سنسور دما

اندازه گیری دمای محیط یا سیالات در همه فرآیندهای صنعتی یکی از مهمترین پارامترهایی میباشد که باید درنظر گرفت. دمای سیالات در جریان داخل خطوط لوله، دمای سیالات داخل مخازن و حتی دمای محیط های صنعتی، همه از عواملی محسوب میشوند که کنترل و اندازه گیری دما در آنها توسط سنسور دما از اهمیت بالایی برخوردار میباشد. 

از همین رو تجهیزات و دستگاههای مختلفی برای این کار در صنعت استفاده میشوند که به سنسور دمایی معروف هستند.

سنسور دما چیست؟

سنسور دما یا حسگر دما (Temperature Sensor)، قطعه‌ای الکتریکی یا الکترونیکی است که تغییرات دما را اندازه‌گیری و به سیگنال الکتریکی قابل فهم برای دستگاه‌های دیگر تبدیل می‌کند. این سیگنال الکتریکی می‌تواند به صورت ولتاژ، جریان یا مقاومت باشد.

امروزه سنسور های دمایی دارای انواع مختلفی میباشند که هریک از آنها بنا به محیط و شرایط فرآیندی انتخاب میشوند و هریک کاربرد ها و مزایا و معایب خود را دارند.

در ادامه این مطلب ابتدا به توضیح انواع سنسور دما میپردازیم و سپس هریک از آنها و عملکرد هریک را تشریح خواهیم کرد.

انواع سنسور دما

سنسورهای دما در انواع مختلفی وجود دارند که هر کدام مزایا و معایب خود را دارند و در کاربردهای مختلفی مورد استفاده قرار می‌گیرند.

برخی از متداول‌ترین انواع سنسورهای دما عبارتند از:

1- ترموکوپل‌ ها

این سنسورها از دو سیم فلزی غیرمشابه تشکیل شده‌اند که از یک سمت آزاد (Cold junction) و از سمت دیگر در یک نقطه به هم متصل میباشند (Hot junction) و در محل اتصال به یکدیگر جوش داده شده اند. اختلاف فشار بین این دو سیم که به دلیل اثر ترموالکتریک ایجاد می‌ شود، با دما متناسب است.

هنگامی که به قسمت hot junction حرارت داده شود و دمای آن افزایش پیدا کند، اختلاف فشاری در حد چند میلی ولت (mV) در قسمت آزاد دو سیم به وجود خواهد آمد. به این تفاوت ولتاژ بین دو اتصال، اثر سیبک (Seebeck effect) گفته می‌شود. اندازه گیری این اختلاف فشار مبنای اندازه گیری توسط سنسور های ترموکوپلی می باشد.

ترموکوپل ها بیشترین بازه دمایی قابل اندازه گیری را در بین تمامی انواع sensor های دمایی دارند. این رنج وسیع از درجه 200- تا بالای 2000 درجه سانتی گراد را شامل می شود. ترموکوپل‌ ها از نظر قیمت ارزان هستند، محدوده دمای گسترده‌ای دارند و به سرعت به تغییرات دما پاسخ می‌ دهند.

انواع ترموکوپل

ترموکوپل ها دارای انواع بسیار زیادی هستند که هر یک رنج اندازه گیری متفاوتی دارند. اما در این بین ترموکوپل های نوع J،K،R،S و نوع T بسیار پرکاربرد هستند. در جدول زیر انواع ترموکوپل و فلز موجود آنها و همچنین رنج قابل اندازه گیری آنها را مشاهده می کنید:

 

2- RTD ها (سنسور دما مقاومتی)

سنسور دما مقاومتی (RTD) از موادی مانند پلاتین یا مس ساخته شده‌ است که مقاومت آنها با دما تغییر می‌کند. RTDها از دقت و پایداری بالایی برخوردار هستند اما محدوده دمای کمتری دارند.

مکانیزم عملکرد این سنسور ها به این صورت میباشد که در آن از نوعی فلز استفاده می شود که افزایش یا کاهش دمای این فلز منجر به تغییرات مقاومت الکتریکی در آن خواهد شد.

این تغییرات مقاومت الکتریکی بر حسب اهم می باشد. مقادیر اهمی اندازه گیری شده سپس به ولتاژ الکتریکی تبدیل میشوند و بصورت یک سیگنال ولتاژی به سیستم های کنترلی ارسال خواهند شد. به عبارتی دیگر تغییرات مقاومت الکتریکی یک سنسور RTD معیاری از دمای فرایند یا دمای جسم مورد نظر خواهد بود.

