سنسور دما

سنسور دما چگونه کار می کند؟

سنسور دما با ارائه خوانش از طریق سیگنال الکتریکی کار می کند. این سنسور از دو فلز تشکیل شده است که با اندازه گیری ولتاژ در پایانه های دیود در هنگام تغییر دما، ولتاژ یا مقاومت ایجاد می کنند. با افزایش ولتاژ، دما نیز افزایش می یابد.

سنسور دما وسیله ای است که اندازه گیری دمای قابل خواندن را از طریق سیگنال الکتریکی فراهم می کند. ابتدایی ترین راه برای اندازه گیری دما با دماسنج است. این مقدار گرم یا سرد بودن چیزی را اندازه می گیرد. با پیشرفت تکنولوژی، اکنون می توانیم از انواع سنسورهای دما دقیق تر استفاده کنیم.

سنسورهای دما برای طیف وسیعی از کاربردها بسیار مفید و ضروری هستند. در ادامه نحوه عملکرد سنسورهای دما، انواع مختلف سنسورها و رایج ترین کاربردهای آنها توضیح داده خواهد شد.

سنسورهای دما چگونه کار می کنند؟

سنسورهای دما خوانش دما را از طریق سیگنال های الکتریکی اندازه گیری می کنند. آنها حاوی دو فلز هستند که هنگام تغییر دما ولتاژ یا مقاومت تولید می کنند.

سنسورها نقشی حیاتی در حفظ دمای خاص در صنایع مختلف از جمله کاربردهای پزشکی، سیستم‌های HVAC و لوازم خانگی ما دارند. سنسورهای دما برای دقت و کنترل دما در چنین صنایعی حیاتی هستند.

سنسورهای دما با اندازه گیری ولتاژ در پایانه های دیود کار می کنند. با افزایش ولتاژ، دما نیز افزایش می یابد و سپس افت ولتاژ بین پایانه های ترانزیستور و امیتر (در دیود) رخ می دهد.

سنسورها انواع مختلفی دارند که بر اساس اتصالاتشان دسته بندی می شوند. سنسورهای دما بسته به نوع کاربرد مورد استفاده یا صنعتی که در آن کار می کنید به دو دسته اصلی تقسیم می شوند.

• سنسورهای دمای تماس
• سنسورهای دما بدون تماس

سنسورهای دمای تماس

سنسورهای دمای تماس سطح گرم یا سرد یک جسم یا ماده را با تماس مستقیم اندازه گیری می کنند. آنها معمولاً برای تشخیص دماهای مختلف در جامدات، مایعات یا گازهای مختلف استفاده می شوند.

سنسورهای دما بدون تماس

این دماسنج ها هرگز با جسم یا ماده ای تماس مستقیم ندارند و به همین دلیل در محیط های خطرناک مانند صنعت نیروگاه ها به طور گسترده ای مورد استفاده قرار می گیرند. آنها گرما یا سردی چیزی را از طریق تشعشعات ساطع شده از منبع گرما اندازه گیری می کنند.

برای درک نحوه عملکرد سنسورهای دما، در زیر هر نوع سنسور دما را با عمق بیشتری توضیح خواهیم داد.

انواع مختلف سنسور دما

برای درک نحوه عملکرد سنسورهای دما، سنسورهای دمای تماسی و غیر تماسی بیشتر به انواع زیر تقسیم می شوند.

• دماسنج
• ترموستات ها
• ترمیستورها
• ترمیستورهای ضریب دمایی منفی (NTC).
• ترموکوپل
• آشکارسازهای دمای مقاومتی (RTD)
• سنسورهای دما مبتنی بر نیمه هادی

دماسنج

یک دماسنج دو فلزی سنسور دمای تماس است که از یک گیج و ساقه متصل تشکیل شده است. نوک حسگر حاوی فنری است که در داخل انتهای القایی ساقه قرار دارد که به میله ای که به سوزن گیج منتهی می شود متصل است. حرکت سیم پیچ القایی هنگام گرم شدن باعث می شود سوزن در گیج حرکت کند و در نتیجه دما را نشان دهد.

