ايشاپ صنعت

سنسورهاي دما: انواع، نحوه كار و كاربردها

همه ما از سنسورهاي دما در زندگي روزمره خود استفاده مي كنيم، چه به شكل دماسنج، آبگرمكن خانگي، مايكروويو يا يخچال. معمولاً سنسورهاي دما داراي كاربردهاي وسيعي هستند كه يكي از آنها ميدان پايش ژئوتكنيكي است.

سنسورهاي دما ابزار ساده اي هستند كه درجه گرمي يا خنكي را اندازه گيري مي كنند و آن را به يك واحد قابل خواندن تبديل مي كنند. اما آيا تا به حال به اين فكر كرده ايد كه دماي خاك، گمانه ها، سدهاي بتني عظيم يا ساختمان ها چگونه اندازه گيري مي شود؟ خوب، اين كار از طريق برخي از سنسورهاي تخصصي دما انجام مي شود.

سنسورهاي دما براي بررسي منظم سازه هاي بتني، پل ها، خطوط راه آهن، خاك و غيره طراحي شده اند.

در اينجا قصد داريم به شما بگوييم سنسور دما چيست، چگونه كار مي كند، كجا استفاده مي شود و انواع مختلف آن چيست.

سنسورهاي دما چيست؟

سنسور دما معمولاً يك دستگاه ترموكوپل يا آشكارساز دماي مقاومتي است كه اندازه گيري دما را به شكلي قابل خواندن از طريق يك سيگنال الكتريكي فراهم مي كند.

دماسنج ابتدايي ترين شكل دماسنج است كه براي اندازه گيري درجه گرمي و خنكي استفاده مي شود.

دماسنج ها در زمينه ژئوتكنيك براي نظارت بر بتن، سازه ها، خاك، آب، پل ها و غيره از نظر تغييرات ساختاري در آنها به دليل تغييرات فصلي استفاده مي شود.

يك ترموكوپل (T/C) از دو فلز غير مشابه ساخته شده است كه ولتاژ الكتريكي را به نسبت مستقيم با تغيير دما توليد مي كنند. RTD (ردياب دماي مقاومتي) يك مقاومت متغير است كه مقاومت الكتريكي خود را به نسبت مستقيم با تغيير دما به صورت دقيق، قابل تكرار و تقريباً خطي تغيير مي‌دهد.

سنسورهاي دما چه كار مي كنند؟

سنسور دما وسيله اي است كه براي اندازه گيري درجه گرمي يا خنكي يك جسم طراحي شده است. عملكرد يك دماسنج به ولتاژ دو طرف ديود بستگي دارد. تغيير دما با مقاومت ديود نسبت مستقيم دارد. هر چه دما سردتر باشد، مقاومت كمتر خواهد بود و بالعكس.

مقاومت در سراسر ديود اندازه گيري شده و به واحدهاي قابل خواندن دما (فارنهايت، سلسيوس، سانتيگراد و غيره) تبديل مي شود و به صورت عددي بر روي واحدهاي بازخواني نمايش داده مي شود. در زمينه مانيتورينگ ژئوتكنيكي از اين سنسورهاي دما براي اندازه گيري دماي داخلي سازه هايي مانند پل ها، سدها، ساختمان ها، نيروگاه ها و غيره استفاده مي شود.

سنسور دما براي چه مواردي استفاده مي شود؟ | عملكرد سنسور دما چيست؟

خوب، انواع مختلفي از سنسورهاي دما وجود دارد، اما رايج ترين راه براي دسته بندي آنها بر اساس حالت اتصال است كه شامل سنسورهاي دماي تماسي و غير تماسي است.

حسگرهاي تماسي شامل ترموكوپل ها و ترميستورها هستند زيرا در تماس مستقيم با جسمي هستند كه قرار است اندازه گيري كنند. در حالي كه سنسورهاي دماي غير تماسي تابش حرارتي منتشر شده توسط منبع گرما را اندازه گيري مي كنند. چنين دماسنج هايي اغلب در محيط هاي خطرناك مانند نيروگاه هاي هسته اي يا نيروگاه هاي حرارتي استفاده مي شوند.

