masoud-t
عضو جدید
در پروسه کنترل، ثبت، اندازه گیری، و نمایش حرارت یک سیستم یا شئ اختلاف بسیاری زیادی بین مفاهیم "سنسور حرارت" و "اندازه گیری حرارت" وجود دارد. یک دماسنج جیوه ای معمولی می تواند به آسانی برای اندازه گیری دمای اتاق، یک مایع و ... مورد استفاده قرار گیرد، در حالیکه از آن نمی توان برای ثبت و کنترل دمای محیط یا شئ مورد اندازه گیری استفاده نمود. متقابلاً یک سنسور گرما نمی تواند برای نشان دادن دمای محیطی که در آن قرار گرفته شده است بتنهایی مورد استفاده قرار گیرد. سنسورهای حرارت را میتوان بطور کلی به دو گروه تماسی و غیر تماسی تقسیم کرد.
سنسور تماسی یا Contact Sensor برای اندازه گیری دمای محیط در واقع دمای خودش را را اندازه گیری می کند. با تماس این سنسور به شئ تحت کنترل یا قرار گرفتن آن در محیط تحت اندازه گیری، تعادل گرمایی بین سنسور و محیط ایجاد میشود. در این حالت جریان گرما یا Heat Flow بین محیط و سنسور وجود ندارد.
شکل یک - انواع سنسورهای حرارتی نیمه هادی
در سنسورهای حرارتی غیر تماسی آنچه سنجیده می شود توان حرارتی مادون قرمز یا نوری متصاعد شده ای است که از یک سطح ( یا جسم) با مساحت (یا حجم) مشخص یا قابل محاسبه دریافت می گردد.
علاوه بر این، روشهای پیشرفته ترموگرافی با تصویر برداری از اجسام و تجزیه و تحلیل تصاویر دریافتی که قادر به اندازه گیری دقیق دمای اجزای مختلف جسم است نیز در زمره سنسورهای حرارتی غیر تماسی قرار میگیرد.
شکل دو - ترمومتر لیزری دمای جسم هدف را بطور غیر تماسی اندازه گیری میکند
شکل سه - انواع دوربینهای ترموگرافی (در مدلهای پیشرفته تر می توان با تعویض لنز طیف دمای مورد نظر را ثبت و پردازش کرد)
سنسورهای حرارتی تماسی تنوع و فراوانی بسیار بیشتری نسبت به نوع غیر تماسی دارند. این سنسورها شامل: انواع ترموکوپلها TC، مقاومتهای RTD و PRT، ترمیستورها، بی متالها، ترمومترهای شیشه ای، ترمو ولها، و انواع نیمه هادی شامل دیود، ترانزیستور و آی سی های اندازه گیری و کنترل دما هستند.
علاوه بر موارد فوق می توان به میکرو ترموفیوزها و محافظهای حرارتی نیمه هادی نیز اشاره کرد. یک قطع کننده حرارتی از نوع ترموفیوز در بسیاری از مدارهای مجتمع مدرن، مادربوردها، و سیستمهای پیشرفته الکترونیکی باعث بالاتر رفتن حفاظت چیپها، CPU ها و سایر اجزای گران قیمت آنها در برابر دمای بالا میشود.
سنسورهای حرارتی فیلم ضخیم، Thermo MEMS یا سنسورهای میکروالکترومکانیکی حرارتی، و سنسورهای حرارتی پسیو موج سطحی Surface Acoustic Waveیا بطور اختصار SAW سنسور، نیز از انواع سنسورهای تماسی بوده که امروزه کاربرد وسیعی در اندازه گیری و کنترل دمای پروسه دارند.
ترموسنسورهای غیر تماسی نیز شامل ترمومترهای IR (مادون قرمز) و لیزری، تصویربرداری حرارتی و انواع طیف سنجهای نوری است. در مطلبی تحت عنوان اندازه گیری دما به روش IR و پیشرفتهای صورت گرفته در این مورد قبلاً دو مطلب منتشر شد که برای خواندن آنها می توانید اینجا و اینجا را کلیک کنید.
بطور کلی این دسته از سنسورهای حرارتی بر مبنای قابلیت طیف منتشر شده اندازه گیری را صورت می دهند. هرچند هنوز بکارگیری این گروه از سنسورها در صنعت به فراگیری RTDها و ترموکوپلها نرسیده است اما کارآیی غیرقابل انکار آنها وقتی آشکار میشود که استفاده از انواع سنسورهای تماسی در محل مورد اندازه گیری عملاً غیرممکن میشود.
