انواع سنسور دما

سنسورهای دما انواع مختلفی دارند که هر کدام، بسته به کاربردشان، مشخصه‌های خاص خود را دارند. این سنسورها از دو نوع اصلی تشکیل می‌شوند

 

⦁ سنسورهای تماسی: این نوع سنسورهای دما باید با جسم مورد نظر، که قرار است دمای آن اندازه‌گیری شود، تماس فیزیکی مستقیم داشته باشند و از هدایت برای پایش تغییرات دما استفاده می‌کنند.

⦁ سنسورهای غیرتماسی: در این سنسورها از همرفت و تابش برای پایش تغییرات دما استفاده می‌شود. سنسورهای غیرتماسی را می‌توان برای آشکارسازی مایعات و گازهایی به کار برد که هنگام تغییر دما (گرم یا سرد شدن) انرژی تابشی ساطع می‌کنند.

 

سنسورها را، اعم از تماسی و غیرتماسی، می‌توان در دسته‌های زیر تقسیم‌بندی کرد:

⦁ سنسورهای الکترومکانیکی

⦁ سنسورهای مقاومتی

⦁ سنسورهای الکترونیکی

 

در ادامه، هر یک از این انواع را معرفی خواهیم کرد.

ترموستات

ترموستات (Thermostat) یک سنسور یا سوئیچ دمای الکترومکانیکی جالب است و اساساً از دو فلز مختلف مانند نیکل، مس، تنگستن یا آلومینیوم تشکیل می‌شود که به یکدیگر متصل شده‌اند و یک نوار دو فلزی را تشکیل می‌دهند. با در معرض گرما قرار گرفتن نوار، به دلیل مقادیر متفاوت میزان انبساط خطی این دو فلز غیرمشابه، حرکت خمشی مکانیکی در فلزها رخ خواهد داد

از نوار دوفلزی به تنهایی می‌توان به عنوان یک سوئیچ یا کلید الکتریکی یا یک راه‌حل مکانیکی برای عملکرد سوئیچ الکتریکی در کنترل ترموستاتیک یا کنترل المنت‌های گرمایش آب در بویلرها، کوره‌ها، تانکرهای ذخیره آب گرم و نیز سیستم خنک‌کننده رادیاتور خودرو استفاده کرد.

شکل زیر ساختار یک ترموستات دو فلزی را نشان می‌دهد.

 

ترموستات از دو فلز متفاوت (از نظر مشخصات گرمایی) تشکیل شده است که به صورت پشت به پشت به یکدیگر متصل شده‌اند. وقتی هوا سرد باشد، کنتاکت‌ها بسته هستند و جریان از ترموستات عبور می‌کند. اما هنگامی که هوا گرم شود، یکی از فلزها نسبت به فلز دیگر بیشترمنبسط شده و نوار متشکل از دو فلز به سمت بالا (یا پایین) خم می‌شود و با باز شدن کنتاکت‌ها از عبور جریان از ترموستات جلوگیری می‌شود.

با توجه به نوع حرکت نواری که در معرض تغییرات دمایی قرار می‌گیرد، دو نوع عملکرد وجود دارد. یکی نوع «عملکرد ضربه‌ای» (Snap-action) است که به صورت لحظه‌ای در یک نقطه دمایی خاص عمل روشن یا خاموش را انجام می‌دهد. شکل زیر یک ترموستات خاموش/روشن یا ON/OFF را نشان می‌دهد.

 

نوع دیگر ترموستات، «عملکرد تدریجی» (Creep-action) دارد و موقعیت کنتاکت‌های آن به تدریج نسبت به تغییرات دما تغییر می‌کنند.

ترموستات‌های ضربه‌ای معمولاً در خانه‌ها و برای کنترل نقطه تنظیم اجاق‌ها، اتو‌ها، مخازن آب گرم و نیز روی دیوارها برای کنترل سیستم گرمایش خانه به کار می‌روند.

ترموستات‌هایی با عملکرد تدریجی معمولا از کویل یا سیم‌پیچ دو فلزی تشکیل شده‌اند که با تغییر دما به آرامی باز می‌شود. معمولا، نوع تدریجی نسبت نوع خاموش/روشن استاندارد به تغییرات دما حساس‌تر است، زیرا نوار آن طولانی‌تر و نازکتر بوده و به همین دلیل، این نوع ترموستات گزینه ایده‌آلی برای استفاده در گیج‌های دماسنج است.

اگرچه ترموستات‌های Snap-action بسیار ارزان و برای محدوده عملکرد وسیعی در دسترس هستند، یکی از معایب اصلی آن‌ها وقتی به عنوان سنسور دما مورد استفاده قرار می‌گیرند، این است که در مدت زمان باز تا بسته بودن کنتاکت‌های الکتریکی آن‌ها یک محدوده هیسترزیس بزرگ وجود دارد. برای مثال، ممکن است ترموستات روی   2ċ تنظیم شده باشد، اما تا زمانی که به   22ċنرسد، تیغه‌های آن باز نشود یا اینکه تا به   18ċنرسد تیغه‌ها بسته نشوند.

