سنسور دما

دما و اندازه گیری آن

به زبان ساده، دما درجه گرمی بدن است که معیاری از میزان گرما در بدن است. مشکل تعیین مقدار گرمای بدن در مقیاس تا زمان اختراع موتور بخار وجود نداشت. کنجکاوی دانشمندان برای درک رفتار آب در سطوح مختلف محتویات گرما باعث شد تا یک مطالعه رسمی و بهتر انجام شود. یکی از اولین مراجع برای "دما" به سال 1760 برمی گردد. زمانی که جوزف بلک اعلام کرد که اعمال گرمای یکسان به مواد مختلف منجر به دماهای متفاوت می شود. سال‌ها مطالعه علمی دقیق منجر به نظریه‌های بسیاری شد، از مفهوم ساده «کالری»، که گرما را به عنوان یک ماده مادی که بین مواد مبادله می‌شود، تا توصیف کارنو از گرما به‌عنوان شکلی از انرژی (که شالوده قانون اول را پایه‌گذاری کرد. ترمودینامیک). با این حال هیچ یک از آنها مفهوم دما را به طور رضایت بخشی توضیح ندادند. این نظریه ماکسول بود که استدلال خوبی برای آن ارائه کرد. او دمای بدن را به عنوان خاصیت حرارتی آن تعریف کرد که اطلاعاتی در مورد محتوای انرژی سیستم ارائه می دهد. این اندازه گیری میانگین انرژی جنبشی (انرژی به واسطه حرکت) مولکول های ماده است و نشان دهنده پتانسیل گرمایی است که به دلیل آن گرما از دمای بالاتر به دمای پایین تر جریان می یابد.

گفته می شود که کلمه "دما" خود از کلمه لاتین "tempera" به معنای "متوسط یا نرم" گرفته شده است. با حرکت در امتداد خط فکری ماکسول سرعت مولکول‌ها باید مبنای انتخاب مقدار دما باشد. با گرم نبودن مطلق حالتی است که در آن مولکول‌ها کاملاً ساکن هستند. اما این اندازه‌گیری عملاً امکان‌پذیر نیست و از این رو، از جلوه‌های دیگر اثر گرما برای اندازه‌گیری دما استفاده می‌شود. مثلاً انبساط هندسی مواد، تاریخچه مختصری از سنسورهای دما با نقاط عطف اصلی در شکل زیر نشان داده شده است:

تاریخچه مختصری از سنسور دما

احساس گرما و سرما برای تجربه بشری اساسی است، اما یافتن راه هایی برای اندازه گیری دما بسیاری از ذهن های بزرگ را به چالش کشیده است. مشخص نیست که آیا یونانیان یا چینی‌های باستان راه‌هایی برای اندازه‌گیری دما داشتند یا خیر، تا آنجا که می‌دانیم، تاریخچه سنسورهای دما در دوره رنسانس آغاز شد.

چالش اندازه گیری

گرما معیاری از انرژی در یک جسم یا ماده است . هر چه انرژی بیشتر باشد، گرمتر است. اما بر خلاف خواص فیزیکی جرم و طول، اندازه گیری آن دشوار است. اکثر روش ها غیرمستقیم بوده اند. با مشاهده تأثیر گرما بر چیزی و استنتاج دما از آن میتوان بسیاری از فرآیند ها را کنترل کرد.

ایجاد مقیاس اندازه گیری نیز یک چالش بوده است. در سال 1664، رابرت هوک پیشنهاد کرد که از نقطه انجماد آب به عنوان نقطه صفر استفاده شود و دما از این نقطه اندازه گیری شود. تقریباً در همان زمان اوله رومر نیاز به دو نقطه ثابت را دید که امکان درونیابی بین آنها را فراهم می کرد. نقاطی که او انتخاب کرد نقطه انجماد هوک و همچنین نقطه جوش آب بود. این البته این سوال را باز می گذارد که چگونه چیزها می توانند گرم یا سرد شوند.

Gay-Lussac و دیگر دانشمندانی که بر روی قوانین گاز کار می کنند به این پرسش پاسخ دادند. در طول قرن نوزدهم، هنگام بررسی تأثیر دما بر گاز در فشار ثابت، مشاهده کردند که حجم به اندازه کسری از 1/267 در درجه سانتیگراد افزایش می‌یابد (بعداً به 1/273.15 بازبینی شد). این منجر به مفهوم صفر مطلق در دمای منفی 273.15 درجه سانتیگراد شد.

مشاهده انبساط: مایعات و دو فلزات

گزارش شده است که گالیله دستگاهی ساخته است که تغییرات دما را در حدود سال 1592 نشان می دهد. به نظر می رسد این دستگاه از انقباض هوا در یک کشتی برای کشیدن ستونی از آب استفاده کرده است. ارتفاع ستون نشان دهنده میزان خنک شدن است. با این حال، این به شدت تحت تاثیر فشار هوا بود و چیزی بیش از یک تازگی بود.

دماسنج همانطور که می دانیم در سال 1612 توسط Santorio Santorii در کشور فعلی ایتالیا اختراع شد. او مایع را در داخل یک لوله شیشه ای آب بندی کرد و مشاهده کرد که چگونه در لوله به سمت بالا حرکت می کند. یک مقیاس روی لوله مشاهده تغییرات را آسان‌تر می‌کرد، اما سیستم فاقد واحدهای دقیق بود.

کار با رومر دانیل گابریل فارنهایت بود. او شروع به ساخت دماسنج کرد و از الکل و جیوه به عنوان مایع استفاده کرد. جیوه ایده آل است. زیرا واکنش بسیار خطی به تغییر دما در محدوده وسیعی دارد، اما نگرانی در مورد سمیت منجر به کاهش استفاده شده است. اکنون مایعات دیگری برای جایگزینی آن ساخته شده است. دماسنج های مایع هنوز به طور گسترده مورد استفاده قرار می گیرند. اگرچه کنترل عمقی که لامپ در آن غوطه ور می شود مهم است. استفاده از ترموول به اطمینان از انتقال حرارت خوب کمک می کند.

سنسور دمای دو فلزی در اواخر قرن نوزدهم اختراع شد. این از انبساط اختلاف دو نوار فلزی متصل به هم بهره می برد. تغییرات دما باعث ایجاد خمشی می شود که می توان از آن برای فعال کردن ترموستات مشابه آنچه در کوره های گاز استفاده می شود استفاده کرد. دقت پایین است، شاید مثبت یا منفی 2 درجه، اما این سنسورها ارزان هستند. بنابراین کاربردهای زیادی دارند.

اثرات ترموالکتریک

در اوایل قرن نوزدهم، الکتریسیته یک منطقه هیجان انگیز از تحقیقات علمی بود و دانشمندان به زودی متوجه شدند که فلزات از نظر مقاومت و رسانایی متفاوت هستند. در سال 1821 توماس یوهان سیبک کشف کرد که ولتاژ زمانی ایجاد می شود که انتهای فلزات غیرمشابه به هم متصل می شوند و در دماهای مختلف قرار می گیرند. پلتیر کشف کرد که این اثر ترموکوپل برگشت پذیر است و می توان از آن برای خنک کردن استفاده کرد.

در همان سال، همفری دیوی نشان داد که چگونه مقاومت الکتریکی یک فلز با دما مرتبط است. پنج سال بعد بکرل پیشنهاد استفاده از ترموکوپل پلاتین-پلاتین را برای اندازه گیری دما داد. اما تا سال 1829 طول کشید تا لئوپولدو نوبیلی واقعاً این دستگاه را بسازد.

پلاتین همچنین در آشکارساز دمای مقاومتی که در سال 1932 توسط C.H اختراع شد استفاده می شود. مایرز. این مقاومت الکتریکی طول سیم پلاتین را اندازه گیری می کند و به طور کلی دقیق ترین نوع سنسور دما در نظر گرفته می شود. RTD هایی که از سیم استفاده می کنند طبیعتاً شکننده و برای کاربردهای صنعتی نامناسب هستند. سال‌های اخیر شاهد توسعه فیلم‌های RTD بوده‌ایم که دقت کمتری دارند اما قوی‌تر هستند.

قرن بیستم همچنین شاهد اختراع دستگاه های اندازه گیری دمای نیمه هادی بود. اینها به تغییرات دما با دقت خوبی پاسخ می دهند اما تا همین اواخر فاقد خطی بودن بودند.

تابش حرارتی

فلزات بسیار داغ و مذاب می درخشند و گرما و نور مرئی می دهند. آنها گرما را در دماهای پایین تر نیز منتشر می کنند. اما در طول موج های طولانی ت ستاره شناس انگلیسی ویلیام هرشل اولین کسی بود که در حدود سال 1800 تشخیص داد که این نور "تاریک" یا مادون قرمز باعث گرما می شود. نوبیلی با همکاری هموطن خود ملونی راهی برای تشخیص این انرژی تابش شده با اتصال ترموکوپل ها به صورت سری برای ساخت ترموپیل پیدا کرد.

این در سال 1878 توسط بلومتر دنبال شد. این پل که توسط ساموئل لنگلی آمریکایی اختراع شد، از دو نوار پلاتین استفاده کرد که یکی از آنها سیاه شده بود. در آرایش پل وتستون گرمایش توسط تابش مادون قرمز باعث تغییر قابل اندازه گیری در مقاومت شد.

بلومترها به نور مادون قرمز در طیف وسیعی از طول موج ها حساس هستند. در مقابل، دستگاه‌های آشکارساز فوتون که از دهه 1940 توسعه یافته‌اند، تمایل دارند فقط به مادون قرمز در یک باند موج محدود پاسخ دهند. آشکارسازهای سولفید سرب به طول موجهای تا 3 میکرون حساس هستند. در حالی که کشف آلیاژ سه تایی HgCdTe در سال 1959 راه را برای آشکارسازهای متناسب با طول موجهای خاص باز کرد.

امروزه، پیرومترهای مادون قرمز ارزان به طور گسترده ای مورد استفاده قرار می گیرند و دوربین های حرارتی با کاهش قیمت کاربردهای بیشتری پیدا می کنند.

