تعمل مقاييس الجهد الغشائية على تبسيط استشعار الموضع

يناقش كيف غيرت مقاييس فرق الجهد الغشائية الطريقة التي يفكر بها المهندسون في الاستشعار وكيف تتحسن مقاييس فرق الجهد الميكانيكية.

بواسطة Guido Woska

لقد غيرت مقاييس فرق الجهد الغشائية الطريقة التي يفكر بها المهندسون في الاستشعار. تتميز مقاييس الجهد الغشائية فائقة المسطحة بسمك 0.5 مم (0.05 سم) بخصائص منتج مماثلة لمقاييس الجهد التقليدية ، ولكنها تتميز بحرية التصميم بتكاليف أقل بكثير.

يمكن استخدام مقاييس فرق الجهد الغشائية اليوم في نفس التطبيقات مثل مقاييس فرق الجهد التقليدية ، ويمكن أيضًا استخدامها في المناطق ذات المساحات المحدودة. يمكن أن تتبع الوظيفة النموذج ، وهي ميزة لا تُرى غالبًا باستخدام مقاييس فرق الجهد الميكانيكية.

نظرًا لأن معظم منتجي مقاييس الجهد الغشائية يقدمون منتجات مخصصة بجهود أدوات صغيرة فقط ، فإن التكاليف تنافسية ، حتى بالنسبة لكميات النماذج الأولية الصغيرة. تم العثور على ثلاث مزايا إضافية في البناء الأساسي لمقياس جهد الغشاء: القدرة على
تكون مختومة بالكامل ؛ إمكانية تصميم عمود مجوف ؛ والعديد من خيارات المساحات ، بما في ذلك التشغيل اليدوي.

يمكن إغلاق معظم منتجات مقياس الجهد الغشائي بمعدل يصل إلى IP65 (NEMA4x) وأعلى. تتطلب مقاييس فرق الجهد التقليدية تجميعًا صعبًا للممسحة ، لا سيما في مجموعة "عمود مجوف" ، والتي تكون أكثر موثوقية وفعالية من حيث التكلفة. بسبب الطبيعة البسيطة للعديد من مقاييس فرق الجهد الغشائية ، فإن مثل هذه التعديلات الفنية ليست مطلوبة. يمكن أن تكون ممسحة مقياس الجهد الغشائي بسيطة مثل مقبض بلاستيكي صغير ينزلق عبر السطح ولا يتطلب أي اتصال كهربائي خارجي. يمكن أيضًا تشغيل معظم مقاييس فرق الجهد الغشائية عن طريق تحريك إصبع فوق سطحه ، بل إن بعضها يوفر نسخًا مغناطيسية بدون تلامس.

خصائص التصميم

بشكل عام ، مقياس الجهد الغشائي عبارة عن مقسم للجهد - يتم إنشاؤه كدائرة مفتوحة تعطي ناتجًا فقط عندما تربط الماسحة الدائرتين العلوية والسفلية عن طريق الضغط على سطح الغشاء. يتم إنشاء التباعد بين الدائرة العلوية والسفلية بشكل أساسي من مادة لاصقة مانعة للتسرب ، والتي تسمح لمقياس الجهد بإغلاقه ضد العوامل البيئية الخارجية ، مثل الرطوبة أو الغبار. يتطلب هذا اللاصق التباعد عرضًا لا يقل عن 2 إلى 3 مم (0.2 إلى 0.3 سم) على جميع جوانب مقياس جهد الغشاء. يجب أن يكون العرض المثالي للمنطقة النشطة المقاومة بين 3 و 6 مم (0.3 و 0.6 سم) ، ولكن يمكن أيضًا أن يمتد إلى 10 مم (1 سم) أو حتى 12 مم (1.2 سم). يمكن أن يصل طول العناصر الخطية إلى 760 مم (76 سم) في الطول النشط ، بينما يمكن أن يصل قطر العناصر الدوارة ذات الفتحة المركزية من 20 مم (2 سم) إلى قطر 450 مم (45 سم) تقريبًا.

تتوافق دورة الحياة ودرجة حرارة التشغيل مع تلك الخاصة بمقاييس الجهد الميكانيكية التي تزيد عن 20 مليون حركة ، اعتمادًا على التصميم ، حتى 100 مليون عملية ممكنة. يمكن أن تتراوح درجة حرارة التشغيل من -40 درجة مئوية إلى + 85 درجة مئوية (140 درجة فهرنهايت إلى 185 درجة فهرنهايت) وهناك أنظمة قيد التطوير يمكنها تحمل درجات حرارة تصل إلى 125 درجة مئوية (257 درجة فهرنهايت).

