مستشعر فولاذ دقيق CZL700D

مقدمة المنتج

مستشعر الوزن الدقيق:

مستشعرات الوزن ذات المقياس الدقيق هي أجهزة قياس وزن صغيرة الحجم تم تطويرها من خلال تقنية تأثير الانفعال. يتمثل مبدأ عملها الأساسي في تحويل إشارات الوزن إلى إشارات كهربائية قابلة للقياس من خلال هياكل حساسة ذات مقياس دقيق (مثل المطاطيات المستندة إلى مقاييس الانفعال). وعادة ما تبلغ أبعاد هذه المستشعرات بضع سنتيمترات مكعبة إلى عشرات السنتيمترات المكعبة، وتعمل ضمن نطاق يتراوح من الجرامات إلى الكيلوجرامات، مما يجمع بين ميزتي الحجم الصغير والدقة العالية. وباعتبارها مكونات أساسية لتطبيقات الوزن الخفيفة والضيقة المساحة، تُستخدم على نطاق واسع في المعدات الطبية، والإلكترونيات الاستهلاكية، والأجهزة الذكية، واختبارات الأبحاث العلمية، حيث تُعد التكنولوجيا الأساسية لاستشعار الوزن في الأنظمة المصغرة.

1. الميزات والوظائف الأساسية

1) الميزة الأساسية للتصغير

• صغير جدًا وخفيف الوزن: تتراوح الأحجام القياسية من 5 مم × 5 مم × 2 مم إلى 30 مم × 20 مم × 10 مم، مع تناقص بعض الموديلات المخصصة إلى أبعاد بمستوى المليمتر ووزن يتراوح بين 0.1 غم إلى 5 غم. يمكن دمج هذه المكونات بسلاسة في أماكن ضيقة مثل الساعات الذكية ووحدات المضخات الصغيرة دون المساس بالمتانة الهيكلية للأجهزة.

• تصميم مضغوط: تتميز معظم الموديلات بحزمة متكاملة تجمع بين المكونات الحساسة ودوائر معالجة الإشارات داخل هيكل بحجم صغير جدًا. وتدعم بعض الأنواع حلول تركيب رفيعة مثل تقنية التركيب السطحي (SMT) أو وصلات بأسلاك، وهي متوافقة مع اللحام المباشر على لوحات الدوائر المطبوعة (PCB) أو التركيب بنظام النقر السريع (snap-fit).

2) مزايا الأداء في الوزن

• قياس دقيق بטווח واسع: يغطي النظام نطاقًا يتراوح من 0.1 غم إلى 50 كغ، مع دقة قياس أساسية تتراوح بين ±0.01% من القيمة النهائية (FS) إلى ±0.1% من القيمة النهائية (FS) ودقة قراءة تصل إلى 0.001 غم. ويُلبّي هذا كلاً من متطلبات المختبرات لوزن العينات بمستوى الميكروغرام، واحتياجات الأجهزة الإلكترونية الاستهلاكية لمراقبة الوزن بمستوى الجرام.

• استجابة ديناميكية سريعة: بزمن استجابة ≤10 مللي ثانية، فإنه يلتقط التغيرات اللحظية في الوزن بشكل فوري، مثل قياس الأحمال الخفيفة عالية السرعة في خطوط الفرز الآلية ومراقبة معدل القطرة/الوزن في أنظمة التسريب الطبية، وبالتالي يمنع الانحرافات في القياس الناتجة عن تأخر الإشارات.

• قدرة مستقرة على مقاومة التداخل: يُعوّض النموذج المدمج للتعويض الحراري (الذي يعمل في نطاق -10°م إلى 60°م) تقلبات درجات الحرارة البيئية. ويتميز بإخراج إشارة تفاضلية أو درع كهرومغناطيسي، ما يمكّنه من مقاومة التداخل الداخلي للدوائر بكفاءة، ويضمن استقرار البيانات.