مقیاس های دما

وقتی فارنهایت در حال ساخت دماسنج بود، متوجه شد که به یک مقیاس دما نیاز دارد. نقطه انجماد آب نمک را 30 درجه و نقطه جوش آن را 180 درجه بالاتر قرار داد. متعاقباً تصمیم گرفته شد از آب خالص استفاده شود که در دمای کمی بالاتر منجمد می شود و در دمای 32 درجه فارنهایت یخ می زند و در دمای 212 درجه فارنهایت می جوشد.

ربع قرن بعد، آندرس سلسیوس مقیاس 0 تا 100 را پیشنهاد کرد که امروزه نام او را به خود اختصاص داده است. بعداً ویلیام تامسون بعدها لرد کلوین، با دیدن فایده در یک نقطه ثابت در یک انتهای مقیاس استفاده از صفر مطلق را به عنوان نقطه شروع سیستم سلسیوس پیشنهاد کرد. که منجر به مقیاس کلوین شد که امروزه در زمینه علمی مورد استفاده قرار می گیرد.

امروزه مقیاس های اندازه گیری دما در سندی با عنوان International Temperature System 90 یا به اختصار ITS-90 تعریف می شوند. خوانندگانی که می‌خواهند واحدهای اندازه‌گیری خود را بررسی کنند یا بهتر بفهمند، باید یک نسخه از آن دریافت کنند.

انواع سنسورهای دما

دما یکی از رایج‌ترین مقادیر اندازه‌گیری شده یک دستگاه یا شرایط اطراف آن است. به ویژه برای قطعات الکترونیکی، این به این دلیل است که دستگاه‌ها و مدارهای الکترونیکی گرما تولید می‌کنند و به نوعی مدیریت حرارتی نیاز دارند.

انواع مختلفی از سنسورهای دما وجود دارد که برای چنین کاربردهایی به خوبی کار می کنند و ویژگی ها یا مشخصات متفاوتی را ارائه می دهند. به عنوان مثال، یک سنسور دما می تواند یک خروجی آنالوگ یا دیجیتال ارائه دهد.

در این مقاله، ما تعدادی از رایج ترین انواع را پوشش خواهیم داد. این سنسورها را می توان به طور کلی به دو دسته تقسیم کرد:

1. سنسورهای دمای تماسی - این نوع سنسورها برای حس کردن دمای جسم نیاز به تماس با جسم دارند و می‌توان از آنها برای اندازه‌گیری دمای جامد، مایع یا گاز استفاده کرد.
2. سنسورهای دمای غیر تماسی - دمای یک جسم یا محیط اطراف آن را با استفاده از تابش یا همرفت تشخیص می دهند. این سنسورها بیشتر برای اندازه گیری مایعات یا گازها استفاده می شوند. با این حال، حسگرهایی که از تشعشعات مادون قرمز استفاده می کنند، قادر به تشخیص دمای اجسام جامد نیز هستند.

سنسوردمای تماسی

دماسنج های انبساط: این سنسورها از نوارهای دو فلزی استفاده می کنند که نرخ انبساط متفاوتی در دمای خاص دارند. بنابراین، این تفاوت انبساط را می توان با استفاده از یک اشاره گر مکانیکی به تغییر دما تبدیل کرد. اگرچه این دستگاه ها بسیار دقیق نیستند، اما مزیت قابل حمل بودن را دارند. کاربردهای کم هزینه مانند جبران‌کننده‌های زمان در ساعت‌های مکانیکی، ترموستات‌هایی که دمای بالاتر ممکن است کنتاکت را باز کند مانند کنترل گرمایش یا ممکن است مانند یخچال‌ها آن را ببندد، از نوارهای دو فلزی برای باز و بسته کردن کلیدهای مکانیکی استفاده می‌کنند که به نوبه خود کلیدهای الکتریکی مانند کلیدهای مدار را کنترل می‌کنند.

دماسنج های سیستم پر شده: این دستگاه ها با مقداری جایگزین پر می شوند که در اثر تغییر دما منبسط یا منقبض می شود. ممکن است پر از جیوه باشند. با این حال، از آنجایی که به عنوان یک خطر زیست محیطی در نظر گرفته می شود، ممکن است به جای آن از انواع مایع آلی استفاده شود. اینها برای کار کردن نیازی به برق ندارند و حتی پس از استفاده مکرر پایدار هستند. با این حال آنها هیچ نوع راه حل ذخیره سازی خواندن ارائه نمی دهند و همچنین نمی توانند اندازه گیری نقطه ای انجام دهند. اینها در صنعت پزشکی برای اندازه گیری دمای بدن کاربرد دارند.

سنسورهای مبتنی بر سیگنال ولتاژ: سنسورهای اصلی این دسته ترموکوپل ها هستند. اصل اساسی اثر Seebeck است. هنگامی که دو فلز یا آلیاژ مختلف در کنار هم قرار می گیرند تا دو اتصال ایجاد کنند، زمانی که اختلاف دما بین اتصالات وجود دارد ولتاژی در سراسر اتصالات القا می شود. این سنسورها قادر به تشخیص دماهای بسیار بالا (تا 1700 درجه) هستند. طراحی بسیار ساده ای دارند که آنها را در برابر ضربه و لرزش کاملاً مقاوم می کند و می توانند تقریباً فوری به تغییرات دما پاسخ دهند. با این حال آنها خوانش های دمایی موضعی را ارائه می دهند و برای حفظ گرادیان دما به جبران اتصال سرد نیاز دارند. همچنین در مقایسه با سنسورهای دیگ، دستگاه‌های بسیار غیرخطی هستند و برای جبران غیرخطی بودن به الگوریتم‌های بسیار خوبی از جانب الکترونیک تهویه‌کننده و پردازنده‌ها نیاز دارند. ترموکوپل ها در کاربردهای سنجش دمای بسیار بالا، نظارت بر واکنش شیمیایی، برش فلز، کروماتوگرافی گازی، سنجش دما در داخل موتورهای احتراق داخلی و غیره به دلیل گستره دمایی وسیع و ناهمواری کاربرد دارند. با این حال اگر دقت و خطی بودن بالا مورد نظر باشد، باید از سنسورهای دما دیگری استفاده شود. ایده های پیاده سازی ساده می توانند مانند موارد زیر باشند:

شکلی که معماری سنسورهای مبتنی بر سیگنال ولتاژ را نشان می دهد

حسگرهای مبتنی بر مقادیر مقاومت: مقاومت فلزات و نیمه هادی ها در برابر جریان از طریق آنها با دما تغییر می کند. این تغییر را می توان بر روی مقادیر مختلف دما در یک مقیاس نظارت و ترسیم کرد. علاوه بر این، با افزایش دما مقدار مقاومت ممکن است افزایش یا کاهش یابد. موادی با ضریب دمایی مثبت مانند اکثر فلزات با افزایش دما دچار تغییر مقاومت مثبت می شوند. در حالی که مقاومت اکثر نیمه هادی ها با افزایش دما به دلیل ضرایب دمایی منفی آنها کاهش می یابد. بر اساس ضرایب دما، آشکارسازهای دمای مقاومتی (RTD) را می توان به دو نوع تقسیم کرد:

سیم مقاومتی RTD: عمدتاً با موادی با مواد با ضریب مقاومت مثبت مانند پلاتین ساخته شده‌اند. RTD‌ها عناصر مقاومتی هستند که تغییرات قابل پیش‌بینی در مقاومت را با دما نشان می‌دهند. تغییر مقاومت با دما از رابطه زیر بدست می آید:

معادله ای که تغییر مقاومت با دما را نشان می دهد

در اینجا، Rt و Ro مقاومت مواد در دماهای t و oC و ضریب دمای متوسط است.

این دستگاه ها ممکن است به شکل مقاومت های لایه نازک یا مقاومت های سیمی باشند. آنها محدوده خطی بسیار گسترده ای از اندازه گیری دما (200- تا 650 درجه سانتیگراد) را ارائه می دهند و با حداقل رانش حتی با عملیات مکرر سال به سال بسیار پایدار هستند. یک RTD مقاومت پلاتین به عنوان ابزار درونیابی اولیه توسط اداره ملی استانداردها خدمت کرده است. خروجی سیگنال در مقایسه با ترموکوپل ها بسیار بزرگ است و می توان از سیم های مسی معمولی برای گسترش استفاده کرد. همچنین این ها را می توان در یک منطقه بزرگ پخش کرد. چنین سنسورهایی می‌توانند بر روی یک بازوی یک مدار پل وتستون مانند شکل زیر نصب شوند و از کل مدار برای محاسبه و همچنین کنترل محرک‌ها برای حفظ دما با استفاده از بازخورد استفاده شود. آنها محدوده عملکرد خطی مورد نظر را در جایی که ترموکوپل ها کوتاه می آیند ارائه می دهند. RTD ها در کاربردهایی مانند جبران اتصال سرد، اهداف کالیبراسیون، در مدار پل سنگی گندم و کنترل فرآیند استفاده می شوند. خطی بودن اجرای مدارهای تهویه سیگنال را ساده می کند و RTD ها را برای کاربردهای با دقت بالا مناسب می کند. RTD ها دمای مطلق را در مقایسه با ترموکوپل ها اندازه گیری می کنند و از این رو، ممکن است مانند ترموکوپل ها برای حفظ دمای یکنواخت در سراسر سطح مناسب نباشند.

شکلی که معماری RTD را نشان می دهد

ترمیستورها: نیمه هادی ها پدیده های مختلفی را ارائه می دهند و اساس الکترونیک را تشکیل می دهند. هر دو نیمه هادی مثبت (PTC) و ضریب دمای منفی (NTC) وجود دارند و حسگرهای مبتنی بر آنها به عنوان ترمیستور PTC سیم سرد و ترمیستور NTC سیم داغ متمایز می شوند. برای ترمیستورهای PTC، فروالکتریکی پدیده غالبی است که باعث ایجاد ضریب مثبت در یک محدوده دمایی کوتاه می شود. محدوده دمایی کوتاه عملکرد این مواد آنها را برای استفاده به عنوان کلیدهای محدود کننده دما مناسب می کند. آنها به طور موفقیت آمیزی در مانیتورهای CRT به عنوان تایمر در از بین بردن کویل ها استفاده شده اند. آنها می توانند به عنوان جایگزین فیوزها در قالب دستگاه های محدود کننده جریان استفاده شوند. اگر جریان افزایش یابد، گرمای بیشتری تولید می شود که ترمیستورها را گرم می کند. این باعث افزایش مقاومت می شود که جریان و ولتاژ موجود در دستگاه را کاهش می دهد و در نتیجه از آن در برابر افزایش جریان محافظت می کند. برای ترمیستورهای NTC، رابطه بین مقاومت و دما منفی و نمایی است که بسیار قابل تکرار است. در محدوده استفاده این منحنی نمایی را می توان به عنوان یک نمودار نسبتاً خطی مشاهده کرد و حتی می تواند حساسیت بیشتری نسبت به RTD ها ایجاد کند که آنها را از نظر دقت در اندازه گیری ها جذاب تر می کند.

