سنسور دما ( NTC / RTD ) مفهوم, توسعه و طبقه بندی

من. مفاهیم اولیه سنسور دما
1. دما
دما یک کمیت فیزیکی است که درجه گرمی یا سردی یک جسم را نشان می دهد. میکروسکوپی, شدت حرکت حرارتی مولکول های یک جسم است. درجه حرارت بیشتر است, حرکت حرارتی مولکول ها در داخل جسم شدیدتر است.

دما را فقط می توان به طور غیر مستقیم از طریق ویژگی های خاصی از یک جسم که با دما تغییر می کند اندازه گیری کرد, و مقیاسی که برای اندازه گیری مقدار دمای یک جسم استفاده می شود، مقیاس دما نامیده می شود. نقطه شروع را مشخص می کند (نقطه صفر) خوانش دما و واحد پایه برای اندازه گیری دما. واحد بین المللی مقیاس ترمودینامیکی است (k). مقیاس های دمایی دیگری که در حال حاضر بیشتر در سطح بین المللی مورد استفاده قرار می گیرند، مقیاس فارنهایت هستند (درجه فارنهایت), مقیاس سلسیوس (درجه سانتیگراد) و مقیاس دمای عملی بین المللی.

از دیدگاه تئوری حرکت مولکولی, دما نشانه میانگین انرژی جنبشی حرکت مولکولی یک جسم است. دما بیان جمعی حرکت حرارتی تعداد زیادی مولکول است و دارای اهمیت آماری است..

نمودار شبیه سازی: در فضای بسته, سرعت حرکت مولکولهای گاز در دماهای بالا سریعتر از سرعت حرکت مولکولهای گاز در دماهای پایین است!

سنسور دما NTC با کیت پروب لوله فولادی ضد زنگ

سنسور دمای NTC با سیم پروب محفظه ABS 105 درجه

سنسور دما NTC با ترمیستور SEMITEC

2. سنسور دما
سنسور دما به سنسوری اطلاق می شود که می تواند دما را حس کرده و آن را به سیگنال خروجی قابل استفاده تبدیل کند. این یک دستگاه مهم برای تشخیص و کنترل دما است. در میان طیف گسترده ای از سنسورها, سنسورهای دما یکی از پرکاربردترین و سریع‌ترین سنسورها هستند. در فرآیند اتوماسیون تولید صنعتی, نقاط اندازه گیری دما حدود نیمی از تمام نقاط اندازه گیری را تشکیل می دهند.

3. ترکیب سنسورهای دما

II. توسعه سنسورهای دما
ادراک گرما و سرما اساس تجربه انسان است, اما یافتن راهی برای اندازه‌گیری دما بسیاری از مردان بزرگ را متحیر کرده است. مشخص نیست که آیا یونانیان باستان یا چینی ها برای اولین بار راهی برای اندازه گیری دما پیدا کردند, اما سوابقی وجود دارد که تاریخچه سنسورهای دما در رنسانس آغاز شد.

ما با چالش های پیش روی اندازه گیری دما شروع می کنیم, و سپس تاریخچه توسعه سنسورهای دما را از جنبه های مختلف معرفی کنید [منبع: سند کاغذ سفید اندازه گیری صنعتی OMEGA]:

1. چالش های اندازه گیری
گرما برای اندازه گیری انرژی موجود در یک کل یا یک جسم استفاده می شود. هر چه انرژی بیشتر باشد, هر چه دما بالاتر باشد. هر چند, بر خلاف خواص فیزیکی مانند جرم و طول, اندازه گیری مستقیم گرما دشوار است, بنابراین اکثر روش های اندازه گیری غیر مستقیم هستند, و دما با مشاهده اثر حرارت دادن جسم استنباط می شود. از این رو, استاندارد اندازه گیری گرما همیشه یک چالش بوده است.

در 1664, رابرت هوک استفاده از نقطه انجماد آب را به عنوان نقطه مرجع برای دما پیشنهاد کرد. اوله ریمر معتقد بود که باید دو نقطه ثابت تعیین شود, و نقطه انجماد هوک و نقطه جوش آب را انتخاب کرد. هر چند, نحوه اندازه گیری دمای اجسام سرد و گرم همیشه یک مشکل بوده است. در قرن 19, دانشمندانی مانند گی-لوساک, که قانون گاز خوانده است, دریافت که وقتی یک گاز تحت فشار ثابت گرم می شود, دما افزایش می یابد 1 درجه سانتیگراد و حجم افزایش می یابد 1/267 (بعداً به 1/273.15), و مفهوم 0 درجه -273.15 ℃ به دست آمد.

2. گسترش را مشاهده کنید: مایعات و دو فلزی
بر اساس گزارش ها, اعتقاد بر این است که گالیله دستگاهی ساخته است که تغییرات دما را در اطراف نشان می دهد 1592. این دستگاه با کنترل انقباض هوا در یک ظرف بر ستون آب تأثیر می گذارد, و ارتفاع ستون آب نشان دهنده درجه خنک شدن است. اما چون این دستگاه به راحتی تحت تاثیر فشار هوا قرار می گیرد, فقط می توان آن را به عنوان یک اسباب بازی جدید در نظر گرفت.

