اقرأ في هذا المقال
- المصطلحات الأساسية المتعلقة بمحول الطاقة
- أولاً الحساسية
- تصنيف أنواع محولات الطاقة
- خصائص أنواع محول الطاقة
- الخصائص الثابتة لمحول الطاقة
- الخصائص الديناميكية لمحول الطاقة
يمكن أن يكون محول الطاقة محولاً كهربائياً أو ميكانيكياً أو بصرياً أو صوتياً أو حرارياً أو كيميائياً، أو يمكن تشكيله من خلال الجمع بين هذه، وبشكل عام تتحقق كل من خصائص محول الطاقة مثل الثابت والديناميكي من أدائه وتحدد مدى فعاليته في التعرف على إشارات الإدخال المفضلة، وكذلك رفض المدخلات غير الضرورية.
المصطلحات الأساسية المتعلقة بمحول الطاقة:
أولاً: الحساسية:
الحساسية: هي قدرة النظام على إحداث التغيير المطلوب في المخرجات مع التغيير في المدخلات حيث يجب أن يكون محول الطاقة حساساً بدرجة كافية من أجل الحصول على نتائج دقيقة عند النواتج.
ثانياً: الخطية:
الخطية: هي الخاصية التي يتم من خلالها ملاحظة التغيير النسبي في المخرجات مع أي اختلاف في الإدخال المطبق.
ثالثاً: التكرار:
إنّها خاصية إنتاج نفس المخرجات طوال الوقت عندما يكون الإدخال المطبق هو نفسه مع الحفاظ على الظروف البيئية ثابتة.
تصنيف أنواع محولات الطاقة:
هناك طرق مختلفة لتصنيف المحولات التي تشمل، ولكن لا تقتصر على وظيفة محول الطاقة، وبخلاف ذلك هيكل حدوث عملها، حيث من السهل للغاية تصنيف محولات الطاقة، مثل محولات طاقة الإدخال والإنتاج، لكنها تعامل مثل محولات الإشارات البسيطة، كما تتمثل الوظيفة الرئيسية لمحول طاقة الإدخال في قياس الكميات من غير الكهربائية إلى الكهربائية.
ومن ناحية أخرى، تعمل محولات الطاقة على عكس ذلك تماماً؛ لأنّ إشاراتها الكهربائية هي إشارات إدخال، بينما غير الكهربائية هي إشارات نواتج، مثل الإزاحة والقوة والضغط وعزم الدوران وما إلى ذلك، كما يتم تصنيف المحولات إلى ثلاثة أنواع بناءً على مبدأ التشغيل مثل الكهرباء والحرارية و ميكانيكي، حيث يتم استخدام الطرق الثلاث التالية لتصنيف المحولات.
أولاً: التأثير المادي:
يمكن إجراء التصنيف الأول لمحول الطاقة بناءً على التأثير المادي، وهذا هو التصنيف الأول لمحول الطاقة الذي يعتمد على التأثير المادي، ويستخدم لتغيير الكمية من المادية إلى الكهربائية، فعلى سبيل المثال ستتغير عناصر النحاس داخل المقاومة بما يتناسب مع تغير درجة الحرارة، وفيما يلي التأثيرات الفيزيائية التي تستخدم للتغيير في المقاومة، في الحث وفي السعة وتأثير هول والتأثير الكهروضغطي.
ثانياً: الكمية المادية:
يمكن إجراء التصنيف الثاني لمحول الطاقة بناءً على الكمية المادية التي تم تغييرها، أي الاستخدام النهائي للمحول وراء التحويل، فعلى سبيل المثال محول طاقة الضغط هو محول طاقة يحول الضغط إلى إشارة كهربائية، كما يشمل تصنيف محول الطاقة على أساس الكمية المادية ما يلي:
- محول تدفق مثل مقياس التدفق.
- محول تسارع مثل مقياس التسارع.
- محول درجة الحرارة مثل الحرارية.
- مستوى محول مثل أنبوب عزم الدوران.
- محول ضغط مثل مقياس بوردون.
- محول الإزاحة مثل المحول التفاضلي الخطي المتغير “LVDT”.
- محول القوة مثل الديناموميتر “dynamometer”.