نمودار منحنی نمایی که حساسیت بیشتری نسبت به RTD ها ارائه می دهد

به دلیل هزینه های کم آنها در صنایع خودروسازی و محصولات مصرفی مانند مانیتورهای دمای خنک کننده و روغن، نگهداری دمای انکوباتور، دماسنج های دمای پایین، ترموستات های دیجیتال مدرن، مانیتورهای دمای بسته باتری و غیره کاربرد فراوانی پیدا می کنند. یک کاربرد جدیدتر که در آن ترمیستورهای NTC مورد استفاده قرار گرفته است. پرینت سه بعدی استفاده می شود. جایی که ترمیستورها برای حفظ دمای ثابت در انتهای داغ پرینترهای سه بعدی برای ذوب مناسب رشته های پلاستیکی استفاده می شوند.

سنسورهای دمای سیلیکونی یکپارچه: علاوه بر تمام این طبقه بندی ها مدارهای مجتمع برای سهولت استفاده در حین اندازه گیری دما در مقیاس مورد نظر طراحی شده اند. به عنوان مثال آی سی LM35 از Texas Instruments یک آی سی سنسور دما دقیق است که خواندن را مستقیماً در مقیاس سانتیگراد ارائه می دهد و LM34 دیگری است که خواندن در مقیاس فارنهایت را ارائه می دهد. این آی سی ها قرائت های ولتاژی را ارائه می دهند که مستقیماً با ضریب خاصی از دما متناسب است و از این رو می توان مستقیماً از یک مولتی متر خوانده یا مستقیماً به یک ADC برای پردازش بیشتر تغذیه کرد. آنها یکپارچگی و رابط آسان با سایر عناصر مدار را فراهم می کنند. بسیاری از شرکت های نیمه هادی مانند دستگاه های آنالوگ، میکروچیپ، Smartek، ZMD و STMicroelectronics به طراحی سنسورهای دما و حتی ارائه مدارهای پردازش سیگنال و رابط های دیجیتال ورودی/خروجی برای میکروکنترلرها مشغول هستند. این سنسورهای دما در محصولات مصرفی مانند رایانه های شخصی، تجهیزات الکترونیک اداری، تلفن های همراه، تهویه مطبوع و راه حل های مدیریت باتری کاربرد گسترده ای پیدا می کنند.

جدا از این اصول اصلی اندازه گیری دما روش های دیگری نیز توسعه داده شده است. برخی از آنها سنسورهای دمای کوارتز نوسانی، دماسنج های نویز حرارتی، دماسنج های فیبر نوری و سیستم های اندازه گیری دما هستند.

شکلی که سنسورهای یکپارچه دمای سیلیکون را نشان می دهد

سنسور دمای غیر تماسی

شکلی که سنسورهای دمای غیر تماسی را نشان می دهد

پیرومتری: فرآیند رهگیری و اندازه گیری تابش حرارتی با دستگاه غیر تماسی است. تشعشعات ساطع شده از بدن با استفاده از یک عدسی همانطور که در شکل بالا نشان داده شده است به یک گیرنده تشعشع متمرکز می شوند. گیرنده می تواند هر وسیله حساسی مانند ترموکوپل، مقاومت نوری، فوتودیود و غیره باشد. عمل مبدل سیگنال الکتریکی متناسب با مقدار تابش تولید می کند که می تواند برای اندازه گیری دما استفاده شود. انواع مختلفی از پیرومترها مورد استفاده قرار می گیرند که تعدادی از آنها عبارتند از پیرومتر تابش کل، پیرومتر توزیع، پیرومتر طیفی، پیرومتر رشته ناپدید شدن و غیره...

دوربین‌های تصویربرداری حرارتی: اگرچه در اصل مشابه پیرومترها هستند، این دستگاه‌ها تصویر حرارتی جسم را تولید می‌کنند. اینها عمدتاً در نظارت و کنترل ماشین آلات استفاده می شود که در آن گرمایش موضعی می تواند عملکرد عادی را مختل کند.

اندازه‌گیری‌های صوتی: چنین دستگاه‌هایی بر اساس اصل تغییر سرعت پراکندگی صوت در مواد مختلف با دما هستند.

Absolute temperature = K v²

در اینجا v سرعت صوت است. علاوه بر این، اندازه‌گیری‌های آکوستیک ممکن است از تشدیدگرهای کوارتز یا روش‌های غیررزونانسی مانند اصل پالس-اکوی محدوده فاصله استفاده کنند. آنها در داخل کوره ها مانند کوره های زباله سوز استفاده می شوند.

معیارهای انتخاب سنسورهای دما

هیچ یک از دستگاه های سنجش دما به اندازه کافی همه کاره نیستند که بتوان در همه جا از آنها استفاده کرد. اگر ترموکوپل‌ها به‌خاطر دامنه عملکرد وسیع دمایی خود شناخته شوند، RTD‌ها در محدوده خطی بودن بی‌رقیب هستند و ترمیستورها بسیار دقیق هستند در حالی که حسگرهای سیلیکونی به راحتی در مدارها یکپارچه می‌شوند. استفاده از یک سنسور دمای خاص در برخی کاربردها توسط تعدادی پارامتر کنترل می شود که مهمترین آنها خود دما است. محدوده دما برای کاربرد، سرعت تغییر دما و غیره به تصمیم گیری در مورد نوع طراحی کمک می کند. به عنوان مثال برای سنسورهایی با دمای عملیاتی بالا، کابل های اتصال ویژه مورد نیاز است. در حالی که برای سنسورهایی که باید با شوک های دما مقابله کنند، نوع ساختار سیم پیچی ترجیح داده می شود.

پایداری و دقت سنسور در شرایط عملیاتی تعیین شده یکی دیگر از عوامل مهمی است که هنگام انتخاب طراحی باید مورد توجه قرار گیرد. حساسیت دستگاه برای اندازه گیری تغییرات کوچک و میزان مستعد بودن آن به خودگرم شدن، قابلیت اطمینان دستگاه و عملکرد آن را تعیین می کند.

زمان پاسخ سنسور اغلب با اندازه سنسور کنترل می شود. به عنوان مثال ابعاد کوچک یک سنسور مبتنی بر مقاومت نوع فیلم منجر به حداقل ظرفیت گرمایی مرتبط و در نتیجه زمان پاسخ کوتاه (0.1 ثانیه در آب و 3 تا 6 ثانیه در هوا) می‌شود. در همان منطقه کاربردی مقاومت نوع سیمی در آب بین 0.2 تا 0.5 ثانیه و در هوا 4 تا 25 ثانیه پاسخ می دهد. برای کمک به شما در انتخاب سنسور دمای مناسب برای برنامه خود، جدول مقایسه ای از 4 سنسور محبوب برای مرجع آسان در زیر ترسیم شده است.

جدای از این ملاحظات، انتخاب سنسورهای تماسی یا غیر تماسی تابع شرایط محیطی مختلف دیگری است. در حالی که سنسورهای تماسی ممکن است اندازه‌گیری‌های اقتصادی و کاملا دقیقی را ارائه دهند. نیاز به تماس فیزیکی است، که ممکن است منجر به آلودگی، فرسودگی و فرورفتن حرارت شود که دمای اندازه‌گیری را تغییر می‌دهد. از سوی دیگر سنجش غیر تماسی پاسخ و نظارت سریع‌تری را از یک مکان دور ارائه می‌کند. اما نمی‌تواند دمای گاز را اندازه‌گیری کند و محدودیت‌هایی در دمای محیط دارد که ممکن است بر خوانش‌ها تأثیر بگذارد.

تقریباً همه چیز در این جهان و کیهان با تعادلی ظریف در جای خود آویزان است. زندگی روی زمین به این دلیل ایجاد شد که درجه حرارت درست بود. دمای بدن ما باید تنظیم شود، در غیر این صورت آنزیم ها ممکن است عملکرد نادرست داشته باشند. دمای اقیانوس ها کمی بالاتر می رود، دی اکسید کربن حل شده در آن به جو باز می گردد و باعث گرم شدن بیشتر می شود. تهویه مطبوع کار می کند زیرا ما در واقع می توانیم دما را اندازه گیری کنیم و اقدامات اصلاحی انجام دهیم. مدارهای الکترونیکی در محدوده خاصی از دما عملکرد بهینه دارند. اگرچه سنسورهای دما ممکن است نتوانند طعم را تضمین کنند، اما قطعاً می توانند اطمینان حاصل کنند که غذای شما به خوبی پخته شده است. جای تعجب نیست که دما آنقدر مهم است که به عنوان یکی از کمیت های فیزیکی اساسی علم تعریف شده است. از این رو، اهمیت سنسورهای دما را نمی توان تضعیف کرد.

متداول ترین انواع سنسور دما

اندازه گیری پایدار و مداوم تغییرات دما یکی از بخش های مهم کنترل فرآیند می باشد. از اینرو، قابل اعتماد بودن دستگاه اندازه گیری مورد استفاده لازم و ضروری است. انواع بسیار مختلفی از دستگاه های سنسور دما وجود دارد.

سنسور های اندازه گیر دما تقریبا برای همگی ما آشنا هستند. این سنسورها، ابزارهای جدایی ناپذیر در کنترل فرآیند بشمار می آیند و می توان گفت هر تکنسینی که در فرآیند به عنوان مسئول ابزار دقیق یا سیستم کنترلی در فیلد صنعتی است با آن آشنایی دارد.

ترمیستور

اصطلاح "ترمیستور" مخفف "مقاومت حساس به حرارت" است. این نوع خاصی از مقاومت با مقاومتی است که بر اساس دما تغییر می کند.