در پايش ژئوتكنيكي، سنسورهاي دما گرماي هيدراتاسيون را در سازه هاي بتني انبوه اندازه گيري مي كنند. آنها همچنين مي توانند براي نظارت بر مهاجرت آب هاي زيرزميني يا نشت استفاده شوند. يكي از رايج ترين مناطقي كه در آن استفاده مي شود هنگام عمل آوري بتن است زيرا براي گيرش و عمل آوري مناسب بايد نسبتاً گرم باشد. تغييرات فصلي باعث انبساط يا انقباض ساختاري مي شود و حجم كلي آن را تغيير مي دهد.

سنسور دما چگونه كار مي كند؟

اصل اساسي كار سنسورهاي دما ولتاژ در پايانه هاي ديود است. اگر ولتاژ افزايش يابد، دما نيز افزايش مي يابد و به دنبال آن افت ولتاژ بين پايانه هاي ترانزيستور پايه و اميتر در يك ديود رخ مي دهد.

علاوه بر اين، Encardio-Rite داراي يك سنسور دماي سيم ارتعاشي است كه بر اساس اصل تغيير تنش ناشي از تغيير دما كار مي كند.

دماسنج سيم ارتعاشي بر اين اصل طراحي شده است كه فلزات غير مشابه داراي ضريب انبساط خطي متفاوت با تغييرات دما هستند.

اين در درجه اول از يك سيم كششي مغناطيسي با مقاومت كششي بالا تشكيل شده است كه دو سر آن به هر فلز غيرمشابهي ثابت مي شود به گونه اي كه هرگونه تغيير دما مستقيماً بر كشش سيم و در نتيجه فركانس طبيعي ارتعاش آن تأثير مي گذارد.

فلز غير مشابه، در مورد دماسنج Encardio-Rite، آلومينيوم است (آلومينيوم ضريب انبساط حرارتي بيشتري نسبت به فولاد دارد.) همانطور كه سيگنال دما به فركانس تبديل مي شود، همان واحد خواندني كه براي ساير موارد استفاده مي شود. از سنسورهاي سيم ارتعاشي نيز مي توان براي نظارت بر دما استفاده كرد.

تغيير دما توسط حسگر سيم ارتعاشي Encardio-rite كه مخصوص ساخته شده است حس مي شود و به سيگنال الكتريكي تبديل مي شود كه به عنوان فركانس به واحد خواندن منتقل مي شود.

فركانس، كه متناسب با دما و به نوبه خود با كشش "σ" در سيم است، مي تواند به صورت زير تعيين شود:

f = 1/2 [σg/ρ] / 2l هرتز

جايي كه:

σ = كشش سيم

g = شتاب ناشي از گرانش

ρ = چگالي سيم

l = طول سيم

انواع مختلف سنسورهاي دما چيست؟

سنسورهاي دما در انواع، شكل ها و اندازه هاي مختلف موجود هستند. دو نوع اصلي سنسور دما عبارتند از:

سنسورهاي دما نوع تماس: چند دماسنج وجود دارد كه درجه گرمي يا خنكي يك جسم را با تماس مستقيم با آن اندازه گيري مي كند. چنين سنسورهاي دما در دسته نوع تماس قرار مي گيرند. آنها مي توانند براي تشخيص جامدات، مايعات يا گازها در طيف وسيعي از دماها استفاده شوند.

سنسورهاي دما نوع غير تماسي: اين نوع دماسنج ها در تماس مستقيم با جسم نيستند، بلكه درجه گرمي يا خنكي را از طريق تشعشعات ساطع شده از منبع گرما اندازه گيري مي كنند.

سنسورهاي دماي تماسي و غير تماسي به دو دسته تقسيم مي شوند:

ترموستات ها

ترموستات يك سنسور دماي تماسي است كه از يك نوار دو فلزي تشكيل شده است كه از دو فلز غير مشابه مانند آلومينيوم، مس، نيكل يا تنگستن تشكيل شده است.