ثالثاً: مصدر للطاقة:
يمكن تصنيف المحولات بناءً على مصدر الطاقة من خلال نوعين يشتملان على ما يلي:
1- محولات الطاقة النشطة:
في هذا النوع من المحولات، يمكن استخدام طاقة الإدخال كإشارة تحكم أثناء نقل الطاقة باستخدام مصدر طاقة نحو الإنتاج النسبي، وعلى سبيل المثال في محول طاقة نشط مثل مقياس الضغط، يمكن تغيير السلالة إلى مقاومة، ومع ذلك نظراً لأنّ طاقة العنصر المجهد أقل، يمكن إعطاء الطاقة للإنتاج من خلال مصدر طاقة خارجي.
2- محولات الطاقة السلبية:
في هذا المحول، يمكن تحويل طاقة الإدخال مباشرة إلى النواتج، فعلى سبيل المثال يمكن تحويل محول سلبي، مثل المزدوج الحراري في أي مكان يمكن فيه امتصاص الطاقة الحرارية من المدخلات إلى جهد أو إشارات كهربائية.
رابعاً: مبدأ التنبيغ:
يمكن تصنيف محول الطاقة بناءً على وسيط التحويل، وهنا قد يكون الوسيط سعوياً أو مقاوماً أو حثياً وذلك استناداً إلى طريقة التحويل التي توضح كيفية قيام محول الإدخال بتغيير إشارة الإدخال إلى مقاومةومحاثة وسعة على التوالي.
خامساً: محول الطاقة الابتدائي والثانوي:
يشمل محول الطاقة الأساسي الأجهزة الكهربائية والميكانيكية، حيث تسمى الأجهزة الميكانيكية أيضاً بالمحولات الأولية، والتي تُستخدم لتغيير كمية “i / p” المادية إلى إشارة ميكانيكية، كما تُستخدم الوظيفة الرئيسية لمحول طاقة ثانٍ لتغيير الإشارة من ميكانيكية إلى كهربائية، حيث يعتمد حجم إشارة “o / p” بشكل أساسي على إشارة “i / p” الميكانيكية.
مثال على محول الطاقة الابتدائي والثانوي:
أفضل مثال على محول الطاقة الأساسي والثانوي هو أنبوب بوردون، لأنّ الأنبوب يعمل مثل محول طاقة أساسي لملاحظة القوة، وكذلك تغييره إلى خلع من نهايته المفتوحة، كما يؤدي إزالة الأطراف المفتوحة إلى تحريك مركز “LVDT”.
حيث يمكن للحركة المركزية أن تحفز جهد الناتج المرتبط مباشرة بإزالة طرف الأنبوب المفتوح، لذلك يتم إجراء نوعي التوصيل داخل الأنبوب، وأولاً يمكن تغيير القوة إلى إزالة، وبعد ذلك يتم تغييرها إلى جهد باستخدام “LVDT”، أمّا أنبوب بوردون هو المحول الرئيسي، بينما “LVDT” هو محول الطاقة الثانوي.
- “i / p” هي اختصار لـ “Input Power”.
- “o / p” هي اختصار لـ “Output Power”.
- “LVDT” هي اختصار لـ “Linear Variable Differential Transformer”.
سادساً: محول تماثلي ورقمي:
يمكن أن يتم تصنيف محول الطاقة بناءً على إشارات النواتج الخاصة بهم والتي تكون منفصلة بخلاف ذلك كما تتمثل الوظيفة الرئيسية لمحول الطاقة التماثلي في تغيير كمية المدخلات إلى وظيفة ثابتة، أمّا أفضل الأمثلة على محول الطاقة التماثلية هي “LVDT” والمزدوجة الحرارية ومقياس الإجهاد والثرمستور كما تُستخدم المحولات الرقمية لتغيير كمية المدخلات إلى إشارة رقمية تعمل بطاقة منخفضة أو عالية.
كما يتم استخدام محول رقمي لقياس الكميات المادية لنقل البيانات مثل الإشارات الرقمية المشفرة بدلاً من مثل الفولتية أو التيارات المتغيرة باستمرار، وأنواع المحولات الرقمية هي أجهزة ترميز العمود والمحللات الرقمية وأجهزة قياس سرعة الدوران الرقمية ومستشعرات تأثير القاعة ومفاتيح الحد.
سابعاً: محول ومحول معكوس:
محول الطاقة: هو الجهاز الذي يحول الكمية غير الكهربائية إلى كمية كهربائية باسم محول الطاقة.