نظرًا لتصميم مقاييس فرق الجهد الغشائية ، فإن تعويض درجة الحرارة ليس ضروريًا إذا تم تشغيله في وضع مقسم الجهد ، ولن يؤثر التداخل الكهرومغناطيسي على النظام.

التشغيل القياسي هو ممسحة أو منزلق لكن بعض الأنواع تتطلب مغناطيسًا محددًا بدلاً من ممسحة. لتشغيل الميل اليدوي ، تتوفر وظيفة SET (القيمة لا تتغير) في اتجاه Z كخيار.

عملية التثبيت وتصميم ممسحة

نظرًا للتصميم المسطح لمقاييس الجهد الغشائية ، يمكن تقريبها من منطقة حركة الجهاز الذي يقيسه ، ولا تتطلب مساحة كبيرة للتركيب. يتم لصقها على الركيزة ببساطة عن طريق إزالة الورق الواقي وتطبيقه على السطح ، وهناك خيارات أخرى هي التثبيت الإضافي أو استخدام البراغي. يمكن أيضًا دمج الماسحة بسهولة في التطبيق.

مع الكميات الصغيرة ، قد تكون الماسحة الجاهزة هي الخيار الأسهل ، بينما مع الكميات الكبيرة أو قيود المساحة ، قد يكون تصميم الممسحة المخصصة أكثر منطقية. قد يتطلب تطبيق واحد برغيًا بنابض ؛ سيتطلب البعض الآخر صفيحة زنبركية متصلة ببلاستيك POM / Delrin ؛ كل تطبيق خاص باحتياجات مساحة التثبيت والتكلفة والدقة.

إذا كانت متطلبات دورة الحياة عالية جدًا ، يوصى باستخدام ممسحة مغناطيسية للاتصال بدون تلامس. بشكل عام ، يمكن التوصية بالممسحة الكروية. تغطي المساحة النموذجية حوالي 10 إلى 50٪ من العرض النشط. تعتبر المواد مثل الفولاذ والنحاس والبلاستيك الصلب (مثل Delron و Delrin) نموذجية ، ولكنها تعتمد على نوع مقاييس فرق الجهد الغشائية. يجب على المهندسين دائمًا طلب المشورة من الشركات المصنعة فيما يتعلق بالاختيار الصحيح للمواد.

الضغط السطحي

يتم تحديد ضغوط السطح المختلفة اعتمادًا على التطبيق ، ولكن بشكل عام 1 نيوتن (N) حتى 6 نيوتن (N) هو النطاق الموصى به لمعظم التطبيقات ، اعتمادًا على ما إذا كان مقياس الجهد الغشائي قد تم تكوينه في تخطيط رقائق قياسي أو في نسخة هجينة مع روابط معدنية إضافية لتقوية الهيكل. عادة ما يتم تقسيم المساحات القياسية الجاهزة في نطاق من 1 إلى 3 نيوتن ومجموعة من 3 إلى 6 نيوتن.

الخصائص الكهربائية

سوف تختلف الخصائص الكهربائية إلى حد ما مع التصميم ، ولكنها قياسية بشكل عام ، مع إخراج مماثل لمقياس الجهد التقليدي ، مثل مقسم الجهد.

بالمقارنة مع مقياس الجهد التقليدي الدقيق ، فإن الاختلاف الأكثر أهمية هو طريقة تحقيق الخطية. في حين أن مقياس الجهد التقليدي قد يستخدم التشذيب بالليزر لتحقيق الخطية ، فإن مقاييس فرق الجهد الغشائية ، التي تعتمد على مادة PET (طبقة رقيقة) ، تعتمد على تحسينات الإنتاج لتحسين الخطية. ومن ثم ، فإن الخطية النموذجية المقدمة هي 2٪ لمقاييس الجهد الخطية القياسية ، على الرغم من أن مقاييس فرق الجهد الغشائية القائمة على FR4 يمكن أن تصل إلى 0.5٪ كخيار.

ولكن الأهم من الخطية هو التكرار والتباطؤ. يمكن أن تصل دقة مقاييس فرق الجهد الغشائية إلى 0.01 مم (0.001 سم) بطول 500 مم (50 سم) ، ولكن معظم مقاييس فرق الجهد الغشائية تتراوح في أي مكان من 0.05 مم (0.005 سم) إلى 0.1 مم (0.1 سم). تم العثور على التأثير الرئيسي على جميع المخرجات الكهربائية في الحركة الميكانيكية واستقرار الماسحة. كمعيار ، فإن تبديد الطاقة حتى 1 وات وقوة عازلة 500 فولت هو المعيار ، مع قوة عزل 100VDC ممكنة أيضًا.

