حس گرهای حرارتی

 حس گرهای حرارتی

برای اندازه گیری دما انواع مختلفی از حس گرها وجود دارد. برخی از حس گرها نوع قدیمی تر عبارتند از ترموکوپل ها RTD ها و ترمیستورها. این حس گرها به دلیل محاسن و کارایی زیاد بطور گسترده به کار می روند نسل جدید حس گرها مانند حس گرهای مدار مجتمع و ابزار های سنجش دما به روش تابش تنها برای تعداد محدودی از کاربردها شناخته شده است و مورد استفاده قرار می گیرد. انتخاب نوع حس گر بستگی به میزان دقت محدوده دمایی سرعت پاسخ اتصال حرارتی محیط (از نظر شیمیایی الکتریکی و یا فیزیکی بودن) و همچنین قیمت دارد.

مباحث مربوط به حس گرهای حرارتی

• خطاهای اندازه گیری
• حسگر 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 ترموکوپل ها RTD ها و ترمیستورها. این حس گرها به دلیل محاسن و کارایی زیاد ه طور گسترده به کار میروند نسل جدید حس گرها مانند حس گرهای مدار مجتمع و ابزار های سنجش دما به روش تابش تنها برای تعداد محدودی از کاربردها شناخته شده است و مورد استفاده قرار می گیرد. انتخاب نوع حس گر بستگی به میزان دقت محدوده دمایی سرعت پاسخ اتصال حرارتی محیط (از نظر شیمیایی الکتریکی و یا فیزیکی بودن) و همچنین قیمت دارد.

همینطور که در جدول زیر ملاحظه می کنید برای اندازه گیری دماهای پایین و بسیار بالا مناسبتری انتخاب ترموکوپل ها می باشند. محدوده اندازه گیری معمول ترموکوپل ها بین 270 - تا 2600+است. ترموکوپل ارزان و بسیار مقاوم است و میتوان از انها در بسیاری از محیط های فیزیکی و شیمیایی استفاده کرد. برای عملکرد آن ها نیاز به تغذیه خارجی و جود ندارد و دقت آن ها معمولا مثبت منفی یک درجه است.

RTD ها در محدوده دماهای میانی از 200-تا600+سانتیگراد بکار میروند. این حس گرها دقت بالا معمولا در محدود مثبت منفی 2 درجه سانتیگراد را دارا می باشند. RTD ها همچنین می توانند در بیشتر محیط های فیزیکی و شیمیایی استفاده شوند ولی به اندازه ترموکوپل ها مقاوم نیستند. ترمیستورها در کاربردهای دمایی پایین تا میانی در محدوده 50-تا 200+ بکار میروند این حس گرها به اندازه ترموکوپل ها و RTD ها مقاوم نیستند و نمیتوان از انها به راحتی در محیط های شیمیایی استفاده کرد. ترمیستورها ارزان قیمت هستند. حس گرهای نیمه هادی در کاربردهایی با دمای پایین و در محدوده 40-تا125+ بکار میروند اتصال انها با محیط کامل نیست. قیمت ارزانی دارند و در بعضی از مدل ها مستقیم و بدون نیاز به مبل A/D به کامپیوتر وصل می شوند.

مزایا و معایب حس گرها

• حس گر
• مزایا
• معایب
• ترموکوپل
• محدوده دمایی وسیع
• قیمت پایین
• مقاوم
• غیر خطی
• حساسیت پایین
• نیاز به تنظیم اتصال مرجع
• در معرض اغتشاش الکتریکی
• RTD  
• خطی
• محدوده دمایی وسیع
• پایداری بلا
• زمان پاسخ دهی طولانی
• قیمت بالا
• نیاز به منبع جریان
• حساسی به ضربه
• ترمیستور
• زمان پاسخ دهی کوتاه
• قیمت پایین
• اندازه کوچک
• تغییر بزرگ در مقاومت نسبت به دما
• غیر خطی
• نیاز به منبع جریان
• محدوده دمایی محدود
• بدون تنظیم به اسانی قابل تنظیم نیست
• مدار مجتمع
• بسیار خطی
• قیمت پایین
• حس گر خروجی رقمی را می توان بدون نیاز به A/D به ریز پردازنده وصل نمود
• محدوده دمایی محدود
• نیاز به منبع جریان و یا ولتاژ دارد
• خطاهای ناشی از عملکرد خود مجموعه را دارد
• عم اتصال کامل حرارتی با محیط

خطاهای اندازه گیری

منابع مختلفی می تواند برای ایجاد خطا در حین اندازه گیری دما وجود داشته باشد که برخی از خطاهای مهم توضیح داده می شود.

خطاها ی تنظیم

خطاهای تنظیم در اثر خطاهای انحراف و خطای خطی پدید میاید. این خطاها در اثر چرخه های طولانی حرارتی ایجاد میشود و معمولا سازندگان توصیه میکنند که ابزار اندازه گیری را هر چند وقت یک بار تنظیم کنید. در زمان تعویض حس گر از همان نوع حتما باید عمل تنظیم مجددا صورت پذیرد. RTD ها دقیقترین و پایدار ترین حس گر ها هستند.

ایجاد 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 کند.

اغتشاش الکتریکی

اغتشاش الکتریکی (noise) سبب ایجاد خطا در اندازه گیری میشود. ترموکوپلها ولتاژ بسیار پایینی تولید میکنند و به همین دلیل اغتشاش می تواند به راحتی بر اندازه گیری انها اثر بگذارد. با استفاده از فیلترهای پایین گذر دور نگه داشتن حسگرها و سیمها از ابزارهای الکتریکی می توان این مقدار را به حداقل رساند.

فشار مکانیکی

برخی حس گرها مثل RTD ها به فشار مکانیکی حساس هستند و وقتی در معرض فشار قرار میگیرند خروجیهای نادرست ایجاد میکنند. با اجتناب از تغیر فرم حس گر استفاده نکردن از مواد چسبنده برای اتصال ثابت حس گر و استفاده از ترموکوپل که حساسیت کمتری نسبت به فشار مکانیکی دارند می توانند راه گشای باشد.

برخی مدل های پیشنهادی با توجه به این زمینه کاری