فلز به کار رفته در سنسور های RTD معمولآ از جنس پلاتیم، نیکل یا مس است. برای نام گذاری سنسور های دمای مقاومتی، مقاومت الکتریکی آنها را در دمای 0 درجه سانتی گراد اندازه گیری میکنند.

برای مثال سنسور دمای مقاومتی PT100 دارای فلز بکار رفته پلاتین می باشد. به همین جهت در نامگذاری آن از لغت Pt که نمایانگر فلز پلاتین است استفاده شده است. مقاومت الکتریکی این فلز در دمای 0 درجه سانتی گراد مقدار 100 اهم میباشد. به همین جهت به این سنسور Pt100 میگوییم.

با افزایش دمای فرایندی مقاومت الکتریکی این سنسور کاهش پیدا خواهد کرد.

انواع سنسور های RTD:

سنسور های RTD همانطور که اشاره کردیم با توجه به نوع فلز موجود در آنها نام گذاری میشوند. رایج ترین نوع سنسور های دما مقاومتی سنسور های با متریال پلاتین میباشند.

استفاده از پلاتین در این sensor ها از این جهت رایج میباشد که تغییرات مقاومت الکتریکی فلز پلاتین نسبت به تغییرات دما، بصورت خطی میباشد و با استفاده از سنسور های مقاومتی پلاتین مقدار دما به دقت بسیار بالایی قابل پیش بینی و اندازه گیری خواهد بود. 

اما فارغ از نوع فلزی که به کار می رود در سنسور دمایی، باید به این نکته اشاره کنیم که این سنسور ها با توجه به تعداد سیم ها در انواع سنسور های دو سیم، سه سیم و چهار سیم تقسیم بندی میشوند. از این بین سنسور های مقاومتی دو سیم دارای دقت پایینی هستند.

سنسور های سه سیم بیشترین کاربرد در صنایع را دارند. چراکه دارای دقت های مناسبی هستند. و سنسور های مقاومتی چهار سیمه دارای دقت بسیار بالایی میباشند و بیشتر در کاربرد های آزمایشگاهی مورد استفاده میباشند.

مزایای سنسور های مقاومتی (RTD):

• دقت و تکرارپذیری بهتری دارند.
• سیگنال RTD ها حساسیت کمتری به نویز دارد و نسبت سیگنال به نویز آن ها بیشتر است.
• در محدوده دمای کاری، خطی تر هستند.
• خطاهای مربوط به اتصال سرد در RTD ها مطرح نیست.
• RTD ها به سیم های اتصال ویژه نیاز ندارند.

معایب RTD:

• به دلیل ابعاد بزرگتر نسبت به ترموکوپل ها، پاسخ زمانی آهسته تری نسبت به تغییرات دما دارند. زمان پاسخ آن ها معمولا از 0.5 ثانیه تا 5 ثانیه است. زمان پاسخ با افزایش ابعاد RTD افزایش می یابد. استفاده از ترموول می تواند زمان پاسخ را دو برابر کند.
• دارای مشکلات ناشی از گرم شدن هستند. به همین دلیل برای دما های زیر 600 درجه سانتی گراد کاربردی هستند.
• هزینه تست و تشخیص عیب آن ها زیاد است.

3- ترمیستورها

 این سنسورها نوع خاصی از مقاومت هستند که مقاومت آنها با دما به طور قابل توجهی تغییر می‌کند. ترمیستورها به دو دسته NTC (مقاومت منفی با دما) و PTC (مقاومت مثبت با دما) تقسیم می‌شوند. ترمیستورها ارزان هستند و به سرعت به تغییرات دما پاسخ می‌دهند، اما از نظر دقت و پایداری به پای RTDها نمی‌رسند.

4- حسگرهای مادون قرمز

 این سنسورها Infrared Temperature Sensor از تابش مادون قرمز برای اندازه‌گیری دما استفاده می‌کنند. حسگرهای مادون قرمز غیر تماسی هستند، به این معنی که نیازی به تماس با جسمی که دمای آن را اندازه‌گیری می‌کنند، ندارند.

5- حسگرهای دیود سیلیکون

 این سنسورها از دیودهای سیلیکونی برای اندازه‌گیری دما استفاده می‌کنند. حسگرهای دیود سیلیکون ارزان و دقیق هستند، اما محدوده دمای نسبتاً کمی دارند.

