شرح مستشعر السرعة: الأنواع ومبدأ العمل والتطبيقات ودليل الاختبار

يعد مستشعر السرعة مكونا رئيسيا يستخدم لقياس سرعة الأجزاء الدوارة أو المتحركة في أنظمة السيارات والصناعية والفضاء والأتمتة. يقوم بتحويل الحركة إلى إشارات كهربائية تستخدمها وحدات التحكم للمراقبة الفعلية وردود فعل النظام. تشرح هذه المقالة كيفية عمل مستشعرات السرعة وبنائها وأنواعها وتطبيقاتها وأعراض الفشل وطرق الاختبار.

ج 1. نظرة عامة على مستشعر السرعة

ج 2. ميزات مستشعرات السرعة

ج 3. بناء مستشعر السرعة

ج 4. تطبيقات مستشعرات السرعة

ج 5. أعراض مستشعر السرعة وأسباب الفشل

ج 6. أنواع مستشعرات السرعة

ج 7. كيف تختبر مستشعر السرعة؟

ج 8. مستشعر السرعة مقابل التشفير مقابل مقياس سرعة الدوران

ج 9. استنتاج

ج 10. الأسئلة المتكررة [FAQ]

نظرة عامة على مستشعر السرعة

مستشعر السرعة هو جهاز كهروميكانيكي يكتشف سرعة الدوران (RPM) أو السرعة الخطية لجسم متحرك ويحول هذه الحركة إلى إشارة كهربائية. في أنظمة السيارات ، يوفر بيانات السرعة في الوقت الفعلي لوحدات التحكم مثل وحدة التحكم في المحرك (ECU) أو وحدة التحكم في مجموعة نقل الحركة (PCM) أو نظام الفرامل المانعة للانغلاق (ABS) أو وحدة التحكم في ناقل الحركة (TCM). تسمح هذه الإشارة لهذه الأنظمة بضبط معلمات التوقيت والتحول والجر والثبات من أجل التشغيل الأمثل للمركبة.

عادة ما تكون مستشعرات السرعة أجهزة غير متلامسة ، مما يعني أنها لا تلمس الجزء الدوار فعليا. يمنع هذا التصميم التآكل الميكانيكي ويطيل عمر المستشعر في البيئات القاسية مثل المحركات وناقل الحركة ومحاور العجلات.

ميزات أجهزة استشعار السرعة

بناء مستشعر السرعة

على الرغم من أن مستشعرات السرعة عبارة عن مكونات مدمجة ، إلا أن بنائها الداخلي مصمم لضمان المتانة والدقة وإخراج الإشارة الموثوق به في بيئات التشغيل القاسية مثل فتحات المحركات ومحاور العجلات والمحركات الصناعية وأنظمة التوربينات. في حين أن التصميمات قد تختلف حسب نوع المستشعر ، فإن معظم مستشعرات السرعة المغناطيسية ، مثل مستشعرات تأثير القاعة ومستشعرات التردد المتغير (VR) ، تشترك في المكونات الرئيسية التالية:

• مبيت المستشعر: عادة ما يكون الغلاف الخارجي مصنوعا من البلاستيك عالي الحرارة أو الفولاذ المقاوم للصدأ أو الألومنيوم. إنه يحمي الإلكترونيات الحساسة من الغبار والزيت وحطام الطريق والرطوبة والاهتزاز. في تطبيقات السيارات ، غالبا ما يتم إغلاق العلب وفقا للمعايير البيئية IP67 أو IP68 لمنع دخول الرطوبة.

• مغناطيس أو قلب حديدي ناعم: تستخدم المستشعرات المغناطيسية إما مغناطيسا دائما أو نواة من الحديد الناعم المغناطيسي لإنشاء مجال مغناطيسي حول منطقة الاستشعار. عندما يمر سن التروس أو حلقة النغمة ، فإنه يزعج المجال المغناطيسي ، مما يتيح اكتشاف السرعة. تستخدم مستشعرات القاعة مغناطيسا دائما ، بينما تستخدم مستشعرات الواقع الافتراضي نوى حديدية ناعمة.

• دائرة القاعة المتكاملة (IC) أو ملف الاستشعار: هذا هو قلب المستشعر. في مستشعرات تأثير القاعة ، يكتشف IC لأشباه الموصلات تغيرات المجال المغناطيسي ويخرج نبضات رقمية. في مستشعرات الواقع الافتراضي ، يولد ملف استشعار النحاس الملفوف حول قلب مغناطيسي إشارات جهد بناء على اختلافات التدفق المغناطيسي.

