بخش اول
پاسخ:
هر سه اینها سنسور دما هستند و امکان استفاده در رنج وسیعی از کاربردها را دارند. اما معایب و مزایای هر کدام موجب استفاده ی آن در رده ی مشخصی از کاربردها می شود.
ترموکوپل ها:
این سنسورها به کمک دو فلز دمای محیط را سنس می کنند اما همین که این دو فلز چه هستند، کارایی سنسور در رنج مشخصی از دما تعیین می گردد. ساختمان کاربردی این سنسور بدین صورت است که از دو سیم فلزی متفاوت مثلا آهن و کنستانتن ساخته شده. انتهای دو سیم در جایی که قرار است دما سنس شود متصل شده است.
هر فلز مشخصه ی ترموالکتریکال مربوط به خود را دارد و همین موضوع موجب می شود در انتهای دو سیم جایی که به هم متصل نبوده و به اتصال یا انتهای “سرد” Cold End موسوم می باشد، اختلاف پتانسیل الکتریکی ایجاد شده باشد. همان طور که اشاره شد، طبعا این که این دو فلز از چه جنس هایی تشکیل شده باشند، رنج کاری دمایی و حساسیت سنسور رو تغییر می دهد. اما هر تایپ از ترموکوپل ها از یک زوج فلز مشخص ساخته شده است. برخی تایپ ها رنج دمایی وسیعی را پوشش می دهند اما رابطه ی ولتاژ خروجی بر حسب دما تا حد زیادی غیرخطی می باشد در عوض برخی تایپ ها محدوده ی کمتری رو پوشش می دهند ولی رابطه ی ولتاژ خروجی بر حسب دما خطی تر می باشد. پس انتخاب تایپ ترموکوپل به مورد استفاده ی شما باز می گردد و به طور کلی در صنعت ابزار دقیق و اتوماسیون، انتخاب سنسور مناسب برای یک سیستم تست و اندازه گیری از حیث ویژگی های فیزیکی و هزینه، با توجه تنوع بالای سنسورها، یک مهارت و تخصص محسوب می شود.
همان طور که اشاره شد ترموکوپل ها تایپ های متفاوتی دارند که با حروف انگلیسی مثلا ترموکوپل E یا J یا K … معرفی می شوند.
تایپ یک ترموکوپل سوای از نوع فلزهای به کار رفته در آن، رنج کاری، دقت و میزان خطی بودن و نوع شیتینگ، زمان پاسخ و میزان تاثیرپذیری از نویز آن را تعیین می کند. همچنین نوع شیتینگ اتصال دو فلز یک ترموکوپل در سری که دما را باید سنس کند،
در سریع یا کند بودن و محافظت های الکتریکی مثل بحث های نویز و حلقه ی زمین و محافظت های شیمیایی و فیزیکی را مشخص می کند و عمدتا یک تریدآف بین این دو پارامتر وجود دارد به طوری که مثلا ترموکوپلی که محافظت شیمیایی و فیزیکی بهتری دارد و به طور الکتریکی ایزوله شده است کندتر است و در عوض یک ترموکوپل سریع در محافظت های فیزیکی و نویز مشکل دارتر است.
پایان بخش اول
خرید مبدل آنالوگ به دیجیتال
راه اندازی سنسور دما ، سنسور شتاب و PT100 با مبدل آنالوگ به دیجیتال (ADC)
تفاوت ترموکوپل با RTD و ترمیستور چیست؟ (بخش دوم)
بخش دوم: سنسورهای RTD
بخش دوم
پاسخ:
هر سه اینها سنسور دما هستند و امکان استفاده در رنج وسیعی از کاربردها را دارند. اما معایب و مزایای هر کدام موجب استفاده ی آن در رده ی مشخصی از کاربردها می شود.
سنسورهای RTD:
عبارت سه حرفی RTD مخفف سه کلمه ی زیر است.
Resistance Thermometer Detectors
از لحاظ فیزیکی مقاومت فلزات وقتی گرم تر می شوند افزایش می یابد و وقتی دمایشان کاهش می یابد، مقاومت الکتریکی کمتری دارند. با استفاده از همین خاصیت فلزات می توان به کمک سنسورهای RTD دمای محیط را بر حسب تغییر میزان مقاومت فلز محاسبه کرد. سنسورهای RTD از یک هسته ی معمولا سرامیکی یا شیشه ای ساخته شده است که روی آن سیم پیچ مانندی از جنس بک فلز خالص مثل پلاتینیوم یا مس یا نیکل قرار دارد.