برای مثال:

• اگر مقاومت ترمیستور با افزایش دما افزایش یابد، دارای ضریب دمایی مثبت است و ترمیستور PTC نامیده می شود.
• اگر مقاومت ترمیستور با افزایش دما کاهش یابد، دارای ضریب دمایی منفی است و ترمیستور NTC نامیده می شود. اکثر ترمیستورها NTC هستند.

ترمیستورها زمان پاسخگویی نسبتاً کمی به هرگونه تغییر دما دارند. آنها دستگاه های الکترونیکی غیرفعال هستند و برای تولید ولتاژ خروجی نیازی به عبور جریان از آنها ندارند. مقاومت فیزیکی یک ترمیستور می تواند از چند اهم، کیلو اهم یا ده ها مگا اهم متغیر باشد.

ترمیستور نوعی سنسور تماسی است که با استفاده از شبکه تقسیم کننده ولتاژ، خروجی و رابط آنالوگ را در مدار ارائه می دهد. شبکه تقسیم پتانسیل همچنین ممکن است با یک تقویت کننده اختلاف یا ورودی آنالوگ یک میکروکنترلر برای خواندن ولتاژ ارتباط داشته باشد.

این نوع سنسورها قابل اعتماد، بسیار دقیق و بادوام هستند. ترمیستورها به ندرت آسیب می بینند مگر اینکه در معرض دمای بسیار بالا و بالاتر از حداکثر حد مجاز خود قرار گیرند. با این حال، آنها می توانند آسیب فیزیکی را متحمل شوند زیرا معمولاً از مواد نیمه هادی سرامیکی مانند اکسیدهای نیکل، کبالت و منگنز استفاده می شوند. مواد نیمه هادی به صورت دیسک یا توپ فشرده می شود و به صورت هرمتیک آب بندی می شود.

مهمترین ویژگی هایی که در انتخاب ترمیستور باید در نظر گرفت عبارتند از:

• محدوده مقاومت
• منحنی مقاومت - دما
• ثابت زمانی (یعنی با چه سرعتی مقاومت آن با دما تغییر می کند)
• مقاومت فیزیکی در دمای اتاق
• محدوده دما و درجه قدرت با توجه به جریان فعلی

ترمیستورهای NTC به دلیل ماهیت نمایی که دارند عموماً دارای منحنی مقاومت-دمای غیر خطی هستند. اما این را می توان برای محدوده های خاصی مسطح کرد. ترمیستورهای استاندارد دارای محدوده دمایی معمولی بین -50 تا 150 درجه سانتیگراد هستند، در حالی که ترمیستورهای محصور شده با شیشه تا 250 درجه سانتیگراد بالا می روند.

اکثر ترمیستورها را می توان به راحتی با آردوینو یا سایر پلتفرم های میکروکنترلر متصل کرد، مشروط بر اینکه برد یا کنترل کننده انتخابی دارای ورودی آنالوگ باشد.

در یک مدار بدون میکروکنترلر، این سنسورها را می توان با استفاده از یک شبکه تقسیم کننده ولتاژ برای به دست آوردن نتیجه دودویی برای یک برنامه (مانند اگر دما کمتر یا بالاتر از یک آستانه خاص باشد) با یک تقویت کننده عملیاتی متصل کرد.

آشکارسازهای دمای مقاومتی (RTD) یا سنسور دمای RTD

سنسور RTD مخفف Detector Temperature Resistance به معنی سنسور مقاومتی دما می باشد.RTD ها از نوع سنسور های خطی و دقت بالا است که میتوان گفت دقیق ترین سنسور در اندازه گیری دما می باشند که سیگنال خروجی شان به صورت یک سیگنال مقاومتی است. مقاومت اندازه گیری شده را می توان با استفاده از جداول و روشهای استاندارد به مقدار دمای متناظرش تبدیل نمود.

معمول ترین نوع سنسور دمای RTD، سنسور هایی از جنس پالتین هستند که با نام PT100 در بازار شناخته میشوند. سنسور دمای PT100 در انواع دو سیمه، سه سیمه و چهار سیمه تولید می شوند که نوع سه سیمه از بقیه رایج تر است (مناسب در دقت و قیمت). طبق استاندارد معمول رنگ دو سیم در سنسور RTD یکسان است و سیم سوم رنگ دیگری دارد. متاسفانه هیچ استانداردی واحدی برای رنگ بندی سیمها در سنسور RTD وجود ندارد و هر تولید کننده استاندارد خودش را دارد.

مزایای سنسور دما RTD

دقت بالا، پایداری، تکرار پذیری و عمر طوالانی

معایب سنسور دما RTD

قیمت بالا، زمان پاسخگویی پایین، رنج دمایی کوچک برای دماهای خیلی پایین و خیلی بالا مناسب نیست.

در واقع RTD ها دارای ضریب دمایی مثبت هستند و مقاومت آنها با افزایش دما افزایش می یابد. این نوع حسگرها دارای یک فلز رسانا با خلوص بالا هستند - مانند مس، پلاتین یا نیکل - که به یک سیم پیچ یا یک لایه نازک بر روی یک بستر سرامیکی پیچیده می شود.

اینها سنسورهای دقیقی هستند که منحنی مقاومت-دما بسیار خطی و دقیقی را ارائه می دهند. با این حال، آنها حساسیت حرارتی ضعیفی دارند (معمولاً 1Ω/˚C).

RTD هایی که از پلاتین ساخته می شوند رایج ترین موارد مورد استفاده هستند و به آنها دماسنج مقاومتی پلاتین یا PTC می گویند. PTC ها گران هستند.

یکی دیگر از اشکالات RTD ها و PTC ها این است که خود گرم می شوند. این بدان معنی است که مقاومت آنها تحت تأثیر گرما به دلیل جریان عبوری از آنها قرار می گیرد که می تواند منجر به خوانش اشتباه شود.

RTD ها سنسورهای تماسی هستند که خروجی آنالوگ را ارائه می دهند. برای جبران ویژگی خود گرمایشی، RTD ها معمولاً در یک مدار با استفاده از یک شبکه پل وتستون که یک منبع جریان ثابت به آن متصل است، متصل می شوند. این برای جبران هر گونه خطای استاندارد یا سیم اضافی (که برای جبران سرب استفاده می شود) است.

RTD های پلاتین دارای منحنی خطی مقاومت-دمای هستند که بالاتر از محدوده معمولی 200- تا 600 درجه سانتیگراد است.

PTD100 RTD در حال حاضر محبوب ترین RTD موجود در بسته های 2، 3 یا 4 سیم است. دارای مقاومت 100Ω در 0˚ C است که در 100˚ C به 140Ω افزایش می یابد.

برای اندازه‌گیری دما با استفاده از RTD، باید آن را در پل وتستون با منبع جریان ثابت وصل کرد. ولتاژ خروجی برای تعیین مقاومت اندازه گیری می شود. بنابراین، دما را می توان از طریق رابطه خطی مقاومت-دما برای RTD داده شده به دست آورد.

ترموکوپل

واژه ترموکوپل Thermocouple از ترکیب دو واژه Thermo دما و Couple زوج ساخته شده است. این سنسور ها برای اندازه گیری دما از یک زوج آلیاژ فلزی رسانا ساخته میشوند. وقتی به محل اتصال این دو آلیاژ حرارت داده شود، اختلاف پتانسیلی در دو سر آلیاژها بوجود می آید.

این اختلاف پتانسیل تابعی از میزان حرارت اعمال شده است به ایت ترتیب می توان با بررسی میزان ولتاژ خروجی درجه حرارت اعمال شده به ترموکوپل را تشخیص داد. رایج ترین نوع سنسور های ترموکوپل در صنعت عبارتند از نوع تیپ K و J است. ترموکوپل ها دو سیم در خروجی دارند.بر اساس استاندارد رنگ سیمها، می تواند نشان دهنده نوع ترموکوپل باشد. این استاندارد در نقاط مختلف جهان فرق میکند. این جدول که معروف به Thermocouple Color Codes است سعی کرده است استاندارد رنگ بندی ترموکوپل را نشان دهد.

ترموکوپل رایج ترین سنسور دمای تماسی است. آنها جمع و جور، ارزان، ساده برای استفاده هستند و زمان پاسخگویی سریع به تغییرات دما را ارائه می دهند. این سنسورها وسیع‌ترین محدوده دما را ارائه می‌دهند که بین -200 تا 2000 درجه سانتی‌گراد است. یک ترموکوپل از دو سیم از فلزات غیرمشابه ساخته شده است که توسط دو اتصال الکتریکی به هم متصل شده‌اند. برای مثال، فلزات ممکن است مس و کنستانتان باشند.

یک اتصال برای مرجع در دمای ثابتی نگهداری می شود و به آن اتصال سرد می گویند. یکی دیگر برای اندازه گیری دما استفاده می شود و به آن اتصال داغ می گویند. از آنجایی که دما در هر دو اتصال معمولاً متفاوت است، از آن به عنوان پتانسیل بین آنها برای اندازه گیری دمای واقعی استفاده می شود.

اتصال بین دو فلز یک اثر ترموالکتریک ایجاد می کند که در آن پتانسیل ثابت چند میلی ولت تشکیل می شود. این اختلاف ولتاژ بین اتصالات "اثر برگشت" نامیده می شود. در اصل، مانند یک گرادیان ولتاژ بین این دو است.

هنگامی که هر دو اتصال در دمای یکسان هستند، اختلاف ولتاژ صفر دارند. هنگامی که هر دو اتصال در دماهای مختلف هستند، ولتاژی متناسب با اختلاف دما ایجاد می شود. اختلاف ولتاژ با افزایش اختلاف دما بین دو اتصال افزایش می یابد - و تا زمانی که اختلاف ولتاژ اوج ایجاد شود. این پیک ولتاژ با ویژگی های هر فلز تعیین می شود.

اندازه گیری ولتاژ خروجی ترموکوپل به تقویت کننده نیاز دارد. معمولاً با افزایش 10 درجه سانتیگراد دما فقط چند میلی ولت تفاوت وجود دارد. تقویت کننده های خردکن و ابزار دقیق معمولاً مورد استفاده قرار می گیرند زیرا پایداری دریفت عالی با بهره های بسیار بالا را ارائه می دهند.

