وبلاگ اتوراد
سنسور دما چیست؟
- نویسنده: تیم تولید محتوا اتوراد
تعریف سنسور دما
مهمترین معیاری که با آن میتوان گرمی یا سردی یک جسم یا یک محیط را مورد ارزیابی قرار داد، دما میباشد. سنسور دما (Temperature Sensor) ابزاری برای اندازهگیری دمای هوا، مایعات و جامدات است. در بازار انواع مختلفی از حسگرهای دما وجود دارد و هر کدام از آنها با فناوری و اصول خاصی تولید گردیدهاند. بطور کلی حسگر دما سادهترین ابزاری است که در همهجا کاربرد دارد. حسگر دما قابلیت این را دارد که درجه را به یک واحد خوانا تبدیل کرده و اطلاعات مورد نیاز درباره سردی یا گرمای محیط اطراف را اختیارتان بگذارد.
سنسور دما هرگونه تغییر در اندازه انرژی را شناسایی کرده و آن را بهصورت خروجی دیجیتال یا آنالوگ نشان میدهد. آنها دارای موارد مصرفی مختلفی هستند. از جمله میتوان به اعلام حرارت محیط، صنایع غذایی، کنترل تهویه و تجهیزات پزشکی اشاره کرد. حسگرهای دما به طور عمده در دو گروه سنسورهای تماسی و غیر تماسی تقسیم میشوند. نوع تماسی شامل ترموکوپلها، ترمیستور(Thermistor) و سنسورهای دمای مقاومتی (Resistance Temperature Detector) یا (RTD) میباشند. حسگر دما در برندهای مختلفی تولید میشود. سنسور دمای وستا یکی از محبوب ترین محصولات ایرانی است که به دلیل کیفیت بالای آن همواره جزء گزینه های پیشنهادی کارشناسان اتوماسیون راد به مشتریان می باشد.
ساختمان و نحوه عملکرد سنسور دما
سنسور دما تجهیزی است که گرم یا خنک بودن یک جسم را اندازهگیری میکند. حالا این پرسش مطرح میشود که این حسگرها چگونه کار میکنند؟ به طور کلی تغییرات دما با مقاومت (اصلی ترین و مهمترین قطعات الکترونیک هستند که ویژگی بارز آنها، جلوگیری از عبور جریان، تنظیم و مشخص کردن جریان الکترونها در مدار الکتریکی است) دیود ارتباط مستقیم دارد. هرچقدر که دما سردتر باشد، مقاومت کمتری شاهد خواهید بود؛ اما هر چقدر دما گرمتر شود، مقاومت بیشتری قابل مشاهده است. مقاومت در کل دیود اندازهگیری میشود، سپس به واحدهای قابل خواندن دما مانند فارنهایت، سلسیوس و سانتیگراد تبدیل میگردند. ساختمان کلی حسگرهای دما شامل سیم رابط، بدنه، حسگر میباشد. اصولا آنها از سیمکشی مغناطیسی یا مقاومت کششی بالا تشکیل شدهاند که دو سر آن به فلز غیر مشابه متصل می شود. وقتی دما تغییر میکند، به طور مستقیم بر کشش سیم تأثیر میگذارد.
انواع سنسور دما
به طور رایج سنسور دما دو نوع است که عبارت هستند از: سنسور دمای تماسی و سنسور دمای غیر تماسی. در نوع تماسی برای اندازهگیری دما باید با جسم تماس فیزیکی داشته باشد. در حالی که در سنسورغیر تماسی، دما به وسیله تابش تابیده شده از منبع گرما اندازهگیری میگردد. حسگرهای تماسی برای هر نوع ماده از قبیل جامدات، مایعات و گازها با محدوده حرارتی بالا استفاده میشود. سنسورهای دمای تماسی یا غیر تماسی در دسته حسگرهای الکترومکانیکی، مقاومتی و الکترونیکی قرار دارند.
انواع سنسور دمای تماسی
سنسور دمای تماسی در سه گروه اصلی ترموکوپل، ترمیستور و سنسورهای دمای مقاومتی جای میگیرند. آنها بر اساس کارایی، عملکرد و کاربرد متفاوت هستند.
ترموکوپل(Thermocouple)
ترموکوپل نوعی سنسور دما است که از اتصال دو فلز ناهمگون تشکیل گردیده که یکی از اتصالات مرجع و دیگری دمای اندازه گرفته شده را نشان میدهد. اندازه کوچک، سادگی کاربرد و قابلیت پاسخدهی سریع، از ویژگیهای این حسگر است. ترموکوپل از دو فلز غیر مشابه تشکیل شده که این دو فلز به یکدیگر متصل هستند. وقتی دمای نقطه ای که دو فلز بهم وصل شده، بالا میرود، بصورت ولتاژ، در ترموکوپل دیده میشود. ترموکوپلها به طور گسترده در صنایع مختلفی بکار می روند و دارای انواع مختلفی هستند که بر اساس فلزات پایه و فلزات نجیب تقسیم بندی میگردند. رایج ترین حسگر دمای ترموکوپل بر پایه فلزات عبارت هستند از:E، T، K، J، و N. ترموکوپل با کالیبراسیون بالا با عناوین C، R، S و GB قابل شناسایی هستند.