بنابرین، محدوده نوسان دما می‌تواند بسیار زیاد باشد. ترموستات‌های دو فلزی موجود در بازار را برای استفاده‌های خانگی می‌توان با استفاده از پیچ‌گوشتی تنظیم کرد و به این ترتیب، به دمای مطلوب رسید و سطح هیسترزیس را بازتنظیم نمود.

 

بیمتال

این سنسور از نوع تماسی بوده وجزء پرمصرف ترین اما در عین حال ساده ترین وسایل اندازه گیری دما می باشد. نمونه صنعتی این سنسور به شکل فشار سنج های عقربه ای است.رنج دمایی قابل اندازه گیری در این ترمومتر از منفی 40 درجه تا 300 درجه سانتی گراد می باشد. نوار های بیمتال در اشکال متنوعی ساخته می شوند که نوع دیسکی پر کاربرد تر است. با تغییر دما این دیسک به طور ناگهانی قوس دار می شود که باعث می شود یک تغییر شکل فنری برای دیسک رخ دهد وهمین عمل اساس کار سوییچ های حرارتی است که تر تجهیزات الکترونیکی از جمله ترموستات های اتو وسماوربرقی وآبگرمکن به کار می رود. از مزایای استفاده از این ترمومتر قیمت ارزان وسادگی عملکردش نسبت به               نمونه های دیجیتالی است.

نمونه هایی از انواع سنسور بیمتال در زیر به تصویر درآمده است.

 

 

ترمیستور

ترمیستور (Thermistor) نوع دیگری از سنسورهای دما است و همان‌طور که از نامش بر می‌آید، ترکیبی از THERM و ISTOR است که اولی بر حساس بودن آن به دما و دومی بر مقاومتی بودنش دلالت دارد. یک ترمیستور نوع خاصی مقاومت است که وقتی در معرض تغییرات دما قرار می‌گیرد، مقدار مقاومت فیزیکی آن تغییر می‌کند.

ترمیستورها معمولاً‌ از مواد سرامیکی مانند اکسید‌های نیکل، منگنز یا کبالت که توسط شیشه پوشانده شده‌اند تشکیل می‌شوند و به همین دلیل ممکن است به آسانی آسیب ببینند.

مزیت اصلی این سنسورها نسبت به انواع ترموستات‌های snap-action سرعت پاسخ آن‌ها به هر گونه تغییرات دما و نیز دقت و تکراپذیری‌شان است.

اغلب انواع ترمیستورها ضریب دمای منفی مقاومت (NTC) دارند. بدین صورت که مقدار مقاومت آن‌ها با افزایش دما کاهش می‌یابد. در نوع ضریب دمای مثبت (PTC) نیز مقدار مقاومت با افزایش دما زیاد می‌شود.

همان‌طور که گفتیم، ترمیستورها از یک نوع ماده نیمه‌هادی سرامیکی با استفاده از فناوری اکسید فلز مانند منگنز، کبالت، نیکل و… ساخته شده‌اند. ماده نیمه‌هادی معمولاً به شکل دیسک‌های یا گوی‌های فشرده کوچکی است که به گونه‌ای مهر و موم شده تا پاسخ نسبتاً سریعی به تغییرات دما داشته باشد.

ترمیستورها با مقدار مقاومت در دمای اتاق (معمولا 25 ċ)، ثابت زمانی (زمان واکنش به تغییر دما) و اندازه توانشان برای عبور جریان مشخص می‌شوند. مشابه مقاومت‌ها، ترمیستورها – در دمای اتاق – در مقادیر ده‌ها مگااهم تا چند اهم موجود هستند، اما برای اهداف انداز‌ه‌گیری، معمولا در مقادیر کیلواهم مورد استفاده قرار می‌گیرند.

ترمیستورها قطعات مقاومتی پسیو هستند، بدین معنی که باید از آن‌ها جریان عبور کند تا یک ولتاژ خروجی قابل اندازه‌گیری تولید شود. به همین دلیل، این سنسورها معمولاً به صورت سری با یک مقاومت مناسب قرار می‌گیرند تا یک شبکه تقسیم ولتاژ را تشکیل دهند. ولتاژ خروجی متناظر با مقادیر یا نقاط دمای از پیش تنظیم شده خواهد بود.

با تعویض مقاومت ثابت R2 با یک پتانسیومتر یا پیش‌تنظیم، می‌توان ولتاژ خروجی را در نقطه تنظیم یک دمای از پیش تعیین شده به دست آورد (برای مثال، خروجی 5V در دمای    60 ċ) و با تغییر پتانسیومتر می‌توان به سطح ولتاژ خروجی خاصی در یک محدوده دمایی گسترده‌تر دست یافت.

