از جمله مسائل مهمی که در صنعت و استفاده از تجهیزات مختلف آن اهمیت دارد ، کارکرد درست این تجهیزات است و این موضوع در حالتی امکان پذیر خواهد بود که دستگاه ها و تجهیزات در شرایط مناسبی از نظر دمایی کار کنند. به همین جهت در چنین مواقعی نیاز است تا بتوانیم دما را به صورت دقیق اندازه گیری کنیم. برای اندازه گیری دقیق دما از دستگاه هایی به نام سنسورهای دما استفاده می شود که این قابلیت را دارند تا دمای اندازه گیری شده را به یک کمیت فیزیکی قابل سنجش تبدیل کنند. با استفاده از این سنسورهای دما می توان دمای تجهیزات و سیستم ها را به صورت لحظه ای تحت نظارت و کنترل قرار داد.

در این مقاله قصد داریم شما را با سنسورهای دما و انواع مختلف آن آشنا کرده و همچنین به بیان ویژگی ها و کاربردهای مربوط به هر کدام بپردازیم. پس برای آشنایی با این ابزار کاربردی تا انتهای مقاله همراه ما باشید.

سنسور دما چیست؟

یکی از ابزارهایی که از آن برای اندازه گیری درجه گرمی یا سردی محیط یا تجهیزات مختلف استفاده می شود سنسورهای دما هستند که این قابلیت را دارند تا دماهای اندازه گیری شده را به واحدها یا کمیت های فیزیکی و قابل خواندن تبدیل کنند. به عبارت دیگر سنسورهای دما دستگاه هایی هستند که به طور معمول دارای یک ترموکوپل یا وسیله ای برای آشکار کردن دمای مقاومت است و می تواند دماهای اندازه گیری شده را به شکل قابل خواندن از طریق سیگنال های الکتریکی تبدیل کند. به طور کلی می توان گفت سنسورهای دما یکی از ابزارهای مهم در صنعت محسوب می شوند و می توانند اطلاعات مربوط به شرایط محیطی و دما را در خود ذخیره کرده و در مواقع نیاز ارائه دهند.

در رابطه با کیفیت سنسورها نیز می توان گفت در ساخت سنسورهای دما از فلزاتی استفاده می شود که دارای نقطه ذوب بالایی هستند و همچنین در برابر خوردگی و زنگ زدن مقاومت زیادی دارند ، تا بتوانند در شرایط مختلف مورد استفاده قرار گیرند.

قسمت های مهم در هر تجهیزات اندازه گیری

در سنسورهای اندازه گیری دما و به طور کلی در تجهیزات مربوط به اندازه گیری از قسمت های مختلفی تشکیل شده اند که بر اساس این که این ابزار کدام یک از متغیرهای چهارگانه را اندازه گیری می کند ، متفاوت هستند. این 3 قسمت مهم و اصلی سنسورهای دما عبارتند از :

عنصر اولیه :

منظور از قسمت عنصر اولیه همان سنسور است که در اثر قرار گرفتن در برابر مشخصات فیزیکی و مکانیکی تغییر می‌کند در صنایع از سنسورهای مختلفی برای اندازه گیری دما استفاده می شود که هر کدام بر اساس روشی خاص دما را اندازه گیری می کند.

مبدل :

در بخش مبدل تغییراتی را که در سنسور ایجاد شده با استفاده از یک کمیت مکانیکی یا الکتریکی به حالت قابل اندازه گیری تبدیل می شود.

انتقال دهنده :

در بخش انتقال دهنده کمیت های تولید شده در مبدل با استفاده از سیگنال های الکتریکی یا پنوماتیکی که با سیستم کنترل متناسب است ، تبدیل و ارسال می شود.

سنسورهای دما چه کاری انجام می دهند؟

سنسورهای دما همان طور که از نام آن ها مشخص است کاری که دقیقاً مشابه دما سنج انجام می دهند و می تواند تغییرات دما را به صورت دقیق ثبت و ذخیره کنند. به طور کلی می توان گفت از سنسورهای دما برای اندازه گیری کردن دمای داخلی در سازه های مختلفی مانند : سدها ، ساختمان ها ، پل ها ، نیروگاه ها و از همه مهم تر در سردخانه ها و انبارهای نگهداری مواد و محصولات استفاده می شود. این تجهیزات تغییرات دمایی را در خود ذخیره کرده و در صورت نیاز می توان خروجی های مورد نظر را از آن ها تهیه کرد.