ولتاژ خروجی اندازه گیری شده از ترموکوپل را می توان به ورودی آنالوگ یک میکروکنترلر یا یک مدار تقویت کننده معمولی برای نتیجه گیری منطقی اعمال کرد.

ترموکوپل ها از فلزات مختلفی ساخته می شوند و بسته به ترکیب فلزی که برای ساخت آنها استفاده می شود، محدوده دمایی متفاوتی دارند. در نتیجه، این سنسورها بر اساس کدهای استاندارد و رنگ‌های سرب فهرست شده و در دسترس هستند.

ترموکوپل ها برای کاربرد بر اساس محدوده دمایی انتخاب می شوند. معمولاً از انواع R، J و T استفاده می شود. اگرچه ترموکوپل ها ارزان هستند، اما دقت ضعیفی دارند (تلرانس 0.5 تا 5 درجه سانتیگراد) و منحنی دمایی غیر خطی دارند. مهندسان معمولاً باید حسگر استفاده شده را با جدول جستجو تطبیق دهند تا تبدیل، کنترل و جبران دما را تعیین کنند.

ترموستات

ترموستات یک سنسور دما الکترومکانیکی است که از پیوند دو فلز مختلف برای تشکیل یک نوار دو فلزی ساخته شده است. هنگامی که این نوار در معرض گرما قرار می گیرد، به دلیل انبساط خطی متفاوت دو فلز خم می شود. فلزات می توانند نیکل، آلومینیوم، تنگستن یا مس باشند.

ترموستات ها اغلب به عنوان کلیدهای الکتریکی یا برای کنترل کلید برق در کنترل های ترموستاتیک استفاده می شوند. کلیدهای ترموستاتیک با حرکت کنترل می شوند و می توانند:

1. یک نوع عمل سریع - که یک عملیات روشن/خاموش فوری را ارائه می‌کند که به طور گسترده در اجاق‌ها، مخازن آب گرم، اتوهای برقی و سایر وسایل گرمایش خانگی استفاده می‌شود.
2. نوع خزشی - به عنوان صفحه یا سنج استفاده می شود و تغییرات تدریجی دما را فراهم می کند. این نوع ها به صورت کویل های دو فلزی یا مارپیچ مونتاژ می شوند و نسبت به تغییرات دما حساسیت بیشتری دارند.

ترموستات ها برای طیف وسیعی از دماها در دسترس هستند، اما به دلیل هیسترزیس زیاد، قابلیت اطمینان ضعیفی دارند. به طور معمول، این سنسورها فقط در برنامه های کنترلی استفاده می شوند، جایی که از یک نقطه تنظیم دقیق دما برای عملکرد به عنوان سوئیچ استفاده می شود.

سنسورهای مبتنی بر نیمه هادی

سنسورهای دما مبتنی بر نیمه هادی مدارهای یکپارچه دوگانه هستند. دو دیود یکسان با ویژگی های ولتاژ-جریان حساس به دما برای تشخیص تغییرات دما یکپارچه شده اند.

به طور کلی، این سنسورها دقت پایین (تحمل بین 1 تا 5 درجه سانتیگراد)، پاسخ دهی آهسته (بین 5 تا 60 ثانیه) و محدوده دمایی باریک (بین -70 درجه سانتیگراد تا 150 درجه سانتیگراد) را ارائه می دهند.

اکنون بسیاری از سنسورهای دما مبتنی بر نیمه هادی دارای تقویت کننده های داخلی هستند که خروجی حدود 10mV/˚ C را تولید می کنند. این سنسورها دقت بهتر و خطی بودن بالایی دارند. انواع نیمه هادی ها معمولاً با ترموکوپل ها برای جبران دمای اتصال سرد استفاده می شوند.

سنسورهای دمای مادون قرمز

سنسورهای مادون قرمز یک نوع سنسور دما غیر تماسی هستند. آنها دستگاه های حساس به عکس هستند که تشعشعات مادون قرمز (IR) را از ناحیه اطراف یا یک جسم برای اندازه گیری گرما تشخیص می دهند.

ترموپیل

ترموپیل ها یکی از محبوب ترین انواع سنسورهای دمای غیر تماسی هستند. آنها برای اندازه گیری گرما و همچنین غلظت گاز استفاده می شوند.

ترموپیل ها اغلب در کنترل فرآیندهای صنعتی، خوانش های دمای پزشکی، آلارم های حرارتی، اجاق های مایکروویو، تشخیص یخ جاده ها و خودروها استفاده می شوند.

خروجی و سیم کشی سنسور

سنسورها در طیف گسترده ای از محصولاتی که ما به صورت روزانه از آنها استفاده می کنیم، مانند اتومبیل، تلفن، دوربین، لپ تاپ و غیره یافت می شوند.

بسیاری از سنسورها عمل سوئیچینگ را از طریق مدارهای حالت جامد انجام می دهند. اتصالات بین دستگاه های بار و منابع تغذیه از طریق دو یا چند سیم انجام می شود و کل راه اندازی به عنوان مدار رابط الکتریکی شناخته می شود. هرگونه تغییر منطقی شناسایی شده توسط سنسور را می توان با سیگنال های کنترل کننده منطقی قابل برنامه ریزی (پی ال سی) نشان داد. پی ال سی با روشن یا خاموش کردن جریان یا ولتاژ سیگنال داده می شود. خروجی سنسور گاهی اوقات ممکن است مستقیماً برای تغییر بار اعمال شود و از نیاز به پی ال سی اجتناب شود.

سیم کشی و خروجی

برخی از سیم کشی های معمولی و خروجی های سنسورها در زیر مورد بحث قرار می گیرند:

• سوئیچ ها - سوئیچ ها و رله ها نمونه های معمولی از خروجی های سنسور هستند. در یک سنسور دارای خروجی رله، ترمینال های V+ و V- به منبع تغذیه متصل می شوند. با تشخیص پدیده ای در سنسور، خروجی سنسور فعال می شود به طوری که رله ها بسته می شوند تا جریان جریان را جریان دهد.
• منطق ترانزیستور ترانزیستور (TTL) - TTL با توجه به دو سطح ولتاژ کار می کند، 5 ولت برای درست و 0 ولت برای نادرست. تشخیص ولتاژ از طریق TTL در معرض نویز الکتریکی است. با این حال، خروجی های TTL برای رایانه ها و دستگاه های الکترونیکی ضروری است. مدارهای الکترونیکی ساده مانند ماشه اشمیت را می توان در حین اتصال TTL به مدارهای ساده دیگر استفاده کرد.
• ترانزیستور اثر میدانی (FET)/TRIAC – FET یک دستگاه خروجی حالت جامد است که امکان سوئیچینگ سریع جریان متناوب و مستقیم را فراهم می کند. هیچ نشتی جریانی را نشان نمی دهد و زمان پاسخ آن از 2 میلی ثانیه تا 30 میکرو ثانیه متغیر است. متناوبا، TRIAC مناسب برای سوئیچینگ تنها جریان متناوب در مقایسه با FET، نشتی جریان بیشتری را نشان می دهد.
• منبع یابی/غرق شدن – حسگرهای منبع یابی جریان را از ترمینال مثبت قادر می سازند تا از سنسور خارج شود در حالی که سنسورهای غرق اجازه عبور جریان را به سنسور می دهند. یک ترانزیستور NPN به عنوان ورودی غرق و یک ترانزیستور PNP به عنوان خروجی منبع استفاده می شود. اگر خط فعال در 0 ولت باشد، گفته می شود که سنسور فعال است و اگر خط فعال در مقدار V+ باشد غیر فعال است.
• رله های حالت جامد - این رله ها به عنوان خروجی در برخی دستگاه ها به عنوان بارهای بزرگ استفاده می شوند. آنها به طور گسترده ای برای تغییر جریان های متناوب استفاده می شوند.
• پیکربندی دو سیم - اگرچه سیم کشی به صورت سری یا موازی با بار آسان است، سنسورهای دو سیم دارای افت ولتاژ بالایی هستند که به نوبه خود بر کارایی سیستم تأثیر می گذارد. توان سنسورهای دو سیمه از خطی که عمل سوئیچینگ انجام می شود به دست می آید.
• پیکربندی سه سیم - سنسورهای سه سیم شامل سه سیم هستند که دو تای آنها به منبع تغذیه وصل شده است در حالی که سیم سوم به بار متصل است. در پیکربندی موازی، سنسورهای سه سیم با خروجی ترانزیستور PNP یا NPN به یکدیگر متصل می شوند. دستگاه های خروجی سه سیم NPN متصل به صورت سری، ولتاژ منفی را به دستگاه زیر تامین می کنند و در نتیجه ولتاژ منفی را به بار می دهند. دستگاه های خروجی سه سیم PNP برق دستگاه زیر و بار را تامین می کنند.

مقدمه ای بر سنسور های هوشمند

سنسورهای هوشمند با سنسورهای سنتی تفاوت دارند زیرا مزایایی مانند خود تشخیصی، سیم کشی و ارتباطات ساده و نظارت از راه دور کارآمدتر را ارائه می دهند.

سنسورهای هوشمند چیست؟

سنسورهای هوشمند پدیده‌های فیزیکی را حس می‌کنند، آنها را به شکل دیگری - معمولاً در سیگنال‌های الکترونیکی - تبدیل می‌کنند و داده‌های جمع‌آوری‌شده را پردازش می‌کنند. این ویژگی کنترل کننده خارجی یا کنترل کننده منطقی قابل برنامه ریزی (پی ال سی) را در اجرای پردازش خروجی سنسور تسکین می دهد.

در عوض به کنترل کننده مرکزی اجازه می دهد تا بیشتر بر روی عملکردهای سطح سیستم، مانند اتوماسیون فرآیند یا تجزیه و تحلیل تمرکز کند. این برخلاف سنسورهای سنتی است که فقط پدیده فیزیکی را به شکل دیگری تبدیل می کنند و مقدار را به کنترل کننده مرکزی ارسال می کنند.

خروجی سنسور هوشمند داده های آماده برای کنترل کننده های اصلی است. به عنوان مثال، مکانیسم داخلی یک سنسور هوشمند می تواند از تشخیص نادرست در یک محیط سخت جلوگیری کند. قدرت سیگنال خروجی و آستانه آنها به طور خودکار با شرایط محیطی تنظیم می شود. این با سنسور سنتی متفاوت است، جایی که کنترل کننده اصلی با این مشکل مقابله می کند.

