حسگر

حسگر یا سنسور (انگلیسی: Sensor) گونه‌ای مبدل هستند. بعضی از حسگرها به تنهایی قابل استفاده‌اند و برای خواندن آنهااحتیاجی به وسایل جانبی دیگری نیست، مانند دماسنج جیوه‌ای. دسته دیگر برای استفاده باید با وسایل دیگری همراه باشند مثل ترموکوپل. بیشتر حسگرها الکتریکی یا الکترونیکی هستند که انواع الکتریکی از دقت پایین‌تری برخوردارند. البته انواع دیگری نیز موجود است.
حسگرها در زندگی روزمره ما به صورت فراوان مورد استفاده قرار می‌گیرند، مواردی که شامل خودرو، ماشین‌های صنعتی، تجهیزات فضائی و حتی دارویی می‌شود.
پیشرفت فنی باعث شده تا انواع مختلف و گوناگونی از حسگرها با فناوری ام‌ای‌ام‌اس (MEMS) تولید شود. در اکثر موارد این کار باعث بدست آمدن حساسیت بالا شده است.
انواع
با به وجود آمدن راه‌های مختلف برای نمایش اثر انرژیها، حسگرها بر اساس انرژی مورد آزمون، که حسگر آن را دریافت می‌کند، طبقه‌بندی می‌شوند.
حسگرهای دمائی
دماسنج
ترموکوپل
مقاومت‌های حساس به گرما
حسگرهای گرمایی
بولومتر
گرماسنج
الکترومغناطیسی
حسگرهای مقاومت الکتریکی
الکتروسکوپ
ولت‌سنج
دسته‌بندی کلی حسگرهای دما
در یک دسته‌بندی کلی حسگرهای دما به دو نوع زیر تقسیم‌بندی می‌شوند:
حسگرهای دیجیتال
حسگرهای آنالوگ
تفاوت اصلی بین دو دسته‌بندی بالا نوع خروجی حسگرهای دما است؛ که در حالت دیجیتال به صورت قطاری از پالس‌های داری منطق صفر و یک ظاهر می‌شود و در حالت آنالوگ سطح ولتاژ متناسب با میزان دما تغییر می‌کند.
حسگرهای دیجیتال دما
سنسورهایی مانند سنسور LM35، DS18B20 و SMT160 به عنوان سنسورهای دمای دیجیتال شناخته می‌شوند.
سنسور دما STM160
سنسور دما SMT160 یا بطور دقیق SMT 160-30 که یک سنسور دمای دقیق و دیجیتال و از اولین سنسورهای دمای دیجیتال می‌باشد. این سنسور مانند سنسور LM35 و DS18B20 سه‌پایه دارد ولی خروجی این سنسور متفاوت است. خروجی سنسور SMT160 بصورت پالس با دیوتی سایکل متغیر یا وابسته به دما می‌باشد. با تغییر دمای محیط دیوتی سایکل خروجی سنسور تغییر می‌کند و خروجی سنسور در حقیقت بصورت PWM می‌باشد. فرکانس خروجی سنسور هم بین ۱ تا ۴ کیلوهرتز متغیر می‌باشد.
این سنسور می‌تواند دمایی حدود ۴۵- تا ۱۳۰+ سانتی گراد، با رزولیشون بالای ۰٫۰۰۵ سانتی گراد را اندازه‌گیری نماید. در مورد تغذیه این ای سی می‌توان از ولتاژ ۴٫۷۵ ولت تا ۷٫۲ ولت را به ان وصل نمایید که بهترین ولتاژ ۵ ولت می‌باشد و جریان مصرفی این ای سی حدود ۱۶۰ تا ۲۰۰ میکرو آمپر می‌باشد.
برای راه اندازی سنسور کافیه پایه VCC به ۵ ولت، پایه GND به GND و پایه خروجی برای اندازه‌گیری دیوتی سایکل به میکروکنترلر وصل شود. برای تست سنسور می‌توانید خروجی سنسور را به اسیلوسکوپ متصل کنید؛ و بعد از اندازه‌گیری دیوتی سایکل دما را از روی فرمول زیر بدست می‌آید.
D.C. = ۰٫۳۲۰+۰٫۰۰۴۷۰*t
D.C. = duty cycle
t = Temperature in °C
برای مثال در صفر درجه سانتی گراد دیوتی سایکل خروجی ۰٫۳۲۰ یا %۳۲ می‌باشد.
نحوه اندازه‌گیری دیوتی سایکل را در ادامه توضیح میدم. قبل از آن نگاهی به مشخصات و نحوه تغذیه و حذف نویز تغذیه داشته باشیم.
مشخصات دقیق سنسور SMT160 بصورت زیر می‌باشد:
Absolute accuracy ± ۰٫۷ °C
Linear output within 0.2 °C
Resolution better then 0.005 °C
Duty Cycle output
Calibrated on chip
TTL, CMOS compatible
Temperature range 175 °C (-45 to +130 °C)
Directly connectable to data input of microprocessor
Easy multiplexing of multiple sensors
دسته‌بندی خطاهای اندازه‌گیری
یک سنسور خوب از این قوانین پیروی می‌کند:
تنها نسبت به خاصیت اندازه‌گیری حساس است
نسبت به باقی خواصی که در کاربردش وجود دارد حساس نباشد
بر خاصیتی که درحال اندازه‌گیریش است تاثیر نگذارد
حسگرهای ایده‌آل جوری طراحی می‌شوند نسبت به اندازه‌گیری یا نسبت به تابع ساده‌ای از اندازه‌گیری (مثلا لگاریتم) خطی باشند. سیگنال خروجی چنین حسگری نسبت به ارزش یا تابع ساده‌ای از خاصیت اندازه‌گیری‌شده خطی است؛ بنابراین حساسیت به صورت ضریبی بین سیگنال خروجی و خاصیت اندازه‌گیری تعریف می‌شود. برای نمونه، اگر یک سنسور دما را اندازه‌گیری می‌کند و یک ولتاژ خروجی دارد و حساسیت آن نسبت ثابت V/K شود، خطی خواهد بود چرا که ضریبش در همه نقاط اندازه‌گیری ثابت است.