دلیل اصلی ای که این فلز باید کاملا خالص باشد این است که رابطه ی دما بر حسب مقاومت الکتریکی به طور دقیقی در دست باشد. مثلاً اگر سنسور RTD از نوع پلاتینیومی باشد برای مقاومت بر حسب دما می‌توان از جدول زیر استفاده کرد.
در برخی از موارد یک پوشش عایق الکتریکی نیز روی آن کشیده می شود که همین موضوع در پرفرمانس و رنج دمای کاری آن تاثیرگذار است. یک مدل دیگر سنسورهای RTD لایه ی نازک است که به دلیل بیشترین سطح تماس یکنواخت با جسم تحت اندازه گیری، بهترین گزینه برای اندازه گیری دمای سطوح می باشد. در این نوع از سنسورهای RTD لایه ی نازکی از فلز بین لایه ی نازکی از عایق قرار گرفته است.
و اما یک نکته ی مهم.
سنسورهای RTD در دسته ی سنسورهای فعال قرار دارند. یعنی برای استفاده از آن ها نیاز به تحریک بیرونی است. این در حالی است که ترموکوپل ها نیاز به تحریک بیرونی ندارند. کار تحریک بیرونی در عمل ایجاد یک ولتاژ قابل اندازه گیری است که به کمک آن مقدار مقاومت فلز سنسور را به دست آورد.
رایج ترین روش اندازه گیری سنسورهای RTD استفاده از مدار معروف پل وتسون است. با در دست داشتن سه مقاومت با مقادیر معلوم و قرار دادن سنسور که در ضلع چهارم، با افزایش دما، مقاومت الکتریکی سنسور افزایش می یابد، در نتیجه پل از تعادل خارج می شود و می توان به کمک قرائت و تقویت ولتاژ بین اضلاع پل به مقاومت سنسور پی برد.
اما هنوز یک نکته ی مهم باقی مانده است. آیا مقاومت سیم هایی که از سنسور برای اتصال آن به پل بیرون آماده و فلز داخل سنسور را به پل وصل می کند، در مقایسه با مقاومت فلز داخل سنسور قابل چشم پوشی است؟ اگر این چنین نباشد منطقا مقاومت این سیم ها به مقاومت سنسور در ضلع چهارم پل وتسون جمع شده است و همین مساله موجب کاهش دقت اندازه ی گیری دما می گردد. از این رو راه کار اصلی برای رفع این مشکل سنسورهای RTD سه سیم و چهار سیم است. مدار پل سنسورهای سه سیم و چهار سیم با مدار مل مدل دو سیم کمی تفاومت دارد.
توجه داشته باشید که نوع سه سیم پر کاربردترین نوع سنسورهای RTD در صنعت می باشد.
پایان بخش دوم
خرید مبدل آنالوگ به دیجیتال
راه اندازی سنسور دما ، سنسور شتاب و PT100 با مبدل آنالوگ به دیجیتال (ADC)
تفاوت ترموکوپل با RTD و ترمیستور چیست؟ (بخش اول)
بخش سوم: ترمیستورها
بخش سوم
پاسخ:
هر سه اینها سنسور دما هستند و امکان استفاده در رنج وسیعی از کاربردها را دارند. اما معایب و مزایای هر کدام موجب استفاده ی آن در رده ی مشخصی از کاربردها می شود.
ترمیستورها:
ترمیستورها مانند RTDها در دسته‌ی سنسورهای فعال قرار دارند یعنی برای راه‌اندازی آنها نیاز به تحریک بیرونی می‌باشد. در ترمیستورها هم یک مقاومت متغیر با دما وجود دارد اما نکته‌ی متمایز کننده‌ی این دو نوع سنسور دما به ماده‌ی سازنده‌ی همین مقاومت برمی‌گردد. در برخی منابع شماتیک این دو سنسور مشابه با یکدیگر ترسیم می‌شود.