اجزای یک سنسور هوشمند

اجزای داخل یک سنسور هوشمند به عملکرد سنسور بستگی دارد و می تواند از مدلی به مدل دیگر متفاوت باشد. معمولاً اجزاء شامل عنصر سنسور، یک واحد ریزپردازنده (MPU) و یک ماژول ارتباطی هستند.

عنصر سنسور

عنصر سنسور پدیده فیزیکی مانند دما یا رطوبت را حس می کند و آن را به سیگنال آنالوگ تبدیل می کند. ممکن است بیش از یک عنصر سنسور در یک سنسور هوشمند وجود داشته باشد که به همان سنسور اجازه می‌دهد تا چندین پدیده را بدون استفاده از چندین سنسور حس کند.

خروجی عنصر سنسور آنالوگ است و برای اهداف مختلف شرطی سازی سیگنال به ریزپردازنده متصل می شود.

واحد ریزپردازنده (MPU)

خروجی عنصر سنسور به واحد ریزپردازنده (MPU) اجرا می شود. MPU قلب سنسور هوشمند است و تمام عملکردهای ضروری در آن انجام می شود. دو عملکرد در MPU انجام می شود: شرطی سازی سیگنال و تشخیص دلف.

شکل 1. چند گزینه سنسور هوشمند آلن برادلی. تصویر استفاده شده توسط Rockwell Automation

در تهویه سیگنال، MPU عملکردهای پردازش سیگنال در سطح سیگنال را قبل از انتقال به کنترل کننده مرکزی انجام می دهد. این عملکردها مانند فیلتر کردن و کاهش نویز برای استخراج اطلاعات از داده های جمع آوری شده ضروری هستند.

در تشخیص خود سنسور قابلیت اطمینان آن را ارزیابی می کند. این به سنسور اجازه می دهد تا عملکرد خود را تماشا کند و در صورت تشخیص انحراف عملکرد، اقدام کند. به عنوان مثال می توان به عملکردهای خود کالیبراسیون و صفر کردن خودکار اشاره کرد.

خود تشخیصی به حذف ناهنجاری‌های رخ داده در خروجی سیگنال قبل از انتقال آن به کنترل‌کننده اصلی کمک می‌کند. این در تضاد با سنسورهای استاندارد است، جایی که این ناهنجاری ها به صورت دستی (مثلاً بازرسی دستی) یا با اجرای عملکردهای برنامه نویسی در کنترل کننده اصلی حذف می شوند.

یکی از ویژگی های ضروری یک MPU طراحی کم مصرف آن است که آن را قادر می سازد برق کمتری مصرف کند. این کار باعث می شود سنسور هوشمند بدون تعویض مکرر باتری، عمر طولانی داشته باشد.

ماژول ارتباطات

ماژول ارتباطی ارتباط بین سنسور هوشمند و دستگاه های خارجی را مدیریت می کند. علاوه بر اطلاعات سیگنال، سنسور هوشمند همچنین می‌تواند با شناسایی (ID) ارتباط برقرار کند و وضعیت سلامت و اتصال یک سنسور را تجزیه و تحلیل کند. مزیت دیگر پیکربندی سنسور خودکار از کنترل کننده اصلی سنسور است.

شکل 2. سنسورهای هوشمند می توانند از طریق Fieldbus یا Ethernet با سیستم کنترل ارتباط برقرار کنند. تصویر استفاده شده توسط SICK

سنسورها به عنوان یک گره در یک شبکه حسگر هوشمند اضافه می شوند. این به گسترش شبکه بدون سیم کشی مجدد اضافی در صورت اضافه شدن سنسور کمک می کند.

ارتباط می تواند سیمی یا بی سیم باشد و توسط پروتکل های ارتباطی کنترل می شود. بسته به کاربرد سیستم و منطقه کاربردی، پروتکل های زیادی برای ارتباط سنسور هوشمند وجود دارد. به عنوان مثال، سنسورهای هوشمند اغلب از پروتکل Fieldbus در کاربردهای صنعتی استفاده می کنند. در مقایسه، اتوماسیون ساختمان معمولاً از BACnet استفاده می کند.

مزایای سنسور هوشمند

سنسورهای هوشمند دارای ویژگی های متمایزی هستند که هیچ نوع سنسور دیگری ارائه نمی دهد. در زیر برخی از مزایایی که سنسورهای هوشمند ارائه می دهند، مانند خود عیب یابی و سیم کشی ساده آورده شده است.

خود تشخیصی

سنسورهای هوشمند می توانند داده های هوشمندی را برای پیش بینی عملکرد آینده سنسور و فرآیند مرتبط با آن جمع آوری کنند. سنسور هوشمند می‌تواند عملیات در حال انجام را تجزیه و تحلیل کند و بر اساس داده‌های جمع‌آوری‌شده، وضعیت کار و فرآیند سنسور را نتیجه‌گیری کند.

شکل 3. پلت فرم Danfoss Edix یکی از راه‌های اجرای خود عیب‌یابی و نظارت از راه دور است. تصویر استفاده شده توسط Danfoss

ویژگی خود تشخیصی موثرتر از بازرسی دستی است، زیرا عملیات خود عیب یابی مداوم است و به جلوگیری از خطاهای انسانی کمک می کند. به عنوان مثال، اگر قدرت سیگنال خروجی یک سنسور مجاورت به زیر یک نقطه آستانه کاهش یابد، می تواند سیگنالی را برای هشدار به سیستم یا اپراتورها آغاز کند. برخی از سنسورهای هوشمند همچنین می توانند علل بالقوه مانند تجمع کثیفی در سر سنسور را با هم ارتباط برقرار کنند.

سیم کشی ساده شده

سنسورهای هوشمند از پروتکل های مختلفی برای ارتباط استفاده می کنند. این به سنسور اجازه می دهد تا بدون اتصال مستقیم به کنترل کننده اصلی یا پی ال سی به عنوان یک گره عمل کند. این همچنین اتصال سیم کشی بین سنسورهای مختلف را ساده و کاهش می دهد.

سیم کشی کاهش یافته به کاهش هزینه مربوطه کمک می کند. عیب یابی و مکان یابی دستگاه های معیوب نیز در دسترس تر می شود.

مانیتورینگ و عیب یابی از راه دور

توانایی سنسورهای هوشمند برای جمع‌آوری اطلاعات سیستم و پروتکل‌های ارتباطی می‌تواند برای نظارت از راه دور و فعالیت‌های عیب‌یابی استفاده شود. تکنسین ها می توانند از راه دور به سیستم دسترسی داشته باشند و عملکرد سیستم، وضعیت خطا و تاریخچه را بررسی کنند.

سنسورهای هوشمند همچنین امکان برنامه ریزی با پارامترهای مورد نظر را بدون حضور فیزیکی در محل سنسور فراهم می کنند. این از خطای انسانی جلوگیری می کند و شناسایی و ردیابی دستگاه را فعال می کند.

با توجه به مزایای ذکر شده، آیا بیشتر از سنسورهای سنتی یا هوشمند برای کاربردهای صنعتی خود استفاده می کنید و چرا؟

کدام یک را انتخاب کنیم؟ ترموکوپل یا RTD

مورد اولی که با ید در نظر بگیریم: دمای فرآیند.
مورد دومی که باید در نظر بگبربم: دقت اندازه گیری.
مورد اول: دمای فرآیند
1-کمتر از 200 درجه سانتیگراد:
هر دو سنسور RTD و ترموکوپل قابل استفاده است. در اینجا باید دقت اندازه گیری را لحاظ کنیم.
2-بین 200 درجه سانتیگراد و 500 درجه سانتیگراد:
شما احتمالا به ترموکوپل احتیاج دارید اما باز هم به فاکتور دوم که دقت اندازه گیری است رجوع کنید.
3-بیش از 500 درجه سانتیگراد:
در این دما شما احتیاج به ترموکوپل دارید معمولا RTD ها در دماهای بالا دقت خوبی ندارند.
مورد دوم: دقت اندازه گیری
1-دقت اندازه گیری:
دقت مورد نیاز +-0.1% یا دقت مورد نیاز +-0.01%، در این مواقع شما باید از RTD ها استفاده کنید.
دقت مورد نیاز +-1% شما می توانید در اینجور مواقع از ترموکوپل ها استفاده کنید، پیشنهاد می شود که برای اندازه گیری بهتر به دما توجه کنید.

نحوه کار ترموکوپل

از ترموکوپل ها همواره به عنوان عنصر حس کننده در سنسور حرارتی یا سوئیچ های حرارتی استفاده می شود. اصول کار کرد ترموکوپل بر اساس دو فلز غیر مشابه است که بین آنها اتصال بسیار کوچکی برقرار شده است. با تغییر دما پتانسیل نقطه ی اتصال دو فلز تغییر میکند. پتانسیل نقطه ی اتصال برای یک نقطه ی اتصال قابل اندازه گیری نیست، اما زمانیکه دو نقطه ی اتصال در یک مدار قرار می گیرند بطوریکه هر یک از دونقطه ی اتصال در دمای متفاوت با دیگری قرار داشته باشد، آنگاه ولتاژی که در حد چند میلی ولت بین آن دو نقطه ایجاد می شود.

در صورتیکه دو نقطه اتصال در محیطی یا دمایی یکسان قرار داده شوند ولتاژ دو نقطه ی اتصال صفر ولت خواهد بود. و با افزایش دمای یکی یا دو نقطه اتصال نسبت به دیگری ولتاژ مزبور افزایش خواهد یافت تا اینکه مقدار نهایی ولتاژ برسد. شکل زیر نشان میدهد که ترموکوپل بدلیل رفتار غیر خطی مشخصه حالت معکوسی که در دماهای بالاتر از نقطه بازگشت برای مشخصه پیش می آید تنها در فاصله محدودی دارای کاربرد مفید است.

ترموکوپل به سادگی یک سنسور است که برای اندازه گیری دما استفاده می شود. این طراحی سنسور شامل دو سیم فلزی غیرمشابه است که در یک انتها به هم متصل شده اند و به ابزاری متصل می شوند که قادر به پذیرش ورودی ترموکوپل و اندازه گیری حرارت است. ترموکوپل ها بسته به نوع ترموکوپلی که استفاده می کنید می توانند اندازه گیری دما را در طیف وسیعی از دماها انجام دهند.

