شد به شرحی که خارج یا ا شدن آن در سیم پیچ سبب تغییرات ضریب خد القایی L می شد. قانن فق اصل فیزیکی - هسته استفاده در م اندازه گیرهای سلفی می پیچ سیم باشد. اگر جابجائی گیری را اندازه م متصل سلف به هسته L مطابق که ای بگنه کنیم شکلمجب ضریب آنگاه گد پیچ سیم داخل به هسته شدن ا یا خارج خدالقائی که متناسب با است متناسب با جابجائی خاهد شد. P a g e 44

در عمل شکل کلی تغییرات L که متناسب با جابجائی است مطابق شکل زیر خاهد بد : شکل 29: تغییرات خاصیت سلفی با مقعیت هسته برای آشکار سازی L سیم پیچ را مطابق شکل در مدار یک اسیالتر قرار می دهیم. تغییرات L مجب تغییرات فرکانس اسیالتر می گد بنابراین در این گنه اندازه گیرها جابجائی معمال به فرکانس تبدیل می شد که در نتیجه ایمنی اندازه گیری نسبت به نیز نیز بیشتر می گد. شکل 31: مدار آشکارساز اندازه گیر ضعیت سلفی از مزایای اندازه گیرهای سلفی می تان ب ه کمی استهالک ایزالسین ی خرجی عدم حساسیت به گ غبار اشاره نمد از معایب آن به محدد بدن حزه اندازه گیری گرانی قیمت پیچیدگی مدارات جانبی اشاره ک. P a g e 45

همچنین می تان اندازه گیری های سلف مقیت را نیز به صرت تفاضلی ساخت: در اینصرت خدالقایی آرایش جدید برابر خاهد بد با : شکل 31: سنسر تفاضلی سلفی جابجایی ( ) ( ) مشاهده می شد که رابطه ها با جابجایی غیر خطی است اما اگر آنها در بازهای پل تستن به صرت زیر قرار x L بگیرند شکل 32: مدار پل تستن سلفی P a g e 46

در این صرت خاهسم داشت : ( ) ( ( ) ) تجه کنید که ضریب به ساختمان سیم پیچ ها مربط است لتاژ خرجی در این آرایش مستقل از فرکانس است. : LVDT ترانس های تفاضلی خطی Transformer( ) Linear Variable-Differential از مهمترین عناصر اندازه گیری جابجایی هستند به فر در صنعت کارب دارند اساس ساختمان آنها به شکل زیر است: شکل 33: ساختمان یک LVDT LVDT یک ترانس است با یک سیم پیچ الیه د سیم پیچ ثانیه. سیم پیچ های ثانیه به طر سری در جهت خالف همدیگر صل شده اند جسمی که باید تغییر مکان آن اندازه گیری شد به هسته ترانسفرماتر ابسته است همگام با آن حرکت می کند. اگر لتاز تحریک( ( باشد در ثانیه لتاژ های القا می شد به طری که: ( ) ( ) P a g e 47

که به تعداد درهای الیه ثانیه نیز مقعیت هسته ابسته است. با در نظر گرفتن اینکه تعداد درهای ثانیه ها مشابه است اگر هسته در مقعیت میانی قرار گرفته باشد در این صرت در نتیجه خاهد بد. تغییر مکان هسته به اندازه x مجب زیاد شدن یکی از لتاژ های ثانیه کم شدن دیگری می شد لتاژ خرجی عبارت خاهد بد از: ( ) ( ) ( ) ( ( )) که شکل مج خرجی به شکل زیر خاهد بد: شکل 34: خرجی یک ترانسفرماتر تفاضلی خطی خرجی LVDT های فق به صرت متناب است که از ری پالریزاسین لتاژ خرجی می تان جهت حرکت با دامنه آن می تان اندازه حرکت را بدست آ. P a g e 48

می تان همچنین برای بدست آن خرجی مستقیم از مدارهای یکسساز استفاده ک: شکل 30: ترانس تفاضلی خطی با خرجی یکس شده در این حالت لتاژ هر ترانس جداگانه یکس می شد تفاضل آنها سیگنال خرجی است. : RVDT اساس کار ترانس های تفاضلی درانی Transformer( )Rotary Variable-Differential مشابه LVDT اصل کار ها است. برای اندازه گیری زایه به کار می رند. ساختمان یک نمنه RVDT را در شکل زیر مالحظه می کنید. البته هم می تان از LVDT یک RVDT ساخت با استفاده از مبدل های مکانیکی حرکت درانی به خطی هم اینکه با تغییر شکل الیه ثانیه RVDT ساخت. شکل 34: ساختار یک ترانس تفاضلی درانی P a g e 49

خصصیات کاربی LVDT ها : گستره نامی در حد x می تان در نظر گرفت. حساسیت تفکیک پذیری : حساسیت LVDT ها با فرکانس تحریک تغییر می کند 1 اما می تان برای هر د لتاژ تحریک به صرت زیر آن را داشت: لتاژ خرجی تغییر مکان هسته حساسیت مبنای کار LVDT ها کپالژ مغناطیسی است در نتیجه تفکیک پذیری آن در تئری می تاند بی نهایت باشد. کچکترین m تغییر جابجایی تغییرات لتاژ خرجی را در پی خاهد داشت. در عمل تفکیک های عالی در حد داریم: عمر LVDT ها بسیار مناسب زیاد است در شرایط مطلب تا 233 سال است. صحت آنها %310 است. تکرار پذیری آن بسیار مطلب است چن اصطکاک ندا LVDT ها: - - - معایب اثر پذیری از میدان مغناطیسی های اطراف رنج کاری کم. رزلر Resolvers رزلرها ترانسفرماترهایی با هسته گان هستند. حساسیت قابلیت تکرار خیلی باالیی دارند. برای اندازه گیری دقیق زایا در رادارها آنتن تلسکپ... به کار می. از نظر فیزیکی د سیم پیچ ثانیه ری استاتر قرار گرفته است که د ربع متقابل محیط استاتر مربط به هر کدام از فازها است. سیم پیچ سم ری هسته رتر که از آهن نرم ساخته شده است قرار می گی. شکل زیر شمای ساختمانی نمایش مداری رزلر را نشان می دهد. P a g e 51

شکل 37: ساختمان رزلر در رزلر سیم پیچ رتر با لتاژ ثابت فرکانس حامل تحریک می شد. جریان عبری از رتر فلی مغناطیسی متناب تلید می کند فلی مغناطیسی مذکر در هر کدام از سیم پیچهای استاتر لتاژ القا می کند. برای مقعیت بخصصی : لتاژ القا شده در سیم پیچ های استاتر به شکل زیر خاهد بد: رتر با زایه θ ( ) لتاژ سیم پیچ : ( ) لتاژ سیم پیچ : که w فرکانس تحریک احد rad/s است. با تجه به اینکه این د سیم پیچ استاتر مشابه همدیگر هستند لتاژ های آنها با هم مسای بده برای هر مقعیت رتر لتاژهای متناسب با خاهد بد. هر د لتاژ دارای فرکانس حامل w می تان زایه مذکر را به شرح زیر حساب ک: دامنه لتاژ سیم پیچ دامنه لتاژ سیم پیچ از مقایسه 2 رابطه باال می تان به شرح زیر نشت: ( ) حال مقدار نیز محاسبه گشت! P a g e 51

حسگر اثر هال sensor( ) hall effect می دانیم که الکترن در حال حرکت اگر در میدان مغناطیسی قرار بگی بر آن نیریی از جانب میدان ا می شد این اصل اساس کار سنسرهای مغناطیسی است. شکل 3۰: خطط فرضی عبر الکترنها در صرت عدم جد میدان مفناطیسی اثر هال تسط دکتر هال) Hall )Edvin در سال 1۰97 در حالی کشف شد که ا داشت ری تئری جریان الکترنی کار می ک. ا دریافت که زمانی که یک میدان مغناطیسی عمد بر سطح مستطیل نازکی از جنس طال که جریانی از آن عبر می قرار می کند گی. اختالف پتانسیل الکتریکی در لبه مختلف آن پدید می آید. ا دریافت که این لتاژ متناسب با جریان عبری از مدار چگالی شار میدان عمد بر مدار است. الین سنسر اثر هال در سال 1703 ساخته شد. شکل : 3۰ تغییر جهت خطط جریان در اثر حضر میدان مغناطیسی P a g e 52

