سنسور های حرارتی

۱. ترموکوپل ها

ترمو کوپل ها متداول ترین حسگرهای الکتریکی دما در صنعت می باشند .از مزایای انها می توان به سادگی  ,ارزانی  ,استحکام  ,دوام و دقت مناسب  اشاره کرد .از ترموکوپل ها میتوان در حوزه ی اندازه گیری نسبتا وسیع ( -۲۷۰تا+۱۷۶۸  درجه سانتی گراد ) وشرایط محیطی گوناگون استفاده نمود .

یک ترموکوپل مطابق شکل زیر از اتصال  دو فلز  غیر یکسان تشکیل شده است.

 

این اتصال در محلی که ملایم دمای ان را اندازه گیری کنیم ,قرار داده می شود . با قرار گرفتن محل اتصال دو فلز دریک محیط گرم  سیگنالی به صورت میلی ولت در سمت آزاد ظاهر می شود .تر موکوپل ها دارای سرعت پاسخ دهی نسبتا خوب (ثابت زمانی کوچک )می باشند .اما چون  برای حفاظت فیزیکی   ترموکوپل ها غالبا آنرا داخل لوله  یا روکشی از جنس فولاد زنگ نزن و یا مسی که قابل انعطاف است  قرار می دهند  ,سرعت پاسخ دهی  ترموکوپل تا حد زیادی کاهش می یابد .

ترموکوپل ها بسته به قیمت فلزات مورد استفاده در آنها به دو گروه جدا گانه تقسیم می شوند .              یک گروه ترموکوپل ها فلز پایه گروه دیگر ترموکوپل های فلزات قیمتی  میباشند .گفتنی است ترموکوپل ها بسته به جنس فلزات تشکیل دهنده آنها محدوده ی دمای خاصی را پوشش می دهند ترموکوپل های فلزات پایه (BASE) یعنی نوع J/K/Eوtبرای اندازه گیری دمای کمتر از ۱۰۰۰درجه سانتی گراد مناسبند . برای اندازه گیری دما تا حدود ۲۰۰۰درجه سانتی گراد از ترموکوپل های با فلزات اصیل (NOBL) و دیرگداز(REFRACTORY) یعنی نوع SوR استفاده می شود .

۲ . حسگر های مقاومتی دما (RTD )

 این نوع حسگرها از جنس فلز یا نیمه هاد ی می باشند که به عنوان آشکارساز های مقاومتی دما یا RTDنیز شناخته می شوند . حسگر های مقاومتی دمای ساخته شده از نیمه هادی اصطلاحا ترمیستور نامیده          می شوند . ترمیستور ها معروفترین  اندازه گیرهای دما با ضریب حرارتی منفی NTC)) می باشند.         ترمیستر ها  ممکن است با ضریب حرارتی  مثبت (PTC) نیز ساخته شوند .

 ولی نوع NTC انها متداول تر  می باشد ودر صنعت منظور از ترمیستور نوع NTC  آن می باشد. فاصله بین محل نصب حسگرهای دما با ماژول های ورودی انالوگ با عث افزایش طول سیم اتصال حسگر به ماژول ورودی می گردد .

به طوری که مقاومت سیم های رابط با مقاومت حسگر مقاومتی قابل مقایسه می گردد ودر نتیجه تغییرات مقاومت سیم های رابط با دما منجر به بروز خطا های قابل توجه در اندازه گیری می شود .

حسگر های مقاومتی فلزی با مقاومت حدود چند صد اهم ساخته می شوند /در حالی که ترمیستور ها بامقاومتی حدود چند ده کیلو اهم ساخته می شوند .بنابراین اثر سیم های رابط ترمیستورها منتفی می گردد/ درحالی که در حسگرهای مقاومتی فلزی این اثر مشکل قابل توجهی را به وجود می اورد .

برای رفع این مشکل RTDها را به صورت سه سیمه و چهار سیمه می سازند . RTDهای چهار سیمه دارای  بالاترین دقت می باشند /زیرا همان طور که میدانیم در این نوع  RTDها منبع جریان ثابتی به دو سر حسگر اعمال می گردد و ولتاژدر دوسر دیگر اندازه گیری می شود وچون از این مسیر جریان  نمی گذرد ,مقاومت  سیم های رابط هیچ نقشی در اندازه گیری ولتاژ ندارد .

در نوع سه سیمه چون در یک سمت مسیر عبور جریان و اندازه گیری ولتاژ مشترک می باشد اندازه گیری با کمی خطا همراه  خواهد بود .

