تعریف سنسور دما
سنسور دما (Temperature Sensor)، دستگاه یا تجهیزی الکترونیکی است که میزان تغییرات دما را شناسایی و آن ها را به سیگنال های الکتریکی قابل اندازه گیری تبدیل می کند. این تبدیل معمولاً به وسیله تغییراتی در خواص فیزیکی مواد مانند مقاومت الکتریکی یا ولتاژ انجام می شود. به عبارت دیگر، سنسور دما پلی میان دنیای فیزیکی (دمای محیط یا جسم) و دنیای الکترونیکی (سیگنال های قابل پردازش) محسوب میگردد.
مشخصه های اصلی سنسور دما چیست؟
هنگام انتخاب یک حسگر دما، تأثیر هر مشخصه را بر اندازه گیری های خود درک کنید و مطمئن شوید که سنسوری را انتخاب کنید که با نیازهای پروژه شما مطابقت داشته باشد. از ویژگی های زیر برای تعریف قابلیت ها و عملکرد سنسور دما میتوانید استفاده کنید. این مشخصه ها برای همه انواع سنسور دما اعمال می شود.
پس از انتخاب سنسور دمایی که استفاده می کنید، مانند ترموکوپل ها، RTD ها یا ترمیستورها، قبل از انتخاب سنسور مناسب برای پروسه های فرآیند خود، حتماً ملاحظات بیشتر حسگر دما را بررسی کنید. در ادامه به برخی از ویژگی های حسگرها دما اشاره می کنیم:
میزان دقت اندازه گیری بالا: در بسیاری از کاربردها، دقت اندازه‌گیری دما برای کنترل دقیق فرآیندها ضروری است.
پایداری و قابلیت اطمینان: سنسورهای دما باید در شرایط محیطی متغیر عملکرد خوبی داشته باشند.
سرعت پاسخدهی فوق العاده: برخی فرآیندها نیاز به اندازه‌گیری سریع تغییرات دما دارند.
مقاومت در برابر شرایط سخت: در صنایع سنگین، سنسورها باید مقاومت لازم در برابر ضربه، لرزش و شرایط محیطی نامساعد را داشته باشند.سنسورهای دما به دلیل ویژگی‌های فوق، از تجهیزات حیاتی در سیستم‌های نظارتی، کنترل و اتوماسیون به شمار می‌روند.
اصول عملکرد سنسور دما
اصول عملکرد سنسور دما بر مبنای تغییر مشخصه ها یا ویژگی های الکتریکی مواد نسبت به تغییرات دما است. در واقع، با افزایش یا کاهش میزان دما، برخی از خواص فیزیکی مواد تغییر کرده و این تغییرات می توانند به صورت الکتریکی اندازه گیری گردند. در این بخش به توضیح چند اصل عملکرد مهم در حسگرهای دما پرداخته می شود:
1. اثر سیبک (Seebeck Effect)
اثر سیبک بر پایه اختلاف دما بین دو نقطه از یک مدار بسته اتفاق می‌افتد. در این حالت، اختلاف دما باعث ایجاد ولتاژ در مدار می‌شود که مقدار آن به اختلاف دما بستگی دارد. ترموکوپل‌ها از این اصل برای اندازه‌گیری دما بهره می‌برند.
2. تغییر مقاومت الکتریکی
بسیاری از سنسورهای دما از جمله RTD و ترمیستور بر اساس تغییرات مقاومت الکتریکی مواد نسبت به دما عمل می کنند. به عنوان دما افزایش می یابد، مقاومت الکتریکی تغییر می کند که این تغییر به عنوان خروجی سنسور ثبت میگردد.
3. تابش مادون قرمز
سنسورهای دمایی مادون قرمز از تابش حرارتی ساطع شده توسط اجسام استفاده می‌کنند. هر جسم دمایی معینی تابش حرارتی دارد و این تابش در باند مادون قرمز قابل اندازه‌گیری است. این سنسورها امکان اندازه‌گیری دما به صورت غیر تماس را فراهم می‌کنند.
4. خواص نیمه هادی
سنسورهای دمایی مبتنی بر نیمه هادی ها از تغییرات پارامترهای الکترونیکی مانند جریان و ولتاژ در تراشه های نیمه هادی بهره می گیرند. این سنسورها به دلیل مصرف پایین انرژی و امکان یکپارچه سازی با مدارهای دیجیتال بسیار مورد توجه قرار گرفته اند.
این اصول عملکردی به تولیدکنندگان تجهیزات ابزار دقیق کمک می کنند تا بر اساس نیازهای کاربردی خود، سنسور دما مناسب را طراحی و تولید کنند.
انواع سنسور دما
در بازار انواع مختلفی از سنسورهای دما وجود دارد که هر کدام براساس ویژگی ها، دقت، سرعت پاسخ و شرایط محیطی متفاوت کاربرد دارند. در ادامه به بررسی مهم‌ترین انواع سنسور دما پرداخته‌ایم:
حسگر دما ترموکوپل
ترموکوپل ها از قدیمی ترین، پرفروش ترین و در عین حال پرمصرف ترین سنسورهای دما هستند که بر پایه اثر سیبک عمل می‌کنند. در این نوع سنسور، دو فلز مختلف به یکدیگر متصل شده و در نقاط اتصال اختلاف دما ایجاد می‌شود که باعث تولید ولتاژ الکتریکی میگردد.
ویژگی ها
ترموکوپل‌ها قادر به اندازه‌گیری دماهای بسیار بالا تا چندین هزار درجه سلسیوس هستند.
به دلیل ساختار ساده، پاسخ سریع به تغییرات دما دارند.
مناسب برای کاربردهای صنعتی سنگین.
معایب
نیاز به جبران اختلاف دمایی محل اتصال
در برخی کاربردهای حساس جفت های حرارتی ممکن است دقت کافی ارائه ندهند.
حسگر دما مقاومتی RTD
سنسورهای RTD، بر اساس تغییرات مقاومت الکتریکی یک ماده (معمولاً پلاتین) نسبت به دما عمل می کنند. این سنسورها به دلیل پایداری بالا و دقت بسیار مناسب در کاربردهای علمی و صنعتی مورد استفاده قرار می گیرند.