در اقع سنسر اثر هال مبدلی است که تغییرات میدان مغناطیسی را به صرت تغییرات لتاژ تبدیل می کند. بدلیل اینکه این مقدار لتاژ هال بسیار کچک است حتمآ باید برای استفاده از آن از مدارات تقیت کننده استفاده ک. لتاژ هال ایجاد شده در دسر صغحه عبارت است از: ( ) B I لتاژ هال است هال ضریب اثر جریان الکتریکی عبری از صفحه بر حسب آمپر چگالی شار میدان مغناطیسی برحسب تسال t ضخامت صفحه حسگر برحسب میلیمتر است. یژگی های عممی سنسر اثر هال: عمر طالنی سرعت پاسخ فرکانسی باال اجزای غیر متحرک بازه دمای گسته تکرار پذیری عالی معایب: تاثیر میدان های مغناطیسی محیط بر آنها اندازه گیری فاصله نری اساس کار این سنسر در این است که یک سیگنال الکترمغناطیسی با طل مج معین را به سمت هدف ارسال که بازتاب آنرا تسط گیرنده دریافت می کند. از آنجا که سرعت مج مشخص است از اندازه گیری زمان بین ارسال مج دریافت انعکاس آن فاصله بدست می آید. شکل 37: اساس کار مسافت یاب نری اگر زمان رفت برگشت سیگنال t باشد در نتیجه 2/t زمان رفت خاهد بد فاصله عبارت است از: ( C سرعت نر( ( ) P a g e 53

سنسر های التراسنیک فاصله ساختار کار این سنسر ها نیز شبیه ساختار کار سنسرهای نری فاصله است. با این تفات که مج ارسالی اماج طلی صتی خاهد بد. سرعت صت در محیط های مختلف فرق می کند در ها سرعت آن 340m/s است. شکل 43: شکل یک دربین فاصله یاب لیزری P a g e 54

P a g e 55

فصل چهارم : سنسرهای سرعت شتاب در پی اندازه گیری مقعیت جابجایی از دیگر کمیت های مرتبط به مقعیت جابجایی سرعت شتاب می باشد که از نظر فیزیکی مفاهیمی مرتبط به صرت زیر تعریف می شد. = = همچنان که مالحظه شده سرعت شتاب می تاند به د صرت خطی زایه ای تعریف شد که آن هم ناشی از حرکت های خطی زایه ای است. در نهایت سرعت مفهم مشتق منحنی مکان- زمان را داد شتاب مشتق یا شیب منحنی سرعت زمان است. تاکمتر DC تاکمتر DC به طر ساده یک حسگر سرعت زایه ای است. همچنان که از عنانش پیداست از یک متر Dc تشکیل شده است که به صرت ژنراتری کار می کند یعنی انرژی مکانیکی چرخشی را از طریق رتر به انرژی الکتریکی تبدیل می کند. این ژنراتر DC دارای یک استاتر است که مغناطیسی دائم است )PM( رتر آن سیم پیچی شده است برای رسیدن به دقت بیشتر جنس رتر می تاند از فیبر باشد. که این مسئله تلف تا را کاهش می دهد. شکل 41: تاکمتر DC P a g e 56

رنج معمل لتاژ خرجی DC(0-5)V به ازای (0-1000)rpm است که با تغییر جهت چرخش پالریته لتاژ خرجی نیز عض می شد. در مای این نع تاکمترها تا 5000rpm را نیز می تاند اندازه بگی. برای مقیاس های بیشتر می تان از رابط های مکانیکی استفاده ک. حداکثر خطای آن در حدد اندازه گیری است. تاکمتر AC ساختمان تاکمتر AC شبیه یک متر القایی د فاز است که استاتر آن دارای د سیم پیچ یک رتر استانه ای تخالی است که در فضای خالی آن هسته ثابت قرار دا. نحه قرار گیری سیم پیچ ها رتر به صرت زیر است: شکل 42: تاکمتر AC یکی ار سیم پیچ ها ب عنان سیم پیچ ی تسط لتاژ AC تحریک می شد. این لتاژ تحریک در استاتر جریانی القا )Eddy Current( می کند که جریان ادی گفته می شد. در صرتی که استاتر بچرخد این جریان خد در سیم پیچ خرجی لتاژ القا می کند که دامنه آن بسته به سرعت چرخش رتر است. برای حالتی که رتر ایستاده باشد لتاژ خرجی صفر خاهد بد. فاز لتاژ خرجی جهت چرخش رتر را نشان می دهد با تغییر جهت چرخش رتر فاز لتاژ خرجی 1۰3 درجه تغییر می کند. گستره در اندازه گیری آن (0-4000)rpm است صحت آن در گستره Drag-Cup-Tachometer گاهی آن رتر شکل بدلیل را ها تاکمتر این کامل است. می نیز نامند. نام دیگر این تاکمتر تاکمتر د فاز است. تاکمتری که معرفی شدند تاکمتر دامنه می باشند چرا که دامنه لتاژ خرجی در آنها متناسب با سرعت م اندازه گیری می باشد. P a g e 57

تاکمتر سرعت زایه ای با رلکتانس متغییر این حسگر برای اندازه گیری سرعت زایه استفاده می شد که مبنای آن قانن فاراده است. در این حالت که فلی مغناطیسی تسط یک هادی با تغییرات زمان قطع می شد در آن هادی لتاژ متناسب با تغییرات میدان القا می شد. چرخ دنده از جنس ماد فر مغناطیس است که سار یک محر در حال چرخش است یک سیم پیچ با هسته که در کنار آن قرار گرفته است. شکل 43 :سرعت سنج با رتر دندانه ای با چرخش چرخ دنده قرار گرفتن هر کدام از دنده های مقابل مغناطیس دائم مسیر فلی مغناطیسی در نتیجه مقدار فلی عبری از داخل سیم پیچ تغییر می کند ری سیم پیچ یک نیری الکترمتی القا می شد. مقدار لتاژ القا شده تابع مشخصات مغناطیس دائمی فاصله هایی با دنده سرعت زایه ای چرخش محر است می تان نشت : ( ) ( ) فلی مغناطیسی متناسب با تغغیرات θ که به صرت متناب تغییر می کند a مقدار متسط میدان مغناطیسی ( ) b دامنه تغییرات تنابی فلی مغناطیسی m تعداد دنده های رتر است. P a g e 58

( ) ( ) خرجی سیم پیچ یک سیگنال سینسی با دامنه فرکانس است که هر د پارامتر دامنه فرکانس تابع سرعت زایه ای دنده هستند. سرعت زایه ای می تاند ازطریق اندازه گیری دامنه یا فرکانس بدست آید. تاک متر سرعت زایه ای از طریق فتسل شکل زیر اساس کار این تاکمتر را نمایش میدهد: شکل 44: اساس کار تاکمنر بر مبنای فتسل P a g e 59

اساس کار این تاکمتر به این صرت است که یک صفحه به طر منقطع بریده بریده است در مفابل یک منبع نری می چرخد در طرف دیگر صفحه فتسل یا آشکار ساز نری قرار دا. هر قطاع خالی نر را از خد عبر داده هر قطاع پر مانع عبر نر می شد. در نتیجه خرجی فتسل به شکل زیر خاهد بد: شکل 40: خرجی تاکمتر فرکانس سیگنال خرجی فتسل ابسته به سرعت زایه ای چرخش دیسک است. فرم دیگر این نع تاکمتر که از انعکاس نری استفاده می کند به شکل زیر است: شکل 44: نع دیگر تاکمتر با فتسل P a g e 61

تاکمتر مکانیکی با استفاده از نیری گریز از مرکز شکل 49: تاکمتر مکانیکی در این رش د گی تسط نیری چرخشی می چرخند نیری گریز از مرکز آنها به فنر منتقل می شد سبب فشگی فنر می شد. نیری فنر نیری گریز از مرکز گی ها که مقادیر به ساختار فنر شکل ساختمانی تاکمتر رابط دا. با تجه به اینکه رابطه باال غیر خطی است سعی می شد از فنری استفاده شد که دارای خصصیات غیر خطی به صرت زیر باشد در این صرت رابطه فق به شکل زیر بازنیسی می شد: P a g e 61