محول الطاقة المعكوس: هو المحول الذي يحول الكمية الكهربائية إلى كمية فيزيائية، كما يُعرف هذا النوع من المحولات باسم المحول المعاكس، حيث يحتوي محول الطاقة على مدخلات كهربائية عالية ومخرجات غير كهربائية منخفضة.
ثامناً: محول مقياس الضغط:
تتمثل الوظيفة الرئيسية لمحول طاقة مقياس الإجهاد في تحويل الكميات الفيزيائية كهربائياً، حيث تعمل من خلال تغيير الكميات الفيزيائية إلى ضغط ميكانيكي داخل مكون يعرف باسم عنصر الاستشعار، وبعد ذلك يتم تحويل الضغط كهربائياً باستخدام مقياس الضغط، كما تم تصميم هيكل عنصر الاستشعار بالإضافة إلى مقياس الضغط، على النحو الأمثل لمنح معالجة ومنتجات دقة فائقة.
يتم تصنيف هذه المحولات بشكل عام بناءً على تطبيقها على أنواع البناء أو الهندسة المدنية أو الأنواع العامة، حيث يتم استخدام بعض محولات الطاقة من النوع العام في مجال البناء أو الهندسة المدنية، أمّا أنواع محولات قياس الإجهاد هي مقياس إجهاد الأسلاك ومقياس إجهاد الرقائق ومقياس إجهاد أشباه الموصلات.
تاسعاً: محول حثي:
يعمل محول الطاقة الاستقرائي على مبدأ تغيير الحث بسبب تحويل ملموس ضمن الكمية المراد قياسها فعلى سبيل المثال “LVDT” هو نوع محول استقرائي، حيث يستخدم لقياس الإزاحة مثل تباين الجهد بين الفولتية الثانوية، وهذه الفولتية هي نتيجة الحث بسبب تغير التدفق داخل الملف الثانوي عن طريق إزالة قضيب الحديد، أمّا أنواع محول الطاقة الاستقرائي هي الحث البسيط والحث المتبادل ثنائي الملف.
خصائص أنواع محول الطاقة:
فيما يلي خصائص محول الطاقة التي يتم تحديدها من خلال فحص استجابة “o / p” لمحول طاقة لمجموعة متنوعة من إشارات “i / p”، أمّا ظروف الاختبار تخلق ظروف تشغيل محددة بأكبر قدر ممكن كما يمكن تطبيق أساليب الإحصاء الحسابي والقياسي على بيانات الاختبار.
تلعب خصائص محول الطاقة دوراً رئيسياً أثناء اختيار محول الطاقة المناسب، خاصةً لتصميم معين، لذا فإنّ معرفة خصائصه أمر ضروري للاختيار المناسب، لذلك يتم تصنيف خصائص محول الطاقة إلى نوعين، مثل ثابت وديناميكي.
- الدقة.
- الهدف.
- الحساسية.
- المغزى.
- التوافق.
- الامتداد.
- التوهين.
- التشوه.
- الخطية.
- الحساسية.
- العتبة.
- المدى والمجال.
- الاستقرار.
- التكرار.
- الإستجابة.
- المدخلات و”O / P” الممانعات.
الخصائص الثابتة لمحول الطاقة:
الخصائص الثابتة للمحول: هي مجموعة من معايير الفعل التي يتم التعرف عليها خلال المعايرة الساكنة، ممّا يعني شرح قيمة القياس من خلال الحفاظ بشكل أساسي على الكميات المحسوبة؛ لأنّ القيم الثابتة تتغير ببطء شديد.
بالنسبة للأدوات، يمكن تحديد مجموعة المعايير لحساب الكميات التي تتغير تدريجياً بمرور الوقت، وإلّا فإنّ الثابت في الغالب الذي لا يختلف عبر الوقت يُعرف بالخصائص الثابتة.
الخصائص الديناميكية لمحول الطاقة:
تنتقل الخصائص الديناميكية للمحول نحو أدائه بمجرد أن تكون السعة المقاسة دالة للوقت تتغير بسرعة فيما يتعلق بالوقت، وبمجرد أن تعتمد هذه الخصائص على أداء محول الطاقة، تكون الكمية المقاسة ثابتة بشكل أساسي، لذلك تعتمد هذه الخصائص على المدخلات الديناميكية؛ لأنّها تعتمد على معلماتها الخاصة وخصائص إشارة الإدخال، كما تشمل الخصائص الديناميكية لمحول الطاقة ما يلي.
- سرعة الاستجابة.
- خطأ ديناميكي.