تفاوت در ضريب انبساط خطي هر دو فلز باعث مي شود كه آنها در معرض گرما حركت خمشي مكانيكي ايجاد كنند.

ترميستورها

ترميستورها يا مقاومت هاي حساس به حرارت آنهايي هستند كه در اثر تغيير دما ظاهر فيزيكي خود را تغيير مي دهند. ترميستورها از مواد سراميكي مانند اكسيدهاي نيكل، منگنز يا كبالت با پوشش شيشه اي ساخته شده اند كه به آنها اجازه مي دهد به راحتي تغيير شكل دهند.

اكثر ترميستورها داراي ضريب دمايي منفي (NTC) هستند كه به اين معني است كه مقاومت آنها با افزايش دما كاهش مي يابد. اما تعدادي ترميستور وجود دارند كه داراي ضريب دمايي مثبت (PTC) هستند و با افزايش دما مقاومت آنها افزايش مي يابد.

آشكارسازهاي دماي مقاومتي (RTD)

RTD ها حسگرهاي دما دقيقي هستند كه از فلزات رسانا با خلوص بالا مانند پلاتين، مس يا نيكل ساخته شده اند كه به يك سيم پيچ پيچيده مي شوند. مقاومت الكتريكي يك RTD مشابه مقاومت يك ترميستور تغيير مي كند.

ترموكوپل

يكي از رايج‌ترين سنسورهاي دما شامل ترموكوپل‌ها مي‌شود، زيرا محدوده عملياتي دما، قابليت اطمينان، دقت، سادگي و حساسيت آن‌ها بسيار زياد است.

يك ترموكوپل معمولاً از دو اتصال فلزات غيرمشابه مانند مس و كنستانتان تشكيل شده است كه به يكديگر جوش داده شده يا به هم فشرده مي شوند. يكي از اين اتصالات كه به نام اتصال سرد شناخته مي شود، در دماي مشخصي نگهداري مي شود و ديگري محل اتصال اندازه گيري است كه به نام اتصال گرم شناخته مي شود.

با قرار گرفتن در معرض دما، افت ولتاژ در سراسر اتصال ايجاد مي شود.

ترميستور ضريب دمايي منفي (NTC).

ترميستور اساساً يك سنسور دما حساس است كه حتي به تغييرات دقيقه‌اي دما دقيقاً واكنش نشان مي‌دهد. در دماهاي بسيار پايين مقاومت بسيار زيادي ايجاد مي كند. اين بدان معناست كه به محض شروع افزايش دما، مقاومت به سرعت شروع به كاهش مي كند.

با توجه به تغيير مقاومت زياد در هر درجه سانتيگراد، حتي يك تغيير دماي كوچك نيز با ترميستور ضريب دماي منفي (NTC) با دقت نمايش داده مي شود. به دليل اين اصل كار نمايي، نياز به خطي سازي دارد. آنها معمولاً در محدوده -50 تا 250 درجه سانتيگراد كار مي كنند.

سنسورهاي مبتني بر نيمه هادي

يك سنسور دما مبتني بر نيمه هادي با مدارهاي مجتمع دوگانه (IC) كار مي كند. آنها حاوي دو ديود مشابه با ويژگي هاي ولتاژ و جريان حساس به دما هستند تا تغييرات دما را به طور موثر اندازه گيري كنند.

با اين حال، آنها خروجي خطي مي دهند اما در دماي 1 تا 5 درجه سانتي گراد دقت كمتري دارند. آنها همچنين كندترين واكنش را (5 ثانيه تا 60 ثانيه) در باريكترين محدوده دما (70- تا 150 درجه سانتيگراد) نشان مي دهند.

