سنسور های دما
سنسور های دما همانطور که از نام شان نیز پیدا است ابزاری برای مشخص کردن درجه حرارت یا برودت هستند. کاربرد سنسور های دما همانند دماسنج ها است. با این تفاوت که از این ابزار کاربردی برای تعیین دمای چاه ها و سدهای بزرگ بتونی و حتی دمای خاک استفاده می شود. در سنسور های دما اغلب از یک آشکار ساز دما به منظور اندازه گیری و ثبت آن به وسیله ی سیگنال های الکتریکی استفاده می شود. اما واقعا سنسور دما چیست؟ سنسور های دما چگونه عمل می کنند و چه کاربرد هایی دارند؟ این سوالات به همراه اطلاعات تکمیلی دیگر در این باره مطالبی هستند که در مقاله ی پیش رو به آن ها خواهیم پرداخت.
حتما بخوانید:
روش های اتصال RTD های 2-3-4 سیمه ترانسمیتر های هد مونت دما
سنسور دما چیست و چگونه عمل می کند؟
سنسور های دما یا ماژول های کنترل دما لوازمی هستند که به وسیله ی مقاومت دیود دمای اجسام و محیط های مختلف را نشان می دهد. شیوه ی کار در سنسور های دما به این صورت است که افزایش دما به مقاومت دیود وابسته است. با بالا رفتن دما مقاومت دیود زیاد شده و با کاهش دما این مقاومت کاهش می یابد. در مرحله ی بعد میزان این مقاومت به واحدی با معنی و قابل خواندن تبدیل می گردد. منظور از مقیاس های قابل خواند دما سه مقاس زیر می باشند:
- فارنهایت F
- سیلسیوس یا سانتی گراد C
- کلوین یا مطلق K
البته سنسورهای دما دارای تقسیم بندی هایی نیز می باشند.
حتما بخوانید:
کاربرد ابزار دقیق در اتوماسیون صنعتی
انواع سنسور های دما
تقسیم بندی سنسورهای دمای محیط بر حسب نحوه و نوع عملکردشان انجام می شود. بر این اساس به دو گروه تقسیم بندی شده اند:
سنسور های دما از نوع غیر تماسی:
در این نوع برای اندازه گیری و ثبت دما نیازی به تماس با جسم هدف وجود ندارد. در واقع بدون هیچ نوع اتصالی به جسم مورد نظر می تواند دمای آن را اندازه گیری نماید. سنسور های دما از نوع غیر تماسی به کمک مادون قرمز و با استفاده از قانون همرفتی و تشعشع دما را اندازه گیری می کنند. روش محاسباتی در این نوع سنسورها به دو صورت می باشد:
- دریافت کردن انرژی ساطع شده از اجسام مورد هدف
- دریافت نمودن انرژی ارسالی به شکل پرتو های مادون قرمز
بیشترین کاربرد این نوع از سنسور های دما زمانی است که نیاز به اندازه گیری دمای جسمی خطرناک داشته باشیم. یا در شرایطی که به هر دلیل امکان نزدیک شدن و تماس با جسم هدف وجود نداشته باشد این نوع کاربرد پیدا می کند.
حتما بخوانید:
ترانسمیتر چیست؟ انواع و کاربرد آن
سنسور های دما از نوع تماسی:
این نوع سنسور ها پر کاربرد تر می باشند. در نوع تماسی برای اندازه گیری کردن دما باید با جسم هدف تماس ایجاد شود. این نوع از سنسور های دما از قانون هدایت گرمایی برای اندازه گیری دما و ثبت آن استفاده می کنند. سه روش پر کاربرد در این نوع ازماژول کنترل دما شامل:
- ترموکوپل
- حسگر مقاومتی دما ترمیستور
- RTD
میباشد. به دلیل اینکه سنسور های دما از نوع تماسی از بیشترین کاربرد برخوردار می باشند در ادامه به معرفی بیشتر آن ها خواهیم پرداخت.
اجزای تشکیل دهنده ی سنسور های دما از نوع تماسی:
با وجود تفاوت هایی در ساختار ماژول های کنترل دما اما ساختمان کلی آن ها تقریبا یکسان می باشد. اجزای تشکیل دهنده ی آن ها شامل:
- المان حسگر سنسور
- بدنه ی سنسور
- آداپتور پیچی
- سیم رابط میباشد.
گروه صنعتی سپیانی فعال در زمینه ی اتوماسیون صنعتی و اتوماسیون صنعتی plc در بخش های مختلفی از جمله فروش تجهیزاتی همچون انواع سنسور های دما فعالیت دارد. شما می توانید با مراجعه به بخش فروشگاهی وب سایت سپیانی اقدام به تهیه کلیه لوازم مورد نیاز خود نمایید. همچنین این گروه با داشتن مهندسین مجرب و کاربلد به ارائه مشاوره و راه اندازی خط تولید نیز مبادرت دارند.