این تاکمتر بدلیل مکانیزم پیچیده حضر اصطکاک تلفات حجم مبدل مشکالت دیگر در حال حاضر زیاد به کار : گرفته نمی شد. ها شتاب سنج متغییر های نیر فشار شتاب سرعت با هم رابطه علت معللی دارند بنابراین با اندازه گیری یکی می تان به نحی به دیگری دست یافت به همین دلیل در بیستر شتاب سنج ها مستقیمآ شتاب اندازه گیری نمی شد. بلکه پس از اندازه گیری یک متغییر اسط به مقدار شتاب می رسند. شتاب سنج مکانیکی شکل زیر ساختمان شتاب سنج مکانیکی را که از جرم فنر دمپر تشکیل شده است را نشان می دهد. در اقع مقدار تغییر مکان جرم متناسب با شتاب بدنه دستگاهی است که شتاب سنج ری آن نصب شده است. شکل 4۰: ساختمان شتاب سنج مکانیکی همچنان که می دانیم شتاب سبب به جد آمدن نیر ری جسم می شد : P a g e 62

معادله دیفرانسیل حاکم بر سیستم فق عبارت است از : a شتاب بدنه شتاب سنج است که همزمان شتاب جسمی است که شتاب سنج ری آن نصب شده است. شتاب جرم در نتیجه : M است. با فنر با ثابت K دمپر با ثابت B.در نقطه پایدار سیستم خاهیم داشت که x مقعیت جسم M است که با دقت مناسبی می تاند اندازه گرفته شد. شتاب سنج های پیز الکتریکی : لغت پیز الکترنیک از کلمه ینانی piezein" " گرفته شده است که به معنای فشاادن یا له کن است. قتی یک نیری فیزیکی به شتاب سنج اعمال می شد در اقع جرم در حال نسان طبق قانن دم نیتن) ma F( = نیریی به جسم پیز میدان تغییر یا لتاژ تغییر صرت به را خد الکترنیک پیز جسم به شده ا نیری این کند. می ا الکترنیک الکتراستاتیکی پیز اجسام مقامتی اثر از ناشی اینها که ک تجه باید دهد. می نشان الکترنیک پیز جسم از حاصل الکترنیک نیست. در اثر مقامتی اجسام الکترنیک پیز مقامت اثر خد را بر اکنشهای خارجی تغییر می دهند نه لتاژ یا میدان را. نیری ا شده به جسم پیز الکترنیک می تاند به یکی از د صرت خمشی )bending( یا فشاری )compression( باشد. فشار ا بر جسم پیز الکترنیک در نع فشاری در اقع نیریی است که از یک طرف به جسم ا شده در حالی که طرف دیگر جسم ثابت گیده است. لی در نع خمشی نیری از هر د طرف به جسم ا می الکترنیک پیز اجسام گد. م سنجها شتاب که در دسته به د گیرند می استفاده قرار تقسیم می شند. دسته که ال بیشتر نیز م استفاده قرار می گی اجسام تک بلره هستند) Single-Crystal ( مانند کارتز )Quartz(. علیرغم اینکه این ماد دارای طل عمر زیادی هستند یعنی مدت زمان زیادی حساس باقی می مامند خاصیت پیزیی خد را حفظ می کنند نسبت کمی حساسیت اما به نع دم )سرامیک ها( دارند. سرامیکها حساسیت اینکه بر عاله بیشتری دارند تر نیز ارزان هستند. برای تلید ماد پیز الکترنیکی سرامیکی از مادی از قبیل : باریم تیتانیم titanate( )barium سرب زیرکنیم )lead metaniobate( تیتانیم سرب )lead-zirconate-lead-titanate( متانیتیت سرب ساختار که مادی سایر بسیاری از آنها در حال حاضر فقط به طر اختصاصی در اختیار شرکت تلید کننده آنها می باشد استفاده می شد. ایراد ماد سرامیکی این است که از آن جاییکه حساسیت آنها در گذر زمان کاهش می یابد طل عمر سنسرهایی مجهز به ماد سرامیکی سنسرهای از کتاه تر پایین حساسیت با الکتریک پیز ماد از قتی عمل در باشد. می بلره تک ماد دارای استفاده می گد می تان د یا سه بلر از این ماد را به هم صل ک تا سیگنال الکتریکی خرجی قی تر گد. ماده پیز الکترنیک اساس بر باید را خاص کاربی برای مناسب فرکانسی پاسخ نیاز م حساسیت نیاز م یژه مقامت پاسخ گرمایی )دمای مطلب برای کارک( انتخاب ک. از آن جا که در سنسرهای پیز الکترنیک سیگنال الکتریکی تلید P a g e 63

اهلدبم اه رسنس 64 P a g e هدش یراراد ژاتل رایسب نییاپ دشابیم تماقم یجرخ زین رایسب دایز تسا دیاب لانگیس دیلت هدش ار تیقت مه نینچ تماقم یجرخ ار شهاک داد اب( لدبم. )سنادپما هتشذگ نیا لکشم ار اب هدافتسا زا کی تیقت هدننک لدبم یسنادپما لح هناگادج یم.دندرک نیا شر ابیرقت لمع لباق هدایپ یزاس تسین اریز زین رایسب یدایز متسیس دج یم دیآ مه نینچ هدایپ یزاس نیا شر یاهتیددحم یطیحم یکیزیف یرایسب ار زین دج یم.درآ هزرما یآ یاهیس یارب تیقت لیدبت سنادپما دج دنراد ترص یراجت دیلت هدش دخ لخاد رسنس بصن یم.دندرگ هحن راک دام زیپ کینرتکلا ینیناق نیداینب مکاح رب یاهراتخاس یلاتسیرک زاب یم.ددرگ لاس 1۰۰3 یدلایم د دمشناد یاهمان Pierre Jacques Curie تاشیامزآ دخ ار رشتنم دندرک جیاتن نآ تاشیامزآ تابثا یم درک کی رلب )Crystal( یبسانت نیب ژاتل یر حطس نآ راشف یکیزیف درا رب نآ دج.دراد نیا هدیدپ رثا کینرتکلازیپ هدیمان.دش هدیدپ یرگید رایسب هیبش نیا هدیدپ دشابیم هدیدپ هطقن یریک )Curie point( تسا شمسا زا مان نادکیزیف Pierre Curie هتفرگ هدش.تسا هطقن یریک هطقن یا تسا زا نآ امد لااب هدام کینرتکلازیپ شبطق دخ یدخ متا شیاه ار زا تسد یم.دهد تفرشیپ باتش یاهجنس کینرتکلازیپ ثعاب دش یاهشلات یرتشیب یارب نتفای نیرتبسانم شر تهج هزادنا یریگ تاناسن یاههزاس یگرزب دننام لپ ای لیاس لاح تکرح یگرزب دننام امیپاه ماجنا.دریذپ یکی زا نیا اهشلات هدافتسا زا کی هاگتسد تماقم یششک جنس یارب تخاس باتش جنس.دب یارب نیلا راب ددح لاس 173۰ یدلایم Hans J. Meier زا یاهرسفرپ MIT هاگشناد هجدب یا هداد دش ات نیلا باتش جنس ینتبم رب تماقم یششک ار ترص یراجت.دزاسب نیا عن باتش اهجنس هدننکش هدب یاراد سناکرف دیدشت رایسب ینییاپ دنتسه مه نینچ خساپ سناکرف اهنآ زین یاهسناکرف نییاپ بلطم.تسا نیا یاهتیددحم یکیمانید ثعاب دش نیا عن باتش اهجنس ابیرقت ریغ لباق هدافتسا اهامیپاه.دنشاب زا یفرط تابثا هدش دب یاهرسنس زیپ کینرتکلا رایسب هداس رت لباق هدایپ یزاس.دنتسه یحارط هداس یرت تبسن یاهرسنس تماقم یششک جنس.دنراد هلاع رب نیا تیصاخ یکیتسلاا رایسب یلااب دام زیپ کینرتکلا زین یم تسنات یرایسب زا تلاکشم دجم یاهرسنس تماقم یششک جنس ار لح.دنک نابز هداس یاهیگژی یتاذ یاهرسنس زیپ کینرتکلا زا لیبق خساپ یسناکرف بلطم یاهسناکرف لااب تیلباق داجیا دیدشت یاهسناکرف لااب ثعاب دش اهنآ نیزگیاج یبسانم یارب یاهرسنس تماقم یششک جنس.دندرگ باتش یاهجنس زیپ کینرتکلا زا ظاحل یمجح رتکچک زا عن تماقم(دخ یلبق یششک )جنس هدب تبسن اهنآ g باتش( درادناتسا یاه)نیمز یرتلااب درکراک بلطم.دنراد یارب هسیاقم یم نات هراشا درک باتش جنس تماقم یششک یاراد خساپ یسناکرف بلطم هددحم 233 زتره هدب یل باتش جنس زیپ کینرتکلا یاراد خساپ یسناکرف بلطم هددحم 13333 زتره یم.دشاب اب نیا اهتفرشیپ دب هزادنا یریگ هزرل ییاه اب سناکرف لااب دننام یاهناکت عیرس ای یاههزرل هاتک تدم اهامیپاه لابق لباق هزادنا یریگ دبن ار نکمم.درک زا نامه اهنامز یایازم یاهرسنس زیپ کینرتکلا یارب ناگمه راکشآ دیدرگ رخاا ههد 1743 یدلایم دب یتعنص دیلت هدرتسگ نیا عن زا اهرسنس زاغآ.دیدرگ هزرما باتش یاهجنس زیپ کینرتکلا لیاس هزادنا یریگ یسدنهم یکشزپ اه اضف یرایسب زا یاهتعنص رگید هدافتسا یم.دش