• دائرة تكييف الإشارة: غالبا ما تكون الإشارة الأولية من عنصر الاستشعار ضعيفة جدا أو صاخبة بحيث لا يمكن تفسيرها مباشرة بواسطة وحدة التحكم. تعمل الدائرة الإلكترونية المدمجة على تضخيم الإشارة وتصفيتها وتحويلها إلى مخرج قابل للاستخدام ، وعادة ما تكون موجة مربعة رقمية لأجهزة استشعار Hall أو إخراج تناظري على شكل مستشعرات VR. تشتمل بعض المستشعرات أيضا على منظمات مدمجة ودوائر تغذية مرتدة تشخيصية.

• دبابيس أو أطراف الموصل: تنقل جهات الاتصال الكهربائية هذه إشارة المستشعر إلى وحدة التحكم في المحرك (ECU) أو وحدة التحكم في ناقل الحركة (TCM) أو وحدة ABS. عادة ما يتم تصميم الموصلات بمشابك قفل لمنع الانفصال العرضي وقد تتضمن جهات اتصال مطلية بالذهب لتحسين الموصلية ومقاومة التآكل.

• كابل محمي أو تسخير الأسلاك: يمكن أن تتداخل الضوضاء عالية التردد من أنظمة الإشعال والمولدات والمحركات مع إشارات المستشعر. تمنع الكابلات المحمية التداخل الكهرومغناطيسي (EMI) وتداخل الترددات الراديوية (RFI) ، مما يضمن قراءات دقيقة للسرعة ، خاصة في تطبيقات ABS والتحكم في المحرك.

• أجهزة التركيب: يجب تثبيت المستشعر بإحكام مع محاذاة دقيقة للحفاظ على فجوة الهواء الصحيحة بين المستشعر والهدف الدوار. قد تشمل أحكام التركيب الأجسام الملولبة أو حوامل الحافة أو الأقواس أو الحلقات O أو فتحات البراغي. يمنع التركيب الميكانيكي المناسب تلف الاهتزاز ويضمن التشغيل المستقر.

تطبيقات أجهزة استشعار السرعة

• تم العثور على مستشعرات سرعة صناعة السيارات في كل نظام مركبة تقريبا. يقيسون سرعة العجلة ل ABS والتحكم في الجر ، ويراقبون سرعة العمود المرفقي وعمود الحدبات لتوقيت الإشعال الدقيق ، والتحكم في سرعات عمود الإخراج وإدخال النقل لنقل التروس ، وإرسال البيانات إلى عداد السرعة وأنظمة التحكم في الثبات. بدون مستشعرات السرعة ، لن تعمل إدارة المحرك الحديثة وميزات السلامة.

• تطبيقات الفضاء ، تستخدم مستشعرات السرعة للمراقبة الدقيقة في ظروف التشغيل القاسية. إنهم يتتبعون دورة التوربينات في الدقيقة في المحركات النفاثة ، ويراقبون سرعات علبة التروس في طائرات الهليكوبتر ، ويقدمون ملاحظات دوران مهمة لمشغلات التحكم في الطيران. تضمن هذه المستشعرات أداء نظام الدفع الآمن وتساعد على منع الأعطال الميكانيكية أثناء الطيران.

• الأتمتة الصناعية ، وتستخدم مستشعرات السرعة لردود الفعل للمحرك في محركات التردد المتغير (VFDs) ، ومراقبة سرعة الناقل ، وأنظمة التشفير لقياس الموضع والدوران. إنها تدعم التحكم الدقيق في خطوط التصنيع الآلية والمضخات والضواغط وآلات CNC.

• تسمح الروبوتات وأجهزة استشعار السرعة للروبوتات بالتحرك بدقة وثبات. إنها توفر ملاحظات الحركة للمحركات المؤازرة ، وتتحكم في مواضع مفصل الذراع الروبوتية ، وتمكن من قياس سرعة العجلة بدقة في الروبوتات المتنقلة. تستخدم أجهزة التشفير ومستشعرات سرعة Hall Effect بشكل شائع في حلقات التحكم في الحركة الروبوتية.

• الصناعة البحرية ، تراقب مستشعرات السرعة دوران عمود المروحة ، وعدد دورات المحرك في الدقيقة ، وسرعة المولد في السفن والقوارب والمحركات البحرية. إنها تشكل جزءا من أنظمة الملاحة وتضمن قوة الدفع الفعالة وأداء المحرك أثناء العمليات البحرية.

• البناء والآلات الثقيلة ، وتستخدم مستشعرات السرعة للتحكم في أنظمة القيادة الهيدروليكية ، ومراقبة حركة العجلة أو المسار في الجرافات والحفارات ، وتنظيم سرعة الرافعة والرافعة ، وتحسين الاستقرار والسلامة أثناء عمليات الرفع الثقيلة.

