سنسور دما

تعریف: تبدیل‌کننده دما یک دستگاه الکتریکی است که انرژی گرمایی را به مقادیر فیزیکی مانند جابجایی، فشار یا سیگنال الکتریکی تبدیل می‌کند. عمل اصلی آن امکان اندازه‌گیری خودکار دما می‌باشد. اصل اساسی تبدیل‌کننده دما تشخیص گرما و سپس تبدیل این اطلاعات به یک فرمت قابل خواندن برای انتقال است.

ویژگی‌های تبدیل‌کننده دما

• ورودی همیشه یک کمیت گرمایی است.

• تبدیل‌کننده‌ها معمولاً کمیت گرمایی را به یک کمیت متناوب تبدیل می‌کنند.

• آنها برای اندازه‌گیری دما و جریان گرما در دستگاه‌ها استفاده می‌شوند.

عنصر حس‌گر

عنصر حس‌گری که در تبدیل‌کننده دما استفاده می‌شود باید دارای ویژگی باشد که مشخصات آن در پاسخ به تغییرات دما تغییر کند. به عنوان مثال، در ترمومتر مقاومتی، فلز پلاتین به عنوان عنصر حس‌گر استفاده می‌شود. نیازهای اصلی عنصر حس‌گر عبارتند از:

• عنصر حس‌گر دما، دما را به گرما تبدیل می‌کند.

• باید تغییر قابل توجهی در مقاومت نسبت به دما وجود داشته باشد.

• عنصر حس‌گر باید دارای مقاومت بالا باشد.

نوع‌های تبدیل‌کننده دما

تبدیل‌کننده‌های دما به دو نوع اصلی تقسیم‌بندی می‌شوند:

دستگاه‌های حس‌گر تماسی دما

در این نوع تبدیل‌کننده، عنصر حس‌گر مستقیماً به منبع گرما متصل می‌شود. انتقال گرما از طریق پدیده رسانش انجام می‌شود که فرآیندی است که طی آن گرما از یک ماده به ماده دیگر منتقل می‌شود بدون اینکه مواد حرکت کنند.

دستگاه‌های حس‌گر غیرتماسی دما

در اینجا، عنصر حس‌گر مستقیماً با منبع گرما تماس ندارد. بلکه آنها بر پدیده همدوسی برای انتقال گرما تکیه می‌کنند. همدوسی فرآیندی است که طی آن گرما از طریق حرکت ماده منتقل می‌شود.

ترمومترهای مقاومتی به دو نوع اصلی تقسیم‌بندی می‌شوند:

• ترمومترهای مقاومتی با ضریب دمایی منفی (NTC): این‌ها عمدتاً برای حس‌گری دما استفاده می‌شوند. همان‌طور که از نام آن پیداست، مقاومت یک ترمیستر NTC با افزایش دما کاهش می‌یابد. این ویژگی آن‌ها را برای شناسایی دقیق تغییرات دما بسیار مؤثر می‌سازد.

• ترمومترهای مقاومتی با ضریب دمایی مثبت (PTC): ترمومترهای PTC عمدتاً برای کنترل جریان استفاده می‌شوند. وقتی دما افزایش می‌یابد، مقاومت یک ترمیستر PTC نیز افزایش می‌یابد. این ویژگی به آن‌ها اجازه می‌دهد تا جریان الکتریکی را در کاربردهای مختلف تنظیم کنند.

• اصول عملکرد ترمومترهای مقاومتی: فلزات خاصیتی دارند که مقاومت آن‌ها با دما متفاوت است. ترمومترهای مقاومتی از این اصل برای اندازه‌گیری دما استفاده می‌کنند. پلاتین معمولاً به عنوان عنصر حس‌گر در ترمومترهای مقاومتی با دقت بالا استفاده می‌شود. به دلیل رابطه مقاومت-دما پایدار و قابل پیش‌بینی پلاتین، این ترمومترها می‌توانند دما را با دقت اندازه‌گیری کنند. با اندازه‌گیری مقاومت عنصر پلاتین، دما متناظر با دقت تعیین می‌شود که ترمومترهای مقاومتی را به یک گزینه قابل اعتماد برای کاربردهای گسترده‌ای از نظارت بر دما تبدیل می‌کند.

حرارت‌زوج‌ها: حرارت‌زوج دستگاهی است که دما را به انرژی الکتریکی در نقطه تماس تبدیل می‌کند. این دستگاه بر اساس اصلی که فلزات مختلف ضرایب دمایی متفاوتی دارند عمل می‌کند. وقتی دو فلز متفاوت به هم متصل می‌شوند تا یک اتصال تشکیل دهند، پدیده‌ای به نام اثر زیبک رخ می‌دهد. هنگامی که دما در نقطه اتصال تغییر می‌کند، ولتاژی در اطراف اتصال القاء می‌شود. به طور قابل توجهی، این ولتاژ القاء شده مستقیماً متناسب با تفاوت دما بین نقطه اتصال و یک نقطه مرجع است. این رابطه خطی بین ولتاژ تولید شده و دما حرارت‌زوج‌ها را برای اندازه‌گیری دقیق دما بسیار مؤثر می‌سازد. آن‌ها به طور گسترده در کاربردهای صنعتی، علمی و خانگی استفاده می‌شوند که در آن‌ها نظارت دقیق و کنترل دما مهم است، مانند در فرانس‌ها، اون‌ها و سیستم‌های کنترل فرآیند صنعتی.

تبدیل‌کننده دما با مدار مجتمع: تبدیل‌کننده دما با مدار مجتمع (IC) از ترکیب یک عنصر حس‌گر دما و یک مدار الکترونیکی برای اندازه‌گیری دما استفاده می‌کند. این نوع تبدیل‌کننده با پاسخ خطی خود مشخص می‌شود که فرآیند تبدیل دما حس‌شده به یک خروجی الکتریکی که می‌تواند به راحتی تفسیر شود را ساده می‌کند. با این حال، یکی از معایب قابل توجه تبدیل‌کننده دما با مدار مجتمع محدوده عملکرد نسبتاً محدود آن است. معمولاً در محدوده دمایی 0° C تا 200° C عمل می‌کند. این محدوده محدود کاربرد آن را در محیط‌های دما بالا یا پایینی که نیاز به پوشش دمایی گسترده‌تری دارند، محدود می‌کند.با این کاستی، تبدیل‌کننده‌های دما با مدار مجتمع به طور گسترده در کاربردهای مختلف مانند الکترونیک مصرف‌کننده استفاده می‌شوند، جایی که اندازه کوچک، خطی بودن و رابط‌سازی نسبتاً ساده آن‌ها آن‌ها را به گزینه مطلوب برای نظارت بر دما در محدوده دمایی مشخص تبدیل می‌کند. حرارت‌زوج‌های غیرتماسی می‌توانند به دسته‌های زیر تقسیم‌بندی شوند، یک مثال آن ترمیستر است. ترمیستر نوعی مقاومت است که مقاومتش با دما تغییر می‌کند. مقاومت آن با عبور جریان مستقیم کوچک و اندازه‌گیری شده اندازه‌گیری می‌شود که در نتیجه ولتاژی در اطراف مقاومت القاء می‌شود.