شتاب سنج های پیز الکتریکی در سطح سیعی کارب دارند به طر کلی حسگرهای اندازه گیری برای فرم ها مختلف حرکت هستند. سیگنال خرجی نسبتآ خب برای ابعاد فیزیکی به نسبت کچک هستند. به دلیل فرکانس طبیعی خیلی باال برای فرکانس های باال مناسب است. در این حسگرها از قطعات بلرهای پیز الکتریکی مطابق شکل صفحه بعد استفاده می شد. به طری که با اعمال تغییرات شتاب حرکت به شتاب سنج نیری محرک بلر تغییر می کند متناسب با آن مقدار تجمع بارهای الکتریکی q تغییر می کند. شکل 47 : اساس کار سنسر پیز الکتریک d ضریب پیز الکتریک ماده الیه. q بار تلید شده است. از فرمل فق مشخص است که خرجی حسگر تابع خصصیات پیز الکتریک مشخصات مکانیکی آن )d( است. د بلر مناسب پیز الکتریکی: کارتز PZT است. که هر د ماد بار الکتریکی زیادی نسبت به ابعاد خدشان دارند. ضریب انبساط PZT حدد 103 برابر کارتز است بنابراین حسگر های PZT می تانند بسیار ظریف تر حساس تر باشند. از د رش رایج برای ساخت شتاب سنجها استفاده می شد. یکی بر ماد مقامت مبانی مبنای پیز )piezoresistance( )piezoelectricity( خاصیت مبنای بر دیگری است آنها الکتریکی بارهای که دهند می اطمینان رش د هر است. شتاب قائم تاثیری در یابی نمیگذارند آشکار نمیشند. در رش ال ساخت ابتدا یک الیه نیمه رسانا تسط یک الیه ضخیم اکسید به یفر نگهدارنده صل می شئد. الیه نیمه رسانا سپس به شکل هندسه شتاب سنج در می آید. این الیه نیمه رسانا یک یا تعداد بیشتری رزنه دا همینطر جرم زیر آن نیز رزنههای متناظری دا. سپس الیه نیمه رسانا به عنان که رسانا نیمه الیه بازهای تسط حفره در اقع جرم شد. می استفاده زیرین اکسید الیه در حفره ایجاد برای پشش خاصیت مقامتی پیز دارند نگه داشته می شند. درست پایین شتاب سنج یک فضای خالی انعطاف پذیری است که اجازه می دهد جرم اقع در محفظه انعطاف داشته باشد یا در جهت عمد بر سطح شتاب سنج حرکت کند. شتاب سنج هایی که P a g e 65

بر مبنای خاصین الکتریکی ماد پیز کار می کنند)رش دم( تسط مبدلهای پیز الکتریک ساخته می شند. احد متشکل یک لله از می پالریزه مخالف صرت به مبدلها است. شده بسته الکتریک پیز مبدل آن تسط سر که د است تخالی شند به گنه ای انتخاب می شند که دارای خازن سری خاصی باشند. سپس لله به صرت جزئی تسط مایع سنگینی پر میشد شتاب سنج فعال می شد. در این حالت لتاژ خرجی به صرت پبسته اندازه گیری میشد حجم مایع سنگین به گنه ای تنظیم میشد تا لتاژ خرجی دلخاه به دست آید. در نهایت خرجی هر کدام از مبدلها اندازه گرفته میشد لتاژ تفاضلی آن د جدل بندی میشد مبدل غالب شناسایی می شد. شکل 03: شمای یک سنسر پیز الکتریک تمرین : بر ری ساحتار نحه کار شتاب سنج های خازنی شتاب سنج های الکتر استاتیکی شتاب سنج های حرارتی تحقیق کنید. ژیرسکپ... جایر ها یا ژیرسکپ ها به طر مستقیم یا غیر مستقیم مقدار زایه چرخش سرعت زایه یا شتاب زایه ای جسم حامل خد را اندازه می گیرند. بسته به پدیده های فیزیکی م استفاده اناع مختلفی از ژیرسکپ جد دارند. در سال 1۰03 دانشمندی فرانسی به نام لئن فکلت سیلهای ابداع ک که می تانست گش سرعت زایه ای را احساس کند. ترجمه کلمه به کلمه ژیرسکپ "گش نما" نامیده می شد. P a g e 66

اهلدبم اه رسنس 67 P a g e یکیناکم پکسریژ راتخاس :15 لکش پکسریژ یاهلیس یارب یریگهزادنا ای ظفح تهج دشابیم زا لصا یاقب هناکت یاهیاز هدافتسا.دنکیم کی پکسریژ یکیناکم هشیمه کی خرچ ای کسید هدنخرچ اب رحم دازآ دراد دناتیم ره یتهج.دتسیاب نیا یریگتهج رایسب رتمک رب رثا راتشگ یجراخ رییغت دنکیم نیا لیلد نامم یاهیاز گرزب دخ هارمه خرن دایز شخرچ نآ.تسا نچ راتشگ یجراخ طست هاگن نتشاد هلیس کی هقلح هنیمک دشیم تهج نآ ابیرقت تباث دنامیم رظنفرص زا نیا یحطس هلیس یر نآ رارق هتفرگ قچ تکرح.دنکیم یاهپکسریژ اب یژلنکت ت ح لا دماج مه دج دنراد دننام یاهپکسریژ هقلح.یرزیل یاهدربراک پکسریژ لماش تیاده ینامز یاطق یسیطانغم راک دننکیمن دننام( پکسلت )لباه ای هزادنا یفاک قیقد دنتسین )ICBM لثم( ای یارب یزاسرادیاپ یاهنیشام هدنرپ لثم یاهرتپکیله تیاده هدنش طست یدار ای اهUAV.دشابیم لیلد تقد رتلااب اهپکسریژ نینچمه ظفح تهج ندعم یراک اهلنت مه راک.دنریم نفلت یاه هارمه زین پکسریژ دربراک دراد تحت نانع شخرچ هحفصراکدخ )screen rotation( ناتیم نآ ار لاعف.درک لیاس یاهمتسیس یکیناکم کی پکسریژ یلمعم یاراد یراتخاس لماش کی رتر یارب ندیخرچ کی رحم لصتم تساهدش یاهلانرژ رتر رب یر کی هقلح ای هقلح یلخاد بصن هدش هقلح یلخاد یارب ناسن رب یر کی هقلح یجراخ دخ یارب ناسن تبسن کی هیکت هاگ لص تساهدش بصن.تساهدش هقلح ای هقلح یجراخ نینچمه یارب لال ندب کی رحم رب یر هحفص شدخ طست هیکت هاگ صخشم دشیم بصن.ددرگیم هقلح