در RTDها همان‌طور که پیشتر نیز اشاره شده است، این مقاومت از جنس فلز است اما در ترمیستورها این مقاومت از نوع نیمه‌هادی اکسید فلز ساخته شده است.. ترمیستورها به دلیل تشکیل شدن از نیمه‌هادی‌ها، بهترین حساسیت به تغییرات دما را در بین سایر انواع سنسور دما را دارند و امکان اندازه‌گیری کمترین میزان تغییرات دما را دارا می‌باشند. تفاوت مهم دیگر ترمیستورها در مقایسه با سنسورهای RTD این است که عموماً مقاومت بزرگتری دارند. همچنین برخلاف RTDها، ترمیستور دارای ضرایت دمایی منفی هستند و این بدین معناست که با افزایش دما، مقاومت ترمیستورها کاهش می‌یابد. البته در موارد نادری که به جای اکسید فلز از پلیمرهای هادی در مقاومت ترمیستورهای استفاده می‌شود، ضرایب دمایی این نوع خاص از ترمیستور مشابه RTDها مثبت می‌باشد، اما همان‌طور که اشاره شد، تعداد این نوع ترمیستورها بسیار کمتر از ترمیستورهای با ضریب دمایی منفی می‌باشد.
ترمیستورها در اشکال متفاوتی همان‌طور که در ادامه نشان داده شده است مورد استفاده قرار می‌گیرند. یک ترمیستور از ترکیب دو یا سه اکسید فلز که در بستری از ماده‌ای سرامیکی ته‌نشست شده، ساخته شده است. سیم‌های رابط آن0 به ویفر نیمه‌هادی لحیم شده است. کل این اجزا به وسیله‌ی شیشه یا اپوکسی پوشش داده شده است.
باید به این نکته توجه داشت که جنس ماده‌ی سازنده‌ی مقاومت اصلی یک ترمیستور به طور مثال اکسید فلز مورد استفاده طبعاً در مقاومت و به تبع آن در رنج دمایی قابل اندازه‌گیری، حساسیت و دقت اندازه‌گیری تأثیر مستقیم دارد، اما چیز دیگری که از این هم مهم‌تر است این است که پیکربندی این نوع از سنسورها در بیش از 90 درصد موارد از نوع دو سیم است. این در حالی است که پیشتر دیدیم برای راه‌اندازی سنسورهای RTD به نحوی که دقت اندازه‌گیری کاهش نیابد بهتر است از نوع سه سیم و یا چهار سیم استفاده کرد. در ترمیستورها بزرگای مقاومت سنسور در مقایسه با مقاومت سیم‌های رابط سنسور به قدری بزرگ است که اغلب می‌توان از آنها چشم‌پوشی کرد و همین موضوع یک مزیت ترمیستورها محسوب می‌شود زیرا مدار راه‌انداز آنها ساده‌تر است. اگر بخواهیم عددی برای مقایسه‌ی بهتر ارائه کنیم می‌توانیم بگوییم مقاومت سنسورهای RTD به طور تیپیکال بین 100 تا 1000 اهم و مقاومت ترمیستورها به طور تیپیکال حدود 3500 اهم و بالاتر از آن تا چند صد هزار اهم می‌باشد. (اگرچه برخی ترمیستورها نیز دارای مقاومت‌های زیر 1000 اهم هستند، اما تعداد آنها در مقایسه با غالب ترمیستورها بسیار کمتر می‌باشد.)
در انتهای این بخش اگر بخواهیم یک شاخص کلی در انتخاب هر یک از این سه نوع سنسور دما در یک پروژه‌ي قرائت دما را معرفی کنیم، باید به این‌طور گفت که چنا‌ن‌چه شما می‌خواهید به دقت‌هایی از مرتبه‌ي کسری از یک درجه دست یابید باید به سمت استفاده از RTDها و ترمیستورها بروید، البته مشخصاً رنج دمایی که سنسور اجازه‌ی قرائت با چنین دقتی را به شما می‌دهد وسیع نخواهد بود. در مقابل در پروژه‌هایی در آنها تغییرات دما دامنه‌ی وسیع‌تری را دارد، ترموکوپل‌ها گزینه‌ی بهتری هستند، چرا که رنج دمایی وسیعی‌تری را پوشش می‌دهند. در بخش‌های بعدی مقایسه‌های دقیق‌تری روی پارامتر‌های مهم سنسورهای دما بین این سه نوع سنسور دما خواهیم داشت و جداول مقایسه‌ای بیشتری را ارئه خواهیم کرد.
پایان بخش سوم