دماسنج همانطور که می دانیم توسط Santorio Santorii در ایتالیا اختراع شد 1612. او مایع را در یک لوله شیشه ای مهر و موم کرد و حرکت آن را هنگام انبساط مشاهده کرد.

قرار دادن مقداری فلس روی لوله، مشاهده تغییرات را آسان تر می کند, اما سیستم هنوز فاقد واحدهای دقیق بود. کار با رایمر گابریل فارنهایت بود. او شروع به تولید دماسنج با استفاده از الکل و جیوه به عنوان مایع کرد. عطارد عالی بود زیرا پاسخ خطی به تغییرات دما در محدوده وسیعی داشت, اما بسیار سمی بود, بنابراین در حال حاضر کمتر و کمتر استفاده می شود. سایر مایعات جایگزین در حال مطالعه هستند, اما هنوز هم به طور گسترده استفاده می شود.

سنسور دمای دو فلزی در اواخر دهه 1800 اختراع شد. از انبساط ناهموار دو ورق فلزی در هنگام اتصال آنها استفاده می کند. تغییر دما باعث خم شدن ورق های فلزی می شود, که می توان از آن برای فعال کردن ترموستات یا متری مشابه آنچه در توری گاز استفاده می شود استفاده کرد. دقت این سنسور زیاد نیست, شاید مثبت یا منفی دو درجه, اما به دلیل قیمت پایین آن بسیار مورد استفاده قرار می گیرد.

3. اثر ترموالکتریک
در اوایل دهه 1800, برق یک میدان هیجان انگیز بود. دانشمندان کشف کردند که فلزات مختلف مقاومت و رسانایی متفاوتی دارند. در 1821, توماس یوهان سیبک اثر ترموالکتریک را کشف کرد, یعنی فلزات مختلف را می توان به هم متصل کرد و در دماهای مختلف قرار داد تا ولتاژ تولید کند. دیوی ارتباط بین مقاومت فلز و دما را نشان داد. بکرل استفاده از ترموکوپل پلاتین-پلاتین را برای اندازه گیری دما پیشنهاد کرد, و دستگاه واقعی توسط لئوپولد ساخته شده است 1829. پلاتین همچنین می تواند در آشکارسازهای دمای مقاومتی استفاده شود, توسط مایرز اختراع شد 1932. یکی از دقیق ترین سنسورها برای اندازه گیری دما است.

RTD های سیمی شکننده هستند و بنابراین برای کاربردهای صنعتی مناسب نیستند. سال‌های اخیر شاهد توسعه فیلم‌های نازک RTD بوده‌ایم, که به اندازه RTD های سیمی دقیق نیستند, اما قوی تر هستند. قرن بیستم همچنین شاهد اختراع دستگاه های اندازه گیری دمای نیمه هادی بود. دستگاه های اندازه گیری دمای نیمه هادی به تغییرات دما پاسخ می دهند و دقت بالایی دارند, اما تا همین اواخر, آنها فاقد خطی بودن هستند.

4. تابش حرارتی
فلزات بسیار داغ و فلزات مذاب تولید گرما می کنند, ساطع گرما و نور مرئی. در دماهای پایین تر, آنها همچنین انرژی حرارتی را ساطع می کنند, اما با طول موج های طولانی تر. ستاره شناس بریتانیایی ویلیام هرشل در 1800 که این “مبهم” نور یا نور مادون قرمز گرما تولید می کند.

همکاری با هموطن ملونی, روبلی راهی برای تشخیص این انرژی تابشی با اتصال ترموکوپل ها به صورت سری برای ایجاد یک ترموپیل کشف کرد.. این موضوع دنبال شد 1878 توسط بلومتر. توسط ساموئل لنگلی آمریکایی اختراع شد, برای این کار از دو نوار پلاتین استفاده شده است, یکی سیاه شده در آرایش پل تک بازویی. گرمایش توسط اشعه مادون قرمز باعث ایجاد تغییر قابل اندازه گیری در مقاومت می شود. بلومترها به طیف وسیعی از طول موج های مادون قرمز حساس هستند.

در مقابل, دستگاه هایی از نوع آشکارساز کوانتومی تشعشعی, که از دهه 1940 توسعه یافته بود, فقط به نور مادون قرمز در یک باند محدود پاسخ داد. امروز, پیرومترهای ارزان قیمت به طور گسترده مورد استفاده قرار می گیرند, و با کاهش قیمت دوربین های حرارتی بیشتر خواهد شد.