پروب ترموکوپل چیست؟

پروب ترموکوپل طراحی سنسوری است که در آن ساخته شده است. چه سنسور از نوع ترموکوپل K، J، T، N باشد، همه این انواع ترموکوپل را می توان در یک لوله، محفظه یا ساختار مشابه تولید کرد. برای دریافت ایده ای از طراحی معمولی موجود، برخی از محدوده سنسور ترموکوپل ما را بررسی کنید.

ترموکوپل نوع K چیست؟

ترموکوپل نوع K از دو فلز غیرمشابه تشکیل شده است که عبارتند از نیکل-کروم/نیکل-آلومل. نوع K محبوب ترین نوع ترموکوپل است زیرا ارزان، دقیق، قابل اعتماد است (بسته به طراحی مورد استفاده برای کاربرد شما) و محدوده دمایی وسیعی را پوشش می دهد.

ترموکوپل‌های نوع K را می‌توان در طیف وسیعی از کاربردها به دلیل قابلیت‌های گستره دمایی گسترده آن یافت. حداکثر دمای مداوم تا حدود 1100 درجه سانتیگراد است.

ترموکوپل های دارای دوشاخه یا کابل را می توان با کد رنگ آنها شناسایی کرد. در این حالت نوع K سبز است. اگر کابل دارید پایه سبز مثبت و پایه سفید منفی است.

ترموکوپل نوع J چیست؟

ترموکوپل های نوع J نیز بسیار رایج هستند. این دارای محدوده دمایی کمتری نسبت به ترموکوپل های نوع K با محدوده 0 تا 600 درجه سانتیگراد است. نوع J از دو فلز غیرمشابه تشکیل شده است که آهن / مس- نیکل (همچنین به عنوان کنستانتین شناخته می شود). از نظر هزینه بسیار شبیه به نوع K هستند.

یکی از محبوب ترین برنامه هایی که می بینید از نوع J استفاده می شود، در صنعت پلاستیک است.

ترموکوپل های دارای دوشاخه یا کابل را می توان با کد رنگ آنها شناسایی کرد. در این مورد نوع J سیاه است. اگر کابل دارید، پایه مشکی مثبت و پایه سفید منفی است.

اصول کارکرد ترموکوپل

اثر سیبک

در حوالی سال ۱۸۲۱، سیبک در حین مطالعه ی اثرهای الکترومغناطیسی فلزات، وجود مدارهای گرما برقی را مشاهده کرد او پی برد با هم بستن سرهای دو سیم فلزی ناهمسان به یکدیگر مدار بسته ای تشکیل میشود، که در صورت وجود اختلاف دما بین اتصال های دو سر، در مدار جریان الکتریکی برقرار میشود.

اثر پلیته

ژان پلیته (۱۸۳۴) در یافت هنگامی که جریان الکتریکی از اتصال دو فلز ناهمسان بگذرد، گرما آزاد یا جذب می شود. هنگامیکه جریان الکتریکی در همان جهت سیبک جاری شود، در اتصال گرم تر گرما جذب و در اتصال سردتر، گرما آزاد می شود. اثر پلیته را می توان به صورت تغییر در مقدار گرما در هنگام عبور کمیت بار (۱ کولن) از اتصال تعریف کرد.

اثر پلیته، مبنای اصلی گرمایش و سرمایش گرما برقی است.(باید توجه داشت که این اثر با اثر گرمایی ژول متفاوت است، زیرا در اثر ژول با معکوس کردن جریان، آزاد شدن گرما به جذب گرما یا برعکس تبدیل نمی شود.)

اثر تامسون

سر ولیام تامسون (لرد کلوین) در سال ۱۸۵۱ دریافت گرادیان دما در یک رسانای فلزی، با گرادیان ولتاژ کوچکی همراه است که بزرگی راستای آن به نوع فلز بستگی دارد. در هنگام برقراری جریان الکتریکی، بدلیل وجود گرادیان گرما برقی، گرما آزاد و یا جذب می شود و نتیجه ی کلی آن است که گرمای آزاد شده در فاصله ی محصور بین اختلاف دما اندکی از مقدار گرمای مربوطه به مقاومت رسانا، بیشتر یا کمتر است.

اثرهای تامسون برابر و مخالف اند و بدین ترتیب همدیگر را خنثی میکنند و لذا بدلیل عدم افزایش نیروی محرکه الکتریکی (EMF) در مدار، برای ترموکوپل ها استفاده از سیم های رابط مجاز است.

انتخاب ترموکوپل

انواع کالیبراسیون هادی

ترموکوپل های J، K، E و نوع T رایج ترین انواع ترموکوپل ها هستند. هر نوع به دلیل فلزات به کار رفته در هادی ها دارای محدوده دمایی و قدرت تفکیک متفاوتی است.

محدوده دمای نوع ترموکوپل

عایق اطراف ترموکوپل عامل محدود کننده در محدوده دمای واقعی است. به عنوان مثال، ترموکوپل نوع K که با تفلون عایق شده است تا 200+ درجه سانتیگراد خوب است. همان ترموکوپل که از فایبرگلاس استفاده می کند تا 480 درجه سانتی گراد خوب است. ترموکوپل‌ها برای مدت‌های کوتاه می‌توانند در معرض گرمای بالاتری نسبت به آنچه که در نظر گرفته شده‌اند قرار بگیرند، اما اگر برای مدت طولانی در معرض حرارت بسیار زیاد قرار گیرند، تخریب می‌شوند.

استفاده از سایر انواع ترموکوپل با Phidgets

می‌توانید با استفاده از رابط‌های ترموکوپل Phidgets Inc. با برخی از محاسبات جزئی با انواع دیگر ترموکوپل ارتباط برقرار کنید:
1-ابتدا به این وب سایت مراجعه کرده و جدول تبدیل نوع ترموکوپل مورد نظر را باز کنید. https://iseinc.com/pages/thermocouple_reference_table.htm
2-مقدار دمای محیط را که توسط سنسور اندازه‌گیری می‌شود، بگیرید و از رقم ها برای انتخاب ستون و از رقم‌های دیگر برای انتخاب ردیف استفاده کنید. این مقدار ولتاژ ترموالکتریک را ثبت کنید.
3-خروجی ترموکوپل Phidget را در حالت VoltageInput باز کنید و ویژگی Voltage را در برنامه خود بخوانید (برای جزئیات بیشتر به Phidget22 API مراجعه کنید) تا مقدار ولتاژ ترموکوپل فعلی را بدست آورید.
4-دو مقدار ولتاژ مراحل قبل را اضافه کنید و از جدول برای تبدیل مجدد به دما استفاده کنید.

نوع اتصال

یکی از ویژگی های مهمی که در انتخاب ترموکوپل باید در نظر گرفت نوع اتصال است. این میزان قرار گرفتن انتهای حسگر ترموکوپل با محیطی که اندازه گیری می کند را توصیف می کند. سه نوع اصلی اتصالات وجود دارد: زمینی، بدون زمین و در معرض.

بی پایه

ترموکوپل بدون اتصال زمین دارای غلاف بیرونی فلزی است که معمولاً از مواد مقاوم در برابر خوردگی مانند فولاد ضد زنگ (استنلس استیل) ساخته شده است. محل اتصال دو هادی در داخل این غلاف معلق است، به طوری که انتهای محل اتصال با غلاف تماس نداشته باشد. در نتیجه، واکنش ترموکوپل به تغییرات دما در محیط بیشتر طول می کشد، زیرا قبل از اینکه هادی ها بتوانند تغییر را تشخیص دهند، داخل غلاف باید به تعادل حرارتی برسد. ترموکوپل های زمین نشده را می توان با رابط ترموکوپل Phidgets Inc. بدون مشکل استفاده کرد تا زمانی که نوع آن نیز پشتیبانی شود.

مزایا:

• هادی ها از محیط محافظت می شوند و حسگر را قادر می سازند در طیف وسیع تری از کاربردها استفاده شود.
• از آنجایی که هادی ها به زمین متصل نیستند، ترموکوپل یک حلقه زمین را وارد سیستم نمی کند.

معایب:

• زمان بیشتری طول می کشد تا ترموکوپل به تغییرات دما در محیط واکنش نشان دهد زیرا در تماس مستقیم با آن نیست.

زمین شده

ترموکوپل با اتصال زمینی دارای یک غلاف بیرونی است درست مانند طرح غیر زمینی، اما محل اتصال دو هادی به داخل غلاف جوش داده شده است. این اجازه می دهد تا زمان واکنش کوتاه تری نسبت به تغییرات دما وجود داشته باشد، اما احتمالاً یک حلقه زمین را وارد سیستم می کند. به منظور استفاده از ترموکوپل زمینی با رابط ترموکوپل Phidgets Inc.، باید از یک رابط ترموکوپل ایزوله یا یک جداکننده USB برای اطمینان از پایداری سیستم استفاده کنید.

مزایا:

• هادی ها از محیط محافظت می شوند و حسگر را قادر می سازند در طیف وسیع تری از کاربردها استفاده شود.
• نسبت به تغییرات دما در محیط سریعتر واکنش نشان می دهد.

معایب:

• برای محافظت از پایداری سیستم شما در برابر حلقه های زمین باید مراقبت ویژه ای انجام شود.
  در معرض فرایند
• ترموکوپل با اتصال در معرض فریند هیچ غلاف محافظی ندارد و به محل اتصال دو هادی اجازه می دهد تا در تماس مستقیم با محیطی باشد که اندازه گیری می کند. در نتیجه، یک ترموکوپل در معرض سریعترین زمان واکنش را خواهد داشت، اما فقط می تواند در کاربردهای غیر خورنده و بدون فشار مورد استفاده قرار گیرد (در حالی که امکان استفاده از ترموکوپل های در معرض در کاربردهای فشار بالا وجود دارد، ساخت آب بندی مناسب دشوار است. بسیاری از ترموکوپل های محصور دارای سخت افزار ویژه ای برای این نوع کاربرد خواهند بود).

ترموکوپل های در معرض دید را می توان با رابط ترموکوپل Phidgets Inc. بدون مشکل استفاده کرد تا زمانی که نوع آن نیز پشتیبانی شود.