ترمیستورها قطعاتی غیرخطی هستند و مقادیر مقاومت استاندارد آن‌ها در دمای اتاق، نسبت به ترمیستورهای دیگر متفاوت است. دلیل این امر مواد تشکیل دهنده ترمیستورها است. خروجی یک ترمیستور به صورت نمایی نسبت به دما تغییر می‌کند و بنابراین، یک ثابت دمای بتا (β) دارد که می‌توان از آن برای محاسبه مقاومت در هر نقطه دمای داده شده‌ای استفاده کرد.

البته، وقتی از یک مقاومت سری با پیکربندی مشابه شبکه مقسم ولتاژ یا پل وتستون استفاده می‌شود، جریان به دست آمده از ولتاژ‌ اعمالی به مقسم/پل نسبت به دما خطی است. در نتیجه، ولتاژ خروجی مقاومت نسبت به دما خطی خواهد بود.

 

سنسور مقاومتی دما

نوع دیگری از سنسور دمای الکتریکی، سنسور مقاومتی دما (Resistance Temperature Detector)  یا RTD است RTD ها سنسورهای دمای دقیقی هستند که از مواد هادی بسیار خالصی مانند پلانینیوم، مس یا نیکل پیچیده شده به صورت سیم‌پیچ تشکیل شده‌اند و مقاومت الکتریکی آن‌ها، مشابه ترمیستور، به عنوان تابعی از دما تغییر می‌کند. همچنین، RTDهای فیلم نازک نیز در بازار موجود هستند. این قطعات یک فیلم نازک از خمیر پلاتینیوم دارند که در یک ماده سرامیکی سفید قرار گرفته است. شکل زیر یک RTD مقاومتی را نشان می‌دهد.

 

سنسورهای مقاومتی دما، ضریب دمای مثبت (PTC) دارند، اما، برخلاف تریستورها، خروجی آن‌های شدیداً خطی است و اندازه‌گیری‌های بسیار دقیقی از دما دارند. البته، این سنسورها حساست گرمایی بسیار ضعیفی دارند و تغییر دما منجر به یک خروجی بسیار کوچک در آن‌ها می‌شود ( مثلاً 1Ω/ċ)

انواع  RTDها از پلاتینیوم ساخته می‌شوند که سنسور دمای مقاومتی پلاتینیومی

 (Platinum Resistance Thermometer) یا PRT نام دارند که همه سنسورهای  PT100 از این دسته هستند و مقدار مقاومت استانداردی برابر با 100Ω  در 0ċ  دارند. البته این سنسورها یک نکته منفی دارند و آن این است که پلاتینیوم گران است.

 

 

مشابه ترمیستور،  RTD نیز یک قطعه مقاومتی پسیو است و با عبور جریان از سنسور دما، به دست آوردن یک ولتاژ خروجی که به صورت خطی با دما تغییر می‌کند، ممکن است. یک RTD معمولی دارای مقاومت پایه 100Ω در 0ċ است که به مقدار 140Ω در 100ċ افزایش می‌یابد و بازه عملکرد آن بین   −200ċ تا +600ċ است.

از آن‌جایی که RTD یک قطعه مقاومتی است، باید جریانی از آن عبور کند و ولتاژ منتجه پایش شود. هرچند، هر تغییری در مقاومت به دلیل گرمای سیم‌ها (به دلیل عبور جریان)، سبب خطای خواندن می‌شود. برای جلوگیری از این اتفاق، RTD معمولاً به یک شبکه پل وتستون متصل می‌گردد. به این ترتیب، سیم‌های متصل اضافه‌ای برای جبران‌سازی و یا اتصال به یک منبع جریان ثابت وصل می‌شود.

سنسور های PT100 معمولا در 3 تیپ رایج می باشند:

1)  سنسور PT100 ساده که دارای رنج دمایی 200- تا 400+درجه سانتیگراد می باشد .

2)  سنسورPT100 سرامیکی که دارای رنج دمایی 200- تا 600+ درجه سانتیگراد می باشد.

3)  سنسور PT100 قلاف کونیک که دارای رنج دمایی 200- تا800+ درجه سانتیگراد می باشد.

 

سنسور های PT100  از نظر جنس خود سنسور دارای 3 مدل می باشند:

⦁ سنسور PT100 میکایی(سنسور PT100 تخت و یا فیلمانی)

⦁ سنسور PT100 شیشه ای

⦁ سنسور PT100 سرامیکی

در پالایشگاه ها و مکان هایی مانند پمپ بنزین ها که نیازمند سنسور دمایی با مقاومت نفوذ ناپذیری گاز ها   EX( ضد انفجار)می باشند از سنسور pt100 ضدانفجار استفاده میکنند. سنسور pt100 ضدانفجار از جنس فلکسی بل ساخته می شود.

نمودار دمایی این سنسور ( pt100) به قرار زیر است.

 

 

جنس RTD ها از چیست؟

RDT ها می توانند از فلزات مختلفی ساخته شوند.

ولی آن چیزی که باید توجه کرد آن هست که فلز مورد استفاده باید نقطه ذوب بالایی داشته باشد.