سنسور دما صنعتی

سنسورهای دمای صنعتی نوع خاصی از سنسور دما هستند که برای استفاده در محیط‌های صنعتی خشن طراحی شده‌اند. آنها معمولاً از مواد بادوام ساخته شده‌اند و می‌توانند در برابر دماهای بالا، رطوبت، شوک و لرزش مقاومت کنند.

سنسورهای دمای صنعتی در طیف گسترده‌ای از کاربردها از جمله موارد زیر استفاده می‌شوند:

• صنعت فرآیند: برای نظارت بر دمای فرآیندها در صنایع شیمیایی، دارویی، غذایی و سایر صنایع
• صنعت تولید: برای نظارت بر دمای تجهیزات در کارخانه‌های تولیدی
• صنعت برق: برای نظارت بر دمای تجهیزات در نیروگاه‌ها و زیرساخت‌های برق
• صنعت نفت و گاز: برای نظارت بر دمای سیالات در خطوط لوله و چاه‌های نفت و گاز

 

هنگام انتخاب سنسور دمای صنعتی، باید عوامل مختلفی را در نظر بگیرید، از جمله:

• محدوده دمایی: محدوده دمایی که سنسور باید در آن کار کند.
• دقت: دقت مورد نیاز برای اندازه‌گیری دما.
• سرعت پاسخ: سرعتی که سنسور باید به تغییرات دما پاسخ دهد.
• استحکام: سنسور باید در برابر چه محیط‌هایی مقاوم باشد.
• هزینه: هزینه سنسور.

انتخاب نوع مناسب سنسور دمای صنعتی برای کاربرد شما مهم است.

 

سنسور دما NTC

سنسور دما NTC یا ترمیستور NTC (مخفف Negative Temperature Coefficient) نوعی سنسور دما است که مقاومت آن با افزایش دما کاهش می‌یابد. این سنسورها بر اساس اصل تغییر مقاومت مواد نیمه هادی با دما کار می‌کنند.

مزایای سنسورهای دما NTC:

• حساسیت بالا: این سنسورها به تغییرات دما بسیار حساس هستند و می‌توانند تغییرات جزئی دما را به طور دقیق اندازه‌گیری کنند.
• سرعت پاسخ سریع: سنسورهای NTC به سرعت به تغییرات دما واکنش نشان می‌دهند و می‌توان از آنها برای اندازه‌گیری دما در فرآیندهای سریع استفاده کرد.
• محدوده دمایی گسترده: این سنسورها می‌توانند دما را در محدوده دمایی بین 55- درجه سانتیگراد تا 200 درجه سانتیگراد اندازه‌گیری کنند.
• قیمت مناسب: سنسورهای NTC در مقایسه با سایر انواع سنسورهای دما، قیمت پایینی دارند.
• استفاده آسان: این سنسورها به راحتی قابل استفاده هستند و می‌توان آنها را به various electronic devices متصل کرد.

معایب سنسورهای دما NTC:

• غیرخطی بودن: رابطه بین مقاومت سنسور NTC و دما خطی نیست، به این معنی که تعیین دقیق دما از روی مقاومت خوانده شده دشوار است.
• خودگرمایی: هنگامی که جریان از سنسور NTC عبور می‌کند، گرمای تولید شده می‌تواند بر دقت اندازه‌گیری دما تأثیر بگذارد.
• دقت محدود: دقت سنسورهای NTC به دلیل غیرخطی بودن و خودگرمایی محدود است.

 

کاربردهای سنسورهای دما NTC:

• سیستم‌های HVAC: از سنسورهای NTC برای کنترل دمای سیستم‌های گرمایش و تهویه مطبوع استفاده می‌شود.
• لوازم خانگی: از سنسورهای NTC برای کنترل دمای لوازم خانگی مانند اجاق گاز، فر و یخچال و فریزر استفاده می‌شود.
• صنعت خودرو: از سنسورهای NTC برای اندازه‌گیری دمای موتور، مایع خنک‌کننده و هوای ورودی استفاده می‌شود.
• دستگاه‌های پزشکی: از سنسورهای NTC برای اندازه‌گیری دمای بدن، داروها و تجهیزات پزشکی استفاده می‌شود.
• کاربردهای صنعتی: از سنسورهای NTC برای اندازه‌گیری دمای فرآیندهای صنعتی استفاده می‌شود.