اهلدبم اه رسنس 68 P a g e یجراخ کی هج یدازآ شخرچ دراد شرحم مه چیه یدازآ.درادن هقلح یلخاد یرط رب یر هقلح یجراخ بصن دشیم رب یر کی رحم هحفص شدخ هشیمه رب رحم یجراخ هقلح دمع تسا لال.دشیم اه باق رتر :15 لکش رحم خرچ راد رحم شخرچ ار فیرعت.دنکیم هقلح یلخاد د هج یدازآ شخرچ دراد شرحم مه کی هج یدازآ.دراد رتر یارب شخرچ یرحم لصتم تسا هشیمه رحم هقلح یلخاد دمع.تسا نیاربانب رتر هس هج یدازآ شخرچ دراد شرحم مه د هج.دراد خرچ یرین درا رب رحم یدر اب یرین سکع لمعلا رحم یجرخ خساپ.دهدیم راتفر کی پکسریژ دناتیم یگداس اب هجت راتفر خرچ یلج هخرچد ک.دشیم رگا خرچ زا رحم دمع تمس پچ لیامتم دش ل یلج خرچ مه تمس پچ.دخرچیم ترابع رگید شخرچ رب یر کی درم خرچ شخرچ ناخرچ رحم مس ار بجم.دشیم کی flywheel پکسریژ دخرچیم ای تماقم دنکیم هتسب نیا یجراخ هقلح راتخاس دازآ ای هتسب.دشاب یاهلاثم زا لیاس اب هقلح یجراخ دازآ دناتیم یاهپکسریژ اب عجرم )attitude reference gyroscope(تهج دنشاب یارب هزادنا یریگ هیاز یاتسار هس رحم تاصتخم تلغ( بات فارحنا )تمس کی امیپاضف ای امیپاه درم هدافتسا رارق.دنریگیم زکرم مرج هناخرچ دناتیم کی تیعقم تباث.دشاب هناخرچ ترص نامزمه ییانات شخرچ لح کی رحم زین شاعترا لح د رحم رگید ار تساراد نیاربانب زج تماقم یتاذ شا لیلد نیپسا رتر دناتیم رط هنادازآ ره یتهج لح هطقن تباث.دخرچب یخرب اهپکسریژ یاهنیزگیاج یکیناکم یارب کی ای دنچ رصنع راک هتفر نیا راتخاس.دنراد یارب لاثم رتر دناتیم کی لایس قلعم دش یاج نیا ترص لال کی هقلح بصن.دش

یک ژیرسکپ کنترل گشتار )CMG( مثالی از یک سیله با حلقه خارجی ثابت است که بر ری هاپیما با هدف تامین یا نگهداری یک زایه ضعیت مناسب یا جهت را با استفاده از نیری مقامت ژیرسکپ استفاده میکند. در برخی اناع خاص حلقه خارجی یا معادلش میتاند حذف شد تا چرخانه تنها د درجه آزادی داشته باشد. در برخی اناع مرکز جرم میتاند از محر نسان فاصله داشته باشد بنابراین مرکز جرم مرکز تعلیق ممکن است یکی نباشد. شکل 15: ژیرسکپ لئن فکالت P a g e 69

اهلدبم اه رسنس 71 P a g e هچخیرات نیلا پکسریژ هتخانش هدش طست کی یناملآ مان ناهی رگربننهب نیلا راب لاس 1۰19 هراب شا تشن هتخاس.تساهدش ادتبا ا نآ ار»نیشام«.دیمان پکسریژ رگربننهب رب ساسا کی هرک گرزب هدنخرچ هتخاس.دش لاس 1۰32 رتلا نسناج ییاکیرمآ یپکسریژ تخاس ساسارب کسید هدنخرچ راک.درکیم نادیضایر یسنارف ریپ سلاپلا ینامز هاگشناد لکا کینکتیلپ راک درکیم نیا نیشام ار نانع رازبا کمک یشزمآ داهنشیپ درک نیا لکش نیا هلیس ضرعم Léon Foucaultهجت رارق.تفرگ 1۰02لاس Foucault لاح ماجنا کی شیامزآ یارب ندید شخرچ نیمز دب نیا هلیس مان دخ دیدج ار.داد هچرگا نیا شیامزآ لیلد دج کاکطصا قفمان.دب عقا کاکطصا نامز ره ار ۰ ات 13 هقیقد دحم درکیم نامز رایسب یهاتک یارب هدهاشم تکرح کی لباق هجت.دب یاهلاس ههد 1743 یاهرتم یکیرتکلا نیا مهفم ار ناکما ریذپ دندرک نیا هتخاس ندش نیلا یاههنمن بطق یاهامن یپکسریژ.دیماجنا نیلا بطق یامن یپکسریژ لاس 173۰ طست عرتخم یناملآ HermannAnschutz- Kaempfe یفرعم.دش یمک دعب نامه Elmer Sperryلاس ییاکیرمآ یحارط دخ ار همادا داد یدز یاهتلم رگید مه تیمها یماظن نیا عارتخا ار دنتفای ( ینامز تق ییای نیرتمهم رازبا شجنس تق یماظن ).دب عیانص پکسریژ دخ ار.دنتخاس تکرش Sperry Gyroscope یدز تیلاعف دخ ار تخاس رادیاپ یاهدننک اهامیپاه اهیتشک مه هعست داد ریاس ناگدنزاس پکسریژ مه نیا راک.دنتخادرپ لاس 1719 تکرش Chandler Company of Indianapolis انایدنیا پکسریژChandler ار نانع کی بابسا یزاب اب کی رحم کی دنب دیلت.درک نیا هلیس ات زرما شدیلت همادا ادیپ تساهدرک نانع کی بابسا یزاب کیسلاک ییاکیرما هتخانش.دشیم نیلا یاهههد نرق ما23 ریاس ناعرتخم ترص قفمان شلات دندرک زا پکسریژ نانع یاهیاپ یارب عج هایس یاهمتسیس یربارت هلیس نتخاس کی هیاپ رادیاپ رب ساسا نآ هزادنا یریگ قیقد باتش ناکما ریذپ دشاب به ( رظنم عفر زاین یارب تیر ناگراتس یارب ساحم )تیعقم هدافتسا.دننک لصا یاشم ادعب تخاس یاهمتسیس inertial guidance یارب یاشم کیتسلاب درم هدافتسا رارق.تفرگ : اه پکسریژ یلصا عانا - یکیناکم پکسریژ - یرن پکسریژ - یشاعترا پکسریژ - یمتا پکسریژ - دماج تلاح یجم پکسریژ

جه مشترک کلیه این سایل قانین استفاده شده در آنها اینرسی بدن ماهیت آنها می باشد. مبنای اندازه گیری سرعت زایه ای چرخش در جایرها استفاده از خاص اینرسی ماده می باشد. ژیرسکپ های مکانیکی این نع ژیرسکپ ها الین نع ژیرسکپهای بدند که اختراع شده اند به آنها ژیرسکپهای کالسیک گفته می شد. ژیرسکپهای مکانیکی دقیق ترین اناع ژیرسکپ ها هستند در حد دارند. شکل 15: ژیرسکپ مکانیکی د خاصیت اصلی ژیرسکپ های مکانیکی عبارتند از صلیبت حرکت تقدیمی صلبیت ژیرسکپ هر جسم چرخنده از جمله ژیرسکپتمایل به حفظ محر چرخنده خد در فضای اینرسی را دا. هر چه سرعت چرخش بیشتر باشد تمایل شدید تر است مشکل تر می تان محر چرخشی را منحرف ک در ژیرسکپ به خاطر سرعت چرخشی بسیار باال )باالی )14000rpm کچک بدن گشتارهای خارجی مزاحم محر رتر با دقت بسیار باالیی ضعیت خد را در فضای اینرسی حفظ میکند. به این یژگی ژیرسکپ صلبیت گفته می شد. به عنان مثال دقیق ذکر شده در فق برای جایر های مکانیکی ناشی از صلبیت باالی آن ایده ال بدن تکیه گاه ها از لحاظ کاهش اصطکاک می باشد. P a g e 71

حرکت تقدیمی اگر به یک ررت دار با سرعت زایه ای زیاد P حل محر Z در حال چرخش است گشتار m حل محر x اثر کند. رتر به خاطر صلبیت خد در برابر چرخش حل محر x مقامت می کند. بنابراین متناسب با گشتار اعمالی چرخشی با سرعت زائیه ای Ω حل محر Y انجام خاهد داد که از رابطه: Ω تبعیت می کند. این پدیده در ژیرسکپ به تقدم معرف است. شکل 11: پدیده تقدم در زیرسکپ ( )nutation یک ژیرسکپ محری رقص تقدیمی حرکت جمله از رفتارهایی انگلیسی: میدهد. نشان را ژیرسکپها میتانند در ساخت قطب نماهای ژیرسکپ که کامل کننده یا جایگزینی برای قطب نماهای مغناطیسی در کشتیها هاپیماها فضاپیماها کآل سایل حمل نقل برای کمک به پایداری در کشتیها تلسکپ دچرخهها مترها یا به عنان بخشی از یک سیستم inertial guidance م استفاده قرار گی. هابل فضایی اثرات ژیرسکپها در بمرنگها ییها م استفاده قرار میگی. بسیاری از سایل چرخنده دیگر مثل چرخ طیار ( انگلیسی: )flywheel هم رفتار ژیرسکپی دارند اگرچه خاصیت ژیرسکپ آنها م استفاده قرار نمیگیرند. معادله اساسی که رفتار یک ژیرسکپ را تصیف میکند به صرت زیر است: P a g e 72

