دمايي ترانزدوسرها: چه هستند؟ (نوعها و نمونه ها)
چه چیزی تبدیلکننده دما است؟
تبدیلکننده دما دستگاهی است که مقدار حرارتی را به هر نوع کمیت فیزیکی مانند انرژی مکانیکی، فشار و سیگنالهای الکتریکی و غیره تبدیل میکند. به عنوان مثال، در یک حرارتسنج زوج اختلاف پتانسیل الکتریکی ناشی از تفاوت دما در انتهای آن تولید میشود. بنابراین، حرارتسنج زوج یک تبدیلکننده دما است.
ویژگیهای اصلی تبدیلکنندههای دما
ورودی آنها همیشه مقادیر حرارتی هستند
آنها معمولاً مقادیر حرارتی را به مقادیر الکتریکی تبدیل میکنند
آنها معمولاً برای اندازهگیری دما و جریان گرما استفاده میشوند
طرح اساسی تبدیلکنندههای دما
طرح اساسی تبدیلکنندههای دما در مراحل زیر آمده است
عنصر حسگر.
عنصر حسگر در تبدیلکنندههای دما عنصری است که خصوصیات آن با تغییر دما تغییر میکند. با تغییر دما، تغییر متناسب در خاصیت معین عنصر رخ میدهد.
مثال – در یک детектор температурного сопротивления (RTD) عنصر حسگر فلز پلاتین است.
شرایط مطلوب برای انتخاب عنصر حسگر به شرح زیر است
تغییر در واحد مقاومت ماده در واحد تغییر دما باید زیاد باشد
ماده باید مقاومت بالایی داشته باشد تا حجم حداقل ماده برای ساخت آن استفاده شود
ماده باید رابطه مستمر و ثابتی با دما داشته باشد
عنصر تبدیلدهنده
این عنصر خروجی عنصر حسگر را به کمیت الکتریکی تبدیل میکند. تغییر در خاصیت عنصر حسگر به عنوان خروجی برای آن عمل میکند. آن تغییر در خاصیت عنصر حسگر را اندازهگیری میکند. خروجی عنصر تبدیلدهنده سپس کالیبره میشود تا خروجیای را ارائه دهد که تغییر در کمیت حرارتی را نشان میدهد.
مثال- در حرارتسنج زوج اختلاف پتانسیل تولید شده در دو انتهای آن توسط ولتسنج اندازهگیری میشود و مقدار ولتاژ تولید شده پس از کالیبراسیون ایدهای از تغییر دما را میدهد.
نوعهای تبدیلکنندههای دما
نوعهای حسگر دما با تماس
در این نوع، عنصر حسگر با منبع حرارتی به طور مستقیم تماس دارد. آنها از هدایت برای انتقال انرژی حرارتی استفاده میکنند.
نوعهای حسگر دما بدون تماس
در حسگر دما بدون تماس، عنصر با منبع حرارتی به طور مستقیم تماس ندارد (مانند یک آزمایشکننده ولتاژ بدون تماس یا قلم ولتاژ). حسگرهای دما بدون تماس از اصل هدایت برای جریان گرما استفاده میکنند. انواع مختلف تبدیلکنندههای دما که معمولاً استفاده میشوند در زیر توصیف شدهاند:
ترمیستر
کلمه ترمیستر میتواند به عنوان مقاومت حرارتی تعبیر شود. بنابراین، مانند نامش، این دستگاهی است که مقاومت آن با تغییر دما تغییر میکند. به دلیل حساسیت بالای آنها، اینها به طور گستردهای برای اندازهگیری دما استفاده میشوند. آنها معمولاً به عنوان تبدیلکننده دما ایدهآل شناخته میشوند. ترمیسترهای معمولاً از مخلوطی از اکسیدهای فلزی تشکیل شدهاند.
ویژگیهای ترمیسترهای
آنها ضریب حرارتی منفی دارند یعنی مقاومت ترمیستر با افزایش دما کاهش مییابد
آنها از مواد نیمهرسانا ساخته شدهاند
آنها حساستر از RTD (حرارتسنجهای مقاومتی) و حرارتسنجهای زوج هستند
مقاومت آنها بین 0.5Ω تا 0.75 MΩ است
آنها معمولاً در برنامههایی استفاده میشوند که دامنه اندازهگیری دما -60°C تا 15°C است.
حرارتسنجهای مقاومتی
نوع دیگری از تبدیلکننده دما حرارتسنج مقاومتی یا RTD است. RTDها از مواد رسانای خالص مانند پلاتین، مس یا نیکل ساخته شدهاند که به صورت سیم پیچ شدهاند و مقاومت الکتریکی آنها با تغییر دما تغییر میکند، مشابه ترمیستر.
مقاومت آنها با رابطه زیر تغییر میکند،
R = مقاومت عنصر در دمای داده شده
α = ضریب حرارتی عنصر
Ro = مقاومت عنصر در 0°C
ویژگیهای اصلی RTDها
آنها بسیار حساس و ارزانقیمتتر از ترمیسترهای و حرارتسنجهای زوج هستند
آنها میتوانند دما را از -182.96°C تا 630.74°C اندازهگیری کنند
حرارتسنجهای زوج
حرارتسنجهای زوج تبدیلکنندههای دما هستند که از دو نقطه اتصال فلزهای ناهماهنگ مانند مس و کنستانتان تشکیل شدهاند که به هم متصل شدهاند. یک نقطه اتصال در دمای ثابتی نگه داشته میشود که نقطه مرجع (سرد) نامیده میشود، در حالی که نقطه دیگر نقطه اندازهگیری (گرم) است. وقتی دو نقطه اتصال در دماهای متفاوتی قرار دارند، ولتاژی در نقطه اتصال تولید میشود که برای اندازهگیری دما استفاده میشود.
