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 یکی از ابزارهای مهم در علم اندازه‌گیری است که به ما امکان می‌دهد دما یا گرما را اندازه‌گیری و تحت کنترل قرار دهیم. این سنسور ها وظیفه اندازه گیری پارامتر فیزیکی دما و پس از آن تبدیل آن به یک سیگنال الکتریکی را برعهده دارند.

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:

انواع سنسور دما شامل:

ترموستات: این سنسورها به صورت خاموش/روشن عمل می‌کنند و در کنترل ترموستاتی یا کنترل المنت‌های گرمایش آب در بویلرها، کوره‌ها، تانکرهای ذخیره آب گرم و نیز سیستم خنک‌کننده رادیاتور خودرو استفاده می‌شوند.
ترموکوپل: این سنسورها با استفاده از تغییرات دما، جریان الکتریکی تولید می‌کنند و در مواردی مانند اندازه‌گیری دما در کوره‌ها، کوره‌های آب‌گرمکن، و کوره‌های صنعتی مورد استفاده قرار می‌گیرند.
ترمیستور: این سنسورها تغییر مقاومت الکتریکی خود را با تغییر دما تولید می‌کنند و در سیستم‌های خنک‌کننده، یخچال‌ها، و تجهیزات الکترونیکی مورد استفاده قرار

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

سنسور غیر تماسی

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

در اینجا باید 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 سنسور های 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 دما تماسی دارای دو نوع سنسور های ترموکوپلی و سنسور های مقاومتی میباشند که در ادامه به توضیح هریک از آنها خواهیم پرداخت.

سنسور دما مقاومتی (RTD):

سنسور دما مقاومتی یا RTD نوعی از سنسور های دمایی تماسی میباشند که در صنایع بسیار مورد استفاده هستند. مکانیزم عملکرد سنسور های دمای مقاومتی یا RTD به این صورت میباشد که در سنسور های RTD از نوعی از فلز استفاده میشوند که افزایش یا کاهش دمای این فلز منجر به تغییرات مقاومت الکتریکی در آن خواهد شد.

این تغییرات مقاومت الکتریکی بر حسب اهم میباشد. 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 میباشد. 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 میباشد. 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 بل 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.
در برابر نویز الکتریکی حساس هستند.
هزینه تست و تشخیص عیب آن ها زیاد است.
در مقایسه با ترموکوپل ها قیمت بالاتری دارند.

ترموکوپل

ترموکوپل ها نوع دیگری از سنسور های دمایی هستند که به دلیل رنج وسیع اندازه گیری و قیمت مناسب در صنایع بسیار رایج و محبوب میباشند.

مکانیزم عملکرد در سنسور های دما از نوع ترموکوپل به این صورت میباشد که این سنسور ها متشکل از دو سیم از جنس فلزهای متفاوت هستد که از یک سمت آزاد (Cold junction) و از سمت دیگر در یک نقطه به هم متصل میباشند (Hot junction).

هنگامی که به قسمت hot junction حرارت داده شود و دمای آن افزایش پیدا کند، اختلاف پتانسیلی در حد چند میلی ولت (mV) در قسمت آزاد دو سیم بوجود خواهد آمد. به این تفاوت ولتاژ بین دو اتصال، اثر سیبک (Seebeck effect) گفته می‌شود.

اندازه گیری این اختلاف پتانسیل مبنای اندازه گیری توسط سنسور های ترموکوپلی میباشد.

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 میگردد.

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 میکنید:

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.

تجهیزصنعت تامین و تجهیز صنایع