اهلدبم اه رسنس 73 P a g e نآ τ,l بیترت متنمم یاهیاز راتشگ پکسریژ I نامم یسرنیا رادرب ω تعرس یاهیاز α باتش یاهیاز نآ.تسا زا ن ا ی هطبار هجیتن دشیم τراتشگ دمع رب رحم شخرچ نیاربانب دمع L رب درا دش رجنم یشخرچ یاتسار یرحم دمع رب τ L.دشیم نیا تکرح precession مان.دراد تعرس یاهیاز ΩP مه طست یجراخ برض ریز هداد :دشیم Precession ار ناتیم اب رارق نداد کی پکسریژ ناخرچ یرط کی فرط تسا هتسب هدش دشاب فرط شرگید ابیرقت دازآ دشاب شرحم ندب( کاکطصا فرط )precession دخرچب ناشن.داد نیا تلاح پکسریژ رظن دسریم رب ذاج لغ دنکیم شرحم یقفا یقاب.دنامیم ینامز کی فرط رحم دازآ یب هیکت هاگ تسا فرط شرگید یمارآ یاهریاد ار یاهحفص یزام یقفا.دیامپیم نیا هدیدپ اب هلداعم لااب حیضت هداد.دشیم راتشگ درا رب پکسریژ زا د عبنم نیمات.دشیم یرین ذاج رط دمع تمس نییاپ رب زکرم مرج درا دشیم کی یرین یاسم فرط لااب فرط هیکت هاگ هلیس درا.دشیم شخرچ یشان زا نیا راتشگ تمس نییاپ تسین ات یرط لاامتحا درم راظتنا تسا هلیس نیمز درخب عقا رب دنیآ اهنیا دمع رب ره د راتشگ یاذاج یقفا( دمع رب رحم )شخرچ رحم شخرچ یقفا( تمس لااب زا لحم هیکت )هاگ ینعی هی کی رحم یدمع دهاخ دب بجم دشیم هلیس یمارآ لح هطقن هیکت شهاگ.دخرچب تحت کی هزادنا راتشگ تباث τ تعرس ΩP تهج رییغت ترص سکعم L اب بسانتم تسا زین اب هزادنا نامم یاهیاز :نآ نآ θ هیاز نیب یاهرادرب L ΩP.تسا نیاربانب رگا تعرس شخرچ پکسریژ شهاک دبای یارب( لاثم لیلد )کاکطصا نامم یاهیاز نآ شهاک ادیپ دنکیم هجیتن نآ خرن Precession نآ شیازفا ادیپ.دنکیم نیا ات ینامز هلیس رگید اق عیرس ندیچیپ یارب لمح نز دخ تسین ینامز Precession نآ مامت دش زا هیکت شهاگ دتفایم نیا قافتا رتشیب لیلد نیا تسا کاکطصا لباقم Precession بجم Precession یرگید دشیم ثعاب نداتفا.تساهلیس ترص لمعم نیا هس رادرب راتشگ شخرچ Precession یگمه تبسن رگیدمه اب هجت نناق تسد تسار تهج یریگ.دناهدش یارب نییعت تحار تهج رثا پکسریژ یگداس رطاخ هتشاد دیشاب کی خرچ شخرچ لاح یتق هشگ دریم فرط لخاد شخرچ.دیآیم

اجزای اصلی ژیرسکپ مکانیکی قاب داخلی قاب بیرنی زایه سنج ترکر استاتر - - - - - ژیرسکپ نری ژیرسکپ های مکانیکی به اج تکامل خد رسیده اند لذا به بررسی ژیرسکپ های نری که در آنها خبری از جرم چرخنده نسیت می پازیم. عملک ژیرسکپهای نری برپدیده اثر سایناک effect) (sagnac استار است که به صرت زیر بیان می شد: زمان طی کن یک در کامل یک مسیر بسته برای د مج نری که در خالف جهت هم منتشر می شند در صرت چرخش صفحه مسیر یکسان نخاهد بد. الزم به تضیح است که منظر از یک در کامل رسیدن به نقطه شرع در ری مسیر می باشد اگر زمان پیدن یک در کامل را در حالت نبدن چرخش مسیر مبنا محاسبه قرار می دهیم اختالف مسیر های پیمده شده برای د مج در طل این زمان بجد می آید. ژیرسکپ های نری به د دسته لیزری فیبر نری تقسیم می شد. شکل 15: پدیده اثر سایناک تمرین : در م ژیرسکپ های سیلیکنی سنسرهای ژیرسکپ ری ادات هشمند مانند گشی ها تحقیق کنید. P a g e 74

P a g e 75

استرین گیج ها یا کرنش سنج ها...\ کرنش سنج های فلزی استرین گیج gauge) (strain مبدلی است که اعمال تنش کششی یا فشاری ری آن مجب تغییر مقامت آنها می گد از فلزات یا نیمه هادی ها ساخته می شند. در صرتی که یک نیر به طرف داخل جسم اعمال شد تنش فشاری مجب کتاه تر شدن جسم می گد اگر نیر از جسم به طرف خارج اعمل شد تنش کششی مجب طیل تر شدن جسم می گد. تنش یا کرنش به صرت زیر تعریف می شد: شکل 17: تنش فشاری کششی طل تغییرات الیه طل کرنش کششی طل تغییرات الیه طل کرنش فشاری در هر د حالت تغییرات طل در بعدی است که درجهت اعمال تنش است. نسبت تنش به تغییرات طلی درگستره به نسبت خبی خطی است. شیب خط بدست آمده را مدل یا ضریب ارتجاع می گیند. فشار یا کشش کرنش ارتجاع ضریب P a g e 76

ن) سنسر ها مبدلها برای تنش های طلی ضریب فق به نام ضریب یا مدل یانگ γ می نامند برای تنش های عرضی این ضریب به نام ضریب االستیکی عرضی با عالمت S نامیده می شد. ازدیاد طل جسم باعث کم شدن عرض آن می شد در کل می تان به شکل زیر بیان نمد که تغییرات طلی مثبت مجب تغییرات عرضی منفی می شد. رابطه زیر را در این خصص می تان نشت: کرنش طلی عرضی کرنش ) نسبت پاسن است که مقدار آن بین 3120 تا 3140 می تاند باشد. همچنان که بیان شد کرنش سنج ها از فلزات یا نیمه هادی ها ساخته می شند مقامت الکتریکی آنها در اثر اعمال فشار یا کشش تغیر می کند. این تغییر مقامت در اثر تغییر طل عرض سطح مقطع آنها است. مقامت یک جسم ار رابطه زیر بدست می آید: با تجه به تغییرات R نسبت به پارامتر ها فق برای محاسبه تغییرات مقامت می تان به شرح زیر عمل ک: ( ) ( ) ( ) در نتیجه: برای کرنش سنج ها ضریبی به نام G ضریب کرنش سنج یا فاکتر گیج تعریف می کنیم بصرت زیر: برای اکثر استرین گیج ها 2.2>G>1.8 است یعنی اگر 2=G باشد به ازای یک درصد تغییرات طل مقامت خرجی گیج 2 درصد تغییر می کند. P a g e 77

مشخصات عممی استرین گیج های فلزی G در حد 11۰ تا 212 حداکثر دمای کاری 103 درجه سانتی گراد انحراف از رفتار خطی حداکثر ±313 در صد مقات در حالت عادی بدن تنش 123±1 اهم حداکثر کرنش کششی حداکثر کرنش فشاری فرم کرنش سنج یا استرین گیج های رایج می تان تعداد زیادی در سیم را ری یک صفحه االستیکی قرار داد که یک سمت آن ثابت باشد. شکل 18: استرین گیج مقامتی با اعمال نیر به صفحه باعث تغییر طل سیم ها شده در نتیجه R تغییر می کند. با این رش می تان تغییرات نیر را اندازه گرفت. قطر سیم های استرین گیج می تاند در حد 31320 میلیمتر باشد نمایش دیگری از استرین گیج ها: P a g e 78