الاستخدامات

التطبيق النموذجي ، بسبب الارتفاع الصغير لمقاييس الجهد الغشائية ، هو القياس الخطي للمشغلات. صمامات التحكم هي تطبيق مفيد آخر ، حيث يتطلب المعيار حاليًا تروسًا ومستشعر دوران لقياس الوضع. الهيكل المطلوب لتركيب واستخدام مقياس الجهد الغشائي أكثر بساطة وملاءمة للشكل من التركيب الكبير والصعب لبعض مقاييس الجهد التقليدية.

يمكن أن يؤدي التصميم المحسن ، الذي ينشئ إشارات خرج خطية بجوار جهاز الحركة مباشرةً ، إلى زيادة الدقة في بعض الأحيان على مقياس الجهد الدوراني التقليدي ، والذي يتم توصيله بواسطة تروس بعيدًا عن الحركة الفعلية التي يتم قياسها. هوفمان + كريبنر SENSOFOIL^® يمكن أن تقلل هذه التكاليف بشكل كبير.

في العديد من التطبيقات ، يمكن استخدام كل من مقاييس فرق الجهد الغشائية الدورانية والخطية في نفس الجهاز ، (على سبيل المثال ، مقعد

يتطلب تعديل المستوى حركة خطية) ، بينما يتطلب إمالة زاوية ظهر المقعد حركة دورانية. توجد تطبيقات مماثلة في التصميمات الداخلية للسيارات ، حيث تتطلب الأبواب المنزلقة وأسقف الشمس وتطبيقات المقاعد وما إلى ذلك مساحات تركيب صغيرة ووزن منخفض.

حل بسيط آخر لمشاكل الفضاء هو استخدام لوحة الدوائر المطبوعة (PCB) ، الموجودة بالفعل في العديد من التطبيقات ، كقاعدة لمقياس جهد الغشاء. يمكن ملء ثنائي الفينيل متعدد الكلور بالكامل ، وبعد ذلك ، يمكن لصق مقياس جهد الغشاء باللوحة وإدخال الموصلات مباشرة في ثنائي الفينيل متعدد الكلور. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن لعدد قليل من الشركات المصنعة طباعة حبر موصل مباشرة على FR4 ودمجها مع مركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور والمكونات ، لأنها قادرة على تجميع المكونات مباشرة على PCB.

التطبيقات الأخرى ، التي تستخدم مقياس الجهد الغشائي بشكل أساسي لأسباب توفير التكلفة ، هي أواني الوتر / أجهزة استشعار الأسلاك والشريط المغناطيسي. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن دمج مقاييس فرق الجهد الغشائية بشكل كامل في لوحة مفاتيح للتحكم اليدوي. يجعل التكامل السلس لوحة المفاتيح شديدة الابتكار ومفيدة لتتبع الموقع. يمكن لمقياس الجهد المتكامل تجنب ثقوب التثبيت ، حسب الحاجة بواسطة مقياس الجهد القياسي ويمكنه إنشاء سطح لوحة أمامية مغلق تمامًا وقابل للغسل.

فيما يتعلق بتقنية المصاعد والسلالم المتحركة ، يمكن دمج مقاييس فرق الجهد الغشائية في مجموعة متنوعة من التطبيقات. يمكن استخدامها في أنظمة أبواب المصاعد لمنع الأبواب من الإغلاق على الركاب. بالإضافة إلى ذلك ، فهي مناسبة لاستشعار موضع سيارة المصعد الفعلية بالنسبة إلى موضع الطوابق. لا تتطلب المستشعرات أي اتصال بين الكابينة المتحركة وأي جهاز ثابت ، حيث يمكنها قياس الوضع الحالي وأي تغيير في الموضع بدون تلامس عبر خيار العمليات المغناطيسية. يمكن أن تكون مقاييس فرق الجهد الغشائية مفيدة أيضًا داخل عربة المصعد ، حيث تعتمد وظيفتها على الضغط. يمكن دمجها في لوحات اللمس والعمل كأجهزة إدخال ، سواء للإدخال المباشر (أي الضغط على زر) أو الإدخال المستمر (أي وظائف شريط التمرير).

خاتمة

نظرًا لتصميمه المسطح للغاية واستخدامه المرن ، جنبًا إلى جنب مع التكاليف المنخفضة ، فقد فتح مقياس الجهد الغشائي إمكانيات استشعار لم تكن ممكنة من قبل. باستخدام مواد جديدة ومبتكرة مثل العمليات المغناطيسية أو مقاييس جهد الغشاء الهجين ، يمكن للمصممين والمهندسين استخدام مقاييس الجهد هذه في تطبيقات مختلفة. يمكن تقليل إنشاءات المستشعرات المعقدة وتبسيطها ودمجها بشكل أقل تكلفة مع مقاييس الجهد الغشائية الحديثة.