دماسنج های پر از گاز و مایع نیز حسگرهای دمای تماس هستند که مشابه دماسنج های دو فلزی عمل می کنند. با این حال، آنها یک لامپ پر از گاز یا مایع دارند. لامپ در انتهای حسگر پروب قرار دارد و هنگامی که گرم می شود، گاز را منبسط می کند یا مایع را گرم می کند و به میله اتصال سیگنال می دهد تا سوزن را حرکت دهد و دما را نمایش دهد.

ترموستات ها

ترموستات یک سنسور دمای تماس است که از یک نوار دو فلزی حاوی دو فلز مختلف (آلومینیوم، نیکل، مس یا تنگستن) تشکیل شده است.

هنگامی که در معرض گرما قرار می گیرد، اختلاف ضریب انبساط خطی دو فلز باعث ایجاد حرکت خمشی مکانیکی می شود.

ترمیستورها

ترمیستورها یا ترمیستورها با تغییر دما ظاهر فیزیکی خود را تغییر می دهند. آنها از مواد سرامیکی (اکسیدهای نیکل یا منگنز/کبالت که روی شیشه اندود شده اند) تشکیل شده اند که به راحتی می توانند به آنها آسیب برسانند.

اکثر ترمیستورها دارای ضریب دمایی منفی (NTC) هستند. این بدان معناست که مقاومت آنها با افزایش دما کاهش می یابد. با این حال، برخی از ترمیستورها دارای ضریب دمایی مثبت (PTC) هستند. با افزایش دما، مقاومت افزایش می یابد.

ترمیستورهای ضریب دمای منفی (NTC).

ترمیستورهای NTC سنسورهای حساس دما هستند که به تغییرات دمایی بسیار کوچک پاسخ می دهند و دقت بالا و مقاومت زیادی را حتی در دماهای پایین ارائه می دهند. ترمیستورهای NTC دارای محدوده دمایی 50- تا 250 درجه سانتی گراد هستند. هنگامی که دما شروع به افزایش می کند، مقاومت به سرعت کاهش می یابد. ذکر این نکته ضروری است که ترمیستورهای NTC به دلیل مقاومت بالا و انعکاس سریع نیاز به خطی شدن دارند.

ترموکوپل

ترموکوپل ها به دلیل قابلیت اطمینان، دقت، حساسیت، سادگی و گستره کاری وسیع دما یکی از رایج ترین سنسورهای دما هستند.

آنها دو سیم دارند که شامل دو فلز مختلف (مثلاً مس و برنز) است که در دو نقطه مختلف به هم متصل می شوند تا یک اتصال ایجاد کنند. یک نقطه “انتهای سرد” نامیده می شود و در دمای خاصی نگهداری می شود و نقطه دیگر “انتهای داغ” نامیده می شود. تغییر دما توسط ولتاژ بین دو سیم ثبت می شود.

ترموکوپل ها ممکن است به اندازه آشکارسازهای دمای مقاومتی (RTD) دقیق نباشند. با این حال، آنها مقرون به صرفه تر هستند و محدوده دمایی وسیعی دارند (200- تا 1750 درجه سانتیگراد).

سنسورهای دما مبتنی بر نیمه هادی

سنسورهای دما مبتنی بر نیمه هادی (که سنسورهای آی سی نیز نامیده می شوند) دارای یک مدار مجتمع دوگانه (IC) هستند که شامل دو دیود مشابه است. دیودها و ولتاژ حساس به دما دما را اندازه گیری می کنند. این سنسورها خروجی خطی منطقی را ارائه می دهند. با این حال، آنها بین 1 تا 5 درجه سانتیگراد دقت کمتری دارند.

سنسورهای مبتنی بر نیمه هادی برای کاربردهای تعبیه شده مناسب هستند، اما برخلاف سایر سنسورهای دما، از نظر الکتریکی و مکانیکی به اندازه ترموکوپل ها و RTD ها مقاوم نیستند.

