مستشعر رقمي

المستشعر الرقمي هو مستشعر إلكتروني أو كهروكيميائي ، حيث تُحوّل البيانات رقميًا وتُرسل. تُستخدم المستشعرات غالبًا في القياسات التحليلية، مثل قياس الخصائص الكيميائية والفيزيائية للسوائل. ومن أمثلة المعايير المقاسة: الرقم الهيدروجيني ، والتوصيل الكهربائي ، والأكسجين، وجهود الأكسدة والاختزال . تُستخدم هذه القياسات في العالم الصناعي ، وتُقدّم مدخلات حيوية للتحكم في العمليات .

استُخدمت المستشعرات التناظرية في الماضي، لكن المستشعرات الرقمية هيمنت في عصر المعالجات الدقيقة . وتُناقش في هذا المقال الفروقات بين النوعين، وأسباب تطوير المستشعرات الرقمية.

تُعدّ المستشعرات الرقمية الجيل الحديث من المستشعرات التناظرية. وتحلّ المستشعرات الرقمية محلّ المستشعرات التناظرية تدريجياً، لأنها تتغلب على عيوب أنظمة المستشعرات التناظرية التقليدية (انظر الفصل 3 - أي كتاب؟).

تُعدّ المستشعرات الإلكترونية والكيميائية الكهربائية عادةً جزءًا من سلسلة القياس. تتألف سلسلة القياس من المستشعر نفسه، وكابل، وجهاز إرسال. في الأنظمة التناظرية التقليدية، يحوّل المستشعر مُعامل القياس (مثل قيمة الرقم الهيدروجيني) إلى إشارة كهربائية تناظرية. تُوصَّل هذه الإشارة الكهربائية التناظرية بجهاز الإرسال عبر كابل. يقوم جهاز الإرسال بتحويل الإشارة الكهربائية إلى شكل قابل للقراءة (شاشة عرض، مخرجات تيار، نقل بيانات عبر ناقل، إلخ).

غالباً ما لا يكون المستشعر والكابل متصلين بشكل دائم، بل عبر موصلات كهربائية. هذا التصميم التقليدي، الذي يعتمد على الموصلات ونقل التيارات الصغيرة عبر الكابل، له أربعة عيوب رئيسية:

1) الرطوبة وتآكل الموصل يؤديان إلى تشويه الإشارة.

2) يجب أن يكون الكابل محميًا وذو جودة عالية جدًا لمنع إشارة القياس من أن تتغير بسبب الضوضاء الكهرومغناطيسية.

3) لا يمكن معايرة المستشعر أو ضبطه حتى يتم تركيبه، لأنه لا يمكن إهمال تأثير الكابل (الطول، المقاومة ، المعاوقة ).

4) طول الكابل محدود.

طُوّرت أجهزة الاستشعار الرقمية للتغلب على عيوب أجهزة الاستشعار التناظرية التقليدية. وتُستخدم هذه الأجهزة على نطاق واسع في معالجة المياه والعمليات الصناعية، حيث تقيس معايير مثل الرقم الهيدروجيني، وجهد الأكسدة والاختزال ، والتوصيل الكهربائي ، والأكسجين المذاب ، والأمونيوم ، والنترات ، ونسبة الكربون العضوي في الماء، والعكارة . ويتكون نظام الاستشعار الرقمي من المستشعر نفسه، وكابل، وجهاز إرسال. وتتمثل الاختلافات بينه وبين أنظمة الاستشعار التناظرية فيما يلي:

أ) يحتوي المستشعر على شريحة إلكترونية. تُحوّل إشارة القياس مباشرةً إلى إشارة رقمية داخل المستشعر. كما أن نقل البيانات عبر الكابل يتم رقميًا أيضًا. لا يتأثر هذا النقل الرقمي للبيانات بطول الكابل أو مقاومته أو معاوقته، ولا يتأثر بالتشويش الكهرومغناطيسي. يمكن استخدام الكابلات القياسية.

ب) يمكن أن يكون الاتصال بين المستشعر والكابل لاسلكيًا ، ويتم عن طريق الاقتران الحثي. وبذلك، لم تعد الرطوبة وما يصاحبها من تآكل مشكلة. كما قد تكون كابلات الألياف الضوئية خيارًا بديلًا للوصلات الطويلة أو تلك التي تتعرض لتأثيرات كهرومغناطيسية قوية.

ج) يمكن معايرة المستشعر بشكل منفصل عن النظام.

• مستشعر الصورة

(اللغة الألمانية، العناوين مترجمة إلى الإنجليزية)

• H. جالستر: pH-Messung (قياس الرقم الهيدروجيني)، 1990، VCH Verlagsgesellschaft mbH، ISBN 3-527-27836-2
• CH Hamann, W. Vielstich: الكيمياء الكهربائية I (الكيمياء الكهربائية I)، 1975، Verlag Chemie، ISBN 3-527-21039-3
• Schröter / Lautenschläger / Bibrack: Taschenbuch der Chemie (كتاب الجيب للكيمياء)، 2001، Verlag Harri Deutsch ، ISBN 3-8171-1472-9
• يو تيتز، الفصل. شينك: Halbleiter-Schaltungstechnik (تقنية دوائر أشباه الموصلات)، 2010، Springer Verlag، ISBN 978-3-642-01621-9