همان طور که گفته شد RTDهای چهار سیمه دارای بالاترین دقت هستند اما از انجا که تنظیم وکالیبراسیون آنها با مشکلاتی  توام است ,معمولا از نوع سه سیمه استفاده می شود . RTD های مختلفی وجود دارند که هر یک در محدوده دما و شرایطی خاص بکار می روند ,که عبارتند از:   

۱-PT 100   ۲-PT1000   ۳-PT200 4 –NI100

 

 

۳-۳-۴ دماسنج های مایع در شیشه

ساده ترین دما سنج هایی  که بر اساس  انبساط سیالات  ,دما را اندازه گیری می نمایند . دما سنج های  مایع در شیشه می باشند که تشکیل گردیده اند از ساقه ای پر شده از جیوه یا مواد دیگری که با لوله ای باریک  ومویی شکل وبا شیوه ای خاص ساخته و مدرج گردیده اند. این دما سنج ها برای اندازه گیری دمای هوا بکار می روند ونوع طبی انها نیز برای اندازه گیری دمای بدن مورد استفاده قرار می گیرند 

انقباض و انبساط  جیوه با تغییرات دما دارای رابطه خطی می باشد که این نوع دما سنج ها در آزمایشگاه ها  ,درمانگاه ها و سایر مراکز غیر صنعتی دارای کاربرد زیادی هستند .

معمولا پس از مدت کوتاهی از قرار دادن دما سنج در منبع حرارتی دمای  واقعی نشان داده می شوند .

تاخیر در نشان دادن دما , اشکال اساسی این نوع دما سنج ها می باشد . کسی که دمای داخل محفظه ای را اندازه می گیرد خواهد گفت که این دمایی است که بوده نه دمایی است که اکنون هست .

تاخیر در واکنش این نوع دما سنج ها عمدتا بخاطر پایین بودن قابلیت انتقال حرارت می باشد هرچند که شفافیت جیوه که موجب رویت جیوه میشود امتیاز بزر گی محسوب می شود.

۴-۳-۴ سنسور درجه حرارت و دما ( (LM75

LM75 یک سنسور حسگر درجه حرارت و دما با مبدل آنالوگ به دیجیتال تغییرات دلتا ـ سیگما و آشکار ساز دیجیتالی افزایش بیش از حد دما از طریق رابطI2C میباشد. این سنسور قادر به خواندن دما در کسری از ثانیه است. آی سی LM75 میتواند به عنوان کلید حرارتی مستقل نیز عمل کند برای چنین کاری میتوان محدوده بالایی و پایینی دما برای تغییر وضعیت کلید را برنامه ریزی کرد .وقتی دمای اندازی گیری شده از محدوده تعیین شده خارج شود ، خروجی مدار در سطح منطقی پایین قرار میگیرد این خروجی را میتوان به عنوان وقفه برای کامپیوتر یا میکرو کنترلر به کار برد هنگام روشن شدن مدار ، محدوده های بالایی و پایینی حرارتی بر روی ۷۵درجه و ۸۰ درجه تنظیم میشود .

این IC سنسور به صورتSMD و برای کار با ولتاژ تغذیه ۳/۳ تا ۵ ولت ساخته شده است و میتواند دمای مورد نظر را با تفکیک پذیری نیم درجه از ۵۵ – تا ۱۲۵ +درجه سانتی گراد اندازه گیری کرد یکی از دیگران محاسن این سنسور این است که جریان لازم برای کارش در حدود ۲۵۰ میکرو آمپر است که این جریان در بعضی موارد به یک میلی آمپر هم میرسد و در حالت خاموش در حدود یک میکرو آمپر جریان میکشد . در بالا شمای پایه های سنسور را مشاهده میکنید . که تک تک آنها را برای شما تشریح میکنیم . همان طور که در شکل مشاهده میشود پایه های ۴ و ۸ پایه هایی تغذیه سنسور هستند و بنا به مدل سنسور از ۳.۳ تا ۵ ولت تغییر میکنند . در ضمن برای تغذیه حتما یک خازن ۰.۱ میکرو فاراد با ید به پایه ۸ وصل شود .

پایه شماره ۳ میتواند هم به عنوان یک وقفه برای میکروپروسسور یا میکروکنترلر استفاده شود هم میتواند محدوده بالایی را مشخص کند یعنی این که وقتی دما به محدوده بالایی ( ۷۵ درجه ) رسید این سنسور این پایه را صفر میکند ( این پایه (ACTIVE LOW است .