در مقابل خوردگی مقاوم باشد.از مهمترین فلزاتی که برای ساخت RTD ها استفاده می شود پلاتین ها، نیکل و مس است.

پلاتین بهترین فلز برای استفاده در RTD می باشد. چون رابطه بین مقاومت و دما کاملاً خطی است.

در مس نیز این رابطه نسبتاً خطی می‌باشد. ولی دامنه اندازه گیری آن کمتر از پلاتین است.

حساسیت نیکل مورد استفاده در RTD بیشتر می باشد. ولی برای دماهای بیشتر از ۴۰۰ درجه رابطه به شدت غیرخطی است.

 

    

سنسور های PT100 (ترموکوپل PT100) از نظر جنس خود سنسور دارای 3 مدل می باشند:1-

انواع سنسور دما RTD از نظر تعداد کابل:

RTD ها دارای انواع دو، سه و چهار سیمه هستند که به ترتیب دقت بالاتری دارند.

 

RTDها تا چه رنج دمایی را می توانند اندازه گیری کنند؟

این نوع سنسورها قابلیت انداز گیری دما از ۲۰۰ درجه تا ۶۰۰ درجه را دارند که در کلاس ها و دقت های مختلفی تولید میشوند.

مزایا RTDها در مقایسه به ترموکوپل ها

⦁ دارای دقت بالا

⦁ پایداری بالا

⦁ قیمت مناسب

⦁ کاربرد در رنج وسیع دمایی

سنسور RTD  : سنسور RTD یا Resistance Temperature Detector به معنی حسگر مقاومتی حرارت، حسگرهای دمایی هستند که دارای یک مقاومت بوده که مقدار مقاومت خود را بر اساس تغییرات دمایی تغییر می دهند. این سنسورها چندین سال است که در آزمایشگاه ها و تولیدات صنعتی استفاده می شوند و به عنوان سنسورهایی با دقت بالا و پایدار شناخته می شوند.

بیشتر عنصرهای استفاده شده در RTD به صورت یک سیم که به صورت کامل به دور یک هسته سرامیکی یا شیشه ای پیچیده شده تشکیل می شوند. این المنت به طور معمول بسیار شکننده است به همین دلیل درون یک غلاف محافظ قرار داده می شود. المنت RTD از مواد کاملا خالص تولید می شود که مقاومت آن در دماهای مختلف به صورت کامل ثبت شده است. به همین دلیل سنسور دارای یک تغییر مقاومتی قابل پیشبینی با توجه به دمای خود دارد که همین قابل پیش بینی بودن است که باعث می شود که بتوان دمای آن را سنجید.

مزایای استفاده از سنسور RTD

سنسورهای RTD از دقیق ترین سنسورهای حرارتی موجود می باشند. این سنسورها نه فقط در دقت، بلکه در پایداری و تکرار پذیری نیز بسیار عالی هستند. RTD ها همچنین به نسبت در برابر اختلالات الکتریکی (نویز الکتریکی) مقاوم هستند و از این جهت در محیط های صنعتی، بخصوص در کنار موتورها، ژنراتورها و دیگر ابزارهای ولتاژ بالا بسیار استفاده می شوند.

داستان بوجود آمدن سنسور های RTD

 

ساختار میله RTD

 

 

انواع سنسور RTD

میله (Probe) سنسورهای RTD از یک عنصر، غلاف، سیم سربی و یک قطع کننده (Termination) یا یک وصل کننده (Connection) تشکیل می شود. وقتی که عنصر مورد استفاده انتخاب شد سپس باید نیازهای سیم کشی و بسته بندی (محافظ و غلاف) آن تعیین گردد. چندین راه برای سیم کشی سنسورها وجود دارد و بینهایت راه برای ساختار میله و سنسور وجود دارند.

ترتیب سیم کشی RTD

برای سنجش میزان دما، عنصر RTD باید به یک ابزار مانیتورینگ یا کنترل متصل باشد. از آنجایی که سنجش دما بر اساس مقاومت عنصر انجام می شود، هر نوع مقاومت دیگری (مقاومت سیم سربی، اتصالات و …) که در مدار به وجود بیاید باعث به وجود آمدن خطا در سنجش دما خواهد بود. بجز شکل دو سیمی، بقیه ترتیب های سیم کشی اجازه تجزیه و تحلیل و خارج کردن مقاومت سرب و بقیه مقاومت های ناخواسته را توسط سیستم کنترل یا مانتیورینگ می دهند.

سنسورهایی که از ساختار سه سیم استفاده می کنند معمول ترین طراحی هستند، این ساختار در صنایع مختلف و سیستم های نظارتی (مانیتورینگ) به صورت گسترده مورد استفاده قرار می گیرد. مقاومتی که توسط سیم سرب تولید می شود را میتوان حذف کرد اما فقط در صورتی که مقاومت تمامی سیمها یکی باشد. در صورت یکی نبودن در سنج سنسور خطا به وجود می آید.

