آشنایی با انواع سنسورهای دما
در این آموزش نگاهی به سنسورهای دما و اجرای آنها در پروژه های مختلف مهندسی خواهیم داشت. مهمترین پارامتر در صنایع و پروژه های مهندسی مختلف، دمایی است که شرایط محیط کار یا دمای ابزارها را تعیین می کند. مقدار صحیح دما برای اجرای صحیح بخش های مهم پروژه‌های مهندسی، مدارها، آزمایشگاه‌های پزشکی، آزمایشگاه‌های تحقیقاتی مختلف ضروری است. برای اندازه گیری مقادیر مختلف دما از انواع مختلفی از سنسورها استفاده می شود. بیشترین سنسورهای دمایی که بیشتر مورد استفاده قرار می گیرند شامل ترمیستورها، ترموکوپل ها، آشکارساز اشعه مادون قرمز و RTD هستند. در این مقاله نگاهی به کاربرد، کارکرد، ساختار و پارامترهای مختلف مربوط به سنسورهای دما خواهیم داشت.
سنسورهای دما چیست؟
انواع مختلفی از سنسورهای دما با توجه به کاربرد آنها مانند ترمیستور، آشکارسازهای دمای مقاومتی و غیره در بازار موجود است.
هر سنسور اصول کار متفاوتی دارد مانند RTD که دما را با تغییر در مقاومت و ترموکوپل با تغییر ولتاژ در انبساط و انقباض فلزهای خود با ضریب دمایی متفاوت اندازه گیری می کند.
اصل کار هر سنسور متفاوت است، اما عامل مشترک این است که همه این سنسورها با تشخیص تغییر در پارامترهای فیزیکی مواد مختلف مانند مقاومت، فشار و دما، دما را محاسبه می‌کنند.
هر سنسور پس از تشخیص تغییرات پارامترهای فیزیکی، آن را به مقدار دما تبدیل کرده و به کمک میکروکنترلرها و صفحات نمایشگری همچون LCD متصل به آن نشان می دهد.
سنسورهای دما بیشتر در شبکه های ولتاژ بالا (HV)، جریان متناوب (AC)، ابزار پزشکی، سیستم یخچالی و نوشیدنی سازهایی مثل دستگاه های اسپرسورساز برای حفظ مقدار دما و برای ایمنی محصولات و دستگاه های مختلف و بررسی مقدار دمای سیالات، مواد جامد و مواد مختلف گازی استفاده می شوند.
واحدهای دما
رایج ترین واحدهای مورد استفاده برای دمای کلوین، سلسیوس(سانتیگراد) و فارنهایت است.
درجه سانتیگراد یا سلسیوس
درجه سانتیگراد یا سلسیوس بیشتر از واحد دما در اندازه گیری های مختلف مهندسی و صنعتی استفاده می شود.
این یک مقیاس تجربی است که توسط از زمان باستان شکل گرفته است، و با مقایسه آن با نقطه انجماد آب در 0 درجه و نقطه جوش آب در 100 درجه تعیین می شود.
فارنهایت
این واحد توسط مترولوژیست ها برای اندازه گیری دمای سطحی استفاده می شود. اما واحد دمایی که بیشتر مورد استفاده قرار می گیرد، سانتیگراد است که با استفاده از این فرمول به راحتی می توان آن را به درجه سانتیگراد تبدیل کرد.
C = (F-32)/1.8
کلوین
این واحد دما برای اندازه گیری های علمی مختلف دما استفاده می شود. همچنین می تواند با فرمول زیر کلوین را به درجه سانتیگراد تبدیل کرد.
k=C +273
انواع سنسورهای دما
دسته های متعددی از سنسورهای دما بر اساس اصل کار، کاربردها و روش اندازه گیری دما وجود دارد.
ما در مورد انواع مختلف و پرکاربرد سنسورهای دما در اینجا فهرست شده است.
دماسنج
ترمیستور
آشکارسازهای دمای مقاومتی (RTD)
نیمه هادی
سنسورهای مادون قرمز
ترموکوپل
ترموکوپل مخفف TC است، معمولاً از سنسور برای اندازه گیری دما استفاده می شود.
ساختار فیزیکی این سنسورها بسیار سخت و قوی است، هزینه کمتری دارد، نیازی به منبع تغذیه جداگانه برای این سنسور نیست، دارای باتری داخلی است.
این ماژول از 2 فلز مختلف تشکیل شده است که به عنوان باز و بسته شناخته می شوند. پدیده های کاری فلزات ترموکوپل از اثر ترموالکتریک پیروی می کنند.
برای ایمنی ترموکوپل از عوامل محیطی مختلف مانند دما، رطوبت، فشار و گازها با پلاستیک و ورق های سرامیکی مختلف پوشانده می شود.
دسته بندی کلی ترموکوپل ها K، T، E، S و B هستند. J، T، K عموماً ترموکوپل‌هایی برای محاسبات دما هستند.