نکات مهم در انتخاب سنسورهای دما

برای انتخاب سنسورهای دما باید به این نکات مهم توجه شود که عبارتند از :

• میزان دقت ؛
• بازه زمانی ؛
• زمان پاسخ دهی سنسور ؛
• خطی بودن سنسور ؛
• میزان پایداری آن ؛
• نوع اتصالات سنسور ؛
• میزان حساسیت آن ؛
• جنس غلاف های سنسور ؛
• طول غلاف های سنسور ؛
• قطر غلاف های سنسور ؛
• تهیه نقشه سیگنال های خروجی ؛
• و … .

به طور کلی برای انتخاب درست یک سنسور دما باید به ویژگی های مختلف آن توجه شود و سنسوری متناسب با نوع کار کردی که مورد نظر شما است ؛ انتخاب شود.

انواع سنسورهای دما

سنسور های دما در تجهیزات مختلفی مورد استفاده قرار می گیرند و بر اساس نوع استفاده ای که از آن ها می شود در انواع گوناگونی طراحی و ساخته می ‌شوند. برخی از پرکاربرد ترین انواع سنسورهای دما عبارتند از :

سنسورهای دما مقاومتی ( RTD ) :

سنسورهای مقاومتی یکی از دقیق ترین انواع سنسور های موجود در بازار هستند و به دلیل داشتن این دقت بالا از شهرت بسیار خوبی برخوردار هستند. از این سنسورها در انواع مختلفی از موارد استفاده می شود و دارای ثبات و تکرار پذیری عالی نیز هستند. طرز کار این سنسورها به این صورت است که با اندازه گیری مقاومت در مدار ، دما را کنترل می کنند و با تغییر کردن دما ، مقاومت سنسور به میزان مشخص و قابل اندازه گیری تغییر می کند. در نتیجه این نوع سنسور می ‌تواند تغییر های مقاومتی را به کمیتی قابل اندازه گیری برای کنترل کننده ها تبدیل کند.

مزایای سنسورهای RTD :

• داشتن ضریب خطی خوب ؛
• ارائه پاسخ پایدار ( به طور معمول 05/0 درصد در سال ) .

معایب سنسورهای RTD :

• خاصیت خود گرمایشی داشتن ؛
• گران بودن از نظر قیمت .

ترموکوپل ها

یکی از انواع سنسور های دمایی که صنایع در سراسر جهان از آن استفاده می کنند و به عبارتی استفاده از آن در صنایع مختلف بسیار متداول است ، ترموکوپل ها هستند. یک ترموکوپل برای تولید پدیده موسوم به اثر حرارتی از دو فلز مختلف استفاده می کند و در نهایت دستگاه ولتاژ اندازه گیری شده را به صورت اعدادی که برای ما قابل خواندن باشد تبدیل می کند.

به عبارت دیگر این نوع سنسور ها برای اینکه بتوانند ولتاژ را به دما تبدیل کنند به یک جدول مرجع نیاز دارند. جدول مرجع بسته به ولتاژ که توسط سنسور اندازه گیری شده است دما را اعلام می کند. البته باید به این موضوع توجه داشت که هر ترموکوپل که در بازار موجود است از جدول مخصوص به خود استفاده می کند ؛ بنابراین باید برای هر ترموکوپل از جدول مناسب آن استفاده کرد. ترموکوپل ها دارای طیف گسترده ای هستند و از نظر دوام ، مقاومت شیمیایی ، دامنه دما و مقاومت در برابر لرزش با یکدیگر تفاوت دارند.

شما می توانید جهت آشنایی و کسب اطلاعات بیشتر و همچنین دریافت مشاوره در زمینه سنسورهای دما و خرید انواع مختلف سنسورهای دمایی موجود برای سیستم های مختلف صنعتی با شماره 09101836620 تماس حاصل نمایید.

انواع ترموکوپل ها

ترموکوپل ها دارای انواع مختلفی هستند و عبارتند از :

ترموکوپل نوع K

این نوع ترموکوپل از نیکل کروم و نیکل آلومینیوم ساخته شده است و به دلیل داشتن دقت ، قابلیت اطمینان و انعطاف پذیری از آن در طیف گسترده ای از مصارف صنعتی استفاده می شود. دامنه آن بین 270- تا 1260 درجه سانتی گراد است و سیم ارتباطی آن از 0 تا 200 درجه سانتی گراد را پوشش می دهد. همچنین از صحت خطای 75/0 درصد و خطا خاص ( SLE ) حدود 4/0 درصد برخوردار است.