انواع سنسور دمای تماسی
ترمیستور (Thermistor)
سنسور دمای ترمیستور، نوعی حسگر تماسی است که می توان آن را جزء نیمه رساناها قرار داد. از همین رو عملکرد این حسگر متفاوت می باشد. علاوه بر این ترمیستور جزء حسگرهای مقاومتی اندازهگیری دما محسوب میشود. موادی که در ساخت آن بکار رفته نیمه هادی هستند. به این معنی که مقاومت آنها بیشتر از مواد رسانا؛ اما کمتر از مواد نارسانا میباشد. باتوجه به اینکه رابطه میان ترمیستور و مقاومت آن وابسته به مواد سازنده است، تمام خریداران به این گزینه توجه نشان میدهند. ترمیستور حسگرهای مقاومتی متفاوتی دارند و در تولید آنها از فلزات خاصی (مس، نیکل، کبالت، باریم تیتانیوم) استفاده میشود. ترمیستورها به دو دسته ضریب K مثبت (PTC)و ضریب K منفی (NTC) تقسیم میشوند. K مثبت نشان می دهد که مقاومت با افزایش دما همراه می باشد؛ اما K منفی نشان دهنده کاهش مقاومت همراه با افزایش دما است.
RTD (Resistance Temperature Detector)
سنسور دمای RTD حسگرهای دقیقی هستند که مانند ترمیستور تابع تغییرات دما می باشند. یعنی با تغییر حرارت، مقاومت آنها نیز تغییر پیدا می کند. این نوع از حسگرها، از مواد رسانای خالصی چون پلاتین، مس و نیکل ساخته شده است. وقتی که دمای فلز افزایش مییابد، مقاومت در برابر جریان الکتریکی بیشتر و منجر به عبور جریان برق از حسگر میگردد. حسگر آر تی دی به علت دقیق بودن، ثبات بیشتر، تکرارپذیری، سازگاری با محیطهای خطرناک و دامنه دمای بالا در صنایع مختلفی چون خودروسازی، صنعت و صنایع دریایی کاربرد فراوانی دارد. حسگر دمای مقاومتی RTD دارای سه مدل سنسور سیمپیچی شده، سیم پیچ ریز و لایه نازک میباشد. کارایی حسگر RTD به مقاومت متریالی که در آن بکار رفته، بستگی دارد. با توجه به اینکه در ساخت آنها از پلاتین و نیکل استفاده میشود، در برابر نویزهای الکتریکی مقاومت بیشتری دارند؛ بنابراین مناسب محیطهای صنعتی هستند.
سنسور غیر تماسی (Non-Contact Temperature Sensors)
سنسور دما نوع غیر تماسی بدون تماس با اجسام و فقط با سنجش حرارت تابشی اشیا، دما را اندازهگیری میکند. اساسا حسگرهای دمای غیر تماسی مناسب مکانها و موقعیتهای پرخطر است. حسگر مادون قرمز نمونه بارز سنسور غیر تماسی می باشد. حسگر غیر تماسی در موارد زیر کاربرد بیشتری دارد:
- جسم هدف در حال حرکت است.
- به علت حرارت بالا امکان نزدیک شدن به جسم وجود ندارد.
کاربرد سنسور دما
سنسور دما دارای کاربردهای زیادی است و در موارد بی شماری می توان آن را مشاهده کرد. از جمله میتوان به تجهیزات پزشکی، کشاورزی، هوافضا و خودروسازی اشاره کرد. برخی از کاربردهای خاص حسگر دما عبارت هستند از:
- در انواع موتورها (جلوگیری از گرم شدن بیش از اندازه موتورها)
- لوازم خانگی (کتری،تستر، ماشین لباسشویی، ظرفشویی، قهوهساز)
- کامپیوترها
- تجهیزات صنعتی
- رادیاتورهای الکتریکی گرمایش مثل ترمیستور
- وسایل نقلیه موتوری
- صنایع تولید غذا، نفت و پتروشیمی
- آزمایشگاه
- کورهها
- سیستمهای آب گرم خورشیدی
- کنترل دمای بدن
- تجهیزات تهویه مطبوع و گرمایش
- رادیاتورها
- فن کویل
- نیروگاه خورشیدی
- انبار سرد (سردخانه، انواع یخچال)
کاربرد حسگر دما
مزایا و معایب سنسور دما
مزایا و معایب سنسور دما را می توان بر اساس نوع حسگر بکار گرفته شده، بیان کرد. سنسورهای دمای تماسی و غیر تماسی با توجه به کارایی و عملکردی که دارند دارای امتیازات و عیوبی هستند که عبارتند از:
ترموکوپل
چنانچه گفتیم ترموکوپل سنسور دمایی است که از دو فلز غیر مشابه تشکیل شده که در یک نقطه به همدیگر متصل میشوند. وقتی اتصال در معرض تغییر دما قرار میگیرد یک پالس الکتریکی تولید میگردد که متناسب با اختلاف دمای بین اتصال و نقطه مرجع است. مزایا و معایب ترموکوپل عبارت است از:
مزایا
- دقت بالا
- محدوده دمایی گسترده
- هزینه کم
- نصب آسان
- زمان پاسخگویی سریع
- ساختار مقاوم
- عدم نیاز به منبع تغذیه خارجی
معایب
- غیر خطی بودن
- ولتاژ پایین
- نیازمند به یک مرجع
- حساسیت نسبت به تداخل الکترومغناطیسی
- تخریب در طول زمان
- نیاز به کالیبراسیون و استاندارد سازی (روشی که برای سنجش ابزار اندازهگیری با یک مرجع و تعیین میزان خطا بکار میرود)
مهمترین مصارف ترموکوپل در صنعت خودروسازی، توربینهای گاز، کورهها، دیگها، اجاقها و دماسنجها میباشد.