شکل 19: کرنش سنج تفاضلی برای تعین کرنش در راستای نا مشخص برای خنثی کن اثرات حرارتی ر اندازه گیری استرین گیج از ساختار زیر استفاده می شد : شکل 19: جبرانسازی حرارتی برای استرین گیج های مقامتی لد سل سنسری است که برای اندازه گیری زن به کار می از ترکیب قرار گیری چندین استرین گیج در زایای گناگن حاصل می شد. P a g e 79

... اندازه گیر های نیر... شکل 50: رش مقایسه با نیری معلم قانن دم نیتن می گید که : اگر نیر به اندازه F به جسمی با جرم M اعمال شد در جسم مذکر شتابی تلید می شد به طری که F=M.a از این طریق رش اندازه گیری نیر می تاند مستقیم یا با اسطه باشد. مثآل می تان از اندازه گیری شتاب یا مقایسه نیر با نیرهای جاذبه که معلم معین است مانند تراز... استفاده ک. بر مبنای قانن دیگری که به قانن معرف است اگر به فنری نیری ا شد متناسب با آن نیر در فنر تغییر مکان حاصل می شد: F=K.x شکل 55: استفاده از قانن برای اندازه گیری نیر P a g e 81

حسگر های تغییر ضریب نفذ مغناطیسی در اثر اعمال نیر در این حسگرها تغییرات طل یا شکل که از طریق نیری اعمال شده از خارج عامل تغییر ضریب نفذ مغناطیسی می شد. این رفتار در تمام ماد فرمغناطیس ظاهر می شد با تجه به اینکه با اعمال نیر شکل هندسی مبدل تغییر یافته در نتیجه ضریب مغناطیس متعاقب آن رلکتانسی تغییر می کند. مبدل های االستیکی نیر شکل 55: نیرسنج های تغییر ضریب اندکتانس یک یاز متدال ترین رشها ی اندازه گیری نیر اعمال آن به یک جسم االستیکی اندازه گیری مقدار تغییر مکان یا به عبارت دیگر تغییر فرم آن است. ساده ترین مثال آن فنر است کافی است تغییرات طل فنر متناسب با اندازه نیر درجه بندی شد. شایان ذکر است این رش در عمل بیشتر برای اندازه گیری نیر جرم به کار می. P a g e 81 شکل 55: یک نمنه مبدل االستیکی نیر

یک فرض در همه ی آنها جد دا آن رسیدن به یک رفتار خطی نسبت به تغییرات ابعاد فیزیکی به نیری اعمال شده نیز نحه طراحی آنها است به نحی که به نیرهایی که در غیر از جهت محر م نظر اعمال می شند حساس نباشد. یکی از مای که می تان از معایب این مبدل ها محسب می شد تغییر فرم دایمی است که در اثر بار گذاری مدام طالنی مدت حاصل می شد مجب برز خطا در تمام اندازه گیری ها می شد )بایاس( در این رابطه ضمن این که ساخت مبدل با ماده ای با کیفیت بهتر طراحی بهتر ساختمان آن در جلگیری از بجد آمدن همچنین حالتی مثر خاهد بد. اقدام دیگری که می تان پس از به جد آمدن این تغییر فرم انجام داد کالبیراسین مجدد است. دقت این مبدل های نیر در حد ±3130 درصد نسبت به گستره کامل دستگاه است برای بازه 3 تا نیتن می تاند به کارگرفته شد. حسگر های پیز الکتریک نیر همچنان که درفصل قبل بیان شد پیز الکتریک ها بلرهایی هستند که در اثر اعمال نیر به آنها در سطح بلر بارهای الکتریکی تجمع پیدا می کند. شکل 55: پیز الکتریک ها بلرهایی هستند که در اثر اعمال نیر به آنها در سطحشان تجمع بار الکتریکی اتفاق می افتد مبدل های نیر به فشار مبدل هایی که نیر را به فشار تبدیل می کنند عممآ به نام لدسل معرفند. لدسل ها اناع مختلفی دارند که در آنها تبدیل نیر به یک کمیت الکتریکی مانند لتاژ صرت می گی. لدسل های الکتریکی بر مبنای استرین گیج ها از طریق آن حسگرهای پیز الکتریک هستند. لدسل های نیماتیکی هیدرلیک نیز جد دارند که به شکل زیر هستند برای لدسل های نیماتیکی نیاز به جریان ها است. تغییرات فشار بدست آمده در اثر تغییرات فشار داخل محفظه لدسل از طریق کرنش سنج نشان داده می شد. P a g e 82

شکل 51: لدسل پنماتیکی لدسل های نیماتیکی برای اندازه گیری نیر ها تا 25kn جد دارند که دقت آنها به طر معمل حدد ±310 درصد است. لدسل های هیدرلیکی که محفظه داخلی آنها بسته حای رغن مخصص غیر قابل تراکم است. فشار آن نیز از طریق کرنش سنج اندازه گیری فشار هیدرلیک سنجیده می شد. شکل 55: لدسل هیدرلیکی لدسل های هیدرلیکی تانایی اندازه گیری نیرهای بسیار بزرگتر از لدسل های نیماتیکی را دارند که تا 500 kn می رسد. دقت لدسل های هیدرلیکی نیز بهتر بده در حدد ±3130 درصد می رسد. P a g e 83

حسگر های فشار... کمیت های فیزیکی نیر فشار تنش یا کرنش حتی شتاب ارتباط های تنگاتنگی با همدیگر دارند می تان از اندازه گیری هر یک با اسطه به دیگری دست یافت. فشار مطلق: فشار مطلق عبارت است از تفاضل فشار مقدار صفر مطلق فشار فشار نسبی با فشار گیج عبارت است از تفاضل فشار با فشار اتمسفر فشار سنج های U شکل ( مانمتر لله ای( اله های شیشه ای با شکل U که یک طرف سمت اندازه گیر طرف دیگر سمت فشار اعمالی است. شکل 57: مانمترهای لله ای فشار مطلق نسبی تفاضلی در نع ال که انتهای لله نمایش دهنده باز است فشار مطلق را اندازه می گی برای اندازه گیری فشار نسبی از ترکیب دم استفاده می گد. P a g e 84

جرم مخصص که مایه درن مانمتر است. جهت فشار سنج های مانمتری ماد مختلفی مانند جیه غیره می تاند استفاده شد. با تجه به جرم مخصص باال جیه برای اندازه گیری فشارهای باالتر مناسب تر است. شکل 58: اناع مانمترهای لله ای P a g e 85

مبدل فشار به تغییر مکان در این نع حسگرها ماده ای ارتجاعی که در اثر فشار دچار تغییر مکان می شد. از رایج ترین نع آنها فشار سنج های لله بن است. لله بن لله ای ارتجاعی است که به شکل دسته عصا ساخته می شد البته شکل های مختلفی می تاند داشته باشد. شکل 58: مانمتر لله بن با اعمال فشار انتهای این فشار سنج جابجا می شد با اتصال آن به عقربه صفحه مدرج می تان جابجایی در نتیجه فشار را اندازه گرفت. P a g e 86 شکل 59: اشکال مختلف لله بن

اندازه گیرهای گشتار... گشتار از پارامترهای مهم در صنایع است اندازه گیری آن از اهمیت یژه ای برخار است. نخست تعریف گشتار: مقدار انرژی که در اثر اعمال نیری F به انتهای شعاع R حل محر O به صرت انرژی چرخشی حاصل می شد گشتار T نامیده می شد. T F. r F. r.sin شکل 70: تعریف اساسی گشتار مضع قابل تجه این است که گشتار در ری محر پیچشی تلید می کند در نهایت مجب کرنش محر می شد که از یک طرف باید تانایی تحملی پیچشی محر از نظر ساختمان آن در طراحی ساخت در نظر گرفته شد از طرف دیگر از همین پیچش کرنشی برای اندازه گیری گشتار می تان استفاده ک. رابطه گشتار با تان به شرح زیر است. اگر ω سرعت زایه ای محر چرخان p تان باشد که گشتار T تلید می کند: P a g e 87