حتما بخوانید:
رایج ترین سنسور های دما
ترموکوپل و عملکرد آن
در این نوع از سنسور های دما دو فلز که از یک جنس نیستند در یک نقطه به هم متصل می شوند که به آن المان یا نقطه گرم می گویند. البته نباید این طور تصور کرد که این نامگذاری به معنای عدم کارایی ترموکوپل در دمای زیر صفر است. این دو فلز از طریق روش های مختلفی به هم اتصال خواهند یافت مانند:
- پیچانیدن آن دو به دور هم
- لحیم کردن آن ها به هم
- از طریق جوش دادن
مطلب مرتبط:
گرما موجب می شود تا بارهای الکتریکی در این دو فلز به حرکت در آید. بر اثر این شار الکتریکی در آن سمت که به جایی متصل نیست ولتاژ به وجود خواهد آمد. از طریق اندازه گیری این ولتاژ دما نیز قابل اندازه گیری است. به دو سر آزاد در ترموکوپل نقطه سرد یا مرجع گفته می شود. سنسورهای دما برای اندازه گرفتن دما به نقطه ی سرد ترموکوپل متصل می گردد. از این رو طول سیم در قسمت مرجع بیشتر خواهد بود.
انواع سنسور دما ترموکوپل چیست؟
با توجه با ساختار ترموکوپل شاید گمان شود که به تعداد فلزات موجود می توان اقدام به ساخت انواع مختلفی از ترموکوپل نمود. اما در عمل این کار به این سادگی ها نیست. فلزاتی که به یکدیگر متصل میشوند نیاز به مشخصات خاصی نظیر:
- نقطه ی ذوب
- واکنش به تغییرات شرایط اتمسفر
- پایداری فلز
- هزینه ی فلز
- تکرار پذیری آن
- مقدار هدایت الکتریکی فلز در کنار مقاومت الکتریکی که دارد.
- ساخت راحت و کاربردی
- و در نهایت خروجی ترموالکتریکی در ترکیب با سایر فلزات دارند.
تقسیم بندی ترموکوپل ها
1- ترموکوپل های ساخته شده از فلزات نجیب: این سنسور های دما از مقاومت بالایی در مقابل اسید ها و دما های بالا دارند. ترکیب فلزات به کار رفته در سنسور های دما از نوع ترموکوپل ها نیز در دسته های مختلفی قرار می گیرد.
- بر پایه ی نیکل ساخته شده و برای اندازه گیری دما در تجهیزات صنعتی که حرارت بسیار بالایی دارد مناسب هستند.
- از آلیاژ نایسیل و نیکروسیل
- از ترکیب کردن دو فلز پلاتین و رودیوم
2- ترموکوپل های ساخته شده از فلزات غیر نجیب: این گروه از سنسور های دما نیز با توجه به فلزات به کار رفته در آن ها به چند گروه دسته بندی می شوند.
- از ترکیب آهن و کنستانتان یا مس و کنستانتان
- از ترکیب کردن دو فلز شامل کرومل و کنستانتان
با وجودی که ترموکوپل ها بسیار پر کاربرد و مفید هستند اما در کنار مزایا معایبی نیز در دارند.
مزایای استفاده از سنسور های دما از نوع ترموکوپل ها چیست؟
- ساخت آن ها بسیار ساده است.
- به راحتی قابل استفاده هستند.
- مدت زمان پاسخ دهی و اندازه گیری دما در این نوع از سنسور های دما بسیار کوتاه است.
- دارای ابعاد کوچکی است و این خود یک مزیت بسیار مطلوب محسوب می شود.
- اندازه گیری دما توسط این سنسور های دما در دامنه ی وسیعی قابل انجام می باشد.
معایب استفاده از سنسور های دما از نوع ترموکوپل چیست؟
- قادر به اندازه گیری دما های کمتر از یک درجه ی سانتی گراد نمی باشد.
- به نویز های الکتریکی حساس می باشد.
- این نوع سنسور های دما غیر خطی می باشند.
- در تغییرات دمایی از دقت محدودی برخوردار است.
- خروجی ترموکوپل ها ضعیف و در حد میلی وات است.
RTD و عملکرد آن
این ماژول های کنترل دما از نوع حسگر های مقاومتی دما می باشند. این سنسور های دما نیز از کاربرد های فراوانی برخوردار هستند. عملکرد RTD ها بر اساس مقاومت فلزات است به طوریکه قادر می باشد در بازه های 300 الی 600 درجه دما را اندازه گیری و محاسبه نماید. اگرچه این نوع از سنسور های دما در انواع دو سیم، سه سیم و چهار سیم ساخته می شوند. اما نوع دو سیم کاربرد بیشتری دارد و استفاده از آن رایج تر است. اغلب از این سنسور های دما از نوع تماسی در مواقعی استفاده می شود که نیاز به پاسخ دهی فوری نباشد. چرا که زمان پاسخ دهی در این نوع چیزی در حدود 5 ثانیه طول می کشد. در ساخت RTD ها ا ز فلزاتی همچون پلاتین، نیکل و مس با خلوص بالا استفاده می شود.
