انواع سنسور دما
سنسورهای دما: انتخاب بین ترموکوپل، RTD و ترمیستور
برای کسانی که با انواع مختلف سنسورهای دما در دسترس آشنا نیستند، انتخاب مناسب‌ترین سنسور می‌تواند کار دلهره‌آوری باشد. برای کمک به آسان‌تر کردن این انتخاب، در زیر سه نوع متداول سنسور دما شرح داده شده است: ترموکوپل، RTD و ترمیستور.
ترموکوپل
هنگامی که اختلاف دما بین انتهای دو ماده رسانای الکتریکی غیرمشابه وجود داشته باشد که در دو طرف آن برای تشکیل یک حلقه به هم متصل شده‌اند، الکترون‌ها از محل اتصال گرمتر به محل اتصال سردتر شروع به جریان می‌کنند. این منجر به بار الکتریکی مثبت در محل اتصال گرمتر و بار منفی در اتصال سردتر می شود و ولتاژ ایجاد می کند. این به عنوان اثر Seebeck شناخته می شود.
ترموکوپل ها از این اثر برای اندازه گیری دما استفاده می کنند. یک ترموکوپل از دو نوع مختلف سیم فلزی ساخته شده است که هر دو طرف به هم متصل می شوند تا یک مدار تشکیل دهند. هنگامی که تغییر دما در یکی از اتصالات بین سیم ها رخ می دهد، ولتاژ ایجاد شده از طریق اثر Seebeck را می توان برای محاسبه دما اندازه گیری کرد. از آنجایی که ولتاژ سیم‌های ترموکوپل نشان‌دهنده دمای تفاضلی است، برای تعیین دمای مطلق باید با دمای مرجع مقایسه شود، در فرآیندی که به عنوان «جبران اتصال سرد» شناخته می‌شود.
برای ایجاد ترموکوپل می توان از ترکیب های مختلفی از سیم های فلزی استفاده کرد و این ترکیب سیم ها است که نوع ترموکوپل را تعیین می کند. به عنوان مثال، ترموکوپل معمولی نوع K از سیم های کرومل و آلومل استفاده می کند. نوع ترموکوپل، و همچنین گیج سیم، محدوده دمایی را که می توان ترموکوپل را برای آن استفاده کرد، تعیین می کند و بر درجه دقت ترموکوپل تأثیر می گذارد.
سبک پروب یکی دیگر از موارد مهم در انتخاب ترموکوپل است. به طور موثر، دما در نوک ترموکوپل، در محل اتصال بین دو سیم غیر مشابه اندازه گیری می شود. این اتصال می تواند در معرض دید قرار گیرد - در این صورت ممکن است دو سیم جوش داده شوند یا به سادگی به هم بپیچند - یا ممکن است یک غلاف کاوشگر وجود داشته باشد که اتصالات سیم ها را می پوشاند.
ترموکوپل های نوک اکسپوز راحت تر از اتصالات ترموکوپل غلاف دار آسیب می بینند و نباید در معرض رطوبت قرار گیرند. با این حال، آنها دارای مزیت هایی هستند که قیمت کمتری دارند، زمان پاسخ دهی به دمای بسیار سریع تری دارند و اغلب می توان آنها را با برش و جوش مجدد ترموکوپل برای ایجاد یک اتصال جدید تعمیر کرد.
اتصالات غلاف دار دوام بیشتری نسبت به اتصالات نوک در معرض دید دارند و ممکن است زیر آب باشند. دو نوع اصلی اتصالات روکش دار وجود دارد: زمینی و غیر زمینی. در یک اتصال زمین، دو سیم ترموکوپل به طور الکتریکی (معمولاً یا لحیم یا جوش) به غلاف فلزی متصل می شوند. این امکان پاسخگویی نسبتاً سریع را فراهم می کند، زیرا فقط غلاف فلزی و محل اتصال ترموکوپل باید گرم شوند تا ترموکوپل تغییر دما را منعکس کند. با این حال، غلاف های متصل به زمین می توانند به تداخل الکتریکی و مسائل مربوط به زمین حساس باشند، که می تواند بر دقت و قابلیت اطمینان خوانش دما تأثیر بگذارد.
اتصالات غیر زمینی دارای عایق بین داخل غلاف پروب و سیم ترموکوپل هستند، بدون اتصال الکتریکی بین غلاف و سیم های ترموکوپل. اتصالات غیر زمینی نسبت به همتایان زمینی خود کمتر مستعد تداخل الکتریکی و مشکلات اتصال به زمین خواهند بود، به این دلیل که زمان پاسخ دمایی کمتری نسبت به سایر انواع اتصالات ذکر شده در بالا دارد.
