سنسورهای دما

سنسورهای دما دستگاه‌های اندازه‌گیری هستند که دما را با سنجش یک مشخصه فیزیکی مربوطه مانند مقاومت الکتریکی، میدان الکترومغناطیسی (EMF) یا تابش حرارتی تعیین می‌کنند. نحوه عملکرد سنسور دما به ویژگی فیزیکی اندازه گیری شده بستگی دارد. گزینه های سنسور عبارتند از:

• ترموکوپل

• آشکارسازهای دمای مقاومتی (RTD)

• ترمیستورها

• کلیدهای دو فلزی

• سنسورهای دمای مادون قرمز غیر تماسی

  نمایش تمام سازندگان سنسورهای دما

انواع سنسورهای دما

پنج نوع متداول ابزار دما وجود دارد. هر کدام مزایا و معایبی دارند.

ترموکوپل

ترموکوپل ها دقیق هستند، نسبت به تغییرات دمایی بسیار حساس هستند و به سرعت به تغییرات محیط پاسخ می دهند. آنها از یک جفت سیم فلزی غیر مشابه تشکیل شده اند که در یک انتها به هم وصل شده اند. جفت فلزی یک ولتاژ ترموالکتریک خالص بین دهانه خود و با توجه به اندازه اختلاف دما بین انتها ایجاد می کند. اندازه گیری دما با کالیبره کردن دستگاه با دماهای شناخته شده انجام می شود، سپس یکی از اتصالات فلزی روی یخ (یا چیز دیگری با دمای شناخته شده) و دیگری روی جسمی که دمای آن نیاز به شناسایی دارد، قرار می گیرد. ولتاژ نمایش داده شده با استفاده از فرمول کالیبراسیون خوانده می شود و دمای جسم قابل محاسبه است.

از مزایای ترموکوپل ها می توان به دقت بالا و عملکرد قابل اعتماد آنها در محدوده بسیار وسیع دما اشاره کرد. آنها همچنین برای انجام اندازه گیری های خودکار هم ارزان و هم با دوام مناسب هستند.

معایب عبارتند از خطاهای ناشی از استفاده از آنها در مدت زمان طولانی و اینکه برای اندازه گیری دو دما لازم است. مواد ترموکوپل نیز در معرض خوردگی هستند که می تواند بر ولتاژ ترموالکتریک تأثیر بگذارد.

سنسورهای دمای ترموکوپل به انواع مختلفی تقسیم می شوند و شامل دستگاه های ساخته شده از کروم و کنستانتان (نوع E)، آهن و کنستانتان (نوع J)، کروم و آلومل (نوع K) و مس و کنستانتان (نوع T) می شوند. کرومل، آلومل، و کنستانتان علائم تجاری ثبت شده شرکت تولیدی هاسکین هستند. ترموکوپل های فلزی نوبل نیز از برخی تامین کنندگان سنسور دما در دسترس هستند. هر نوع در یک محدوده دمایی مشخص عمل می کند.

RTD ها

آشکارسازهای دمای مقاومتی (RTDs) سیم پیچی هایی هستند که با تغییر دما تغییراتی در مقاومت نشان می دهند. هر چه گرمتر شوند، مقدار مقاومت الکتریکی آنها بیشتر می شود. پلاتین متداول ترین ماده مورد استفاده است زیرا در طیف وسیعی از دماها تقریباً خطی است، بسیار دقیق است و زمان پاسخگویی سریعی دارد. RTD ها همچنین می توانند از مس یا نیکل ساخته شوند، اما این مواد دارای محدوده محدود و مشکلات اکسیداسیون هستند. عناصر RTD معمولا سیم های بلند و فنر مانندی هستند که توسط یک عایق احاطه شده و در یک غلاف فلزی محصور شده اند.

از مزایای RTD ها می توان به خروجی پایدار آنها برای مدت زمان طولانی اشاره کرد. همچنین کالیبراسیون آنها آسان است و خوانش های بسیار دقیقی ارائه می دهند.

معایب آن شامل محدوده دمای کلی کوچکتر، هزینه اولیه بالاتر و طراحی ناهموار کمتر است.

