ما هو مستشعر درجة الحرارة?

مستشعر درجة الحرارة هو جهاز يقيس مدى سخونة أو برودة الجسم, توفير قياس درجة الحرارة من خلال إشارة كهربائية بشكل مقروء. وأكثرها شيوعًا هي المزدوجات الحرارية وكاشفات درجة الحرارة المقاومة الحرارية.

أجهزة استشعار درجة حرارة الماء

مستشعر درجة حرارة الصين

أنواع أجهزة استشعار درجة الحرارة لمراكز البيانات

هناك أربعة أجهزة استشعار درجة حرارة رئيسية تستخدم اليوم في الإلكترونيات الحديثة: معامل درجة الحرارة السلبية (المجلس الوطني الانتقالي) الثرمستورات, كاشفات درجة حرارة المقاومة (أهداف التنمية المستدامة), المزدوجات الحرارية, وتكامل أشباه الموصلات (IC) أجهزة استشعار.
جهاز استشعار درجة الحرارة هو جهاز, عادة, كاشف درجة الحرارة الحرارية أو المقاومة, الذي يوفر قياس درجة الحرارة بشكل مقروء من خلال إشارة كهربائية.
مقياس الحرارة هو الشكل الأساسي لمقياس درجة الحرارة الذي يستخدم لقياس درجة السخونة والبرودة.

تستخدم أجهزة قياس درجة الحرارة في المجال الجيوتقني لمراقبة الخرسانة, الهياكل, تربة, ماء, الجسور, إلخ. للتغيرات الهيكلية بسبب التغيرات الموسمية.
الحرارية (ر / ج) يتكون من معدنين مختلفين يولدان جهدًا كهربائيًا يتناسب طرديًا مع التغير في درجة الحرارة. الحق في التنمية (كاشف درجة حرارة المقاومة) عبارة عن مقاومة متغيرة تتغير مقاومتها الكهربائية بشكل مباشر مع التغير في درجة الحرارة بدقة, قابل للتكرار, وبطريقة خطية تقريبا.

في حياتنا اليومية, يجب أن نرى موازين الحرارة في كثير من الأحيان, سخانات المياه, أفران الميكروويف, ثلاجات, إلخ. سيتم تطبيقها على جهاز مهم – مستشعر درجة الحرارة. ستقدم لك هذه المقالة أجهزة استشعار درجة الحرارة, مبادئ استشعار درجة الحرارة, وأنواع أجهزة استشعار درجة الحرارة.

نوع مستشعر درجة الحرارة:
في التطبيقات العملية, هناك العديد من أجهزة استشعار درجة الحرارة المتاحة, مع خصائص مختلفة وفقا للتطبيق الفعلي. تتكون أجهزة استشعار درجة الحرارة من نوعين فيزيائيين أساسيين:
1. نوع جهاز استشعار درجة الحرارة الاتصال
تتطلب هذه الأنواع من أجهزة استشعار درجة الحرارة اتصالاً جسديًا بالجسم الذي يتم استشعاره واستخدام التوصيل لمراقبة تغيرات درجة الحرارة. ويمكن استخدامها للكشف عن المواد الصلبة, السوائل أو الغازات على نطاق واسع من درجات الحرارة.

2. نوع مستشعر درجة الحرارة غير المتصل
تستخدم هذه الأنواع من أجهزة استشعار درجة الحرارة الحمل الحراري والإشعاع لمراقبة التغيرات في درجات الحرارة. ويمكن استخدامها للكشف عن السوائل والغازات التي تنبعث منها طاقة إشعاعية مع ارتفاع الحرارة واستقرار البرد في القاع في تيارات الحمل الحراري, أو للكشف عن الطاقة الإشعاعية المنقولة من الأجسام على شكل أشعة تحت الحمراء (شمس).
يتم تصنيف أجهزة استشعار درجة الحرارة التلامسية وغير التلامسية أيضًا إلى مستشعرات درجة الحرارة التالية.

مبدأ استشعار درجة الحرارة:
1. ترموستات
منظم الحرارة هو جهاز استشعار لدرجة حرارة التلامس يتكون من شريط ثنائي المعدن مصنوع من معدنين مختلفين, مثل الألومنيوم, نحاس, النيكل, أو التنغستن.

يؤدي الاختلاف في معاملات التمدد الخطي للمعدنين إلى خضوعهما لحركات ثني ميكانيكية عند تسخينهما.

الصورة الحقيقية للثرموستات

2. ترموستات ثنائية المعدن
يتكون منظم الحرارة من معدنين لهما مستويات حرارة مختلفة ملتصقة ببعضها البعض من الخلف إلى الخلف. عندما يكون الطقس باردا, تغلق جهات الاتصال ويتدفق التيار عبر منظم الحرارة. كما يسخن, يتمدد أحد المعدنين أكثر من الآخر, والشرائط ثنائية المعدن المستعبدة تنحني للأعلى (أو إلى الأسفل), فتح الاتصالات ومنع تدفق الكهرباء.