علاوه بر سبک‌های کاوشگر، انتخاب نوع کانکتور صحیح برای اتصال ترموکوپل به دیتالاگر MadgeTech (یا دستگاه دیگر) نیز مهم است. سه نوع اتصال دهنده اصلی که توسط لاگرهای MadgeTech استفاده می شود، ترمینال های پیچی، مینی فیش ها و بلوک های ترمینال هستند.
نمایان گر دمای ثابت (RTD)
نمایان گرهای دمای ثابت (RTD) سنسورهایی هستند که دما را با استفاده از مقاومت اندازه گیری می کنند. هنگامی که یک RTD گرم می شود، مقاومت سنسور افزایش می یابد. از آنجایی که این یک اثر تکرارپذیر است، تولید مقدار کمی ولتاژ از طریق سنسور و سپس اندازه‌گیری مقاومت در مدار، تعیین دما را با دقت بالایی ممکن می‌سازد.
RTD ها معمولاً در یک غلاف پروب فلزی قرار می گیرند. این غلاف ها در سبک های مختلفی برای کاربردهای مختلف موجود هستند. همچنین انواع مختلفی از RTD موجود است،
پروب های RTD در پیکربندی های 2، 3 و 4 سیمی موجود هستند. پروب های 4 سیم بهترین دقت را ارائه می دهند، بنابراین توصیه می شود در صورت امکان از RTD های 4 سیم استفاده کنید.
پروب‌های RTD معمولاً دقت بسیار بالاتری نسبت به پروب‌های ترموکوپل ارائه می‌دهند، و بنابراین زمانی که دقت اولویت در برنامه‌های لاگ است، انتخاب خوبی هستند. با این حال، پروب های RTD نسبت به ترموکوپل ها ظریف تر هستند و به راحتی آسیب می بینند. علاوه بر این، پروب های ترموکوپل نسبت به RTD ها ارزان تر هستند.
ترمیستورها
واژه ترمیستور ترکیبی از دو واژه حرارتی و مقاومتی تشکیل شده است. مانند RTD ها، ترمیستورها مقاومت الکتریکی را برای محاسبه دما اندازه گیری می کنند. تفاوت اصلی بین این دو نوع حسگر این است که RTD ها معمولا از فلزات خالص (معمولا پلاتین) ساخته می شوند، در حالی که ترمیستورها از انواع مواد نیمه هادی ساخته می شوند.
ترمیستورها را می توان برای اهداف مختلفی غیر از اندازه گیری دما استفاده کرد و دو نوع موجود است: "NTC" و "PTC". NTC مخفف «ضریب دمایی منفی» و PTC به معنای «ضریب دمایی مثبت» است. با ترمیستورهای NTC، مقاومت با افزایش دما کاهش می یابد. با یک ترمیستور PTC مقاومت با افزایش دما افزایش می یابد. برای اندازه گیری دما فقط از ترمیستورهای NTC استفاده می شود.
ترمیستورها دقت بالایی دارند، اما محدوده دمایی بسیار محدودتری نسبت به RTD ها یا ترموکوپل ها دارند. اکثر ترمیستورها دارای حداکثر مشخصات دمایی 150 درجه سانتیگراد هستند، اگرچه برخی از ترمیستورهای تخصصی را می توان در دماهای بالاتر استفاده کرد.
ترمیستورها دقت بالایی دارند، اما محدوده دمایی بسیار محدودتری نسبت به RTD ها یا ترموکوپل ها دارند. اکثر ترمیستورها دارای حداکثر مشخصات دمایی 150 درجه سانتیگراد هستند، اگرچه برخی از ترمیستورهای تخصصی را می توان در دماهای بالاتر استفاده کرد.
محدودیت دیگر ترمیستورها این است که به اندازه RTD یا ترموکوپل جهانی نیستند. ترمیستورها در مقاومت های مختلفی موجود هستند و سیستمی که برای محاسبه دما از مقاومت ترمیستور استفاده می شود باید طوری طراحی شود که با آن مقاومت خاص و سایر ویژگی های ترمیستور مورد استفاده کار کند.
با وجود این محدودیت ها، دقت بالا و هزینه کم ترمیستورها آنها را به راه حلی ایده آل برای بسیاری از کاربردها تبدیل می کند. همانند RTD ها و ترموکوپل ها، ترمیستورها به عنوان کاوشگر دمای خارجی موجود هستند که ممکن است در یک غلاف قرار گیرند، و همچنین معمولاً به عنوان سنسور دمای داخلی در دستگاه های الکترونیکی مانند لوازم خانگی استفاده می شوند.