اندازه گیری دما یکی از مهم‌ترین پارامترها در بسیاری از فرایندهای صنعتی، آزمایشگاهی و تولیدی است. کنترل دما می‌تواند مستقیماً بر کیفیت محصول، ایمنی تجهیزات، مصرف انرژی و عملکرد صحیح ماشین آلات تأثیر بگذارد. به همین دلیل، استفاده از تجهیزات اندازه گیری مناسب برای تشخیص و ثبت تغییرات دما اهمیت زیادی دارد. سنسورهای دما این وظیفه را بر عهده دارند و با تبدیل تغییرات دمایی به یک سیگنال قابل اندازه گیری، امکان نمایش، پایش و کنترل دما را فراهم می‌کنند.

سنسور دما چیست؟

سنسور دما تجهیزی است که تغییرات دمای محیط، سیال، سطح یا یک قطعه را تشخیص داده و آن را به یک کمیت قابل اندازه گیری مانند تغییر مقاومت الکتریکی یا ولتاژ تبدیل می‌کند. این سیگنال می‌تواند مستقیماً توسط تجهیزات اندازه گیری یا از طریق ترانسمیتر و سیستم کنترل مانند PLC دریافت و پردازش شود.

نحوه عملکرد سنسور به تکنولوژی به کار رفته در آن بستگی دارد. برای مثال، در RTD تغییر مقاومت فلز با تغییر دما اندازه گیری می‌شود، در حالی که ترموکوپل با استفاده از اختلاف پتانسیل ایجاد شده میان دو فلز متفاوت، دما را مشخص می‌کند. ترمیستور نیز بر اساس تغییر مقاومت یک ماده نیمه‌رسانا نسبت به دما عمل می‌کند.

در کاربردهای صنعتی، انتخاب سنسور صرفاً بر اساس محدوده اندازه گیری انجام نمی‌شود و عواملی مانند دقت، سرعت پاسخ، شرایط محیطی، نوع سیگنال، نحوه نصب و سازگاری با سیستم کنترل نیز باید در نظر گرفته شوند.

در رسانه srcsl اینگونه حسگر دما معرفی شده است:

A temperature sensor is a system that detects variations in air or water temperature and transforms them into an electrical signal that is sent to an electronic system. This signal triggers specific changes in that electronic system to regulate the temperature.

ترجمه: حسگر دما سیستمی است که تغییرات دمای هوا یا آب را تشخیص داده و آن‌ها را به سیگنالی الکتریکی تبدیل می‌کند؛ این سیگنال به یک سیستم الکترونیکی ارسال می‌شود و تغییرات خاصی را در آن سیستم برای تنظیم دما ایجاد می‌کند.

منبع:

https://srcsl.com/en/types-sensors-temperature/

معرفی انواع سنسور دما

انواع سنسور دما از نظر فناوری اندازه گیری و ساختار با یکدیگر تفاوت دارند. سه گروه RTD، ترموکوپل و ترمیستور از رایج ترین گزینه‌ها برای اندازه گیری الکترونیکی دما هستند و در بسیاری از تجهیزات صنعتی مورد استفاده قرار می‌گیرند.

سنسور RTD

RTD یا Resistance Temperature Detector یکی از پرکاربردترین سنسورها در صنایع است. این تجهیز با اندازه گیری تغییر مقاومت یک فلز، دما را تعیین می‌کند. پلاتین به دلیل پایداری، دقت و رفتار قابل پیش‌بینی، رایج‌ترین ماده مورد استفاده در RTDها است.

Pt100 یکی از شناخته شده ترین انواع RTD است که مقاومت اسمی آن در دمای صفر درجه سانتی‌گراد 100 اهم است. مدل‌های دو سیمه، سه سیمه و چهار سیمه برای کاربردهای مختلف وجود دارند. در کاربردهای صنعتی، مدل سه سیمه بسیار رایج است؛ زیرا امکان جبران اثر مقاومت سیم‌های رابط را فراهم می‌کند.

در مواردی که دقت و پایداری اندازه گیری اهمیت بالایی دارد، RTD معمولاً گزینه مناسبی محسوب می‌شود. برای مثال، در زمان خرید سنسور pt100 باید علاوه بر مقاومت اسمی، کلاس دقت، نوع اتصال، محدوده دمایی، جنس غلاف و شرایط نصب نیز بررسی شود.

سنسور ترموکوپل

ترموکوپل از دو فلز متفاوت تشکیل شده است که در یک نقطه به یکدیگر متصل می‌شوند. هنگامی که بین محل اتصال و نقطه مرجع اختلاف دما وجود داشته باشد، ولتاژ کوچکی ایجاد می‌شود که می‌توان از آن برای تعیین دما استفاده کرد. این پدیده به اثر سیبک یا Seebeck Effect شناخته می‌شود.

ترموکوپل‌ها انواع مختلفی مانند K، J، T، E، R و S دارند. نوع فلزات استفاده شده در هر مدل، محدوده دمایی و مشخصات عملکرد آن را تعیین می‌کند. به همین دلیل، انتخاب نوع ترموکوپل باید متناسب با دمای فرایند و شرایط کاری انجام شود.

برای نمونه، ترموکوپل نوع t در برخی کاربردهای اندازه گیری دما، به خصوص در محدوده‌های دمایی پایین‌تر، مورد استفاده قرار می‌گیرد. در مقابل، ترموکوپل‌های K، R و S در بسیاری از کاربردهای دمای بالا، از جمله تجهیزات حرارتی و کوره‌ها، کاربرد دارند.

