برای اندازه‌گیری دما در اکثر محیط‌های صنعتی، از حسگرهایی استفاده می‌شود که با نام سنسور دما شناخته می‌شوند. اگر شما هم قصد خرید سنسور دما را دارید، بهتر است قبل از خرید، از انواع آن و نحوه علمکرد هرکدام اطلاعاتی داشته باشید تا با شناخت بیشتری انتخاب کنید. اما قبل از معرفی انواع سنسور دما، ببینیم که سنسور چیست و چه کاربردی دارد؟

سنسور دما – هرانچه که باید بدانید

سنسور یا حسگر، در واقع یک قطعه الکتریکی است که پارامترهای مختلفی را می‌سنجد. مثلاً سنسور حضور، به حرکت در محیط حساس است. از همین طریق است که روشن شدن چراغ‌های یک محوطه را به سنسور متصل می‌کنند. سنسور دما هم نسبت به تغییرات دمایی حساس است و با تغییر بعضاً چند دهم درجه سانتی‌گراد، فعال می‌شود. اینکه سنسور دمایی مورد نظر شما، می‌بایست تا چه حد دقت داشته باشد، به نوع کاری که انجام می‌دهید و محیطی که قرار است از آن استفاده کنید، بستگی دارد.

خروجی‌ای که یک سنسور می‌دهد، می‌تواند برای کنترل یک سیستم بزرگ‌تر استفاده شود. یعنی اگر بتوانید نتیجه خروجی از سنسور را داخل یک مدار مناسب قرار دهید، می‌توانید شروط خود را به شیوه‌ای که می‌خواهید پیاده کنید. مثلاً کاری کنید که اگر دمای یک محیط بیش از یک درجه سانتی‌گرادی شد، آژیر به صدا در بیاید یا دستگاه خاموش شود. یا می‌توانید محدوده دمای مدنظر برای یک دستگاه را برای سنسور مشخص کنید که اگر دما از این محدوده بیشتر یا کمتر شد، از طریق خنک‌کننده‌ها یا گرم‌کننده‌ها، دمای دستگاه به حد استاندارد خود برگردد.

از آنجایی که قیمت سنسور دما با توجه به نوع آن متفاوت است، قبل از خرید، بهتر است با انواع سنسورهای دما نیز آشنا شوید.

انواع سنسورهای دما و شرح عملکرد آنها

هر کدام از انواع سنسورهای دما، معایب و مزایای خود را دارند. اما اگر با توجه به نیاز و نوع فعالیت صنعتی، انتخاب شوند، می‌توانند به خوبی عمل کنند. مثلاً بعضی از سنسورها در بازه‌های خاصی افت دما دارند. که اگر این بازه، در فرآیند تولید یا محیط صنعتی شما اهمیت بالایی نداشته باشد، در نتیجه استفاده از آن سنسور مشکلی ایجاد نمی‌کند. در ادامه به انواع رایج حسگرهای دما خواهیم پرداخت.

سنسوردما تماسی

برای استفاده از این سنسورها، حتماً باید تماس فیزیکی مستقیم با جسم موردنظر وجود داشته باشد. یعنی صرفاً با قرار دادن این نوع سنسورها در محیط، نمی‌توانید دما را اندازه‌گیری کنید. سنسورهای تماسی برای مواقعی که می‌خواهید دمای یک ماده سیال یا مایع را اندازه‌گیری کنید، به کار می‌آیند.

انواع رایج سنسورهای تماسی

ترموکوپل

از نظر ساختار الکتریکی، ترموکوپل از دو فلز غیر هم جنس مثل آهن و کنستانتان تشکیل می‌شود. این دو فلز از یک طرف به صورت الکتریکی به هم وصل شده‌اند و در نقطه این اتصال، المان حسگر به وجود آمده است. این نقطه که اتصال گرم ترموکوپل هم نامیده شود، همان نقطه تماسی است که با ماده برقرار می‌شود. البته ممکن است از ترموکوپل برای اندازه‌گیری دماهای زیرصفر هم استفاده شود. روش‌های مختلفی هم برای اتصال سیم‌های ترموکوپل در نقطه اتصال گرم وجود دارد. از جمله پیچیده شدن، چفت شدن، لحیم شدن و یا جوش دادن.

انواع استاندارد ترموکوپل‌ها:

• نوع J: که آهن و کنستانتان تشکیل می‌شود.
• نوع E: از ترکیب دو فلز کرومل و کنستانتان ساخته می‌شود.
• نوع T: ترکیب مس و کنستانتان
• نوع K: تشکیل شده از کرومل و آومل
• نوع R، S و B: که از دو فلز پلاتین و رودیوم ساخته می‌شود.

