انواع سنسور حرارتی
تاريخ :
۱۳۹۱/۶/۲۰
خطاها و انواع حس گرهای حرارتی
برای اندازه گیری دما انواع مختلفی از حس گرها وجود دارد. برخی از حس گرها نوع قدیمی تر عبارتند از ترموكوپل ها RTD ها و ترمیستورها.
خطاهای اندازه گیری شامل موارد زیر می شود:
- حس گر دما RTD
- مبحث بعدی انواع RTD
انواع حس گرهای اندازه گیری:
برای اندازه گیری دما انواع مختلفی از حس گرها وجود دارد. برخی از حس گرها نوع قدیمی تر عبارتند از ترموكوپل ها RTD ها و ترمیستورها. این حس گرها به دلیل محاسن و كارایی زیاد ه طور گسترده به كار میروند نسل جدید حس گرها مانند حس گرهای مدار مجتمع و ابزار های سنجش دما به روش تابش تنها برای تعداد محدودی از كاربردها شناخته شده است و مورد استفاده قرار میگیرد.
انتخاب نوع حس گر بستگی به میزان دقت محدوده دمایی سرعت پاسخ اتصال حرارتی محیط (از نظر شیمیایی الكتریكی و یا فیزیكی بودن) و همچنین قیمت دارد.
همینطور كه در جدول زیر ملاحظه میكنید برای اندازه گیری دماهای پایین و بسیار بالا مناسبتری انتخاب ترموكوپل ها می باشند. محدوده اندازه گیری معمول ترموكوپل ها بین 270 - تا 2600+است. ترموكوپل ارزان و بسیار مقاوم است و میتوان از انها در بسیاری از محیط های فیزیكی و شیمیایی استفاده كرد. برای عملكرد آن ها نیاز به تغذیه خارجی و جود ندارد و دقت آنها معمولا مثبت منفی یك درجه است.
|
نام حس گر
|
محدوده دمايي (درجه سانتيگراد)
|
دقت(مثبت منفي سانتيگراد)
|
قيمت
|
ميزان مقاومت
|
|
ترموكوپل
|
2600+تا270-
|
1
|
پايين
|
بسيار بالا
|
|
RTD
|
600+تا200-
|
0.2
|
متوسط
|
بالا
|
|
ترميستور
|
200+تا50-
|
0.2
|
پايين
|
متوسط
|
|
مدار مجتمع
|
125+تا40-
|
1
|
پايين
|
پايين
|
RTD ها در محدوده دماهای میانی از 200-تا600+ سانتیگراد بكار می روند. این حس گرها دقت بالا معمولا در محدود مثبت منفی 2 درجه سانتیگراد را دارا میباشند. RTD ها همچنین میتوانند در بیشتر محیطهای فیزیكی و شیمیایی استفاده شوند ولی به اندازه ترموكوپلها مقاوم نیستند.
ترمیستورها در كاربردهای دمایی پایین تا میانی در محدوده 50-تا 200+ بكار میروند این حس گرها به اندازه ترموكوپل ها و RTD ها مقاوم نیستند و نمیتوان از انها به راحتی در محیط های شیمیایی استفاده كرد. ترمیستورها ارزانقیمت هستند.
حس گرهای نیمه هادی در كاربردهایی با دمای پایین و در محدوده 40-تا125+ بكار میروند اتصال انها با محیط كامل نیست. قیمت ارزانی دارند و در بعضی از مدل ها مستقیم و بدون نیاز به مبل A/D به كامپیوتر وصل می شوند.
|
حس گر
|
مزايا
|
معايب
|
|
ترموكوپل
|
محدوده دمايی وسيع
قيمت پايين
مقاوم
|
غير خطی
حساسيت پايين
نياز به تنظيم اتصال مرجع
در معرض اغتشاش الكتريكی
|
|
RTD
|
خطی
محدوده دمايی وسيع
پايداری بلا
|
زمان پاسخ دهي طولانی
قيمت بالا
نياز به منبع جريان
حساسی به ضربه
|
|
ترميستور
|
زمان پاسخ دهی كوتاه
قيمت پايين
اندازه كوچك
تغيير بزرگ در مقاومت نسبت به دما
|
غير خطی
نياز به منبع جريان
محدوده دمايی محدود
بدون تنظيم به اساني قابل تنظيم نيست
|
|
مدار مجتمع
|
بسيار خطي
قيمت پايين
حس گر خروجي رقمي را ميتوان بدون نياز به A/D به ريز پردازنده وصل نمود
|
محدوده دمايی محدود
نياز به منبع جريان و يا ولتاژ دارد
خطاهای ناشي از عملكرد خود مجموعه را دارد
عم اتصال كامل حرارتی با محيط
|
مزایا و معایب حسگر ها
خطاهای اندازه گيری:
منابع مختلفی می تواند براي ايجاد خطا در حين اندازه گيری دما وجود داشته باشد كه برخی از خطاهای مهم توضيح داده می شود.
خطاهای تنظيم:
خطاهای تنظیم در اثر خطاهای انحراف و خطای خطی پدید میاید.این خطاها در اثر چرخه های طولانی حرارتی
ایجاد می شود و معمولا سازندگان توصیه می‌كنند كه ابزار اندازه گیری را هر چند وقت یك بار تنظیم كنید. در زمان تعویض حس گر از همان نوع حتما باید عمل تنظیم مجددا صورت پذیرد. RTD ها دقیقترین و پایدار ترین حس گرها هستند.
ايجاد حرارت در اثر عمل حس گر:
RTD ها ترمیستورها و حس گرهای نیمه هادی برای خواندن خارجی نیاز به منبع تغذیه خارجی دارند. این منبع می‌تواند سبب گرم شدن حس گر و در عمل خواندن خطا ایجاد كند.
اغتشاش الكتريكی:
اغتشاش الكتریكی(noise) سبب ایجاد خطا در اندازه گیری میشود. ترموكوپل ها ولتاژ بسیار پایینی تولید می كنند و به همین دلیل اغتشاش می‌تواند به راحتی بر اندازه گیری آنها اثر بگذارد. با استفاده از فیلترهای پایین گذر دور نگه داشتن حس گرها و سیم ها از ابزارهای الكتریكی میتوان این مقدار را به حداقل رساند.
فشار مكانيكی:
برخی حس گرها مثل RTD ها به فشار مكانيكی حساس هستند و وقتی در معرض فشار قرار می گيرند خروجی های نادرست ايجاد می كنند. با اجتناب از تغيیر فرم حس گر استفاده نكردن از مواد چسبنده برای اتصال ثابت حس گر و استفاده از ترموكوپل كه حساسيت كمتری نسبت به فشار مكانيكی دارند می توانند راه گشای باشد.