مواد ساختار دهنده سیم

وقتی دارید مواد سیم سربی را مشخص می کنیم باید مواظب باشیم که سیم های سربی درستی برای گسترده دمایی و همچنین شرایط محیطی که قرار است در آن فعالیت کند انتخاب کنیم. در زمان انتخاب سیم سربی، دما مهمترین فاکتوری است که باید در نظر گرفت، هرچند خواص فیزیکی از قبیل مقاومت در برابر سایش و فرو رفتی در زیر آب نیز می توانند بسیار مهم باشند. سه ساختار معمول عبارتند از:

– میله هایی که عایق PVC دارند گسترده دمایی -۴۰ تا ۱۰۵ درجه سانتی گراد دارند. این میله ها مقاومت سایش مطلوبی دارند و در شرایط زیر آب کارایی دارند.

– میله هایی که عایق PFA دارند گسترده دمایی -۲۶۷ تا ۲۶۰ سانتی گراد دارند. این میله ها مقاومت سایش بسیار بالایی دارند و همچنین برای شرایط زیر آب عالی هستند.

– هرچند که میله های که از عایق فایبرگلاس استفاده می کنند رنج دمایی بالاتری دارند (-۷۳ تا ۴۸۲ درجه سانتی گراد) اما در برابر سایش مقاومتی خوبی ندارند و در شرایط زیر آب نیز کارایی ندارند.

ترمینال سنسورهای RTD

میله می تواند در اتصال سری قطع شود که توسط قطع سریع یا ترمینال بلاک و یا سیم توسعه امکان پذیر است. دیگر شیوه های ترمینال را نیز می توان سفارش داد.

 

 

نقشه pt100

پیکر بندی سنسورهای RTD

وقتی عنصر RTD، ترتیب بندی سیم، و ساختار سیم انتخاب شدند باید ساختار فیزیکی سنسور در نظر گرفته شود. پیکر بندی نهایی سنسور بیشتر از هر چیز دیگری به نوع کاربری آن بستگی دارد. سنجش دمای یک مایع، یک سطح یا بخار یک گاز همگی احتیاج به پیکر بندی سنسور متفاوتی دارند.

 

 

استانداردهای RTD

قبل از بررسی استانداردهای سنسورهای RTD اول باید معمول ترین عناصر مقاومتی مورد استفاده در این سنسورها را بشناسیم.

پرکاربردترین مواد مقاومتی مورد استفاده در سنسورهای RTD:

۱ – پلاتینیم (پرکاربردترین و دقیق ترین)

۲ – نیکل

۳ – مس

۴ – بالکو (کم استفاده)

۵ – تنگستن (کم استفاده)

برای سنسورهای پلاتینیومی دو استاندارد وجود دارد: استاندارد اروپایی (که با نام های DIN و IEC نیز شناخته می شود) و استاندارد آمریکایی. استاندارد اروپایی استاندارد جهانی برای سنسورهای RTD پلاتینیومی شناخته می شود. در این استاندارد، DIN/IEC 60751 (یا به صورت ساده تر IEC751)، سنسور RTD باید در صفر درجه سانتیگراد دارای ۱۰۰ اهم Ω مقاومت داشته و ضریب دمایی مقاومت (TCR) برابر با ۰٫۰۰۳۸۵ اهم در سانتی گراد بین درجات صفر تا صد را دارا باشد.

در استاندارد DIN/IEC751 در تولرانس مقاومتی تعریف شده است:

Class A = ±(۰٫۱۵ + ۰٫۰۰۲*t)°C or 100.00 ±۰٫۰۶ Ω at 0ºC

Class B = ±(۰٫۳ + ۰٫۰۰۵*t)°C or 100.00 ±۰٫۱۲ Ω at 0ºC

دو تولرانس مقاومتی که در صنایع مختلف کاربرد دارند عبارتند از:

۱⁄۳ DIN = ±۱⁄۳* (۰٫۳ + ۰٫۰۰۵*t)°C or 100.00 ±۰٫۱۰ Ω at 0ºC

۱⁄۱۰ DIN = ±۱ ⁄۱۰* (۰٫۳ + ۰٫۰۰۵*t)°C or 100.00 ±۰٫۰۳ Ω at 0ºC

ترکیب تولرانس مقاومت و ضریب دمایی کلیت “مقاومت در برابر حرارت” یک سنسور RTD را تشکیل می دهد. هرچقدر تولرانس المنت بالاتر باشد، همانقدر سنسور از منحنی کلی دما * مقاومت منحرف می شود و از سنسوری به سنسور دیگر تفاوت به وجود می آید. این موضوع برای کاربرانی که می خواهند سنسور خود را تعویض نمایند و می خواهند خطاهای تغییر سنسور را به حداقل برسانند بسیار مهم است.

 

انتخاب یک سنسور RTD درست

 

سنسوردما PT100 ظریف که دارای دقتی بالا و سرعت انتقال بالاتر از PT100 های معمولی هستند.