مطلب مرتبط: سنسور RTD چیست؟ کاربرد و مشخصات
RTD ها چطور دما را اندازه گیری می کنند؟
این ماژول های کنترل دما بر اساس این اصل که افزایش دما در فلزات به افزایش مقاومت آن ها در برابر جریان برق منجر می شود طراحی و ساخته می شوند. به این منظور ابتدا یک جریان مشخص الکتریکی از سنسور های دما از نوع RTD عبور داده می شود. سپس مقاومت آن اندازه گیری می گردد. در آخر نیز به کمک روش های استاندار محاسباتی این مقاومت به دما تبدیل و ثبت می شود. RTD ها نیز دارای نقاط قوت و نقاط ضعفی هستند که به آن ها اشاره خواهیم کرد.
مزایای استفاده از سنسورهای دما از نوع RTD:
- سیم بندی این نوع از ماژول های کنترل دما بسیار آسان می باشد.
- دقت بسیار بالایی در اندازه گیری دما دارند.
- قابلیت تکرار پذیری بسیار بالایی دارند.
- این سنسور های دما از نوع خطی می باشند.
- در انتها از دامنه ی وسیع دمایی برخوردارند.
معایب استفاده از سنسورهای دما از نوع RTD:
- RTD ها خاصیت خود گرمایی دارند.
- قیمت آن ها نسبت به سایر انواع سنسور های دما بالا است.
- از نظر مدت زمان پاسخ دهی کند محسوب می شوند.
- از حساسیت حرارتی پایینی برخورداند.
ترمیستور و عملکرد آن
در این نوع از سنسور های دما مبنای کار بر اساس مقاومت و دما است. در واقع ترکیبی از دو نوع ترموکوپل و RTD می باشد. این سنسورهای دما از موادی تشکیل شده اند که نیمه هادی هستند و مقاومت در آن ها نسبت به دما بسیار حساس است. ترمیستور ها از اکسید های فلزی تهیه می شوند که به صورت دیسک و یا مهره فشرده سازی شده و سپس با موادی که نفوذ ناپذیر هستند مانند شیشه یا اپوکسی پوشیده می شوند. از کاربرد های رایج ترمیستور ها می توان به دماسنج های دیجیتالی در خودروها به منظور اندازه گیری دمای روغن اشاره نمود. همینطور در یخچال ها و اجاق گازها نیز مورد استفاده قرار میگیرد.
مزایا و معایب استفاده از ترمیستورها چیست؟
ترمیستور ها ارزان و قوی هستند. کار با آن ها بسیار راحت می باشد و به تغییرات دمایی به شکل قابل پیش بینی واکنش نشان می دهند. در دمای بسیار گرم و یا بسیار سرد، عملکرد بهینه ی آنها کاهش پیدا میکند. اما در کاربری هایی که دما در نقطه ی پایه اندازه گیری می شود بسیار دقیق عمل می کنند.
مطلب مرتبط: ترمیستور چیست؟ کاربرد آن
نکات مهم در انتخاب سنسور های دما چیست؟
3 فاکتور مهم در انتخاب سنسور های دما وجود دارد که در هنگام انتخاب باید مورد توجه قرار گیرد. این موارد در ذیل بیان می شود:
- گستره ی دمایی سنسور دما باید با کاربری مورد نظر تطابق لازم را د اشته باشد.
- توجه به پایداری در برنامه های بلند مدت از اهمیت ویژه ای برخوردار است.
- دقت لازم به خصوص اگر تغییرات دمایی اندکی باید اندازه گیری و ثبت شود از دیگر نکات مهمی است که باید به آن توجه کرد.
حتما بخوانید:
اتوماسیون صنعتی چیست؟ کاربرد آن
سخن پایانی
سنسور های دما از تنوع بسیار بالایی برخوردار هستند و با توجه به ساختمان و طراحی داخلی برای مورد خاصی کاربرد دارند. بهترین راه برای اطمینان از انتخاب درست و متناسب این سنسور های دما مشاوره و راهنمایی توسط افراد متخصص و کاربلد در این زمینه می باشد. گروه صنعتی سپیانی با سابقه ای درخشان در زمینه اتوماسیون صنعتی آماده ی ارائه ی مشاوره و خدمات به شما می باشد. همچنین تمام اقلام مورد نیاز خود در این زمینه را از بخش فروشگاهی وب سایت گروه صنعتی سپیانی می توانید تهیه نمایید.