5. مقیاس دما
وقتی فارنهایت دماسنج را ساخت, او متوجه شد که به یک مقیاس دما نیاز دارد. او تنظیم کرد 30 درجه آب نمک به عنوان نقطه انجماد و بیشتر 180 درجه آب نمک به عنوان نقطه جوش. 25 سالها بعد, آندرس سلسیوس پیشنهاد کرد که از مقیاس استفاده شود 0-100, و امروز “درجه سانتیگراد” نیز به نام او نامگذاری شده است.

بعدا, ویلیام تامسون مزایای تعیین یک نقطه ثابت در یک انتهای مقیاس را کشف کرد, و سپس کلوین پیشنهاد تنظیم را داد 0 درجه به عنوان نقطه شروع سیستم سلسیوس. این مقیاس دمای کلوین را تشکیل داد که امروزه در علم استفاده می شود.

III. طبقه بندی سنسورهای دما
انواع مختلفی از سنسورهای دما وجود دارد, و بر اساس استانداردهای طبقه بندی مختلف نام های مختلفی دارند.

1. طبقه بندی با روش اندازه گیری
با توجه به روش اندازه گیری, آنها را می توان به دو دسته تقسیم کرد: تماسی و غیر تماسی.

(1) سنسور دمای تماس:

سنسور مستقیماً با جسم مورد اندازه گیری تماس می گیرد تا دما را اندازه گیری کند. همانطور که گرمای جسم مورد اندازه گیری به سنسور منتقل می شود, دمای جسم مورد اندازه گیری کاهش می یابد. به طور خاص, زمانی که ظرفیت حرارتی جسم مورد اندازه گیری کم باشد, دقت اندازه گیری پایین است. از این رو, پیش نیاز برای اندازه گیری دمای واقعی یک جسم به این روش این است که ظرفیت گرمایی جسم مورد اندازه گیری به اندازه کافی بزرگ باشد..

(2) سنسور دما بدون تماس:
عمدتاً از تابش مادون قرمز ساطع شده توسط تابش حرارتی جسم مورد اندازه گیری برای اندازه گیری دمای جسم استفاده می کند., و از راه دور قابل اندازه گیری است. هزینه ساخت آن بالاست, اما دقت اندازه گیری پایین است. مزایای آن این است که گرما را از جسم مورد اندازه گیری جذب نمی کند; با میدان دمای جسم مورد اندازه گیری تداخلی ندارد; اندازه گیری مداوم مصرفی ایجاد نمی کند; پاسخ سریع دارد, OTC.

2. طبقه بندی بر اساس پدیده های فیزیکی مختلف
علاوه بر این, سنسورهای دمای مایکروویو وجود دارد, سنسورهای دمای نویز, سنسورهای دما نقشه نقشه, متر جریان حرارتی, دماسنج جت, دماسنج های تشدید مغناطیسی هسته ای, دماسنج های اثر Mossbauer, دماسنج های اثر جوزفسون, دماسنج های تبدیل ابررسانا در دمای پایین, سنسورهای دمای فیبر نوری, OTC. برخی از این سنسورهای دما اعمال شده اند, و برخی هنوز در دست توسعه هستند.

ضد آب, سنسور دمای ضد خوردگی RTD PT100

سنسور دما RTD PT100 با 1-2 اتصال رشته ای خارجی NPT

PT100 سنسور دما پروب RTD با 6 طول پروب اینچ

100 عنصر پلاتین کلاس A اهم (PT100)
ضریب دما, a = 0.00385.
304 غلاف استیل ضد زنگ
تقاطع انتقال ناهموار با تسکین فشار
طول پروب – 6 اینچ (152 میلی متر) یا 12 اینچ (305میلی متر)
قطر پروب 1/8 اینچ (3 میلی متر)
سه سیم 72 اینچ (1.8متر) سیم سربی که در اسپید لوگ خاتمه می یابد
درجه بندی دما : 660درجه فارنهایت (350درجه سانتیگراد)

سری PT100 پروب های RTD با غلاف فولادی ضد زنگ و 100 عنصر RTD پلاتین اهم. PT100-11 با 6 یا 12 طول پروب اینچ. این کاوشگر دارای غلاف با قطر 3 میلی متر است که از آن ساخته شده است 304 فولاد ضد زنگ, یک اتصال انتقالی سنگین که پروب را به سیم های سرب وصل می کند 72 اینچ سیم سربی که به خرچنگ بیل کد رنگی ختم می شود. یک عنصر حسگر کلاس A برای ارائه اندازه گیری با دقت بالا استفاده می شود.

پروب PT100 برای محیط های صنعتی مناسب است. RTD ها حسگرهای مبتنی بر مقاومت هستند، بنابراین نویز الکتریکی حداقل تأثیر را بر کیفیت سیگنال دارد. طراحی سه سیم سیم، مقاومت سیم سربی را جبران می کند و اجازه می دهد سیم طولانی تر بدون تأثیر قابل توجهی بر دقت کار کند.. اتصال ناهموار انتقال با سیم فنری باعث اتصال مکانیکی بسیار سالم بین سیم و پروب می شود..