عنصرهای RTD: عنصر سنسور RTD ساده ترین نوع RTD است که تشکیل شده از یک تکه سیم که به دور یک هسته سرامیکی یا شیشه ای پیچ خورده است. به دلیل اندازه کوچکی که دارند عنصرهای RTD زمانی استفاده می شوند که فضای فیزیکی بسیار کمی در اختیار است.

عنصر سطحی RTD:

عنصر سطحی نوعی خاص از یک عنصر RTD است. این سنسورها در باریکترین حالت ممکن طراحی شده اند و به همین دلیل برای سنجش دمای سطح های صاف بسیار پر کاربرد هستند.

میله (غلاف) RTD:

میله RTD سخت ترین و بادوام ترین شکل از سنسورهای RTD است. این مدل تشکیل شده از یک عنصر RTD است که درون یک لوله فلزی که غلاف نامیده می شود قرار گرفته. این غلاف از عنصر در برابر محیط محافظت می کند. گروه ژرمن الکتریک انواع مختلفی از غلاف ها با ساختارهای متفاوت را در اختیار شما قرار می دهد.

چرا به جای ترموکوپل از سنسور RTD استفاده کنیم ؟

هر نوع سنسور دمایی چه ترموکوپل و چه RTD دارای مزایا و معایب خاص خود است. خواص سنسورهای RTD شامل موارد زیر است:

– رنج دمایی مطلوب (در حدود -۲۰۰ تا ۸۵۰ درجه سانتیگراد) این رنج با اینکه در برابر ترموکوپل ضعیفتر است اما بیشتر کاربردهای صنعتی را شامل می شود.

– دقت بسیار بالا (بهتر از ترموکوپل ها)

– تعویض پذیری خوب

– پایداری بلند مدت

با رنج دمایی که تا ۸۵۰ درجه نیز میرسد سنسورهای RTD می توانند در تمامی صنایع بجز آنهایی که از نهایت رنج دمایی استفاده می کنند به کار آیند. وقت با فلزاتی از قبیل پلاتینیوم ساخته شوند دارای ثبات بالا بوده و تحت تاثیر خوردگی و اکسیداسیون قرار نمی گیرند. بقیه مواد از قبیل نیکل، مس، آلیاژ نیکل و آهن نیز در سنسورهای RTD استفاده می شوند. هرچند این مواد بسیار کمتر استفاده می شوند زیرا گسترده دمایی پایینتری دارند به اندازه پلاتینیم ثبات ندارند

 

 

سنسور PT100

سنسور PT100 پر استفاده ترین مدل از خانواده سنسورهای مقاومتی پلاتینیومی که با نام RTD شناخته می شوند که در برگه سنسور RTDبه آن بیشتر پرداخته ایم.  به صورتی که در بسیاری از اوقات کل خانواده سنسورهای مقاومتی (حتی غیر پلاتینیومی ها) به صورت PT100 شناخته می شوند که درست نیست. سنسورهای PT100 به اشتباه ترموکوپل PT100 نیز نامیده می شوند در حالی که عضوی از خانواده RTD بوده و ساختار آنها با ترموکوپل متفاوت است. دلیل این اشتباه بیشتر به این موضوع مربوط می شود که کارایی RTD ها و ترموکوپل ها تقریبا مشابه است و تفاوت اصلی در طرز کار این دو سنسور حرارتی نهفته است.

حروف PT در نام این سنسورها به دلیل استفاده از پلاتینیوم (با نام اختصاری Pt در جدول عناصر) است. عدد ۱۰۰ نشان دهنده این موضوع است که در صفر درجه سانتیگراد این سنسور ۱۰۰ اهم مقاومت دارد. بقیه اعضای این خانواده نیز به همین ترتیب نام گذاری شده اند پس سنسور PT1000 در صفر درجه ۱۰۰۰ اهم، سنسور PT500 در صفر درجه ۵۰۰ اهم مقاومت دارند. برای اطلاعات بیشتر در مورد تغییر مقدار مقاومت و دما جدول دقت / مقاومت PT100 و همچنین جدول دمایی PT100 را دانلود کنید.

طراحی سنسور PT100 و PT1000

 

 

سنسور PT100 سه سیم

در صنعت سنسورهای PT100 و … به صورت معمول برای سنجش حرارت تولیدی وسایل مختلف بکار گرفته شده و در بیشتر موارد داخل اتصالات سری و غلاف قرار دارند. اتصال الکتریکی سنسور PT100 درون اتصالات سری سنسور انجام می شود. در صنعت معمولا سنسورهای پی تی صد را به سه گروه کلی تقسیم میکنند به شکلی که هر کدام از این گروه ها دارای سه اندازه متفاوت یا سایز مختلف هستند. اسامی گروه ها همان جنسی است که از آن ساخته شده است ، بدین ترتیب داریم  :