آشکارسازهای دمای مقاومتی (RTD)

آشکارسازهای دمای مقاومتی (RTD) که به عنوان دماسنج مقاومتی نیز شناخته می شوند، سنسورهای دما هستند که اندازه گیری های بسیار دقیقی را ارائه می دهند. آنها از فلزات رسانا با خلوص بالا (پلاتین، مس یا نیکل) ساخته شده اند که به سیم پیچ ها پیچیده می شوند. مقاومت آنها مشابه مقاومت سنسور دمای ترمیستور است.

چه برنامه هایی از سنسورهای دما استفاده می کنند؟

سنسورهای دما برای انواع صنایع که نیازهای تجاری و مصرف کننده را برآورده می کنند مفید هستند. موارد زیر رایج ترین کاربردهایی هستند که از سنسورهای دما استفاده می کنند.

کاربردهای پزشکی

سنسورهای دما برای اندازه گیری سریع و دقیق دمای بدن بیمار استفاده می شود. آنها همچنین در دستگاه های تصویربرداری MRI و اسکنرهای سونوگرافی قابل حمل استفاده می شوند.

لوازم خانگی در خانه ما

سنسورهای دما در بسیاری از وسایل مورد استفاده قرار می گیرند که ممکن است درباره آنها ندانید. آنها در یخچال ها برای سرد نگه داشتن غذا و نوشیدنی ها، در اجاق هایی که برای پختن غذا در دمای خاص استفاده می شوند، و در تهویه مطبوع / بخاری های دیواری یافت می شوند. آنها همچنین در شارژرهای باتری یافت می شوند تا از شارژ کم و بیش از حد لوازم خانگی جلوگیری کنند.

وسایل نقلیه

سنسورهای دما در رادیاتور خودروهای مختلف قرار دارند. این موارد به شما هشدار می دهند که موتور بیش از حد داغ می شود، بنابراین از تجاوز موتور از حد مجاز دمای خود جلوگیری می کند. آنها همچنین در تنظیمات کنترل آب و هوا استفاده می شوند و به شما امکان می دهند فضای داخلی خودرو خود را خنک یا گرم کنید.

استخراج روغن

سنسورهای دما پایه و اساس اقدامات ایمن و موثر در صنعت استخراج نفت هستند. سکوهای حفاری نفت مجهز به حسگرهای دمایی داخلی هستند که کارگران را در صورت نیاز به توقف حفاری مطلع می کند.

سیستم های HVAC

سیستم های تهویه مطبوع به سنسورهای دما برای ارائه دمای بهینه برای یک اتاق یا ساختمان خاص نیاز دارند. آنها همچنین می توانند برای تشخیص نشتی استفاده شوند، مانند واحدهای تهویه مطبوع.

صنایع شیمیایی

صنایع شیمیایی از سنسورهای دما با کیفیت بالا و موثر برای اندازه گیری دماهای بسیار بالا در واکنش های شیمیایی استفاده می کند.

انرژی تجدید پذیر

منابع انرژی تجدیدپذیر برای کارکرد نیاز به تولید انرژی کارآمد دارند. بنابراین، آنها برای تنظیم و اندازه گیری دما به سنسورهای دما متکی هستند. توربین های بادی، کاربردهای احتراق زیست توده، پمپ های حرارتی خورشیدی و پایش زمین گرمایی همگی به سنسورهای دما نیاز دارند.

مدارهای مجتمع

مدارهای مجتمع در رایانه های رومیزی، لپ تاپ ها، تلفن های همراه و سایر دستگاه های الکترونیکی که ما هر روز استفاده می کنیم، یافت می شوند. آنها برای جلوگیری از گرمای بیش از حد به سنسورهای دمای سیلیکونی یکپارچه متکی هستند.

خلاصه

سنسورهای دما در همه جا در زندگی روزمره ما یافت می شوند، چه در خانه شما و چه در صنعتی که در آن کار می کنید. سنسورهای دما از دو فلز تشکیل شده‌اند که با اندازه‌گیری ولتاژ در پایانه‌های دیود در هنگام تغییر دما، ولتاژ یا مقاومت تولید می‌کنند.

انواع مختلفی از سنسورهای دما بسته به صنعت یا کاربرد مورد استفاده وجود دارد، اما آشکارسازهای دمای مقاومتی (RTD) محبوب ترین هستند زیرا در اندازه گیری های خود بسیار دقیق هستند.