نمایشگر دما

سنسور RTD

آشکارسازهای مقاومتی دما (RTD-ها)­ سیم­‌پیچ­‌ها یا دیگر اشکال مارپیچ لایه نازک هستند که با تغییرات دما مقاومت آن­ها تغییر می­کند. آن­ها دما را با استفاده از ضریب دمای مثبت مقاومت الکتریکی فلزات اندازه­‌­گیری می­کنند. هرچه این آشکارسازها گرم‌تر شوند، مقاومت الکتریکی آن­ها بالاتر می­رود. پلاتین به دلیل خطی بودن در دامنه وسیعی از دماها، دقت بالا و زمان پاسخ سریع، متداول­ترین ماده مورد استفاده است. RTD-ها می­توانند از مس یا نیکل نیز ساخته شوند، اما این مواد گستره محدودی داشته و دارای مشکلات اکسیداسیون هستند. المان­های RTD معمولاً سیم­های بلند فنر مانندی هستند که توسط یک عایق احاطه شده و در غلاف فلزی محصور شده­اند.

از مزایای RTD-ها می­توان به خروجی پایدار آن­ها برای مدت‌زمان‌های طولانی اشاره کرد. همچنین کالیبراسیون آن­ها آسان بوده و قرائت­های بسیار دقیقی را ارائه می­دهند. از معایب آن­ها می­توان به محدوده دمایی کلی کمتر، هزینه اولیه بالاتر و طراحی با استحکام کمتر اشاره کرد.

ترموکوپل

ترموکوپل­ها دقیق، بسیار حساس به تغییرات کوچک دما، و دارای پاسخ سریع به تغییرات محیطی هستند. آن­ها شامل یک جفت سیم فلزی با جنس متفاوت هستند که در یک انتها به یکدیگر متصل شده­‌­اند. این جفت فلزی اختلاف ولتاژ الکتریکی-دمایی خالصی بین دهانه خود و بر اساس میزان اختلاف دمای میان دو انتها ایجاد می­کند. قرائت دما با کالیبره کردن ابزار با دماهای مشخص و قرار دادن یکی از اتصالات فلزی روی یخ (یا چیز دیگری با دمای مشخص) و دیگری روی جسمی که باید دمای آن مشخص شود، انجام می­شود. ولتاژ نمایش داده شده با استفاده از فرمول کالیبراسیون خوانده می­شود و می­توان دمای جسم را محاسبه کرد.

از مزایای ترموکوپل­ها می­توان به دقت بالا و عملکرد قابل‌اعتماد آن­ها در دامنه بسیار گسترده­­ای از دما اشاره کرد. آن­ها همچنین برای اندازه­گیری خودکار ارزان و بادوام مناسب هستند. معایب شامل خطاهای ناشی از استفاده طولانی­مدت از آن­ها و نیاز به دو دما برای انجام اندازه­گیری است. مواد ترموکوپل در معرض خوردگی هستند که می­تواند ولتاژ ترموالکتریک را تحت تأثیر قرار دهد.

ترموکوپل­ها در کلاس­های مختلفی در دسترس هستند که هر یک از آن­ها دمایی که ابزار در آن مؤثرتر عمل می­کند را نشان می­دهند.

ترمیستور

المان­­‌های ترمیستور حساس­ترین سنسورهای دمایی موجود هستند. یک ترمیستور یک ابزار نیمه­­‌رسانا با مقاومت الکتریکی متناسب با دما است. دو نوع محصول در این دسته وجود دارد.

ابزارهای ضریب دمایی منفی (NTC) در سنجش دما استفاده می­شوند و متداول­ترین نوع ترمیستور هستند. NTC-ها دماهایی دارند که به­­‌طور معکوس با مقاومت آن­ها تغییر می­کند، بنابراین زمانی که دما افزایش می­­‌یابد، مقاومت کاهش می­‌­یابد، و برعکس. NTC-ها از اکسیدهای موادی مانند نیکل، مس و آهن ساخته می­‌­شوند.

ابزارهای ضریب دمایی مثبت (PTC) در کنترل جریان الکتریکی استفاده می­شوند. آن­ها به شیوه­ای مثبت عمل می­کنند که در آن با افزایش دما، مقاومت افزایش می­‌­یابد. PTC-ها از سیلیکون­‌های حساس به دما یا مواد سرامیکی پلی­کریستالی ساخته می­‌شوند.

از مزایای آن­ها می­توان به اندازه کوچک و پایداری بالای آن­ها اشاره کرد. همچنین NTC-ها با دوام و بسیار دقیق هستند. از معایب آن­ها می­توان به غیرخطی بودن و نامناسب بودن برای استفاده در دماهای بسیار شدید اشاره کرد.

مشخصه های عمومی نمایشگرهای دما

از مشخصات مهم نمایشگر های دما می­توان به گزینه­ های نمایش، رابط کاربری، خروجی­­‌ها و محیط کاری اشاره کرد.

گزینه­ های نمایش

گزینه ­های نمایش عموما شامل موارد زیر هستند:

•  نمایش فارنهایت، محدوده نمایش و تقسیمات مقیاس
• نمایش سلسیوس یا سانتی­گراد، محدوده نمایش و تقسیمات مقیاس
•  نمایش هردو فارنهایت و سلسیوس
• حداکثر/حداقل قرائت­ها
• محدوده نمایش بین مقادیر کمینه و بیشینه­ دمایی است که می­تواند نمایش داده شود. گاهی اوقات به آن رزولوشن ابزارهای دیجیتال گفته می­شود.