 

انواع سنسور دما NTC

در اینجا نمونه‌هایی از سنسورهای دمای NTC موجود در بازار آمده است:

• SHT10: این سنسور علاوه بر اندازه‌گیری دما، رطوبت را نیز اندازه‌گیری می‌کند.
• BME280: این سنسور علاوه بر اندازه‌گیری دما و رطوبت، فشار را نیز اندازه‌گیری می‌کند.
• LM35: این سنسور یک سنسور خطی است که استفاده از آن آسان است.
• TMP102: این سنسور برای کاربردهای با دقت بالا مناسب است.

 

سنسور دما ضد آب

سنسور دما ضد آب یا واترپروف (Waterproof Temperature Sensor) نوعی سنسور دما است که برای استفاده در محیط‌های مرطوب و یا غوطه‌وری در آب طراحی شده است. این سنسورها با استفاده از روکش‌های محافظ، عایق‌بندی و درزگیری مناسب، از نفوذ آب و سایر مایعات به داخل سنسور جلوگیری می‌کنند.

مزایای سنسورهای دما ضد آب:

• مقاومت در برابر آب: این سنسورها می‌توانند در معرض آب، رطوبت و سایر مایعات قرار بگیرند بدون اینکه به آنها آسیبی برسد.
• کاربرد در محیط‌های مرطوب: از این سنسورها می‌توان در محیط‌هایی مانند استخرها، آکواریوم‌ها، ماشین‌های لباسشویی، سیستم‌های آبیاری و سایر محیط‌های مرطوب استفاده کرد.
• قابلیت شستشو: بسیاری از سنسورهای دما ضد آب قابل شستشو هستند و به راحتی می‌توان آنها را تمیز کرد.
• عمر طولانی: این سنسورها در برابر خوردگی و زنگ زدگی مقاوم هستند و عمر طولانی دارند.

 

سنسور دما دیجیتال

سنسور دما دیجیتال یا سنسور دمای دیحیتالی (Digital Temperature Sensor) نوعی سنسور دما است که خروجی آن به صورت سیگنال دیجیتال است، برخلاف سنسورهای دمای آنالوگ که خروجی آنها به صورت ولتاژ یا جریان پیوسته است.

این سنسورها از یک مبدل آنالوگ به دیجیتال (ADC) داخلی برای تبدیل سیگنال آنالوگ اندازه‌گیری شده توسط عنصر حسگر دما به سیگنال دیجیتال قابل فهم برای دستگاه‌های دیگر مانند میکروکنترلرها استفاده می‌کنند.

مزایای سنسورهای دما دیجیتال:

• دقت بالا: سنسورهای دما دیجیتال به دلیل استفاده از ADC داخلی، دقت بالاتری نسبت به سنسورهای آنالوگ دارند.
• ایمنی نویز: سیگنال‌های دیجیتال در برابر نویز و تداخل الکتریکی مقاوم‌تر از سیگنال‌های آنالوگ هستند.
• سهولت استفاده: سنسورهای دما دیجیتال به راحتی با استفاده از رابط‌های دیجیتال مانند SPI یا I2C به میکروکنترلرها متصل می‌شوند.
• قیمت مناسب: سنسورهای دما دیجیتال با پیشرفت تکنولوژی، به طور فزاینده‌ای ارزان‌تر می‌شوند.

 

انواع سنسورهای دما دیجیتال:

• DS18B20: این سنسور محبوب و ارزان قیمت، از خانواده 1-Wire است و از رابط یک سیمه برای ارتباط استفاده می‌کند.
• TMP102: این سنسور دقت بالایی دارد و از رابط I2C برای ارتباط استفاده می‌کند.
• SHT21: این سنسور علاوه بر اندازه‌گیری دما، رطوبت را نیز اندازه‌گیری می‌کند و از رابط I2C برای ارتباط استفاده می‌کند.
• BME280: این سنسور علاوه بر اندازه‌گیری دما و رطوبت، فشار را نیز اندازه‌گیری می‌کند و از رابط I2C برای ارتباط استفاده می‌کند.

در اینجا نمونه‌هایی از برندهای سنسورهای دمای دیجیتال موجود در بازار آمده است:

• Dallas Semiconductor: این شرکت طیف گسترده‌ای از سنسورهای دمای دیجیتال از خانواده 1-Wire را ارائه می‌دهد.
• Microchip: این شرکت سنسورهای دمای دیجیتال با رابط I2C و SPI ارائه می‌دهد.
• Bosch Sensortec: این شرکت سنسورهای دمای دیجیتالی ارائه میدهد.

