جهاز أخذ قيم القياس من المصنعين متصلين بالإنترنت

محولات الطاقة هي أجهزة تقنية تسجل كمية فيزيائية أو كيميائية أو كهربائية وتحولها إلى إشارة كهربائية قابلة للاستخدام.

ويمكن بعد ذلك معالجة هذه الإشارة عن طريق نظام تحكم أو وحدة عرض أو نظام الحصول على البيانات. وبالتالي فإن أجهزة الاستشعار هي في صميم تكنولوجيا القياس والأتمتة الحديثة، حيث إنها تنشئ الرابط بين العالمين الحقيقي والرقمي.

فيما يلي لمحة عامة عن المبدأ الأساسي وطريقة التشغيل، والأنواع المختلفة ومتغيراتها المقاسة، وأنواع الإشارات وواجهات محولات الطاقة، بالإضافة إلى نظرة عامة على استخدامها ومتطلبات التصميمات الحديثة:

المبدأ الأساسي وطريقة تشغيل محولات الطاقة:

تتكون وظيفة محولات الطاقة من ثلاث خطوات أساسية:

1. الحصول على المتغير المقاس:
   يتم ذلك عن طريق عنصر استشعار يتفاعل فيزيائيًا مع المتغير المقاس - على سبيل المثال من خلال التشوه أو تغير درجة الحرارة أو المجالات المغناطيسية أو امتصاص الضوء.
2. التحويل إلى إشارة كهربائية:
   يتم تحويل المتغير المقاس إلى متغير كهربائي مثل الجهد أو التيار أو التردد.
3. معالجة الإشارة:
   يتم تضخيم الإشارة الخام أو ترشيحها أو ترشيحها أو تحويلها خطيًا أو رقمنتها لجعلها قابلة للاستخدام في الأنظمة النهائية.

ويعتمد نوع مبدأ التحويل، سواء كان ميكانيكيًا أو بصريًا أو كهرضغطية أو مغناطيسيًا أو كيميائيًا أو غير ذلك، على المتغير المقاس المعني.

أنواع محولات الطاقة ومقاييسها:

محولات الطاقة متخصصة للغاية ويمكن تقسيمها وفقًا لأداة القياس المعنية:

1. الكميات الميكانيكية:
   a. مجسات الضغط: تقيس الضغط الاستاتيكي أو الديناميكي للسوائل والغازات، وغالبًا ما تستخدم عناصر مقاوِمة للضغط أو سعوية.
   b. مجسات القوة: تحويل القوة الميكانيكية إلى إشارة كهربائية، غالبًا باستخدام مقاييس الإجهاد.
   c. مستشعرات الإزاحة والمسافة: استخدام الطرق البصرية أو الحثية أو السعوية أو فوق الصوتية لتحديد الموضع.
   d. مستشعرات عزم الدوران: قياس التواء العمود، غالبًا باستخدام مقاييس الإجهاد أو الطرق المغناطيسية.
2. المتغيرات الحرارية:
   a. مجسّات درجة الحرارة: تشمل المزدوجات الحرارية أو مقاييس الحرارة المقاومة أو حساسات درجة حرارة أشباه الموصلات أو حساسات الأشعة تحت الحمراء.
   b. مستشعرات التدفق الحراري: تحديد تدفق الحرارة من خلال طبقة من المواد، وغالبًا ما تستخدم مبادئ الكهرباء الحرارية.
3. الكميات الكهربائية والمغناطيسية:
   a. محولات التيار والجهد: قياس الكميات الكهربائية في إمدادات الطاقة أو الدوائر أو الأنظمة.
   b. مجسات المجال المغناطيسي: الاستفادة من تأثير هول أو مبادئ المغنطيسية المغناطيسية لقياس شدة المجال.
4. الكميات الكيميائية والفيزيائية الكيميائية:
   a. مستشعرات الغازات: الكشف عن تركيزات بعض الغازات (مثل الأكسجين وثاني أكسيد الكربون والأمونيا) باستخدام طرق كهروكيميائية أو بصرية أو شبه موصلة.
   ب. مستشعرات الأس الهيدروجيني ومستشعرات التوصيل: تُستخدم في تكنولوجيا العمليات والقياس البيئي لتحديد الخواص الكيميائية للسوائل.
   c. مستشعرات الرطوبة: تقيس الرطوبة النسبية أو المطلقة في الهواء أو المواد.

أنواع الإشارات وواجهات محولات الطاقة:

توفر معظم محولات الطاقة الحديثة إشارات خرج موحدة:

1. الإشارات التناظرية: غالبًا ما تكون 4-20 مللي أمبير أو 0-10 فولت، وهي مناسبة لمسارات نقل بسيطة.
2. واجهات رقمية: مثل I²C أو SPI أو CAN أو Modbus أو IO-Link للمستشعرات الذكية ذات الوظائف الإضافية.
3. أنظمة ناقل المجال: مثل Profibus أو EtherCAT أو Profinet في الأتمتة الصناعية.