رابط کاربری

گزینه­ های رابط کاربری شامل موارد زیر هستند:

• رابط کاربری با کلیدها و علائم کنترل دیجیتال یا آنالوگ
• رابط کاربری کامپیوتری
• رابط­­‌های کاربری سری یا موازی
• نرم­‌­افزار کاربردی

خروجی­‌­ها

گزینه­ های خروجی بر تعامل کاربر/دستگاه تأثیر می­گذارند که شامل :

• ولتاژ آنالوگ دمای حس شده را به­­‌صورت ولتاژ ارائه می­دهد، برای مثال صفر تا ۱۰ ولت جریان مستقیم.
• جریان آنالوگ دمای حس شده را به­‌­صورت جریان ارائه می­دهد، برای مثال ۴ تا ۲۰ میلی­ آمپر.
• فرکانس یا فرکانس مدوله‌شده سیگنالی است که دمای حس شده را ارائه می­دهد.
• سیگنال­های سوئیچ یا هشدار برای هشدار به کاربر در زمانی که قرائت تمام شده یا به یک مقدار دمای مشخص می­رسد، طراحی می­شوند.

محیط کاری

• دمای کاری محدوده دمایی است که در آن دستگاه مورد استفاده قرار می­گیرد. نمایشگرهای دما در مقیاس­های مختلفی ارائه می­شوند که می­توانند در محدوده وسیعی از دماها استفاده شوند.
• قابلیت حمل ویژگی مهمی است که اگر نمایشگر دما باید توسط یک فرد حمل شود یا درصورتی‌که ثابت بماند (برای مثال ایستگاه دمای خانه)، باید در نظر در نظر گرفته شود.
• ساختار ضد انفجار: یک نمایشگر دمای ضد انفجار ابزاری است که می­تواند در برابر انفجار گازهای درون آن مقاومت کرده و جلوی انفجار گازهای اطراف آن به دلیل جرقه، یا انفجار خود محفظه را بگیرد و دمای خارجی که باعث شعله‌ور شدن گازهای اطراف نمی­شود را حفظ کند.
• دستگاه ضد آب و آب‌بندی‌شده: دماسنج های ضد آب برای استفاده در محیط های شستشو یا مرطوب اختصاص داده می شوند. قابلیت ضدعفونی کردن در صورت استفاده دماسنج در محیط های کلینیکی یا صنایع غذایی و آشامیدنی، مشخصه مهمی است.
• قرار گرفتن در معرض شرایط آب وهوایی می تواند بر طول عمر دماسنج تأثیر بگذارد. دماسنج هایی که در محیط های فضایی یا بیرونی استفاده می شود باید در برابر آب و رطوبت آب بند شده و مقاومت کافی برای مواجهه با وزش باد شدید، برف و نور مستقیم خورشید را داشته باشند.

کنترل تناسبی

کنترل های تناسبی برای از بین بردن چرخه زنی (نوسانا) مرتبط با کنترل روشن-خاموش طراحی شده اند. یک کنترل کننده تناسبی با نزدیک شدن دما به نقطه تنظیم، متوسط ​​توان وارده به کوره را کاهش می دهد. تأثیر این کار، کاهش سرعت گرمایش کوره می شود تا جایی که از نقطه تنظیم خارج نشود (دچار فراجهش نشود) بلکه به نقطه تنظیم نزدیک شده و دمای پایدار را حفظ کند. این عمل متناسب سازی را می توان با خاموش و روشن کردن خروجی برای فواصل زمانی کوتاه انجام داد. این “متناسب سازی زمان” نسبت زمان “روشن” به “خاموش” برای کنترل دما را تغییر می دهد.

ویژگی­های نمایشگرهای دما

ازنظر ویژگی­های خاص، نمایشگرهای دما می­توانند شامل موارد زیر باشند:

• قابلیت ثبت اطلاعات یا جمع ­آوری داده­­‌ها
• ثبت مقادیر بیشینه و کمینه
• تایمرها و شمارنده­های داخلی
• توانایی انجام توابع ریاضی یا آماری
• قابلیت­های خودآزمایی یا تشخیصی
• کار با باتری

کاربردهای نمایشگرهای دما

کاربردهای رایج برای نمایشگر های دمای دیجیتالی شامل موارد زیر هستند:

• پزشکی – دماسنج­های دیجیتال اغلب در شرایط بالینی برای بیماران استفاده می­شوند.
• کاربردهای بهداشتی – دماسنج­های بهداشتی برای مصارف بهداشتی مانند مواد غذایی و کاربردهای دارویی استفاده می­شوند.
• استفاده در منزل – شامل دماسنج­های دیجیتالی است که برای مراقبت­های بهداشتی در خانه، آشپزی و نظارت بر درجه حرارت لوازم‌خانگی مانند یخچال یا استخر شنا استفاده می­شود.
• آزمایشگاهی – شامل رصد آزمایش‌ها و واکنش­های شیمیایی و همچنین حفظ یک محیط آزمایشگاهی بهینه است.
• خدمات غذایی – از دماسنج­ها در تشخیص کامل بودن پخت‌وپز، و مراعات اصول بهداشتی مواد اولیه استفاده می­شود.
• دماسنج­های هواشناسی – قرائت­های دمای هوا، جو و آب را ارائه می­دهند.

منابع

Digital Thermometers Information