سنسور دماي سيم ويبره مدل ETT-10V

دماسنج سيم ارتعاشي Encardio-rite مدل ETT-10V براي اندازه گيري دماي داخلي سازه هاي بتني يا آب استفاده مي شود. وضوح آن بهتر از 0.1 درجه سانتيگراد است و مشابه حسگرهاي دماي ترموكوپل عمل مي كند. همچنين محدوده دمايي بالايي از -20 تا 80 درجه سانتيگراد دارد.

پروب ترميستور مقاومتي مدل ETT-10TH

كاوشگر دماي مقاومتي Encardio-rite مدل ETT-10TH يك كاوشگر دماي ضد آب با جرم كم براي اندازه گيري دما بين 20- تا 80 درجه سانتي گراد است. به دليل جرم حرارتي كم، زمان پاسخگويي سريعي دارد.

پروب دماي مقاومت مدل ETT-10TH به طور ويژه براي اندازه گيري دماي سطح فولاد و اندازه گيري دماي سطح سازه هاي بتني طراحي شده است. ETT-10TH مي تواند براي اندازه گيري دماي توده داخل بتن در بتن جاسازي شود و حتي مي تواند در زير آب كار كند.

پروب هاي دماي مقاومت ETT-10TH كاملاً قابل تعويض هستند. خوانش دما در محدوده دماي كاري مشخص شده بيش از 1 درجه سانتيگراد متفاوت نخواهد بود. اين اجازه مي دهد تا يك نشانگر واحد با هر پروب ETT-10TH بدون كاليبراسيون مجدد استفاده شود.

نشانگر سيم ارتعاشي مدل EDI-51V Encardio-rite هنگام استفاده با ETT-10TH مستقيماً دماي پروب را بر حسب درجه سانتيگراد نشان مي دهد.

پروب ترميستور مقاومتي مدل ETT-10TH چگونه كار مي كند؟

كاوشگر دماي ETT-10TH از يك منحني مقاومت-دماي منطبق با ترميستور اپوكسي محصور شده در لوله مسي براي پاسخ حرارتي سريعتر و حفاظت از محيط زيست تشكيل شده است. لوله در نوك آن صاف مي شود تا بتوان آن را براي اندازه گيري دماي سطح روي هر سطح فلزي يا بتني نسبتاً مسطح ثابت كرد.

نوك صاف پروب را مي توان با كمك چسب هاي اپوكسي دو بخشي كه به راحتي در دسترس هستند بر روي اكثر سطوح ثابت كرد. در صورت تمايل، پروب را مي توان به سطح سازه نيز پيچ كرد.

كاوشگر دما با يك كابل چهار هسته اي ارائه مي شود كه به عنوان استاندارد در تمام گيج هاي فشار سيم ارتعاشي Encardio-rite استفاده مي شود. سيم هاي رنگي سفيد و سبز براي ترميستور مشابه ديگر حسگرهاي سيم ارتعاشي Encardio-rite استفاده مي شود.

جفت سيم قرمز و مشكي بدون استفاده مانده است. طرح رنگ يكنواخت در سنسورهاي مختلف، اتصالات بدون خطا را با پايانه ديتا لاگر آسان تر مي كند.

پروب دما مدل ETT-10PT RTD

پروب دمايي ETT-10PT RTD (ردياب دماي مقاومتي) از يك عنصر مقاومتي سراميكي (Pt. 100) با كاليبراسيون منحني اروپايي DIN IEC 751 (DIN 43760 سابق) تشكيل شده است. عنصر مقاومت در يك لوله فولادي ضد زنگ محكم با انتهاي بسته قرار دارد كه از عنصر در برابر رطوبت محافظت مي كند.

پروب دما مدل ETT-10PT RTD چگونه كار مي كند؟

پروب دماي مقاومت بر اين اصل كار مي كند كه مقاومت سنسور تابعي از دماي حس شده است. پلاتين RTD دقت، خطي بودن، پايداري و تكرارپذيري بسيار خوبي دارد.