همان طور که در مباحث ذکر شد این سنسور از پروتکلI2C استفاده کرده یعنی برای استفاده از این سنسور باید بتوانید با این سنسور ارتباط سریال داشته باشید که این یکی از محاسن این سنسور است . این سنسور ۸ پایه دارد .

* پایه شماره ۱ و ۲ یعنی SDA و SCL پایه های ارتباط I2C سنسور هست که اغلب به میکرو ایی که قادر به ارتباطات اینترفیس باشد وصل میشود .

* پایه های ۵ و ۶ و ۷ این سه پایه یعنی A0 وA1 و A2 این سه پایه آدرس های اینترفیس سنسور هستند در پروتکل I2C فرمانده که میتواند یک میکرو کنترلر باشد برای ارتباط با فرمانبر ها آنها را با یک اسم میشناسد که این است ۸ بیت که ۷ بیت اول نام سنسور است و بیت ۸ به سنسور اعلام میکند که گیرنده باشد یا فرستنده . ۴ بیت اول اسم سنسور ۱۰۰۱ است و غیر قابل تغییر است و سه بیت کم ارزش توسط این سه پایه تعریف میشود . که بهتر است هر سه صفر یا یک باشند.

همان طور که گفته شد بعد از ارتباط با سنسور و صدا کردن آن توسط بیت هشتم وضعیت سنسور را تعیین میکنیم یعنی به سنسور اعلام میکنیم که اطلاعات بفرستد یا اطلاعات بگیرد . که ما این وضعیت را ۱ قرار داده و سنسور را فرستنده میکنیم تا میزان دما را برای ما بفرستد.

 

۵-۳-۴ سنسور اندازه گیری دما از راه دور با استفاده از مادون قرمز  (( MLX90614

سنسور MLX90614 از سری سنسور های اندازه گیری دما(Thermometer) بدون تماس با جسم مورد نظر و از راه دور بوسیلهمادون قرمز(Infra Red) میباشد.



این سنسور به صورت تکی و ۲ کاناله (Single and Dual Zone) موجود میباشد. از مشخصات جالب این سنسور علاوه بر این که برای اندازه گیری دما نیازی بهتماس با جسم مورد نظر ندارد ، نویز بسیار کم و دارای مبدل داخلی ۱۷ بیتی آنالوگ به دیجیتال به کمک واحدdsp میباشد


دقت بالا و حساسیت بالا سنسور و خروجی آن بهصورت پالس pwm ۱۰ بیتی و ارتباط ۲ سیمه و رنج اندازه گیری دما از -۲۰ تا ۱۲۰ درجه سانتی گراد را تا دقت ۰٫۱۴ درجه از دیگر مزایای ان میباشد
یکی از کاربرد های معمول این سنسور در روبات های امدادگر میباشد البته دامنه کاربرد این سنسور بسیاروسیع میباشد
و در صنعت نیز استفاده میشود از جمله در معادن برای اندازه گیری دمای یک بخش و یا سطح مورد نظر که براحتی قابل دسترس نیستند و

-ویژگی های بارز این سنسور به شرح زیر میباشد:
۱- سایز کوچک.
۲- ارتباط آسان به صورت ۲ سیمه و pwm
3- کالیبره شده توسط کارخانه برای دمای -۴۰ تا ۱۲۵ برای سنسور و -۷۰ تا ۳۸۰ درجه سانتی گراد برای اندازه گیریدمای جسم.
۴- دقت بالای ۰.۵ درجه سانتی گراد در تمام رنج
۵- دقت اندازه گیری تا ۰.۰۲ درجه سانتی گراد
۶- نسخه یک کاناله و ۲ کاناله
۷- خروجی pwm برای ارتباط با میکرو
۸- در۲نوع ولتاژ کاری ۳ و ۵ ولت
۹- انطباق ولتاژی راحت برای ولتاژ ۸ تا ۱۶ ولت
۱۰- داشتن حالت ذخیره انرژی
۱۱- دارای ۲ حالت خروجی برای اطلاعات ، به صورت pwm و ۲ سیمه ۲ wire

:: موضوعات مرتبط: ابزار دقیق
:: برچسب‌ها: سنسور, سنسوردما, ترموکوپل, سنسور حرارتی


جوابی بنویسید

ایمیل شما نشر نخواهد شدخانه های ضروری نشانه گذاری شده است. *

*


1 + 6 =

شما می‌توانید از این دستورات HTML استفاده کنید: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <s> <strike> <strong>

بالا