انواع سنسور دما از نظر نوع تماس

سنسور دما در حالت کلی نیز به دو نوع سنسور دمای تماسی و غیر تماسی تقسیم بندی میشوند:

سنسور غیر تماسی

نوع غیرتماسی، برای اندازه گیری دمای سیال در آن نیازی به هیچگونه تماسی بین سیال فرآیندی و سنسور دما وجود ندارد. مواقعی که امکان نزدیک شدن یا دسترسی به سیال یا جسم مورد نظر وجود نداشته باشد از سنسوردما غیر تماسی استفاده میکنیم.

لازم است به این نکته اشاره کنیم که سنسور دما غیر تماسی بیشتر در کاربرد های غیر صنعتی (مانند پزشکی) مورد استفاده میباشد. در صنایع به این دلیل که دقت اندازه گیری بسیار حائز اهمیت میباشد و معمولآ امکان دسترسی به سیال یا جسم مورد نظر وجود خواهد داشت، از سنسورهای تماسی استفاده میکنیم.

سنسور تماسی

این نوع سنسور برای اندازه گیری دمای جسم یا فرآیند مورد نظر بصورت مستقیم با آن تماس فیزیکی برقرار میکند. به عبارتی دیگر سنسور تماسی داخل سیال یا جسم مورد نظر میشود و با آن بصورت هدایت گرمایی ارتباط برقرار میکند و دما یا درجه حرارت را با دقت بالایی اندازه گیری خواهد کرد.

لازم به ذکر است در صنایع استفاده از سنسور های دمایی از نوع تماسی بیشترین کاربرد را دارد. سنسور های ترموکوپلی و سنسور های مقاومتی دو نوع پرکاربرد از سنسور دما تماسی میباشند.

قیمت سنسور دما

قیمت سنسور دما به نوع، برند، دقت، محدوده دمایی و محل خرید آن بستگی دارد.

برای ارائه بهترین قیمت سنسور دما به اطلاعات بیشتری نیاز است از جمله نوع سنسور دمایی که مد نظر دارید (مانند ترموکوپل، RTD، ترمیستور و غیره)

همچنین، محدوده دمایی و دقت مورد نظر میتواند در تعیین قیمت موثر باشد.

در اینجا نمونه‌هایی از قیمت سنسور دما در تیر ماه 1403 آورده شده است:

• سنسور ترموکوپل نوع K: از 1,000,000 تا 1,500,000 تومان
• RTD PT100: از 500,000 تا 1,500,000 تومان
• ترمیستور NTC 10K: از 5,000 تا 15,000 تومان
• حسگر مادون قرمز MLX90615: از 450,000 تا 750,000 تومان
• حسگر دیود سیلیکون LM35: از 10,000 تا 20,000 تومان

توجه داشته باشید که این قیمت‌ها فقط جهت اطلاع شما بوده و ممکن است در زمان‌های مختلف تغییر کند. برای اطلاع از قیمت روز سنسور دما با کارشناسان فروش تجهیز صنعت در ارتباط باشید.

کاربرد سنسور دما

کاربردهای سنسورهای دما بسیار گسترده است و در صنایع مختلفی از جمله موارد زیر استفاده می‌شوند:

• صنعت HVAC: سنسورهای دما برای کنترل سیستم‌های گرمایش، تهویه مطبوع و تهویه هوا (HVAC) استفاده می‌شوند.
• صنعت خودرو: سنسورهای دما برای اندازه‌گیری دمای موتور، مایع خنک‌کننده و هوای ورودی استفاده می‌شوند.
• صنعت لوازم خانگی: سنسورهای دما برای کنترل اجاق گاز، فر، یخچال و فریزر استفاده می‌شوند.
• صنعت پزشکی: سنسورهای دما برای اندازه‌گیری دمای بدن، داروها و تجهیزات پزشکی استفاده می‌شوند.
• صنعت کشاورزی: سنسورهای دما برای اندازه‌گیری دمای خاک، هوا و آب استفاده می‌شوند.

علاوه بر موارد فوق، سنسورهای دما در بسیاری از کاربردهای دیگر مانند تجهیزات آزمایشگاهی، ابزار دقیق و سیستم‌های امنیتی نیز استفاده می‌شوند.

تجهیزصنعت نمایندگی فروش انواع سنسور های دمایی مقاومتی RTD و ترموکوپل میباشد. انواع گیج دما، ترانسمیتر دما، sensor های PT100 و انواع ترموکوپل ها در انبار شرکت تجهیز صنعت موجود میباشد. برای استعلام از قیمت ها و مشاوره با کارشناسان فنی و فروش ما در تماس باشید.