پروب دماي مقاومت مدل ETT-10PT با يك كابل محافظ سه هسته اي ارائه مي شود. سيم قرمز يك اتصال را ايجاد مي كند و دو سيم مشكي با هم اتصال ديگر را فراهم مي كند. بنابراين، جبران مقاومت سرب و تغيير دما در مقاومت سرب به دست مي آيد. خوانش سنسور دماي مقاومت را مي توان به راحتي با استفاده از يك نشانگر دماي ديجيتال RTD خواند.

ترموكوپل Encardio-Rite

Encardio-rite ترموكوپل نوع T (Copper-Constantan) را براي اندازه گيري دماي داخلي در سازه هاي بتني ارائه مي دهد. از دو فلز غير مشابه تشكيل شده است كه در يك انتها به هم متصل شده اند. هنگامي كه محل اتصال دو فلز گرم يا سرد مي شود، ولتاژي توليد مي شود كه مي تواند به دما بازگردد.

اندازه گيري ترموكوپل شامل يك سيم ترموكوپل با دو هادي غيرمشابه (مس-كنستانتان) است كه در يك انتها به هم وصل شده اند تا يك اتصال گرم را تشكيل دهند. اين انتهاي در برابر خوردگي آب بندي شده و در مكان هاي مورد نياز اندازه گيري دما قرار مي گيرد.

سر ديگر سيم ترموكوپل به كانكتور مناسب ترموكوپل متصل مي شود تا يك اتصال سرد ايجاد شود. بازخواني ترموكوپل يك قرائت مستقيم از دما را در محل نصب شده نشان مي دهد و به طور خودكار دما را در محل اتصال سرد جبران مي كند.

سنسور دما كجا استفاده مي شود؟

كاربردهاي سنسور دما عبارتند از:

سنسورهاي دما براي تأييد مفروضات طراحي استفاده مي شوند كه طراحي و ساخت و ساز ايمن تر و مقرون به صرفه تر را ترويج مي كنند.

آنها براي اندازه گيري افزايش دما در طول فرآيند عمل آوري بتن استفاده مي شوند.

آنها مي توانند دماي سنگ را در نزديكي مخازن ذخيره گاز مايع و عمليات انجماد زمين اندازه گيري كنند.

سنسورهاي دما همچنين مي توانند دماي آب در مخازن و گمانه ها را اندازه گيري كنند.

مي توان از آن براي تفسير تنش و تغييرات حجمي مربوط به دما در سدها استفاده كرد.

همچنين مي توان از آنها براي مطالعه اثر دما بر روي ساير ابزارهاي نصب شده استفاده كرد.

مزاياي سنسورهاي دما Encardio-Rite

سنسور دماي Encardio-Rite دقيق، كم هزينه و بسيار قابل اعتماد است.

آنها هم براي نصب سطحي و هم براي كاربردهاي تعبيه شده مناسب هستند.

جرم حرارتي كم منجر به زمان پاسخ سريعتر مي شود.

سنسور دماي سيم ارتعاشي كاملاً قابل تعويض است. يك نشانگر مي تواند همه سنسورها را بخواند.

داراي بدنه ضد آب و هوا با درجه IP-68 است.

آنها داراي نشانگرهايي هستند كه به راحتي براي نمايش مستقيم دما در دسترس هستند.

پروب هاي دما داراي خطي بودن و پسماند عالي هستند.

فناوري سيم ارتعاشي پايداري طولاني مدت، خواندن سريع و آسان را تضمين مي كند.

حسگرها با جوشكاري پرتو الكتروني با خلاء حدود 1/1000 Torr در داخل آن مهر و موم مي شوند.

آنها براي خواندن از راه دور، اسكن و همچنين ثبت اطلاعات مناسب هستند.

سوالات متداول

تفاوت سنسور دما و ترانسميتر دما چيست؟

سنسور دما ابزاري است كه براي اندازه‌گيري درجه گرمي يا خنكي يك جسم استفاده مي‌شود، در حالي كه ترانسميتر دما دستگاهي است كه با يك سنسور دما براي انتقال سيگنال‌ها به يك مكان دور براي اهداف نظارت و كنترل در ارتباط است.