اعتمادًا على التطبيق، قد يكون الحساس مُعايَرًا داخليًا بالفعل، ومعوضًا لدرجة الحرارة وذاتي التشخيص.

استخدام محولات الطاقة:

تُستخدم محولات الطاقة في جميع المجالات التقنية تقريبًا. وتشمل أهم مجالات التطبيق ما يلي:

1. تكنولوجيا الأتمتة:
في منشآت الإنتاج الصناعي، تراقب الحساسات باستمرار الضغط ودرجة الحرارة والموضع والسرعة والتدفق ومتغيرات العمليات الأخرى.
تُستخدم الإشارات للتنظيم والتحكم والسلامة.

2. تكنولوجيا الطاقة:
تسجل محولات الطاقة المعلمات مثل التيار أو الجهد أو التردد أو الطاقة أو قيم العزل في أنظمة توزيع الطاقة والمحطات الفرعية والمحولات.

3. هندسة السيارات:
تُعد محولات الطاقة أساسية للتحكم في ديناميكيات السيارة أو الوسائد الهوائية أو التحكم في المحرك أو قياس غاز العادم أو أنظمة إدارة البطارية.

4. التكنولوجيا الطبية:
تُستخدم المستشعرات المتوافقة حيويًا هنا لقياس المعلمات الحيوية مثل ضغط الدم أو درجة حرارة الجسم أو مستويات الجلوكوز أو غازات الجهاز التنفسي.

5. تكنولوجيا المباني:
في أنظمة التدفئة وتكييف الهواء والتهوية، تقيس أجهزة الاستشعار درجة الحرارة والرطوبة ومحتوى ثاني أكسيد الكربون وشدة الضوء للتحكم في الراحة وكفاءة الطاقة.

6. تكنولوجيا القياس البيئي:
تُستخدم محولات الطاقة المتخصصة لتسجيل بيانات الطقس أو جودة الهواء أو تحليلات المياه أو الانبعاثات.

متطلبات محولات الطاقة الحديثة:

• الدقة وقابلية التكرار: حاسمة بشكل خاص في تكنولوجيا ضمان الجودة أو التحكم.
• الاستقرار على المدى الطويل: مهم للقياسات المستمرة على مدى سنوات عديدة، على سبيل المثال في أنظمة الطاقة أو المحطات البيئية.
• زمن استجابة سريع: خاصة للعمليات الديناميكية (مثل الكشف عن الانفجارات أو قياسات الصدمات).
• المتانة: الحماية ضد الغبار والماء والاهتزازات والتأثيرات الكيميائية ودرجة الحرارة.
• قابلية المعايرة: إمكانية تتبع القيم المقاسة وفقًا للمعايير الوطنية.

تعد محولات الطاقة مكونات لا غنى عنها في جميع التطبيقات التقنية والصناعية والعلمية تقريبًا. وتتمثل مهمتها الرئيسية في التسجيل الدقيق للمتغيرات الحقيقية وتحويلها إلى إشارة قابلة للاستخدام. يسمح تنوع التقنيات المتاحة بالتكيف الدقيق مع مجموعة واسعة من مهام القياس. مع ظهور أجهزة الاستشعار الذكية (أجهزة الاستشعار الذكية) والتكامل في الأنظمة الرقمية، أصبح محول الطاقة بشكل متزايد مكونًا رئيسيًا في عصر الصناعة 4.0 وإنترنت الأشياء (IoT).

فيما يلي نظرة عامة على أهم النقاط التي يجب مراعاتها عند شراء محولات الطاقة.

يتطلب شراء محولات الطاقة لتسجيل المتغيرات الميكانيكية أو الحرارية أو الكهربائية أو الكيميائية الفيزيائية نظرة شاملة للمعايير التقنية والتطبيقية والاقتصادية. لا يتعلق الأمر بوظيفة القياس البحتة فحسب، بل يتعلق أيضًا بالتفاعل بين الدقة والمتانة والتكامل والمعايرة وتوافق النظام.