3) وظائف الدمج والتكيف

• توافق متعدد المخرجات: يدعم الإشارات التناظرية (0-5 فولت، 4-20 مللي أمبير) والإشارات الرقمية (I2C، SPI، UART)، مما يسمح بالتوصيل المباشر مع وحدات التحكم الدقيقة، والمعالجات المفردة، ووحدات التحكم المنطقية المدمجة الصغيرة دون الحاجة إلى وحدات تضخيم إشارة إضافية.

• توافق المواد والوسط: تُصنع المكونات الحساسة أساسًا من الفولاذ المقاوم للصدأ 316L، أو سبائك التيتانيوم، أو البلاستيك الهندسي، مع أغلفة مقاومة للتآكل. هذه المكونات متوافقة مع وسائط وزن مختلفة تشمل السوائل الطبية، ومكونات الأغذية، والمكونات الإلكترونية، مما يمنع بشكل فعّال التلوث أو الضرر الناتج عن التآكل.

• أداء منخفض الاستهلاك للطاقة: استهلاك الطاقة الثابت ≤10 مللي أمبير، ويقل إلى 10 مايكرو أمبير في وضع السكون، وهو مثالي للأجهزة المحمولة التي تعمل بالبطارية (مثل الموازين اليدوية، والأجهزة القابلة للارتداء الذكية) لتمديد عمر البطارية.

2. مشكلات الصناعة الأساسية التي يتعين حلها

في حالات الوزن الخفيف والوزن المصغر، تواجه أجهزة الاستشعار التقليدية الخاصة بالوزن (مثل أجهزة استشعار الموازين المنصاتية، ووحدات الوزن الصناعية) تحديات مثل الحجم الكبير المفرط، واستهلاك الطاقة العالي، وعدم كفاية الدقة، وصعوبات في الدمج. وتُعالج أجهزة الاستشعار المصغرة الخاصة بالوزن هذه المشكلات الأساسية على وجه التحديد:

• التحديات في دمج الأجهزة المصغرة: بالنظر إلى عدم قدرة أجهزة الاستشعار التقليدية على التضمين في الأجهزة الصغيرة، مثل وظيفة مراقبة الوزن في الأساور الذكية أو التحكم في جرعات السوائل في المضخات الطبية الدقيقة، يتم تحقيق وظيفة الوزن والتقلص في الحجم من خلال تصميم مدمج.

• مشكلة القياس بدقة عالية تحت الأحمال الخفيفة: لحل مشكلة عدم دقة أجهزة الاستشعار التقليدية في قياس الأوزان على مقياس الجرامات والملليجرامات، مثل وزن العينات الدقيقة في المختبرات أو كشف وزن دبابيس المكونات الإلكترونية، لتوفير بيانات موثوقة للإنتاج الدقيق والأبحاث العلمية.

• تحديات كفاءة استهلاك الطاقة في الأجهزة المحمولة: لحل مشكلة قصر عمر البطارية الناتج عن الاستهلاك العالي للطاقة في أجهزة الاستشعار التقليدية، مثل موازين الطرود المحمولة وأجهزة جمع العينات في الأماكن المفتوحة، تتميز هذه الأجهزة بخصائص منخفضة الاستهلاك للطاقة لتمديد مدة استخدامها الفردية.

• قيود المساحة المعقدة للتثبيت: تُعالج متطلبات الوزن في البيئات المحدودة أو ذات البنية الفريدة، مثل قياس وزن المكونات الداخلية للمعدات الآلية ومراقبة وزن السوائل في خطوط الأنابيب، من خلال استخدام حلول تركيب سطحية أو مدمجة للتغلب على القيود المكانية.

• توافق إشارة متعدد السيناريوهات: تحل هذه التقنية مشكلة عدم التوافق بين إشارات المستشعرات التقليدية ووحدات الميكروكنترولر. ويمكن للنموذج الذي يُخرِج إشارة رقمية أن يتصل مباشرة بوحدات الميكروكنترولر (MCUs)، مما يبسّط تصميم الدوائر للأجهزة الصغيرة ويقلل من تكاليف البحث والتطوير.