ترموکوپل نوع J

این نوع ترموکوپل از آهن و کنستانتان استفاده می کند و از درجه حرارت کمتری برخوردار است و طول عمر آن نیز در دمای بالا از نوع K کوتاه تر است. این سنسور دما دارای دامنه ای بین 210- تا 760 درجه سانتی گراد و سیم های ارتباطی از 0 تا 200 درجه سانتی گراد است. دقت استاندارد در حدود 75/0 درصد و SLE حدود 4/0 درصد مانند نوع K است.

ترموکوپل نوع T

از این نوع ترموکوپل بیشتر برای اندازه گیری دماهای پایین استفاده می شود و از مس و کنسانتان استفاده می کند. دامنه این ترموکوپل بین 270- تا 370 درجه سانتی گراد است و سیم های ارتباط آن از 0 تا 200 درجه سانتی گراد است. دقت و SLE به ترتیب 75/5 درصد و 4/0 درصد است و در جایگاه اول قرار دارند.

ترموکوپل نوع E

این نوع ترموکوپل دارای دقت و کیفیت سیگنال بهتری نسبت به نوع K است و همچنین اندازه گیری دمای مناسب تری انجام می دهد. این نوع سنسور با استفاده از نیکل کروم و کنستانتان به عنوان مواد آن از 270- تا 870 درجه سانتی گراد و کابل ارتباطی از 0 تا 200 درجه سانتی گراد است. هر چند این ترموکوپل دارای یک SLE مشابه با سه نوع دیگر است ، اما دقت آن از 5/0 درصد است.

ترموکوپل نوع N

این نمونه ترموکوپل از دقت و دامنه دمایی مشابهی با نوع K برخوردار است ، هر چند در مواد خود از نیکروسیل و نیسیل استفاده می کند ، اما گران تر از ترموکوپل K است. این سنسور از 270- تا 1300 درجه سانتی گراد و دارای همان شرایط کابل یعنی 0 تا 200 درجه سانتی گراد است. دقت آن از 75/0 درصد و 4/0 درصد SLE است.

ترموکوپل نوع S

این نوع از ترموکوپل ها دارای دامنه دمای زیاد و دقت و پایداری بالا هستند. این سنسور که از پلاتین و 10 درصد رودیم ساخته شده اند ، می توانند از 50 تا 1480 درجه سانتی گراد و سیم ارتباطی 0 تا 200 درجه سانتی گراد را پوشش دهند. این ترموکوپل ها دارای دقت 25/0 درصد وSLE  1/0 درصد هستند. این نمونه یکی از دقیق ترین سنسورهای موجود در صنعت است.

ترموکوپل نوع R

ترموکوپل هایی که از نوع R هستند می توانند دما را در کاربردهای مختلف اندازه گیری کنند. این ترموکوپل ها تنها از نظر نسبت فلزات با نوع S متفاوت هستند به این صورت که رادیم 13 درصد به جای 10 درصد در آن ها است. رنج دما از 50- تا 1480 درجه سانتی گراد است و دارای دقت 25/0 درصد وSLE  1/0 درصد هستند و دقیقا مانند نوع S هستند.

مزایای ترموکوپل :

• داشتن دامنه وسیع دمایی ( 0 تا 1800 درجه سانتی گراد) ؛
• امکان صرفه جویی کردن در مصرف انرژی ؛
• قوی و سخت بودن ترموکوپل ها .

معایب ترموکوپل :

• داشتن دقت کمتر نسبت به RTD ؛
• دارا بودن پایداری کمتر در مقایسه با RTD .