اندازه گیری گشتار از طریق نیری اکنش محر مقدار گشتار منتقل شده را می تان از طریق قرار دادن محر منبع با مصرف کننده انرژی در داخل یاتاقان اندازه گیری نیری اکنشی F طل بازی l مطابق شکل زیر ضرب کن آنها در همدیگر بدست آ. T=F.l شکل 75: اندازه گیری مستقیم گشتار دیناممتر اصطکاکی اساس کار دیناممتر اصطکاکی در شکل زیرنمایش داده شده است: شکل 75: دیناممتر اصطکاکی P a g e 88

اندازه گیری گشتار در یک محر گان است که حای یک طناب پیچیده در محر است که به یک سر ریسمان یک فنر به سر دیگر ریسمان زنه ای استاندا m آیزان است. اگر نیری م اندازه گیری ری عقربه فنر نگهدارنده به اندازه باشد در این صرت نیری مثر انرژی تلف شده از طریق فرمل زیر قابل محاسبه است. اگر شعاع محر شعاع ریسمان باشد در این صرت شعاع مثر )ریسمان استانه( با تجه به محر دران خاهد بد. گشتار ی محر آن را می تان حساب ک: با اینکه این رش بسیار شناخته شده ای برای اندازه گیری گشتار محر است اما مقداری حرارت که در اثر اصطکاک بین ریسمان محر تلید می شد از معایب قابل تجه آن است معمآل با آب خنک می شد. اندازه گیری گشتار از طریق اندازه گیری تنش با کرنش سنج اندازه گیری تنش حاصل گشتار اعمال شده ری محر معملی ترین رش اندازه گیری گشتار در چند سال گذشته است. این رش از این نظر خیلی مطلب است که اختاللی در سیستم اندازه گیری از طریق تلید اصطکاک به جد نمی آید. اندازه گیری گشتار با رش نری P a g e 89 شکل 75: اندازه گیر لیزری گشتار

د عدد چرخ که ری محیط خارجی آن ها نارهای باریک سفید سیاه چسبانده شده است به انتهای محرگان نصب شده است. شعاع لیزر از طریق کابل نری ری محیط سیاه سفید هر د چرخ می تابد انعکاس آن از طریق یک حسگر کابل نری دیگر به پازشگر منتقل می شد قتی هیچ گنه گشتاری به محر اعمال نشده باشد نرهای تابیده منعکس شده از چرخ ها با هم تطبیق دارند در حالی که قتی ری محر گشتار اعمال می شد چرخ نزدیکتر به عامل ملد گشتار مقداری در جهت گشتار انحراف خاهد داشت. که مقدار آن از طریق سیستم پازش شعاع های برگشتی لیزر می تاند محاسبه شد. مقدار گشتار اعمال شده تابع مقدار زایه ای خاهد بد که چرخ الی در مقابل چرخ دمی انحراف پیدا که است. تمرین : درباره دیگر رشهای اندازه گیری گشتار از جمله استفاده از مبدلهای اماج سطحی صت تحقیق کنید. حسگرهای دبی سنج ( فلمترها(...... اندازه گیری دبی هر جا که سیاالت باشند بسیار مهم است. درفرایند های شیمیایی نفت فالد اهمیت غذایی صنایع فراان دا. دبی حجمی: عبارت است از مقدار حجم سیال عبری کننده از مقطع لله در احد زمان دبی جرمی: عبارت است از مقدار جرم سیال عبر کننده از مقطع لله در احد زمان اگر V سرعت متسط سیال در لله باشد دبی حجمی Q=V.A دبی جرمی اصل بقای انرژی در سیاالت ( معادله برنلی( یک سیال سه نع انرژی دا: انرژی پتانسیل انرژ جنبشی انرژی فشاری -1-2 -3 P فشار A سطح مقطع است. معادله برنلی: مجمع انرژی های پتانسیلی جنبشی فشاری یرای یک سیال در تمام نقاط آن ثابت است. P a g e 91

دبی سنج های تفاضلی فشار شکل 75: دبی سنج تفاضلی این حسگرها بیشترین کارب را در صنعت داند. اصل اساسی دبی سنج های تفاضلی فشار بر این است که در نقطه ای از لله قطر لله کمتر می شد بدین سیله اختالف فشار بین د طرف مقطع لله با قطر کم به جد می آید. با اندازه گیری اختالف فشار مذکر می تان دبی حجمی را حساب ک. با استفاده از اصل ثابت بدن انرژی برای لله افقی سیال غیر قابل تراکم بدست می آید. ρ چگالی سیال م نظر است. ( ) P a g e 91

دبی سنج های مکانیکی ( تربینی( دبی سنج مکانیکی مبدلی است که د رمسیر جریان سیال قرار می گی با گرفتن انرژی از آن می چرخد. سرعت چرخش متناسب با سرعت حرکت سیال آن نیز متناسب با لتاژ خرجی از سیم پیچ بیرنی است. P a g e 92 شکل 71: دبی سنج تربینی

پره های از ماد فر مغناطیس ساخته می شند که عبر آنها از مقابل سیم پیچ می تاند لتاژ ایجاد کند. مشکل دبی سنج ها ی تربینی ایجاد مقامت مقابل جریان فرسدگی آنها است. حسگرهای مارای صت دبی دبی سنج های مارای صرت از نع داپلر در این رش از ارسال مجی بازتاب آن اندازه گیری تغییر فرکانس مج سرعت سیال در نظر گرفته می شد که به دبی تبدیل می شد. شکل 75: دبی سنج داپلر اماج از فرستنده خارج پس از برخ با ذرات منعکس می شند به گیرنده می رسد. سرعت سیال از رابطه زیر بدست می آید: ( ) که در آن فرکانس های اماج صتی ارسالی دریافتی ار فرستنده گیرنده است c سرعت صت در سیال θ زایه که اماج تابیده منعکس شده از ذرات سیال است. با محر لله حای جریان سیال. نع دم: دبی سنج های مارای صتی با اندازه گیری زمان انتقال پالس P a g e 93 شکل 77: دبی سنج با استفاده از زمان انتقال

در این رش از یک سیگنال برای عبر از سیال در حال حرکت زمان بین رفت برگشت آن را حساب می کنیم. دبی سنج های شنار در این دبی سنج ها یک شنار جد دا که بسته به دبی سیال طح قرار گیری آن فرق می کند. با مدرج کن لله می تان به دبی متناسب با آن پی ب. شکل 78: دبی سنج های شنار دبی سنج های بر مبنای استرین گیج این دبی سنج با اندازه گیری نیری اعمالی بر صفحه ای که در مسیر سیال قرار می گی دبی متناظر با آن بدست می آرند. P a g e 94

حسگر های متفرقه حسگر رطبت مقامتی این حسگر پر از ماده لیتم کلراید است که با افزایش رطبت آن مقامت آن کم می شد. Li cl جاذب رطبت است شکل 79: حسگر رطبت حسگر خازنی رطبت اساس کار این حسگر خازنی است که از آب به عنان الکترلیت میانی استفاده می شد بسته به ارتفاع آب ظرفیت خازن فرق می کند.. شکل 80: سنسر رطبت مطلق P a g e 95

سنسر ها اناع بسیار دیگری دارند که می تان در مراجع تخصصی تر آنها را مالحظه ک. به عنان مثال می تان از سنسرهای زیر نام ب. به عنان تمرین آشنایی به سنسرهای زیر تصیه می گد. حسگر های گازی حسگرهای چگالی حسگرهای یسکزیته حسگرهای نری حسگرهای شیمیایی حسگرهای بی سنسر حسگرهای هشمند حسگرهای MEMS به پایان آمد این دفتر حکایت همچنان باقی است به صد دفتر نشاید گفت شرح حال مشتاقی... P a g e 96

مراجع : 1. Measurement, Instrumentation, and Sensors Handbook CRCnetBase 1999 2. Handbook of modern sensors : physics, designs, and applications / Jacob Fraden. 3rd ed 3. Instrumentation reference book / edited by Walt Boyes. 4th ed. 4. SENSORS HANDBOOK by Sabrie Soloman, Mc Graw Hill,2ed 5. Fundamentals of Industrial Instrumentation and process control, by William C Dunn. 6. Sensor Technology Handbook, by Jon S. Wilson, Elsevier and Newnes 7 -ابزار دقیق در کنترل مهندس محمد خاقانی انتشارات دانشگاه خاجه نصیر 8- اصل اجزا کنترل صنعتی حجت سبزپشان انتشارات دانشگاه علم صنعت P a g e 97

P a g e 98

P a g e 99