• فیلمانی

• شیشه ای

• سرامیکی

بسته به نوع شرایط محیط و دمایی که آن محیط ها دارند و در نهایت شوک پذیری محصولات ، ممکن است هر کدام از این پی تی صد ها کاربرد بیشتری داشته باشد.  ابتدا غلاف فلزی را انتخاب میکنیم و سپس مغزی سنسور را داخل آن قرار میدهیم و در آخر به سیم یا وایر دلخواهمان متصل میسازیم. وایر ها یا سیم ها از قطر دو میلیمتر تا سی میلی متر امکان دارد که متغیر باشند و طولهای مختلفی داشته باشند که طبعا بسته به نیاز ما ممکن است کم یا زیاد شوند. . این سنسورها معمولا در دمای ۴۰۰ تا ۶۰۰ و ۸۰۰ درجه مورد استفاده قرار میگیرند چرا که دارای دقت دمایی بسیار بالایی هستند؛ بشکلی که قابلیت تشخیص تغییر های نیم درجه و حتی یک دهم درجه را دارا هستند.

کاربرد سنسور PT100 و PT1000

انتخاب سنسور از خانواده RTD (سنسورهای PT100 و …) بیشتر به نوع کاربر آن مربوط است. در صنایع تولیدی سنسورهای PT100 پرکاربردترین و معمولترین سنسور مقاومتی است. هرچند شرایط بسیاری وجود دارد که استفاده از سنسور PT1000 / PT50 و دیگر اعضای خانواده RTD معقول تر است. برای مثال سنسور PT1000 با ساختار سیمی دوتایی دارای مزایایی در برابر PT100 است زیرا با افزایش طول کابل مقدار خطای آن بسیار کمتر از سنسور PT100 است. همچنین در صورت استفاده از ترمومترهایی که از باتری به عنوان منبع تغذیه استفاده می کنند سنسور PT1000 می تواند اثر مثبتی روی بالانس انرژی کل سیستم بگذارد. با استفاده از این شیوه باتری ها طول عمر طولانی تری خواهند داشت و در کنار پایین آمدن هزینه ها شرایط نگهداری از کل سیستم را نیز راحت تر خواهد شد.

سنسورهای دما یکی از پرکاربردترین تجهیزات و سنسورهای صنعت میباشد که تقریبا تمام مهندسینی که در زمینه ابزاردقیق و اتوماسیون صنعتی فعالییت میکنند باید این سنسورها را بشناسند،نقاط قوت و ضعف آنها را بدانند و با راه اندازی و اتصال آنها به نمایشگر،ترانسمیتر و سیستم های کنترل آشنا باشد.سنسورهای دما در تمام صنایع اعم صنایع نفت،گاز،پتروشیمی،ریخته گری،غذایی،شیمیایی،آجر و سرامیک و صنایع های کوچک تر کاربرد بسیار فراوانی دارد.از موارد مهمی که باید به آن اشاره کرد شناخت در حوزه سنسور ها می باشد که زمانی یک شخص قدرت انتخاب سنسور مناسب برای یک پروسه را دارد که آشنایی و تجربه بسیار خوبی در مورد سنسورهای دما و روش های اندازه گیری دما داشته باشد.

 

. یک

 

 

 سنسور pt100 ضد آب چیست؟

در مکانهایی که دارای رطوبت و یا امکان نفوذ مایعات به داخل سنسور pt100 وجود دارد از ترموکوپل pt100 ضد آب استفاده می کنند.برای ساختن سنسور pt100 ضدآب باید سیم ها و اتصالات ضد آب بوده و از چسب های مخصوص این کار استفاده کرد تا هم مقاوم در برابر نفوذ آب باشد و هم مقاوم در برابر حرارت.

    

 

⦁ سنسور دمای مدار مجتمع:

در این نوع سنسورها از یک دیود سیلیکون که با جریان ثابت تغذیه می شود به عنوان اندازه گیر درجه حرارت استفاده می شود.مزیت آنها سادگی وارزانی می باشد ولی در رنج کمتر از 200 درجه سانتی گراد عمل می کند. حسگرهای نیمه هادی دمای مدار مجتمع می توانند به دسته های زیر تقسیم بندی شوند:

⦁ حسگر های پیوسته دما :

آن ها می توانند به طور مستقیم به ابزارهای اندازه گیری از قبیل ولت متر ها متصل شوند یا با استفاده از مبدل های  ADC برای رقمی کردن خروجی ها استفاده شوند تا در کاربردهای مبتنی بر کامپیوتر مورد استفاده قرار گیرد.

2 - حسگرهای رقمی دما:

آن ها معمولا برای ارتباط با محیط خارج دارای گذرگاه Ic ، گذرگاه SPI یا بعضی دیگر از واسطه های سه سیم هستند.

⦁ سنسور دمای گازی:

ترمومتر گازی که به ترمومتر دنباله دار هم معروف است براساس قوانین گاز های کامل کار می کند ودر اثر افزایش دما  فشار گاز درحجم ثابت افزایش می یابد ،با اندازه گیری این فشار وکالیبر آن برحسب دما مقدار دما را اندازه می گیرند.