سنسورهای دمای مادون قرمز

سنسورهای دمای مادون قرمز از آن دسته سنسور ها هستند که از آن ها در صنعت کم تر استفاده می ‌شود و بیشتر استفاده های آن ها را در مصارف خانگی دیده ایم. معمولاً سوپر مارکت ها دارای دماسنج هایی هستند که دمای فریزر های خود را با استفاده از آن اندازه گیری می کنند. این سنسور های دمایی دارای مادون قرمز هستند که با استفاده از آن تشعشعات حرارتی ساطع شده از تجهیزات یا مواد را تشخیص می دهند. این نوع سنسورها دارای یک ویژگی برجسته هستند و آن اندازه گیری درجه حرارت بدون ایجاد تماس است. به این معنی که می توانند دما را حتی از فاصله به صورت دقیق بررسی کنند. البته برای تشخیص دما با استفاده از این سنسور ها باید به این موضوع نیز توجه داشت که میزان انرژی منتشر شده از مواد و تجهیزات شما و میزان انرژی دریافتی مادون قرمز چقدر است.

مزایای سنسور مادون قرمز :

• استفاده از حداقل کابل ؛
• داشتن دقت خوب ؛
• کار کردن بدون نیاز به مداخله و تماس ؛
• اندازه گیری دما به صورت آسان و دقیق .

معایب سنسورهای مادون قرمز :

• گران بودن قیمت ؛
• نداشتن اثر در مایعات ؛
• شکننده بودن و ایجاد آلودگی .

دماسنج بیومتالیک

همان طور که می دانید فلزات با استفاده از تغییرات دما دچار انبساط و انقباض می شوند. دماسنج های بیو متالیک برای اندازه گرفتن دما با تبدیل کردن جا به جایی مکانیکی اعداد قابل خواندن برای ما ، به این ویژگی متکی هستند. این سنسورها از نوارهای فلزی که از دو فلز مختلف فولاد و مس ساخته شده است ، تشکیل شده اند که در معرض تغییرات دمایی با سرعت های مختلفی منقبض می شوند. این نوارها معمولاً به شکل لوله های مارپیچی ساخته می شوند که گسترش مکانیکی باعث چرخش آن ها می شود. به این صورت که یک نقطه از سیستم دو فلزی به صورت ثابت باقی می ماند و طرف دیگر که دچار چرخش می شود ، دما را نشان می دهد.

مزایای دماسنج بیومتالیک

• ارزان بودن ؛
• قدرتمند بودن ؛
• ساده بودن .

معایب دماسنج های بیومتالیک

• داشتن دامنه محدود ( 80- تا 400 درجه سانتی گراد ) ؛
• استفاده کردن منظم از آن ها می تواند باعث پیچ و تاب شود .

ترمیستور

ترمیستورها مقاومت های حساس به گرما هستند و معمولاً به عنوان سنسورهای نیمه هادی یا نیمه رسانا شناخته می شوند. این سنسورها با اندازه‌ گیری تغییرات مقاومت می ‌توانند دما یا گرما را کنترل کنند. ترمیستورها بر اساس تغییرات مقاومت با ضریب های دمایی منفی یا مثبت طبقه بندی می شوند. از این نوع سنسورها در اتومبیل ها ، توسترها ، تجهیزات پزشکی و غیره استفاده می شود.

مزایای ترمیستور

• داشتن حساسیت خوب ؛
• ارائه پاسخ سریع خروجی ؛
• داشتن حداقل خطای مقاومت در برابر سرب .

معایب ترمیستور

• داشتن دامنه محدود (40- تا 150 درجه سانتی گراد ) ؛
• داشتن خود گرمایش ؛
• اندازه گیری غیر خطی .

نتیجه گیری

یکی از موضوعاتی که بر کارکرد تجهیزات دستگاه های مختلف تاثیر گذار است ، تغییرات دمایی در سیستم است. این تغییرات به صورت مستقیم می ‌تواند کارکرد منظم دستگاه را مختل کند. سنسور های دما جزو تجهیزاتی هستند که هم در صنایع و هم در دستگاه ‌ها و سیستم‌ های خانگی مورد استفاده قرار می‌ گیرد. این ابزار دمای تجهیزات را به صورت دقیق اندازه گیری می کند و تغییرات دمایی را به صورت لحظه به لحظه در خود ثبت و نگهداری می کند. به این ترتیب می ‌توان کارکرد دستگاه ها را به صورت دقیق کنترل کند. سنسورهای دما دارای انواع مختلفی هستند که هر کدام در موارد خاصی مورد استفاده قرار می گیرند و بر اساس ویژگی هایی که هر کدام دارند از آن ها استفاده های گوناگونی می شود. شما نیز می توانید با اطلاعات ارائه شده در این مقاله سنسور های مناسب با تجهیزات صنعتی خود را انتخاب نمایید.