آشکارساز دمای مقاومتی (RTD)
سنسور دما RTD با هر تغییر دما مقدار آن تغییر میکند. ویژگی بارز این حسگر این است که در دمای بسیار بالا کارایی بهتری دارد؛ بنابراین باید در آن مادهای استفاده شود که مقاومت بیشتری داشته باشد. بهترین ماده پلاتینیوم است.
مزایا
- پایداری بیشتر در طول زمان
- دقت بالا
- تکرارپذیری مناسب
- خروجی خطی
معایب
- قیمت زیاد
- رنج دمایی محدود
- آسیب پذیری در برابر خوردگی
- نیاز به منبع تغذیه
سنسور دمای RTD در فرآوری غذا، پزشکی و هوافضا کاربرد بیشتری دارد.
ترمیستور
نوع دیگری از سنسور دما، چنانچه گفته شد، ترمیستور (Thermistor) است. این سنسور نوعی مقاومت میباشد که با تغییرات دما تغییر میکند. آنها از مواد نیمه هادی از جنس سرامیکی یا پلیمری ساخته میشوند و مقاومت بسیار بالایی در برابر دما دارند.
مزایا
- حساسیت بالا
- زمان پاسخ سریع
- کمهزینه
- اندازه مناسب
- نصب و راهاندازی ساده
- ثبات و قابل اطمینان
معایب
- غیرخطی
- طیف محدودی از اندازهگیری
- نیاز به منبع تغذیه خارجی
- اثر خود گرمایی
- پدیده پیری سنسور
- نیاز به کالیبراسیون و استانداردسازی
ترمیستور در یخچال فریزر، سیستم اعلام حریق و سیستمهای تهویه مطبوع مورد استفاده قرار می گیرد.
ترمیستور
مزایا و معایب حسگر دما غیر تماسی
سنسور دمای غیر تماسی مانند مادون قرمز به وسیله یک آشکارساز نوری قابل شناسایی بوده که پالس الکتریکی متناسب با دما تولید میکند. این حسگرها نیازی به تماس با اجسام ندارند.
مزایا
- اندازهگیری غیر تماسی
- سنجش از راه دور
- دقت بالا
- پاسخگویی سریع
- محدوده دمایی گسترده
- بدون نیاز به منبع تغذیه خارجی
معایب
- حساسیت به عوامل محیطی مثل گرد و غبار رطوبت
- نیاز به کالیبراسیون
- هزینه بالا
- نصب پیچیده
- تداخل با سایر تا منابع تابشی
مهمترین کاربری آنها در دوربینها، کنترلهای از راه دور، دستگاههای دید در شب و سیستمهای امنیتی است.
معرفی برند سنسور دما وستا
سنسور دمای وستا برند ایرانی است که از سال 1375 فعالیت خود را در زمینه ساخت و تولید انواع سنسورهای دما آغاز کرده و توانسته با کمک فناوری و دانش لازم مطابق استانداردهای بین المللی محصولات خود را روانه بازار کند. وستا تولیدکننده انواع ترموکوپل، ترمو ول، سنسورهای مقاومتی (RTD)، ابزار دقیق، سیم کابل، رابط و متعلقات میباشد. صنایعی که محصولات این مجموعه در آن کاربرد فراوانی دارد عبارتند از: نفت و گاز، غذایی و آشامیدنی، نیروگاهی، تهویه مطبوع، پردازش فلزات، لاستیک و پلاستیک، شیمیایی، پزشکی، عملیات حرارتی.
انتخاب سنسور دما متناسب با نیاز، اغلب مواقع برای مشتریان با دغدغههای زیادی همراه است. کیفیت، برند، قیمت، نوع سنسور، دسترسی آسان، شرکت ارائهدهنده محصولات و ارائه مشاوره برای انتخاب جزء اولویتهای مشتریان میباشد. اتوماسیون راد ارائه دهنده انواع حسگر از جمله سنسور دمای وستا، سنسور القایی آتونیکس، سنسور نوری آتونیکس، سنسور فشار و سایر محصولات میباشد.