⦁ سنسور دمای اینفراد یا غیرتماسی:

این سنسور از تشعشعاتی که از جسم داغ ساطح می شود وعموما در ناحیه مادون قرمز قرار دارد استفاده می کند وبا مکانیزم های مختلف برحسب دما کالیبره می کند.در بیشتر مدل ها ازاشعه لیزری استفاده می شود ورنج دمایی این نوع از ترمومتر ها به بیش از 2000 درجه سانتی گراد هم  می رسد.ازمهم ترین فاکتور های این سنسور رنج فاصله دستگاه تا نقطه هدف است که توسط لیزر طی می شود ومی تواند دمای هدف را اندازه بگیرد.

 

 

⦁ ترمومتر های دیجیتالی (پرتابل)

در انواع این ترمومتر ها از پراب (سنسور ورودی) ترموکوپل ها استفاده می شود وقابلیت اندازه گیری دما در چندین مکان بسته به تعداد کانال های ورودی را دارند. این سنسور ها به صورت دیجیتالی بوده و دارای صفحه نمایشگر هستند.

 

ترموکوپل

ترموکوپل (Thermocouple) پر استفاده‌ترین سنسور دما است. ترموکوپل‌ها به دلیل سادگی استفاده و سرعت پاسخشان به تغییرات دما (به دلیل اندازه کوچکی که دارند)، سنسورهای محبوبی هستند. این سنسورها همچنین محدوده دمای گسترده‌ای از −200ċ تا +2000ċ دارند.

 

ترموکوپل‌ها سنسورهایی ترموالکتریکی هستند که اساساً از دو اتصال از فلزهای غیرمشابه مانند مس و کنستانتان تشکیل شده‌اند. این دو فلز در نقطه اتصال به یکدیگر جوش داده شده یا فشرده شده‌اند. اساس کار ترموکوپل بدین صورت است که یک اتصال در یک دمای ثابت نگه داشته می‌شود که اتصال مرجع (سرد) نام دارد، در حالی که دیگری اتصال اندازه‌گیری (گرم) است. وقتی دو اتصال دماهای متفاوتی داشته باشند، مطابق شکل زیر یک اختلاف ولتاژ به وجود می‌آید که برای اندازه‌گیری دما مورد استفاده 

 

 

اصول عملکرد یک ترموکوپل بسیار ساده و پایه‌ای است. وقتی دو اتصال دو فلز غیرمشابه مانند مس و کنستانتان در یکدیگر ذوب شوند، یک اثر ترموالکتریک تولید می‌شود که اختلاف پتانسیل ثابت در حدود چند میلی‌ولت بین آن‌ها نتیجه خواهد داد. اختلاف ولتاژ بین دو اتصال «اثر سیبک» (Seebeck effect) نامیده می‌شود. در این حالت، یک نیروی محرکه الکتریکی تولید می‌شود. در نتیجه، ولتاژ خروجی یک ترموکوپل تابعی از تغییرات دما است.

اگر هر دو اتصال در دمای مشابهی باشند، اختلاف پتانسیل دو اتصال صفر خواهد بود. به عبارت دیگر، ولتاژ خروجی نخواهیم داشت، زیرا  V1=V2 البته، وقتی پیوندها در یک مدار باشند و دماهای متفاوتی داشته باشند، ولتاژ‌ خروجی متناسب با اختلاف دمای دو اتصال خواهد بود. این اختلاف ولتاژ با دما افزایش خواهد یافت؛ تا جایی که به سطح ولتاژ پیک برسیم که این مورد با مشخصات دو فلز مورد استفاده تعیین می‌شود.

ترموکوپل‌ها را می‌توان از مواد مختلفی ساخت که ما را قادر می‌سازند دماهای بین −200ċ تا +2000ċ را اندازه‌گیری کنیم. با چنین محدوده گسترده انتخابی، استانداردهای بین‌المللی برای رنگ ترموکوپل‌های مختلف وضع شده که به کاربر این توانایی را می‌دهد تا بتواند سنسور ترموکوپل مناسب را برای کاربرد خاص مورد نظرش انتخاب کند. جدول زیر کدهای رنگی استاندارد بریتانیایی را نشان می‌دهد.

سه ماده رایج در ترموکوپل‌ها برای اندازه‌گیری دما آهن-کنستانتان (نوع ( J، مس-کنستانتان (نوع (T و نیکل-کروم (نوع( K هستند. ولتاژ خروجی یک ترموکوپل به ازای 10ċ تغییر دما بسیار کوچک و در حدود چند میلی‌ولت است. به همین دلیل استفاده از یک تقویت‌کننده ضروری است.

 

تقویت‌کننده، چه گسسته و چه عملیاتی، باید با دقت انتخاب شود، زیرا ترموکوپل باید پایداری مناسبی داشته باشد و نیازی به کالیبراسیون دوباره آن نباشد. این امر سبب می‌شود چاپر و تقویت‌کننده نوع ابزار دقیق برای اغلب کاربردهای اندازه‌گیری دما گزینه مناسبتری باشند.