انواع سنسور های دما

دما یکی ازمهمترین پارامترها در کنترل یک فرآیند است .اندازه گیری دقیق دما آسان نیست و برای دستیابی به دقتهای بالاتر از نیم درجه سانتیگراد باید توجه زیادی مبذول داشت. همچنین سنسورهای دمای رایج تماما وابسته به تغییراتی هستند که همراه باتغییرات دمای ماده به وجود می آید.

1.سنسور دمای 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.

2.ترموکپل ها:

یکی دیگر از پرمصرف ترین ترمومتر ها محسوب می شود وترموکوپل های j,k  از پر مصرف ترین نوع ترموکپل ها هستند.این دسته قابلیت اندازه گیری در رنج دمایی زیر صفر تا1700درجه سانتیگراد را دارا می باشند. ترموکوپل ها مکانیزم ساده ای دارند وبا استفاده از اتصال فلز وآلیاژهای فلزات وباتوجه به اثر سیبک تولید می شوند.این نوع ترمومتر ولتاژی تولید می کند که بر اثر تفاضل دما بین نقطه اتصال گرم و نقطه اتصال سرد(مرجع) است و از روی این ولتاژ ودمای مرجع ، دمای جسم مدنظر را اندازه گیری می کنند. اگر دما بین دو اتصال یکسان باشد ولتاژ های تولید شده یک دیگر را خنثی می کنند و جریان در مدار برقرار نمی شود بنابراین یک ترموکوپل اختلاف دمای بین دو اتصال را اندازه می گیرند که دمای مطلق محسوب نمی شود.

در خرید ترموکوپل فاکتور های زیر را درنظر بگیرید.

1.)رنج دمایی کارکرد

2.)تیپ ترموکوپل

3.)طول ترموکوپل

4.)جنس غلاف

5.)نوع سرامیک بکار رفته

3.سنسور های RTD:

براساس این مشخصه که مقاومت فلزبا تغییر دما تغییر می کند، کار می کنند. فلز مورد استفاده باید نقطه ذوب بالایی داشته باشد. پلاتین بهترین گزینه برای ساخت   RTD ها است. رنج دمایی کارکرد آن ها از منفی 200 تا 800 درجه سانتی گراد می باشد.

این سنسور ها نسبت به دیگر سنسور ها قیمت بالاتری دارند و فقط در صنعت مورد استفاده قرار  می گیرند. PT100 نوعی از RTD های استاندارد است که دارای مقاومت پلاتینی بوده و در دمای صفر درجه سانتی گراد ،مقاومت ان 100 اهم است. در سنسورهای اندازه گیری دما بعد از ترموکوپل تیپ K سنسور PT100 در رده دوم      سنسور های پر مصرف اندازگیری دما قرار دارد. 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:

1- سنسور PT100 میکایی(سنسور PT100 تخت و یا فیلمانی)

2- سنسور PT100 شیشه ای

3- 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.

4.ترمیستور ها:

اساس کاری ترمیستور ها مانند RTD ها است وبا اندازه گیری مقاومت در اصل دمای ماده را اندازه   می گیرد با این تفاوت که در ترمیستور ها از نیمه رسانا هایی باضریب دمایی بالا استفاده می شود. ترمیستور ها به دو دسته ی PTC(ضریب دمایی مثبت)وNTC (ضریب دمایی منفی) تقسیم می شوند.همچنین در RTDها به صورت خطی تغییر دما رخ می دهد وبه همین علت در مدارات آنالوگ کاربرد دارد اما در ترمیستورها تغییر دما غیرخطی است ودر صنایع ابزار دقیق مانند plc مورد استفاده قرارمی گیرند. ترمیستور ها در اشکال مختلفی مانند دکمه ای ریز، میله ای، دیسکی ، واشری، ویفری و همین طور محصور در محفظه فلزی تراشه ای ساخته می شوند.

PTC:

با افزایش دما مقاومت آن ها کاهش می یابد. معمولا ترمیستورهای  PTC در مدارهای قدرت برای حفاظت در برابر جریان هجومی به کار برده می شوند.از لحاظ تجاری دونوع ترمیستور PTC وجود دارد. اولین نوع شامل مقاومتهای سیلیکونی است و به سیلیستور ها مشهور هستند و نوع دیگر که پرکاربرد تر هستند به ترمیستور های switching PTC معروف هستند.این ابزار ها معمولا در کاربردهای کلیدزنی برای محدودسازی جریان در سطح مطمئن در سیستم های قدرت به کار می روند و در کنترل دما و کاربردهای کنترلی به کار برده نمی شوند.

NTC:

با افزایش دما مقاومت ان کاهش می یابد. ترمیستور نوع – NTC حساسیت 3 تا 6 درصد دارند که در مقایسه با RTD خیلی بالاتر است که باعث گشته سیگنال پاسخ بهتری نسبت به ترموکوپل و RTD داشته باشد، از جهت دیگر حساسیت پایین RTD و ترموکوپل آنها را انتخاب خوبی برای دماهای بیش از 260 درجه سانتیگراد کرده است ترمیستورها با دقت و رزولوشن بالایی دررنج دمایی شان کار می کنند و دارای مقاومت بالا، اندازه کوچک، تغییر سریع مقاومت با تغییر دما نسبت به RTD ، قیمت پایین ترنسبت به RTD و ترموکوپل ، عملکرد به شدت غیرخطی می باشند ودر نتیجه رنج دمای کاری کم و محدودیت برای دمای خیلی پایین نسبت به ترموکوپل و RTD را دارا می باشند.

یک نمونه سنسور ترمیستور :

5.سنسور دمای مدار مجتمع:

در این نوع سنسورها از یک دیود سیلیکون که با جریان ثابت تغزیه می شود به عنوان اندازه گیر درجه حرارت استفده 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:

1)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.

6.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.

7.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.

8.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.