یکی از مزایای مهم ترموکوپل، محدوده دمایی گسترده و مقاومت مناسب آن در محیط‌های صنعتی است. با این حال، خروجی آن نسبتاً کوچک است و برای اندازه گیری دقیق معمولاً به جبران اتصال سرد یا Cold Junction Compensation نیاز دارد.

سنسور ترمیستور

ترمیستور نیز از خانواده سنسورهای مقاومتی محسوب می‌شود، اما برخلاف RTD معمولاً از مواد نیمه رسانا ساخته می‌شود. مقاومت این سنسور با تغییر دما تغییر می‌کند و می‌توان از این تغییر برای محاسبه دما استفاده کرد.

دو نوع رایج ترمیستور شامل NTC و PTC است. در NTC با افزایش دما، مقاومت کاهش پیدا می‌کند؛ در حالی که در PTC افزایش دما باعث افزایش مقاومت می‌شود.

ترمیستورها معمولاً حساسیت بالایی دارند و برای اندازه گیری تغییرات نسبتاً کوچک دما مناسب هستند، اما محدوده کاری آن‌ها در مقایسه با بسیاری از ترموکوپل‌ها محدودتر است. به همین دلیل بیشتر در تجهیزات الکترونیکی، سیستم‌های کنترل دما و برخی کاربردهای اندازه گیری استفاده می‌شوند.

کاربرد سنسورهای دما در صنعت

کاربرد این تجهیزات به اندازه گیری ساده دما محدود نمی‌شود و در بسیاری از سیستم‌های کنترل و اتوماسیون صنعتی نقش مهمی دارند. برخی از مهم‌ترین کاربردها عبارت‌اند از:

• کوره‌های صنعتی و آزمایشگاهی: کنترل و پایش دمای محفظه یا قطعات در حال فرایند

• صنایع غذایی: کنترل دمای پخت، نگهداری و فرایند تولید

• صنایع دارویی و شیمیایی: کنترل دقیق دما در فرایندهای حساس

• سیستم‌های HVAC: اندازه گیری دمای هوا، آب و تجهیزات تهویه

• ماشین آلات صنعتی: پایش دمای موتور، یاتاقان و تجهیزات مکانیکی

• صنایع نفت و گاز: اندازه گیری دمای سیالات و تجهیزات فرایندی

• سیستم‌های اتوماسیون: ارسال اطلاعات دما به PLC، کنترلر یا سیستم مانیتورینگ

• آزمایشگاه‌ها: اندازه گیری و ثبت دقیق دمای نمونه‌ها و تجهیزات

در سیستم‌های پایش وضعیت نیز اندازه گیری مداوم دما می‌تواند برای تشخیص تغییرات غیرعادی در عملکرد تجهیزات و برنامه‌ریزی تعمیرات پیشگیرانه مورد استفاده قرار گیرد.

هنگام انتخاب سنسور دما به چه نکاتی توجه کنیم؟

انتخاب سنسور مناسب باید بر اساس شرایط واقعی فرایند انجام شود. مهم‌ترین مواردی که پیش از انتخاب باید بررسی شوند عبارت‌اند از:

• محدوده دمایی: سنسور باید توانایی کار در حداقل و حداکثر دمای فرایند را داشته باشد.

• دقت مورد نیاز: در فرایندهای حساس، میزان خطای مجاز اهمیت زیادی دارد.

• سرعت پاسخ: برای فرایندهایی که دما با سرعت تغییر می‌کند، زمان پاسخ سنسور اهمیت بیشتری پیدا می‌کند.

• شرایط محیطی: فشار، رطوبت، مواد خورنده، لرزش و ضربه می‌توانند در انتخاب ساختار سنسور مؤثر باشند.

• نوع اتصال: تعداد سیم‌ها در RTD و نوع اتصال ترموکوپل می‌تواند بر دقت اندازه گیری تأثیر بگذارد.

• سازگاری با سیستم کنترل: خروجی سنسور باید با تجهیزات اندازه گیری، ترانسمیتر یا ورودی PLC سازگار باشد.

• جنس و ساختار غلاف: در محیط‌های صنعتی، غلاف مناسب می‌تواند از المان اندازه گیری در برابر شرایط فرایند محافظت کند.

برای مثال، در RTDهای سه سیمه و چهار سیمه، نحوه سیم‌بندی برای کاهش خطای ناشی از مقاومت سیم‌های رابط اهمیت دارد.

جمع بندی

سنسورهای اندازه گیری دما یکی از اجزای مهم سیستم‌های ابزار دقیق هستند و انتخاب صحیح آن‌ها می‌تواند بر دقت کنترل فرایند و عملکرد تجهیزات تأثیر مستقیم داشته باشد. RTD ها، ترموکوپل‌ها و ترمیستورها هر کدام ویژگی‌ها و محدوده کاربرد متفاوتی دارند و باید بر اساس نیاز واقعی سیستم انتخاب شوند. در محیط‌های صنعتی نیز توجه به محدوده دما، دقت، شرایط محیطی، نحوه نصب و نوع سیگنال خروجی، بخش مهمی از فرایند انتخاب تجهیزات اندازه گیری دما محسوب می‌شود.