معایب و مزایای استفاده از ترموکوپل

ترموکوپل یک گزینه مناسب برای خرید یک سنسور دما است. به خاطر هزینه کم، اندازه کوچک و همینطور مقاومتی که دارد. اما باید بدانید که خروجی این نوع سنسور بسیار ضعیف و دقت آن برای تغییرات دمایی کم، محدود است. اما برای تغییرات دمایی بالا دقت بسیار خوبی دارد و همینطور پاسخ سریعی نیز می‌دهد. محدوده کاری وسیع و پایداری آن در حد قابل قبول است.

حسگرهای مقاومتی دما (RTDS)

Resistance Temperature Detector که به اختصار RTD گفته می‌شود، از فلزهایی با جنس‌های خاص، مانند پلاتین، مس و نیکل ساخته می‌شوند که با تغییر دما، مقاومت الکتریکی آنها تغییر می‌کند. ویژگی‌های سنسور دما RTD هم با توجه به نوع فلزی که در آن به کار گرفته است، تغییر می‌کند. به علاوه المان‌های حسگر RTD معمولاً در دو نوع طراحی سیم پیچیده شده و لایه نازک وجود دارند. برای خواندن دما هم می‌بایست مقاومت همین المان‌های حسگر RTD اندازه گیری شوند.

بعد از اینکه مقاومت RTD تعیین شد، این مقاومت به مقدار دمای متناظرش تبدیل می‌شود. که این کار براساس دو روش صورت می‌گیرد:

• بر اساس استاندارد RTD مانند استاندارد IEC 751
• بر اساس معادله Callendar – Van Dusen

معایب و مزایای استفاده از حسگرهای مقاومتی دما

این نوع حسگرها در مقایسه با ترموکوپل‌ها، دقت و تکرارپذیری بیشتری دارند. به علاوه در محدوده دمای کاری، خطی‌تر هستند و نسبت سیگنال به نویز آنها بیشتر است. انحرافی که RTD دارد قابل پیش بینی است و همانند ترموکوپل‌ها، به سیم‌های الحاقی نیازی ندارند. اما چون ابعاد بزرگتری نسبت به ترموکوپل‌ها دارند، زمان پاسخ‌دهی‌شان بالاتر می‌روند و همینطور هزینه بیشتری هم باید برای خرید سنسور دما RTD بدهید.

ترمیستورها

ترمیستورها ضریب دمایی بالایی دارند. خصوصاً نسبت به RTD‌ها که نسبت به نویز الکتریکی هم حساس هستند. به همین خاطر است که می‌توانید با این نوع از سنسورهای دمایی، تغییرات کوچک را هم اندازه‌گیری کنید. از آنجایی که قیمت این نوع سنسورها هم معمولاً کمتر است، گزینه مناسبی می باشد.

مزایا و معایب ترمیستورها

از معایب این نوع ترانزیستورها می‌توان به شکننده و غیرخطی بودن آنها اشاره کرد. به علاوه تعویض آسانی هم ندارند و در دماهای بالا کالیبره کردن آنها سخت است. اما اگر این موارد برای شما اهمیت چندانی ندارند، ترمیستورها گزینه مناسبی جهت خرید هستند. اندازه کوچک، پاسخ سریع، حساسیت خیلی بالا و ارزان بودن این نوع حسگرها، آنها را به گزینه مناسبی برای بسیاری از کسب و کارها تبدیل کرده است.

سنسور دما غیرتماسی

سنسورهای غیر تماسی، بدون نیاز به اتصال فیزیکی قابل استفاده‌اند. یعنی نیازی نیست برای اندازه‌گیری دمای یک قطعه، هیچگونه تماس فیزیکی بین سنسور و آن قطعه به وجود بیاید. تنها با نزدیک شدن آن به دستگاه، سنسور وجود قطعه را احساس کرده و عمل می‌کند. سنسورهای مادون قرمز و صوتی از این دسته سنسورها هستند.

توجه داشته باشید که در هنگام خرید، معیارهای مختلفی وجود دارند که می‌بایست به دقت بررسی شوند تا یک انتخاب درست و مناسب داشته باشید. این معیارها شامل، بازه دما سنسور، دقت، زمان پاسخ‌دهی، پایداری، خطی بودن و حساسیت حسگر دما هستند.