الصورة المادية ترموستات ثنائية المعدن

هناك نوعان رئيسيان من الشرائط ثنائية المعدن, تعتمد بشكل أساسي على حركتها عند تعرضها للتغيرات في درجات الحرارة. هناك أنواع "الإجراء المفاجئ" التي تنتج إجراءً فوريًا من نوع "تشغيل/إيقاف" أو "إيقاف/تشغيل" على نقاط الاتصال الكهربائية عند نقطة درجة حرارة محددة, والأنواع "الزاحفة" الأبطأ التي تغير موقعها تدريجيًا مع تغير درجة الحرارة .
مخطط مبدأ عمل منظم الحرارة ثنائي المعدن

تُستخدم منظمات الحرارة المفاجئة بشكل شائع في منازلنا للتحكم في نقاط ضبط درجة حرارة الأفران, الحديد, غمر خزانات الماء الساخن, ويمكن العثور عليها أيضًا على الجدران للتحكم في أنظمة التدفئة المنزلية.

تتكون أنواع الزاحف عادةً من ملفات ثنائية المعدن أو حلزونات تنفتح ببطء أو تلتف مع تغير درجة الحرارة. بشكل عام, تعد الشرائط ثنائية المعدن ذات النمط الزاحف أكثر حساسية للتغيرات في درجات الحرارة من أنواع التشغيل/الإيقاف القياسية لأن الشرائط أطول وأرق, مما يجعلها مثالية للاستخدام على موازين الحرارة والأقراص, إلخ.

3. الثرمستور
عادة ما تكون الثرمستورات مصنوعة من مواد سيراميكية, مثل النيكل, أكاسيد المنغنيز أو الكوبالت المطلية بالزجاج, مما يجعلها تتضرر بسهولة. ميزتها الرئيسية على أنواع الإجراءات المفاجئة هي مدى سرعة استجابتها لأي تغيرات في درجة الحرارة, الدقة والتكرار.

معظم الثرمستورات لها معامل درجة حرارة سلبي (المجلس الوطني الانتقالي), مما يعني أن مقاومتها تقل مع زيادة درجة الحرارة. لكن, هناك بعض الثرمستورات التي لها معامل درجة حرارة موجب (المؤسسة العامة للاتصالات) وتزداد مقاومتها مع ارتفاع درجة الحرارة.

الصورة المادية للثرمستور

يتم تصنيف الثرمستورات على أساس مقاومتها في درجة حرارة الغرفة (عادة 25 س ج), وقتهم ثابت (الوقت الذي يستغرقه للتفاعل مع التغير في درجة الحرارة), وتصنيف قوتها بالنسبة للتيار المتدفق من خلالها. مثل المقاومات, الثرمستورات لها قيم مقاومة في درجة حرارة الغرفة تتراوح من 10 ميغا أوم إلى عدد قليل من أوم, ولكن لأغراض الاستشعار، تُستخدم عادةً تلك الأنواع المقاسة بالكيلو أوم.

4. مثال على مستشعر درجة الحرارة رقم 1
قيمة المقاومة للثرمستور التالي عند 25 درجة مئوية هي 10KΩ, وقيمة المقاومة عند 100 درجة مئوية هي 100Ω. احسب انخفاض الجهد عبر الثرمستور عند توصيله على التوالي مع مقاومة 1kΩ لحساب جهد الخرج (فوت) عبر مصدر 12 فولت في كلتا درجتي الحرارة.
مثال على الرسم البياني لجهاز استشعار درجة الحرارة

عن طريق تغيير قيمة المقاوم الثابتة R2 (1kΩ في مثالنا) إلى مقياس الجهد أو قيمة محددة مسبقا, يمكن الحصول على خرج الجهد عند نقطة ضبط درجة الحرارة المحددة مسبقًا, على سبيل المثال خرج 5 فولت عند 60 درجة مئوية. ومن خلال تغيير مقياس الجهد للحصول على مستوى جهد خرج محدد، يمكن الحصول عليه على نطاق أوسع من درجات الحرارة.

لكن, وتجدر الإشارة إلى أن الثرمستورات هي أجهزة غير خطية, وتختلف قيم المقاومة القياسية للثرمستورات المختلفة في درجة حرارة الغرفة, ويرجع ذلك أساسًا إلى أنها مصنوعة من مواد شبه موصلة. تتغير الثرمستورات بشكل كبير مع درجة الحرارة وبالتالي يكون لها ثابت درجة حرارة بيتا (ب) والتي يمكن استخدامها لحساب المقاومة عند أي نقطة درجة حرارة معينة.

لكن, عند استخدامها مع المقاومات المتسلسلة, كما هو الحال في شبكة مقسم الجهد أو ترتيب نوع جسر ويتستون. التيار الذي يتم الحصول عليه استجابة للجهد المطبق على شبكة مقسم الجهد / الجسر يكون خطيًا مع درجة الحرارة. ثم يتزايد جهد الخرج عبر المقاوم بشكل خطي مع درجة الحرارة.