اين بدان معناست كه يك ترموكوپل، RTD يا يك ترميستور به يك ديتالاگر متصل مي شود تا داده ها را در هر مكان دور دريافت كند.

چگونه دما در يك سد بتني اندازه گيري مي شود؟

به جز رويه اي كه در طول ساخت و ساز اتخاذ مي شود، بزرگترين عامل منفرد در ايجاد تنش در بتن جرمي به دليل تغيير دما است. بنابراين براي تجزيه و تحليل توسعه تنش حرارتي و كنترل سرمايش مصنوعي، نظارت بر تغييرات دمايي بتن در طول ساخت ضروري است.

براي اين كار، دما بايد در بسياري از نقاط ساختار، در آب و در هوا به دقت اندازه گيري شود. تعداد كافي سنسور بايد تعبيه شود تا تصوير صحيحي از توزيع دما در نقاط مختلف سازه بدست آيد.

در يك سد بتني بزرگ، يك طرح معمولي اين است كه يك پروب دما را هر 15 تا 20 متر در امتداد مقطع و هر 10 متر در امتداد ارتفاع قرار دهيد. براي سدهاي كوچكتر، فاصله ممكن است كاهش يابد. كاوشگر دما كه در سطح بالادست سد قرار داده شده است، دماي مخزن را در طول سال ارزيابي مي كند.

اين بسيار ساده‌تر از انداختن دماسنج در مخزن براي انجام مشاهدات است. در حين بهره برداري از سد بتني، تغييرات روزانه و فصلي در محيط، تا آنجا كه به ايجاد تنش هاي حرارتي در سازه مربوط مي شود، ويران مي كند. اين اثر در سمت پايين دست بارزتر است. براي ارزيابي نوسانات سريع روزانه و هفتگي دما بايد چند سنسور دما در نزديكي و در قسمت پايين دست سد بتني قرار داده شود.

دقيق ترين سنسور دما كدام است؟

RTD دقيق ترين سنسور دما است. پلاتين RTD در مقايسه با ترموكوپل ها يا ترميستورها دقت، خطي بودن، پايداري و تكرارپذيري بسيار خوبي دارد.

ترموكوپل چيست؟

ترموكوپل نوعي سنسور دما است كه براي اندازه گيري دماي داخلي يك جسم استفاده مي شود.

سه قانون براي ترموكوپل ها وجود دارد كه در زير بيان شده است:

قانون مواد همگن

اگر تمام سيم ها و ترموكوپل از يك ماده ساخته شده باشند، تغييرات دما در سيم كشي بر ولتاژ خروجي تأثير نمي گذارد. از اين رو، سيم هايي كه از مواد متمايز ساخته شده اند مورد نياز است.

قانون مواد مياني

مجموع تمام نيروهاي ترموالكتريك در يك مدار با تعدادي مواد غيرمشابه در دماي يكنواخت صفر است. اين بدان معناست كه اگر ماده سومي در همان دما اضافه شود، هيچ ولتاژ خالصي توسط ماده جديد توليد نمي‌شود.

قانون دماهاي متوالي يا متوسط

اگر دو ماده همگن ناهمسان زماني كه اتصالات در T1 و T2 هستند emf1 حرارتي توليد كنند و زماني كه اتصالات در T2 و T3 هستند emf2 حرارتي توليد كنند، emf توليد شده زماني كه اتصالات در T1 و T3 هستند emf1 + emf2 خواهد بود.

چگونه سنسور دما را تست مي كنيد؟

در Encardio-Rite، ما اتاقك‌هاي تخصصي تست دما (با سيستم‌هاي كنترل دما و دما از قبل شناخته شده) براي آزمايش دقت و كيفيت سنسورهاي دما داريم.

اين همه در مورد سنسورهاي دما، انواع مختلف، كاربردها، كاربردها و همچنين اصل كار بود. سوالات خود را در بخش نظرات زير با ما در ميان بگذاريد.

براي خريد اين محصول مي توانيد با شماره هاي زير تماس يگيريد:

86031739-86047201-09128446731