• أنظمة السكك الحديدية والعسكرية ، وأجهزة استشعار السرعة تقيس سرعة محرك الجر في القاطرات ، وتزامنة أنظمة الكبح ، وتراقب دوران مجموعة نقل الحركة في المركبات المدرعة. كما أنها تستخدم في التحكم في دوران البرج وأنظمة توجيه الصواريخ حيث يكون قياس الحركة بدقة أمرا بالغ الأهمية.

• تطبيقات الطاقة المتجددة وأجهزة استشعار السرعة ضرورية في توربينات الرياح والمولدات الكهرومائية. إنها تراقب سرعة عمود التوربينات ، وتتحكم في آليات ميل الشفرة ، وتمنع ظروف السرعة الزائدة لحماية المعدات وتحسين توليد الطاقة.

أعراض مستشعر السرعة وأسباب الفشل

يمكن أن تؤثر مشاكل مستشعر السرعة على أداء المحرك وتشغيل ناقل الحركة وكبح ABS وأنظمة التحكم في الجر. عادة ما تحدث حالات الفشل بسبب تلف المستشعر أو مشكلات الأسلاك أو التداخل المغناطيسي. فيما يلي الأعراض الأكثر شيوعا وأسبابها المحتملة:

أنواع مستشعرات السرعة

تعمل مستشعرات السرعة باستخدام مبادئ استشعار مختلفة اعتمادا على متطلبات الدقة والظروف البيئية واحتياجات نظام التحكم. تشمل الأنواع الرئيسية ما يلي:

مستشعرات سرعة تأثير القاعة

تكتشف مستشعرات تأثير القاعة التغيرات في المجالات المغناطيسية من ترس دوار أو حلقة نغمة. إنها تنتج ناتجا رقميا للنبض وتعمل بشكل جيد بسرعات منخفضة ، مما يجعلها مثالية لاستشعار ABS والعمود المرفقي وعمود الحدبات.

مستشعرات التردد المتغير (VR)

تولد مستشعرات الواقع الافتراضي إشارة جهد تيار متردد بناء على تغيرات التدفق المغناطيسي. إنها بسيطة ومتينة ومناسبة للقياس عالي السرعة في المحركات والمعدات الصناعية.

مستشعرات المقاومة المغناطيسية (MR)

تكتشف هذه المستشعرات الاختلافات الدقيقة في المجال المغناطيسي بحساسية ودقة عالية. يتم استخدامها في الروبوتات والتحكم الدقيق في الحركة.

مشفرات السرعة الضوئية

باستخدام مصدر الضوء وكاشف الضوئي ، توفر أجهزة التشفير الضوئية مخرجات نبضات رقمية عالية الدقة لآلات CNC والمحركات المؤازرة ومعدات الأتمتة.

مستشعرات السرعة السعوية

تكشف هذه التغيرات في السعة بين الهدف الثابت والدوار. إنها مناسبة للتطبيقات الصناعية منخفضة السرعة حيث تكون المستشعرات المغناطيسية غير مناسبة.

مستشعرات التيار الدوامي

باستخدام التيارات الكهربائية المستحثة في الأهداف المعدنية ، توفر هذه التيارات اكتشافا قويا عن عدم الاتصال في التوربينات والضواغط والآلات الثقيلة.

كيفية اختبار مستشعر السرعة؟

تختلف إجراءات الاختبار بناء على نوع مستشعر السرعة أو تأثير القاعة (رقمي) أو التردد المتغير (التناظري). قبل الاختبار ، افحص بصريا المستشعر ومجموعة الأسلاك وحلقة النغمة بحثا عن التلف المادي أو التوصيلات المفكوكة أو الحطام المعدني. ارجع دائما إلى مواصفات الشركة المصنعة لمعرفة مستويات الجهد الصحيحة وقيم المقاومة.

اختبار مستشعر سرعة تأثير القاعة (3 أسلاك)

تستخدم مستشعرات القاعة بشكل شائع في تطبيقات ABS وعمود الحدبات والعمود المرفقي. ينتجون إشارة نبضة رقمية (0-5 فولت أو 0-12 فولت) اعتمادا على تصميم النظام.

ألوان الأسلاك النموذجية:

• أحمر (أو أصفر) - مصدر الجهد من وحدة التحكم الإلكترونية (عادة 5 فولت أو أحيانا 12 فولت)

• أسود (أو بني) - مطحون

• سلك الإشارة - الإخراج إلى وحدة التحكم الإلكترونية

خطوات الاختبار:

(1) التحقق من مصدر الطاقة: اضبط المقياس المتعدد على فولت التيار المستمر. افحص أسلاك الطاقة والأرض مع تشغيل الإشعال. القراءة المتوقعة: ~ 5 فولت من وحدة التحكم الإلكترونية (أو 12 فولت لبعض الأنواع).

