حسگرحرارتی (Thermal sensor)

چکیده :

برای اندازه گیری دما انواع مختلفی از حسگر ها وجود دارد. برخی از حسگر ها نوع قدیمی تر عبارتند از ترموکوپل ها RTD ها و ترمیستورها . این حسگر ها به دلیل محاسن و کارایی زیاد به طور گسترده به کار می روند.

مقدمه :

نسل جدید حسگرها مانند حس گر های 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 حسگر بستگی به میزان دقت محدوده دمایی سرعت پاسخ اتصال حرارتی محیط    ( از نظر شیمیایی الکتریکی و یا فیزیکی بودن ) و همچنین قیمت دارد .

شرح و توصیف :

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

RTD ها در محدوده دماهای میانی از 200- تا600+ سانتیگراد بکار می روند. این حسگر هادقت بالا معمولاً 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 می روند این حسگر هابه اندازه ترموکوپل ها و RTD ها مقاوم نیستند و نمی توان 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- تا 125+ بکار می روند 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 حسگر ها :

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.

خطا های تنظیم :

خطاهای تنظیم در اثر خطاهای انحراف و خطای خطی پدید می آید .این خطاها در اثر چرخه های طولانی حرارتی ایجاد می شود و معمولا سازندگان توصیه می کنند که ابزار اندازه گیری را هر چند وقت یک بار تنظیم کنید . در زمان تعویض حسگراز همان نوع حتما باید عمل تنظیم مجددا صورت پذیرد. RTD ها دقیقترین و پایدار ترین حسگرها 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 می تواند سبب گرم شدن حسگرو در عمل خواندن خطا ایجاد کند.

اغتشاش الکتریکی :

اغتشاش الکتریکی ( noise ) سبب ایجاد خطا در اندازه گیری می شود . ترموکوپل ها ولتاژ بسیار پایینی تولید می کنند و به همین دلیل اغتشاش می تواند به راحتی بر اندازه گیری انها اثر بگذارد . با استفاده از فیلترهای پایین گذر دور نگه داشتن حسگر ها و سیم ها از ابزار های الکتریکی می توان این مقدار را به حداقل رساند.

فشار مکانیکی:

برخی حسگر ها مثل RTD ها به فشار مکانیکی حساس هستند و وقتی در معرض فشار قرار می گیرند خروجی های نادرست ایجاد می کنند . با اجتناب از تغیر فرم حسگر استفاده نکردن از مواد چسبنده برای اتصال ثابت حسگرو استفاده از ترموکوپل که حساسیت کمتری نسبت به فشار مکانیکی دارند می توانند راه گشای باشد .