ترمیستورها

ترمیستورها بسیار حساس هستند، اما محدوده دمایی محدودی دارند. ترمیستور وسیله ای نیمه هادی با مقاومت الکتریکی متناسب با دما است. دو نوع ترمیستور وجود دارد: ضریب دمایی منفی (NTC)، که در آن مقاومت به طور غیرخطی با افزایش دما کاهش می یابد. و ضریب دمایی مثبت (PTC)، که در آن مقاومت با افزایش دما افزایش می یابد. استفاده از دماسنج ترمیستور NTC مزایا و معایبی دارد.

از مزایای ترمیستورها می توان به اندازه کوچک و درجه پایداری بالای آنها اشاره کرد. NTC ها نیز ماندگاری بالایی دارند و بسیار دقیق هستند.

معایب شامل غیر خطی بودن و نامناسب بودن آنها برای استفاده در دماهای شدید است.

سوئیچ های دو فلزی

کلیدهای دو فلزی از فنر دو فلزی به عنوان عنصر سنجش دما استفاده می کنند. این فنر از دو نوع فلز مختلف ساخته شده است که به یکدیگر متصل می شوند. این فلزات می توانند شامل مس، فولاد یا برنج باشند تا زمانی که یکی دارای حساسیت حرارتی کم باشد در حالی که فلز دیگر دارای حساسیت حرارتی بالا باشد. هر زمان که نوار جوش داده شده گرم شود، طول دو فلز بر اساس نرخ انبساط حرارتی جداگانه تغییر می کند. از آنجایی که این دو فلز به طول های مختلف منبسط می شوند، نوار دو فلزی مجبور می شود با ضریب انبساط حرارتی کمتری به طرف طرف خم یا خم شود. حرکت نوار برای انحراف نشانگر روی یک مقیاس کالیبره شده استفاده می‌شود که سپس دما را به کاربر نشان می‌دهد.

از مزایای سوئیچ های بی متال می توان به قیمت پایین و چقرمگی آنها اشاره کرد. استفاده و نصب آنها نیز آسان است و در طیف وسیعی از دماها دقیق هستند

معایب شامل این است که فقط انواع نشانگر موجود است، امکان تغییر کالیبراسیون به دلیل استفاده یا محیط، و اینکه سوئیچ های دو فلزی به اندازه دماسنج های پایه شیشه ای دقیق نیستند.

سنسورهای دمای مادون قرمز غیر تماسی

سنسورهای دمای مادون قرمز غیر تماسی، تشعشعات فروسرخ محیط (IR) ساطع شده از سطح گرم شده را جذب می کنند. آنها در کاربردهای مختلفی استفاده می شوند که اندازه گیری مستقیم دما امکان پذیر نیست. با سنسورهای دمای مادون قرمز غیر تماسی، نور ورودی به یک سیگنال الکتریکی که مربوط به دمای خاصی است تبدیل می شود.

از مزایای سنسورهای دمای مادون قرمز بدون تماس می توان به جدا شدن از منبع اندازه گیری شده، هدف گیری نقطه لیزری و سهولت استفاده اشاره کرد.

معایب شامل هزینه بیشتر و نیاز به برق است.

مشخصات

خریداران هنگام انتخاب سنسورهای دما باید این مشخصات محصول را در نظر بگیرند

• محدوده اندازه گیری دما شامل حداقل و حداکثر دمای قابل مشاهده است.

• دقت به چگونگی مطابقت دقیق دمای سنسور حرارتی با محیط اندازه گیری شده مورد نظر آن اشاره دارد.

• پایداری شامل محیط های بهینه عملکرد، دوام و طول عمر سنسور می شود.

• نوع پروب واحدی را توصیف می کند که سنسور دما را در خود جای داده است.

• سبک خاتمه به این اشاره دارد که کاربر چگونه می داند چه زمانی خواندن کامل شده است. گزینه‌ها عبارتند از آلارم‌ها، قرائت‌های زمان‌بندی‌شده یا سوئیچ تنظیم شده روی دمای خاص.

واحدهای ترکیبی

تامین کنندگان سنسور دما ممکن است هم کیت های سنسور دما و هم واحدهای ترکیبی سنسور سطح مایع دما را ارائه دهند.

کیت های سنسور دما شامل یک ترموکوپل یا RTD با یک پروب دمای فولاد ضد زنگ است که می تواند به یک کنترل کننده یا نشانگر قابل برنامه ریزی متصل شود.

واحدهای ترکیبی سنسور دما و سطح مایع برای استفاده با سوئیچ های سطح مایع طراحی شده اند. این سنسورهای دما ممکن است از فناوری RTD یا ترموکوپل استفاده کنند.

منبع

globalspec