زمین کردن

«حلقه زمین» زمانی اتفاق می‌افتد که دو نقطه در مدار در پتانسیل‌های متفاوتی قرار داشته باشند، در حالی که انتظار می‌رود که یکسان باشند. این تفاوت در پتانسیل های الکتریکی باعث ایجاد الکتریسیته ساکن می شود که می تواند به افراد و وسایل الکترونیکی شوک الکتریکی وارد کند. در مورد ترموکوپل ها و بردهای ترموکوپل غیر ایزوله، ترمینال منفی یا زمین روی برد، اتصال USB است. بنابراین، اگر محل اتصال ترموکوپل خود را هنگام استفاده از این تخته ها زمین کنید و ماده ای که به آن چسبانده شده دارای ولتاژ متفاوتی نسبت به زمین در رایانه باشد، مداری با دو نقطه در پتانسیل های مختلف ایجاد کرده اید. اگر از یک برد ترموکوپل ایزوله مانند TMP1100 - Isolated Thermocouple Phidget استفاده می کنید، می توان از این مشکل کاملاً جلوگیری کرد. اطلاعات بیشتر در مورد نحوه جلوگیری از حلقه های زمین در ترموکوپل ها را می توانید در اینجا بیابید.

قطبیت

هر ترموکوپل یک سرب مثبت و منفی دارد. اگر آن را با قطب معکوس وصل کنید، خوانش های غیرقابل پیش بینی و دماهای نادرست را تجربه خواهید کرد. همیشه مطمئن شوید که قطبیت مناسب در هر اتصال و کانکتور در امتداد ترموکوپل شما حفظ می شود.

دخالت

هنگام اندازه گیری از ترموکوپل، هر ترموکوپل با زمین داخلی آداپتور مقایسه می شود. اگر ترموکوپل شما یک دستگاه رسانا را اندازه گیری می کند که نمی تواند با زمین آداپتور یکسان شود، باید سیم ترموکوپل را با استفاده از اپوکسی رسانای حرارتی جدا کنید. ترموکوپل ها رسانا هستند و در اتصال سیستم های الکتریکی به یکدیگر بسیار خوب عمل می کنند. اگر شک دارید، اجازه ندهید سیم ترموکوپل با سایر قطعات فلزی تماس پیدا کند.

از آنجایی که یک ترموکوپل اساساً فقط دو سیم بلند است، می تواند مانند یک آنتن عمل کند و تداخل الکترومغناطیسی را از سایر لوازم الکترونیکی یا لوازم اطراف دریافت کند. برای اطلاعات بیشتر در مورد نحوه مقابله با این مشکل با میراکنترل تماس بگیرید.

سایز سیم

حداکثر دما با قطر سیم استفاده شده در ترموکوپل متفاوت است. اگرچه نوع ترموکوپل محدوده دما را دیکته می کند، حداکثر دامنه نیز توسط قطر سیم ترموکوپل محدود می شود. یعنی ممکن است یک ترموکوپل بسیار نازک به محدوده دمایی کامل نرسد. از سوی دیگر، ترموکوپل نازک تر میزان اعوجاج حرارتی وارد شده را کاهش می دهد.

انتخاب گیج سیم مورد استفاده در سنسور ترموکوپل به کاربرد شما بستگی دارد. به طور کلی، زمانی که طول عمر بیشتری برای دماهای بالاتر مورد نیاز است، گیج های اندازه بزرگتر باید انتخاب شوند. هنگامی که حساسیت موضوع اصلی است، باید از اندازه های کوچکتر استفاده شود.

طول سیم

ترموکوپل های بسیار بلند مشکلی ندارند (حتی 100 متر)، اما اگر مشکلات پایداری اندازه گیری یا تنظیم مجدد USB وجود داشته باشد، می توان دانه های فریت را به سیم ترموکوپل نزدیک به آداپتور اضافه کرد. برای اطلاعات بیشتر به آموزش ما در مورد بهبود قابلیت اطمینان سخت افزار مراجعه کنید.
توجه داشته باشید که ترموکوپل ها از سیم های مخصوص استفاده می کنند. این بدان معنی است که اگر می خواهید طول ترموکوپل خود را افزایش دهید، باید از سیم ترموکوپل از همان نوع حرف استفاده کنید، نه فقط از سیم عمومی. اغلب، سیم کششی ترموکوپل برای محدوده دمایی باریک‌تری رتبه‌بندی می‌شود، زیرا برای استفاده در انتهای حسگر برنامه در نظر گرفته نشده است.
از آنجایی که ترموکوپل به دلیل تعامل در محل اتصال دو فلز مختلف کار می کند، توصیه نمی شود دو تکه سیم ترموکوپل را به سادگی با لحیم کردن آنها وصل کنید - این باعث ایجاد یک اتصال اضافی می شود که در سیگنال اندازه گیری تداخل ایجاد می کند. بهترین راه برای اتصال دو سیم ترموکوپل، خرید کانکتوری از همان نوع حرف است که به دو طرف آن متصل می شود، مانند این کانکتور نوع K از امگا.
از طرف دیگر، در صورت نیاز می توانید ترموکوپل ها را به طول کوتاه تری برش دهید. فقط مطمئن شوید که اندازه مورد نظر خود را از کنار با ناحیه حسگر واقعی روی آن برش دهید. اتصال بین 2 فلز چیزی است که به دستگاه امکان می دهد دما را اندازه گیری کند، بنابراین باید انتهای اتصال را در طولی که استفاده می کنید داشته باشید وگرنه ترموکوپل کاری انجام نمی دهد.

نحوه اتصال ترموکوپل

سیم بریده شده

اکثر ترموکوپل‌ها با سیم‌های جدا شده و بدون تغییر عرضه می‌شوند. ما طول نوار سیم 5 تا 6 میلی متری را توصیه می کنیم. بلوک های ترمینال در اکثر آداپتورها سیم بین 16 تا 26 AWG را می پذیرند. هنگام استفاده از سیم های نازک، پس از سفت کردن پیچ ترمینال، مطمئن شوید که اتصال محکمی دارید.

کنتاکتور ها

بسیاری از ترموکوپل های K-Type برای جفت شدن با کانکتور مادگی Subminiature (پین تخت) طراحی شده اند. در زیر نمونه‌هایی از ترموکوپل‌های سازگار از تولیدکنندگان محبوب سنسور که از این کانکتور استفاده می‌کنند، فهرست شده‌اند.
ترموکوپل های سازگار:

ترمومتر های صنعتی

ترمومتر های صنعتی برای کاربردهای مختلف
شرکت اندرس هاوزر Endress+Hauser مجموعه ای وسیع از فناوری اندازه گیری دما را برای راه حل های جامع تقریباً برای همه شاخه های صنعت ارائه می دهد. اصول اندازه گیری مورد استفاده عبارتند از سنسورهای RTD و ترموکوپل ها، نکات مهم برای گنجاندن نقطه اندازه گیری در فرایند حفاظت ترمومتر ها از طریق ترموول و اتصال فرآیند است.

این ترمومتر ها عمدتاً در صنایع شیمیایی مورد استفاده قرار می گیرند، اما از آنها در سایر مناطق صنعت فرآیند هم در فرایندهای اصلی و هم در محیط پیرامون خود استفاده می کنند.

شرح نمونه کارها

شرکت اندرس هاوزر مجموعه عظیمی از ترمومتر های صنعتی مدولار را ارائه می دهد:

• ترمومتر با ترانسمیتر یا بدون ترانسمیتر
• ترمومتر با یا بدون نمایشگر
• اتصالات رزوه ای، فشرده سازی و اتصالات فرآیندی
• ترموول های ساخته شده با یا بدون فلنج
• ترمومتر برای پیچاندن ترموول موجود
• ترموول های Barstock
• ترمومتر بدون ترموول - برای تماس مستقیم با محیط

اصول اندازی گیری دما

در اتوماسیون فرآیند، دو اصل اندازه گیری دما خود را به عنوان یک استاندارد مطرح کرده اند:

RTD - آشکارسازهای دمای مقاومت: اصل اندازه گیری

سنسور RTD با تغییر دما مقاومت الکتریکی را تغییر می دهد. آنها برای اندازه گیری دمای بین -200 تا 600 درجه سانتیگراد تقریبا مناسب هستند. 600 درجه سانتی گراد و به دلیل دقت اندازه گیری بالا و ثبات طولانی مدت متمایز می شود. عنصر حسگر که بیشتر مورد استفاده قرار می گیرد Pt100 است. به عنوان یک استاندارد، سنسورهای Endress+Hauser RTD کلاس دقت IEC 60751 را برآورده می کنند.

TC - ترموکوپل: اصل اندازه گیری

ترموکوپل جزء تشکیل شده از دو فلز مختلف است که در یک سر به یکدیگر متصل شده اند. اگر اتصال و انتهای آزاد در معرض دمای مختلف قرار بگیرند، یک پتانسیل الکتریکی (نیروی ترموالکتریک) به دلیل اثر Seebeck در انتهای باز ایجاد می شود. با کمک جداول مرجع اصطلاحاً ترموکوپل (به IEC 60584 مراجعه کنید) می توان درجه حرارت را در محل اتصال (محل اتصال) اندازه گیری کرد.

ترموکوپل ها برای اندازه گیری دما در محدوده 0 تا 1800 درجه سانتی گراد مناسب هستند. آنها به دلیل زمان پاسخ سریع و مقاومت زیاد در برابر ارتعاش برجسته می شوند.

مزایای ترمومتر اندرس هاوزر

• در تمام محدوده دمای کار بسیار دقیق است.
• تأییدیه های قبلی: ATEX ، IECEx ، NEPSI ، CSA (IS ، NI)
• تکنولوژی iTHERM QuickSens: سریعترین زمان پاسخگویی برای کنترل بهینه فرآیند
• تکنولوژی iTHERM StrongSens: مقاومت بی نظیر ارتعاش (> 60 گرم) برای ایمنی کامل کارخانه ها
• انتخاب محصول انعطاف پذیر با طراحی مدولار

برای کسب اطلاعات بیشتر  و مشاوره رایگان با شماره های 88341674-021 | 88341172-021 تماس حاصل فرمایید.

مقالات مرتبط