اندازه گیری دما یکی از ویژگیها یا پارامترهای بسیار مهم در صنایعی همانند پتروشیمی، خودرو، هوافضا و دفاعی، مدارهای الکترونیکی مصرفی، و غیره است.سنسورهای دما با هدف اندازهگیری دقیق و موثر دمای محیط بر اساس مجموعهای از الزامات درون تجهیزات نصب میشوند.
سنسور دما در بسیاری از کاربردها نقش بسیار مهمی ایفا می کند. به عنوان مثال، حفظ دما در سطح مشخص برای تجهیزاتی که از آنها برای ساخت داروهای پزشکی استفاده میشود بسیار مهم است. برای کاربردهای این چنینی و کنترل کیفیت، پاسخدهی و دقت مدار تشخیص میتواند حیاتی باشد. البته در بسیاری از موارد، تشخیص دما بخشی از قابلیت اطمینان پیشگیرانه است. به عنوان مثال، هر چند وسایل برقی ممکن است در عمل کاربردی با دمای بالا نداشته باشند، ولی خود سیستم و اجزای درونی آن میتواند در معرض خطر گرم شدن بیش از اندازه قرار بگیرند.
این ریسک ناشی از عوامل خارجی خاصی همانند محیط کاری خشن یا عوامل داخلی همانند گرم شدن خود قطعات الکترونیکی است. سیستم با تشخیص این که گرم شدن بیش از اندازه چه زمانی رخ میدهد میتواند اقدام پیشگیرانه را انجام دهد. در این موارد، مدار تشخیص دما بایستی در محدوده دمای کاری کاربردی پیشبینی شده و قابل اطمینان باشد. طراحی یک مدار تشخیص دمای منسجم نباید گران باشد. همچنین مدار تشخیص کم هزینه نباید پاسخدهی و دقت را به خطر بیندازد. این مقاله انواع مختلف فناوریهای موجود تشخیص دما و این که هر کدام چه چیزی را ارائه میکنند بررسی کرده است. همچنین در این مقاله الزامات کاربردهای مختلف و این که چگونه مهندسان میتوانند مدار تشخیص دمای بهینهشده را برای نیازهای خاص خودشان طراحی کنند بررسی شده است.
انواع حسگر دما
تشخیص دما اساس تمامی اشکالات پیشرفته کنترل و جبران دما است. خود مدار تشخیص دما دمای محیط را پایش میکند. سپس مدار تشخیص دما دمای واقعی یا اگر هوشمندتر باشد زمانی که رخداد کنترل دما بروز میکند را به اطلاع سیستم میرساند. وقتی دما از آستانه مشخص شده برای دمای بالا گذشت، سیستم اقدام پیشگیرانه را انجام خواهد داد تا دما را کاهش دهد. یک نمونه از این اقدام پیشگیرانه روشن کردن یک فن (هواکش) است. به طور مشابه، مدار تشخیص دما میتواند به عنوان بخش مرکزی عملکرد جبران دما عمل کند. سیستمی مثل تجهیزات اندازهگیری مایع را در نظر بگیرید. در این حالت، دما تاثیر مستقیمی روی حجم اندازهگیری شده دارد. با در نظر گرفتن دما، سیستم میتواند عوامل تغییر دهنده محیط را جبران کرده و به صورت مطمئن و پایدار کار کند. چهار نوع متداول حسگر دما وجود دارد.
محصولات سنسور دما موجود در فروشگاه کوپل
– ترمیستور با ضریب دمایی منفی (NTC)
ترمیستور یک مقاومت حساس به دما است که با توجه به تغییر در دما، تغییری بزرگ، قابل پیشبینی و دقیق در مقاومت از خود نشان میدهد. ترمیستور NTC در دماهای پایین مقاومت بسیار بالایی دارد. با افزایش دما، مقاومت به سرعت کاهش مییابد. با توجه به این که ترمیستور NTC به ازای هر °C تغییر بزرگی در مقاومت تجربه میکند، تغییرات کوچک در دما به سرعت و با دقت بالا نشان داده میشود (۰۵/۰ تا ۵/۱ °C). با توجه به ماهیت نمایی آن، خروجی ترمیستور NTC نیاز به خطیسازی دارد. محدوده عملکرد موثر برای ترمیستورهای با محفظه شیشهای ۵۰- تا ۲۵۰ °C یا در حالت استاندارد °C 150 است.
تشخیصدهنده مقاومتی دما (RTD)
RTD، که تحت عنوان ترمومتر مقاومتی نیز شناخته شده است، از طریق همبستگی مقاومت عنصر RTD با دما، دما را اندازهگیری میکند. یک RTD شامل یک فیلم، یا برای دقت بیشتر، یک سیم پیچیده شده اطراف یک هسته سرامیکی یا شیشهای است. دقیقترین RTDها از پلاتین ساخته شدهاند. ولی RTDهای ارزانتر میتوانند از نیکل یا مس ساخته شوند. البته، نیکل و مس پایدار و مقاوم نیستند. RTDهای پلاتینی خروجی تقریباً خطی دارند یعنی در محدوده دمایی °C 600~200- دقت بالایی (°C 1 تا ۱/۰) دارند. با افزایش دقت، RTDها نیز تبدیل به حسگرهای دمایی گرانتر میشوند.
ترموکوپل
این سنسور دما شامل دو سیم فلزی از جنس متفاوت است که در دو نقطه به هم متصل شدهاند. تغییر ولتاژ بین این دو نقطه نشاندهنده تغییرات متناسب با دما است. ترموکوپلها غیرخطی هستند و موقعی که برای کنترل و جبران دما استفاده میشوند نیاز به تبدیل دارند، این کار معمولاً با استفاده از جدول جستجو انجام میشود. دقت ترموکوپل پایین است، از °C5/0 تا °C5. البته، آنها در بالاترین محدوده دمایی، از °C200- تا °C1750 کار میکنند.
حسگرهای مبتنی بر نیمههادی
حسگر دمای مبتنی بر نیمههادی روی مدارهای مجتمع (ICها) نصب شده است. این حسگرها در واقع به صورت دو دیود مشابه با مشخصه ولتاژ-جریان حساس به دما است که میتوان از آنها برای پایش تغییرات در دما استفاده کرد. پاسخ آنها خطی است ولی در بین انواع حسگرها کمترین دقت، °C1 تا °C5، را دارند. آنها در کمترین محدوده دمایی (°C150 تا °C70-) نیز کندترین پاسخدهی را دارند (۵ ثانیه تا ۶۰ ثانیه).