به عنوان مثال در صنایع ریخته گری فولاد، مس وسایر فلزات که با کوره های بزرگ مذاب سر و کار داریم، اگر چه استفاده از ترموکوپل بهمراه کابلهای ارتباطی دمای بالا امکان پذیر است، اما سرویس، نگهداری و تعمیرات چنین سیستم کنترلی عملاً و در شرایط بهره برداری ناممکن می نماید.
سنسور تماسی یا Contact Sensor برای اندازه گیری دمای محیط در واقع دمای خودش را را اندازه گیری می کند. با تماس این سنسور به شئ تحت کنترل یا قرار گرفتن آن در محیط تحت اندازه گیری، تعادل گرمایی بین سنسور و محیط ایجاد میشود. در این حالت جریان گرما یا Heat Flow بین محیط و سنسور وجود ندارد.
شکل یک - انواع سنسورهای حرارتی نیمه هادی
در سنسورهای حرارتی غیر تماسی آنچه سنجیده می شود توان حرارتی مادون قرمز یا نوری متصاعد شده ای است که از یک سطح ( یا جسم) با مساحت (یا حجم) مشخص یا قابل محاسبه دریافت می گردد.
علاوه بر این، روشهای پیشرفته ترموگرافی با تصویر برداری از اجسام و تجزیه و تحلیل تصاویر دریافتی که قادر به اندازه گیری دقیق دمای اجزای مختلف جسم است نیز در زمره سنسورهای حرارتی غیر تماسی قرار میگیرد.
شکل دو - ترمومتر لیزری دمای جسم هدف را بطور غیر تماسی اندازه گیری میکند
شکل سه - انواع دوربینهای ترموگرافی (در مدلهای پیشرفته تر می توان با تعویض لنز طیف دمای مورد نظر را ثبت و پردازش کرد)
سنسورهای حرارتی تماسی تنوع و فراوانی بسیار بیشتری نسبت به نوع غیر تماسی دارند. این سنسورها شامل: انواع ترموکوپلها TC، مقاومتهای RTD و PRT، ترمیستورها، بی متالها، ترمومترهای شیشه ای، ترمو ولها، و انواع نیمه هادی شامل دیود، ترانزیستور و آی سی های اندازه گیری و کنترل دما هستند.
علاوه بر موارد فوق می توان به میکرو ترموفیوزها و محافظهای حرارتی نیمه هادی نیز اشاره کرد. یک قطع کننده حرارتی از نوع ترموفیوز در بسیاری از مدارهای مجتمع مدرن، مادربوردها، و سیستمهای پیشرفته الکترونیکی باعث بالاتر رفتن حفاظت چیپها، CPU ها و سایر اجزای گران قیمت آنها در برابر دمای بالا میشود.
سنسورهای حرارتی فیلم ضخیم، Thermo MEMS یا سنسورهای میکروالکترومکانیکی حرارتی، و سنسورهای حرارتی پسیو موج سطحی Surface Acoustic Waveیا بطور اختصار SAW سنسور، نیز از انواع سنسورهای تماسی بوده که امروزه کاربرد وسیعی در اندازه گیری و کنترل دمای پروسه دارند.
ترموسنسورهای غیر تماسی نیز شامل ترمومترهای IR (مادون قرمز) و لیزری، تصویربرداری حرارتی و انواع طیف سنجهای نوری است. در مطلبی تحت عنوان اندازه گیری دما به روش IR و پیشرفتهای صورت گرفته در این مورد قبلاً دو مطلب منتشر شد که برای خواندن آنها می توانید اینجا و اینجا را کلیک کنید.
بطور کلی این دسته از سنسورهای حرارتی بر مبنای قابلیت طیف منتشر شده اندازه گیری را صورت می دهند. هرچند هنوز بکارگیری این گروه از سنسورها در صنعت به فراگیری RTDها و ترموکوپلها نرسیده است اما کارآیی غیرقابل انکار آنها وقتی آشکار میشود که استفاده از انواع سنسورهای تماسی در محل مورد اندازه گیری عملاً غیرممکن میشود.
به عنوان مثال در صنایع ریخته گری فولاد، مس وسایر فلزات که با کوره های بزرگ مذاب سر و کار داریم، اگر چه استفاده از ترموکوپل بهمراه کابلهای ارتباطی دمای بالا امکان پذیر است، اما سرویس، نگهداری و تعمیرات چنین سیستم کنترلی عملاً و در شرایط بهره برداری ناممکن می نماید.