• وتتمثل الخطوة الأولى في تحديد الكمية الفيزيائية التي سيتم قياسها بالضبط وتحت أي ظروف:
• المتغيرات الميكانيكية: القوة والضغط وعزم الدوران والوزن
• المتغيرات الحرارية: درجة الحرارة، التدفق الحراري
• الكميات الكهربائية: الجهد، التيار، المقاومة، السعة
• المتغيرات الكيميائية الفيزيائية: قيمة الأس الهيدروجيني، الموصلية، التركيز، الرطوبة
• يتطلب كل من هذه المتغيرات تقنية حساس مختلفة - وبالتالي متطلبات مختلفة من حيث التصميم ومعالجة الإشارة والمواد.
• يعد اختيار مبدأ القياس الصحيح أمرًا بالغ الأهمية لتسجيل القيم المقاسة المطلوبة:
• مقاييس الإجهاد (DMS): للمتغيرات الميكانيكية مثل القوة والضغط
• المزدوجات الحرارية أو RTDs (Pt100): لقياسات درجة الحرارة
• تأثير القاعة أو الطرق الاستقرائية: للمتغيرات الكهربائية والمغناطيسية
• الأقطاب الكهربائية الانتقائية الأيونية أو المستشعرات الكيميائية البصرية: للمتغيرات الكيميائية الفيزيائية المقاسة
• يحدد اختيار مبدأ القياس الحساسية والمتانة ومعالجة الإشارة.
• يجب أن يتطابق اختيار المستشعر مع نطاق القياس المتوقع - ليس كبيرًا جدًا (فقدان الدقة) ولا صغيرًا جدًا (خطر التحميل الزائد).
• وفي الوقت نفسه، يجب التحقق من الدقة والدقة المطلوبة، اعتمادًا على ما إذا كان الأمر يتعلق بمراقبة العمليات الخام أو التطبيقات المختبرية عالية الدقة.
• من المهم بشكل خاص أن يكون محول الطاقة مناسبًا لحالة التركيب ميكانيكيًا:
• الحجم والهندسة: يجب أن يكون قادرًا على الاندماج في الأنظمة الحالية
• وضع التركيب: أفقي، عمودي، عمودي، متماثل الدوران
• خيارات التركيب: شفة، التركيب بالبراغي، أنظمة التوصيل
• توجيه الكابلات وأنواع الموصلات: يجب أن يتطابق مع الكابلات في الموقع
• اعتمادًا على البيئة، يجب أن يكون الحساس قويًا بشكل خاص:
• مقاومة التآكل: للعمليات الكيميائية أو في الهواء الطلق، على سبيل المثال
• مقاومة درجات الحرارة: للتطبيقات ذات درجات الحرارة العالية أو المبردة
• الضيق (فئة حماية IP): على سبيل المثال IP67 أو أعلى للرطوبة أو الأوساخ
• قدرة التحميل الميكانيكية: الاهتزاز والصدمات ونبضات الضغط
• يجب أن يكون محول الطاقة مناسبًا لتقنية التقييم الحالية وبيئة الأتمتة:
• الإشارات التناظرية: على سبيل المثال mV/V، 0-10 فولت، 4-20 مللي أمبير
• الواجهات الرقمية: على سبيل المثال CANopen و Modbus و EtherCAT و IO-Link
• التوافق مع أنظمة التحكم وأجهزة تسجيل البيانات
• حماية التوافق الكهرومغناطيسي EMC ومناعة التداخل: مهم بشكل خاص في البيئات الكهربائية أو الصناعية
• توفر المستشعرات التي تمت معايرتها فقط قيمًا مقيسة موثوقة، لذا فإن معايرة المصنع مع تقرير الاختبار هي الحد الأدنى من المتطلبات.
• معايرة DAkkkS أو ما يعادلها لأعلى المتطلبات، على سبيل المثال معايير الجودة وفقًا لمعيار ISO 9001 والسيارات والمستحضرات الصيدلانية.
• تضمن إمكانية التتبع للمعايير الوطنية إمكانية المقارنة. يجب تحديد دورات إعادة المعايرة وفقًا لكثافة الاستخدام.
• يجب أن يقيس محول الطاقة بثبات على مدى سنوات عديدة:
• لذلك، يجب تقييم نقطة الصفر وانحراف الحساس كدالة لدرجة الحرارة والتقادم والإجهاد الميكانيكي.
• يجب أخذ سلوك الزحف تحت الحمل الثابت في الاعتبار. خاصة بالنسبة للمتغيرات الميكانيكية.
• تعد المطابقة أمرًا بالغ الأهمية، خاصةً في البيئات الصناعية أو البيئات ذات الصلة بالسلامة:
• علامة CE وتوجيهات الاتحاد الأوروبي الخاصة بالمنتج.
• موافقة ATEX للأجواء القابلة للانفجار.
• مطابقة RoHS وREACH.
• متطلبات صناعية محددة مثل GMP (المستحضرات الصيدلانية)، ونقاط المراقبة الحرجة لتحليل المخاطر (HACCP) و SIL (صناعة المعالجة).
• ترتبط جودة محول الطاقة ارتباطًا وثيقًا بخبرة الشركة المصنعة ومراجعها والدعم الفني والمشورة التطبيقية.
• ليس سعر الوحدة فقط هو العامل الحاسم، بل الفعالية الإجمالية من حيث التكلفة.

إن التطبيق المحدد بوضوح، واختيار مبدأ القياس الصحيح، والاندماج المناسب في سلسلة القياس والدعم من الشركة المصنعة ذات الخبرة هي أمور مهمة بشكل خاص. هذه هي الطريقة الوحيدة لبناء نظام قياس دقيق ومستقر وقليل الصيانة بشكل دائم - بغض النظر عما إذا كان يقيس القوى الميكانيكية أو درجات الحرارة أو المتغيرات الكهربائية أو المعلمات الكيميائية الفيزيائية.

يمكن الحصول على محولات الطاقة من موردين مختلفين. يمكن العثور على معلومات شاملة عن مصنعي وموردي محولات الطاقة من جميع أنحاء العالم على صفحات التصدير.