3. أبرز جوانب تجربة المستخدم

• راحة التكامل العالي: تتيح التصميمات القياسية للتوصيلات وأبعاد الحِزم التثبيت المباشر على اللوحات المطبوعة (PCB) أو التثبيت السريع دون الحاجة إلى هياكل ميكانيكية معقدة، ما يقلل وقت الدمج إلى أقل من 30 دقيقة ويزيد بشكل كبير من كفاءة إنتاج المعدات.

• عملية ضبط النظام بسيطة: تتيح نماذج الإشارات الرقمية المعايرة بنقرة واحدة لنقطة الصفر والنطاق من خلال الأوامر، في حين تتميز نماذج الإشارات التناظرية بخطية ممتازة. ويمكن نشرها فورًا مع مجرد تصحيح دوائر أساسي، مما يقلل بشكل كبير من العتبة التقنية أمام فرق البحث والتطوير.

• أداء عالي الموثوقية: تضمن تصميمات تعويض درجة الحرارة والمقاومة للتداخل أن يظل انحراف البيانات ≤±0.05% من المدى الكامل سنويًا، مما يلغي الحاجة إلى المعايرة المتكررة في التطبيقات المحمولة أو المدمجة ويقلل متطلبات الصيانة بشكل كبير.

• اختيار مرن للنماذج: تتوفر مجموعة واسعة من النماذج بمدى قياس مختلف وأنواع إشارات وطرق تركيب. يمكن اختيار النموذج مباشرةً بناءً على حجم الجهاز وفولتية التغذية ومتطلبات الدقة. كما يدعم بعض المصنّعين أيضًا التخصيص بكميات صغيرة لتلبية الاحتياجات الشخصية.

• التحكم في التكلفة معقول: يمكن التحكم في تكلفة الوحدة في نطاق العشرات إلى مئات اليوان عند الشراء بالجملة، وهي أقل بأكثر من 50٪ من تكلفة حل الاستشعار الدقيق المخصص. وفي الوقت نفسه، تقلل خصائص استهلاك الطاقة المنخفضة من تكلفة استهلاك الطاقة الإجمالية للمعدات.

4. حالات الاستخدام النموذجية

1) الرعاية الصحية

• أجهزة مراقبة التسريب: يتم دمجها في مضخات التسريب، وتراقب التغيرات الفعلية في وزن المحاليل، وتحسب معدلات التسريب، وتنشط التنبيهات عندما يكون المحلول على وشك النفاد لمنع زجاجات التسريب الفارغة، كما يُرى في التحكم الدقيق بالتسريب في وحدات العناية المركزة.

• معدات إعادة التأهيل والتمريض: تشمل مقاييس إعادة التأهيل الذكية وأجهزة استشعار وزن الأطراف الصناعية، التي تراقب التقلبات في الوزن أثناء تدريبات إعادة التأهيل للمسنين أو توفر تغذية راجعة بالقوة للأطراف الصناعية، مما يعزز سلامة إعادة التأهيل.

• معدات المختبر: تُستخدم الماصات الدقيقة وأجهزة التحليل الكيميائي الحيوي لقياس أوزان الكواشف أو العينات، مما يضمن إضافة عينات بدقة، مثل وزن العينات الدقيقة الخاصة بموازين اختبار كوفيد-19.

2) الإلكترونيات الاستهلاكية والأجهزة القابلة للارتداء الذكية

• الأجهزة القابلة للارتداء الذكية: تُدمج في أجهزة تتبع اللياقة البدنية والساعات الذكية، وتمكن هذه الأجهزة من قياس غير مباشر لوزن الجسم ونسبة الدهون فيه، إضافة إلى مراقبة القوة في الوقت الفعلي أثناء الأنشطة البدنية، مثل تحليل وزن ارتطام القدم بالأرض أثناء الجري.