آشکارساز دمای مقاومتی (RTD)
مقدار دما محاسبه شده توسط RTD نسبت به سایر سنسورها دقت بالاتری دارد.
همانطور که با تغییر مقاومت، دما را اندازه گیری می کند، تغییر مقاومت آن مستقیماً با مقادیر دما متناسب است.
موادی که برای ساخت این سنسور استفاده می شود عبارتند از Pt (پلاتین)، نیکل (ni) و مس (Cu).
می تواند دما را از 270- درجه سانتیگراد تا 850 درجه سانتیگراد اندازه گیری کند.
در این ماژول منبع تغذیه داخلی وجود ندارد و برای کار مداوم نیاز به منبع خارجی دارد.
اما تلفات توان جریان ناشی از مقاومتی که با این فرمول قابل محاسبه است رخ می دهد.
T = P x S
در این معادله، T دما است P توانی است که در مقاومت تلف می شود.
ترمیستورها
ترمیستور کم هزینه تر و قابل تنظیم است و می توان آن را به ساده ترین روش استفاده کرد. مقدار دما را با تغییر مقاومت اندازه گیری می کند.
2 نوع اصلی ترمیستور وجود دارد که اولی NTC (ترمیستور ضریب منفی) و دومی PTC (ضریب دمایی مثبت) است.
در مورد PTC، دما و مقاومت نسبت مستقیم با یکدیگر دارند، با افزایش دما، مقاومت نیز افزایش می یابد.
در حالی که در NTC دما و مقاومت با یکدیگر نسبت معکوس دارند.
این حسگرها توسط اکسیدهای فلزات مختلف مانند منگنز (Mn)، نیکل (ni) تشکیل می‌شوند.
این سنسور بسیار حساس است و تغییرات بسیار جزئی دما را تشخیص می دهد.
دماسنج
برای اندازه گیری دمای مواد مختلف مانند سیالات، مواد گازی و جامدات از دماسنج استفاده می شود.
کلمه دماسنج ترکیبی از 2 کلمه مختلف است که اولی ترمو به معنی گرما و دومی متر به معنای اندازه گیری چیزی است.
دماسنج شبیه لوله ای است که توسط شیشه محصور می شود و از جیوه تشکیل شده است.
هنگامی که دما افزایش می یابد، جیوه در لوله با توجه به دما منبسط می شود و مقدار دما را می توان از بخش مدرج روی دیواره لوله اندازه گیری کرد.
مقدار دما را می توان با توجه به مقیاس تنظیم شده در k (کلوین)، F (فارنهایت)، سانتیگراد (C) اندازه گیری کرد.
سنسورهای نیمه هادی
این سنسورها در شکل مدارهای مجتمع مختلف موجود هستند. با توجه به این نوع طراحی ها، این دستگاه ها به عنوان دستگاه های سنجش مدار مجتمع نیز شناخته می شوند.
انواع مختلفی از این سنسورها مانند سنسور دیودی، سنسور دیجیتال و غیره وجود دارد. در محدوده دمایی بین 55 تا 150 سانتیگراد کار می کنند.
نمونه این سنسورها LM35 و AD590 هستند.
سنسور دما DS18B20
DS18B20 با پروتکل تک سیم (1Wire) کار می کند و برای اندازه گیری دما از 55- تا 125+ سانتیگراد استفاده می شود. می تواند داده هایی از نه بیت تا دوازده بیت را ارسال کند.
از آنجایی که این سنسور از حسگر و دریافت داده های پروتکل تک سیم استفاده می کند، بنابراین می توان آن را به راحتی توسط یک پایه میکروکنترلر کنترل کرد.
هر DS18B20 از یک کد سریال 64 بیتی تشکیل شده است که برای تنظیم بیش از یک قطعه با پروتکل تک سیم توسط یک پایه میکروکنترلر استفاده می شود.
با توجه به پروتکل تک سیمی، رابط آردوینو DS18B20 برای ارسال و دریافت داده و کنترل سنسورهای دیگر بسیار رایج است.
سنسور IR (اشعه مادون قرمز).
این نوع سنسور از اشعه مادون قرمز برای اندازه گیری دما استفاده می کند.
هیچ نیازی به اتصال فیزیکی این سنسورها با دستگاه وجود ندارد که دمای آن را پیدا کنید.
به عنوان مثال، اگر فردی در کلاس درس و دارای سنسور IR باشد، به راحتی می تواند مقدار دمای صندلی در کلاس را پیدا کند.
2 دسته اصلی سنسور IR وجود دارد که اولی کوانتومی و دومی حرارتی است.
در اینجا به طور مفصل در مورد سنسورهای دما صحبت کردیم و تقریبا به انواع سنسورها و کاربردهایشان اشاره کردیم.
دیدگاه خود را بنویسید