(2) تحقق من أرض المستشعر: قم بقياس قطرات الجهد بين أرض المستشعر والطرف السالب للبطارية. يجب أن تكون القراءة قريبة من 0 فولت. تشير القراءة العالية إلى ضعف التأريض.

(3) اختبار إخراج الإشارة: قم بفحص سلك الإشارة الخلفي أثناء تدوير العجلة أو الترس المستهدف. الإخراج المتوقع: نبض سريع بين 0 فولت و 5 فولت (أو 12 فولت). لا توجد نبضة تشير إلى فشل المستشعر أو الأسلاك المكسورة أو فجوة الهواء غير الصحيحة.

اختبار مستشعر التردد المتغير (VR) (2 سلك)

مستشعرات الواقع الافتراضي هي مستشعرات سلبية تستخدم في أنظمة ABS القديمة والعديد من تطبيقات RPM للمحرك. أنها تنتج إشارات جهد التيار المتردد التي تزداد مع السرعة.

• إعداد الأسلاك: سلكان مستشعر (لا يوجد مصدر طاقة خارجي)

خطوات الاختبار:

(1) قياس المقاومة: قم بإيقاف تشغيل الإشعال وافصل المستشعر. قم بقياس المقاومة عبر دبابيس المستشعر. القراءة النموذجية: 200-1500 أوم (يختلف حسب التصميم). تشير المقاومة اللانهائية إلى دائرة مفتوحة.

(2) تحقق من خرج جهد التيار المتردد: اضبط المقياس المتعدد على جهد التيار المتردد. أعد توصيل المستشعر والمسبار الخلفي أثناء تدوير الترس. القراءة المتوقعة: 0.2 فولت إلى 2 فولت تيار متردد بسرعة منخفضة ، وتزداد مع سرعة الدوران.

(3) تحقق من الاستمرارية إلى وحدة التحكم الإلكترونية: افحص الأسلاك بحثا عن السراويل القصيرة إلى التوصيلات الأرضية أو المكسورة.

مستشعر السرعة مقابل التشفير مقابل مقياس سرعة الدوران

الخلاصة

تساعد مستشعرات السرعة في أداء السيارة وأنظمة السلامة والأتمتة الصناعية. يساعد فهم تشغيلها وخصائصها وعلامات الفشل في التشخيص الدقيق وأداء النظام الموثوق. سواء كان مستشعر Hall Effect في السيارة أو جهاز تشفير في الروبوتات الصناعية ، توفر مستشعرات السرعة الملاحظات اللازمة لحركة سلسة ومضبوطة. يمكن أن يؤدي الفحص المنتظم والاختبار المناسب إلى إطالة عمر الخدمة ومنع فشل النظام المكلف.

الأسئلة المتكررة [FAQ]

ما هو الفرق بين مستشعر سرعة العجلة ومستشعر سرعة السيارة (VSS)؟

يقيس مستشعر سرعة العجلة سرعة العجلات الفردية ل ABS والتحكم في الجر ، بينما يقيس مستشعر سرعة السيارة (VSS) سرعة خرج ناقل الحركة الإجمالية لحساب سرعة السيارة لوحدة التحكم الإلكترونية وعداد السرعة.

هل يمكن أن يؤثر مستشعر السرعة السيئة على الاقتصاد في استهلاك الوقود؟

نعم. إذا تلقت وحدة التحكم الإلكترونية بيانات سرعة غير صحيحة ، فقد تقوم بضبط أنماط حقن الوقود والتحول بشكل غير فعال ، مما يتسبب في ضعف الاقتصاد في استهلاك الوقود وزيادة حمل المحرك.

ما هي المدة التي تستغرقها مستشعرات السرعة عادة؟

تدوم معظم مستشعرات سرعة OEM من 80,000 إلى 150,000 كم في ظل الظروف العادية ، ولكن يمكن تقصير العمر الافتراضي عن طريق التعرض للحطام أو الحرارة أو الاهتزاز أو تآكل الأسلاك.

هل يمكنني تنظيف مستشعر السرعة بدلا من استبداله؟

نعم ، يمكن تنظيف مستشعرات السرعة المغناطيسية غالبا إذا كانت نشارة المعادن أو تراكم الأوساخ تؤثر على خرج الإشارة. قم بإزالة المستشعر بعناية وتنظيف الطرف باستخدام منظف الفرامل أو قطعة قماش ناعمة ، وتجنب إتلاف الأسلاك.

هل من الآمن القيادة باستخدام مستشعر سرعة معيب؟

لا ينصح به. يمكن أن يتسبب مستشعر السرعة السيئ في فقدان نظام ABS أو التحكم في الجر أو التحول غير الصحيح أو قوة المحرك المحدودة (وضع العرج) ، مما يزيد من خطر وقوع حوادث.