• أجهزة المنزل الذكية: تُستخدم لوزن المكونات في موازين المطابخ الذكية وماكينات القهوة، مثل القياس الدقيق لبودرة القهوة للتحكم في تركيز التخمير؛ أو مراقبة الامتلاء الزائد في صناديق القمامة الذكية (من خلال تحديد سعة النفايات باستخدام الوزن).

• أجهزة الوزن المحمولة، مثل موازين الطرود الصغيرة وموازين الأمتعة، والتي تتميز بتصاميم مدمجة واستهلاك منخفض للطاقة، مما يمكن المستخدمين من حملها بسهولة مع إمكانية قياس أوزان الأغراض في الوقت الفعلي.

3) الأتمتة الصناعية والتصنيع المصغر

• تصنيع المكونات الإلكترونية: في خطوط تجميع تقنية التركيب السطحي (SMT)، يتم مراقبة وزن المكونات مثل الشرائح والمقاومات لاستبعاد العناصر التالفة؛ أو في تغليف أشباه الموصلات، يتم قياس وزن المادة المغلفة لضمان جودة التغليف.

• معدات الأتمتة الدقيقة: ذراع نهاية لروبوتات التجميع الدقيقة تقوم باستشعار ووزن المكونات لتحديد نجاح عملية الإمساك، مثل الكشف على الوزن أثناء تجميع وحدة كاميرا الهاتف الذكي.

• أجهزة التحكم في السوائل: مدمجة في المضخات الدقيقة ورؤوس حقن الوقود، وتقوم بمراقبة توصيل السوائل حسب الوزن، مثل قياس الوقود بدقة في أنظمة الحقن لضمان كفاءة الاحتراق.

4) مجالات البحث والاختبار

• البحث في علوم المواد: قياس وزن عينات المواد الصغيرة جدًا (مثل المواد النانوية، والأغشية الرقيقة) أو تغيرات الوزن أثناء عمليات الشد أو الضغط لتوفير بيانات لتحليل الأداء.

• معدات مراقبة البيئة: في أجهزة مراقبة جودة المياه الدقيقة وأجهزة أخذ عينات الهواء، يتم قياس وزن العينات المجمعة لحساب تركيزات الملوثات، مثل تحليل الوزن لمادة الجسيمات الجوية بعد أخذ العينات.

5) قطاعات اللوجستيات والتجزئة

• نظام الفرز الدقيق: في نهاية خط الفرز الآلي للشحن السريع، يقوم بوزن الطرود الصغيرة لتصنيفها حسب الوزن؛ أو في أكشاك الدفع الذاتي في المتاجر غير المأهولة، يتم التعرف على المنتجات من خلال الوزن (بمساعدة قاعدة بيانات الوزن).

• معدات الوزن في قطاع التجزئة، مثل موازين المجوهرات وموازين المعادن الثمينة، مصممة لقياس دقيق للسلع القيمة مثل الذهب والالماس. صغيرة الحجم، ويمكن وضع هذه الأجهزة بسهولة على الطاولات دون أن تشغل مساحة كبيرة.

ملخص

تحسّن مستشعرات الوزن الصغيرة، بفضل ميزاتها الأساسية المتمثلة في "الحجم الصغير، والدقة العالية، واستهلاك الطاقة المنخفض"، من القيود المكانية وقيود القياس التي تفرضها أجهزة الوزن التقليدية. وتكمن قدرتها في تلبية متطلبات الوزن الخفيف بدقة في مجالات مثل الطب، والإلكترونيات الاستهلاكية، والتصنيع المصغر. كما أن سهولة دمجها، وأداؤها المستقر، وتصميمها الاقتصادي لا تُسهم فقط في ترقية وظائف الأجهزة الصغيرة، بل توفر أيضًا دعمًا موثوقًا للصناعات الراغبة في تحقيق "الدقة والتصغير والذكاء" في عمليات الوزن. ونتيجة لذلك، أصبحت هذه المستشعرات فرعًا لا غنى عنه من تقنيات الاستشعار الحديثة.

عرض التفاصيل

المواصفات