اندازه گیری دما با سنسور

سنسور فیبر نوری

   در میان روش های اندازه گیری دما با سنسور که در صنایع شیمیایی وجود دارد، روش هایی که مبتنی بر فیبر نوری هستند جزء جدیدترین و جالب ترین روش ها محسوب می شوند. ایمنی در محیط های پر ریسک، محافظت در برابر فرکانس های رادیویی و الکترومغناطیسی از نوع RFI و EMI سطح پایین اختلال در سیگنال کنترلی و دقت بالا از جمله مزایای استفاده از این روش ها بر شمرده می شوند.

   استفاده از سیستم های فیبر نوری باعث کاهش هزینه های مربوط به کنترل نسبت به مدارهای حاوی ترموکوپل ها و مقاومت های حرارتی (RTD) شده است. فیبرهای نوری می توانند مدت زمان زیادی برای انتقال حرارت و دما از فرآیند کنترل شونده به پیرومتر نوری و یا ترمومتر از نوع مادون قرمز به کار روند. این موضوع کار اندازه گیری را در فضاهای کوچک آسان می سازد و سبب ایزولاسیون وسیلۀ اندازه گیری مورد استفاده می شود. در چنین سیستم هایی، ابزار مورد نظر توسط یک کابل فیبر نوری که با لایه محافظی از جنس استیل پوشیده شده به فرآیند مورد اندازه گیری متصل می شود.

 

   برخی از طراحان سیستم های کنترل، طراحی خود را بر پایه کوچک کردن هر چه بیشتر سنسورها قرار داده اند، به طوری که این سنسورها بتوانند در فیبر نوری جمع شوند. این سیستم ها بر مبنای میزان طول موج ارسالی یا منعکس شده به وسیله سنسورها (نه طول موج ارسال شده از منبع) دمای هر بخش را اندازه گیری می کنند. این سیستم در بستر فرآیند قرار داشته و هر بخش فیبر نوری، همانند یک سنسور نسبت به نقاط انعکاسی عمل می کند.

   کمپانی دیویدسون برای اندازه گیری دما در سیستم های فیبر نوری خود از تکنولوژی متفاوتی که بنام سنسورهای Faber – Perot  شناخته می شود، بهره می برد. این سنسورها از دو آینه داخلی برای ایجاد یک حفره رزونانسی استفاده می کنند. حال اگر فضای موجود بین دو آینه با توجه به تغییرات حرارتی و یا نیروهای اعمال شده تغییر کند، فرکانس رزونانس سیستم تغییر می کند. این کمپانی از تکنولوژی موسوم به مایکرو الکترومکانیک (MEMS) برای ساخت سنسورهای کوچک سیلیکونی بهره می برد.

ترموالکتریک

   پیرومتر یا ترموالکتریک یکی دیگر از وسایل اندازه گیری دما با سنسور است. اساس این ترمومتر بر این خاصیت است که اگر نقطه اشتراک دو سیم فلزی مختلف را حرارت دهید، جریان برق در آنها برقرار می شود و به وسیله یک «میلی آمپرمتر» دقیق می توانید ثابت نمایید که هرچه درجه حرارت زیادتر شود شدت جریان حاصل نیز بیشتر خواهد شد و با اندازه گرفتن شدت جریان، درجه حرارت را معلوم می سازند.

•  اثرات ترموالکتریک

   آگاهی از وجود اثر کشف شده به وسیله Seebeck گشاینده راه برای کاربرد این دانش در اندازه گیری اختلاف درجه حرارت موجود بین اتصالات دو سیم شده است.

• اثر Peltier

   این اثر به وسیله Peltier در سال ۱۸۳۴ کشف شده است. این اثر دفع یا جذب حرارت در یک اتصال دو فلز غیر هم جنس را هنگامی که جریانی در طول این اتصال جاری است بیان می نماید. در صورتی که جهت جریان معکوس گردد، اثر حرارت نیز تغییر می کند. بررسی بیشتر این اثر آشکار می سازد که مقدار حرارتی که جذب یا دفع می شود، متناسب با جریان بوده و ضریب تناسب بستگی به درجه حرارت و جنس ترموکوپل دارد. بنابراین مقدار حرارت انتقالی از اتصال به وسیله PI نشان داده می شود که در اینجا Pt ضریب Peltier به وات بر آمپر یا به صورت ساده تر نیروی الکتروموتوری ( Peltier (EMF بر حسب وات است.

• اثر تامسون

   این اثر شامل جذب یا دفع حرارت در هنگام جاری بودن جریان در فلزهای همجنس در صورت وجود حرارت تدریجی است. اثر تامسون به طور معکوس نیز صدق می کند و اگر جهت جریان تغییر نماید، علامت اثر حرارت نیز معکوس خواهد شد. حرارت تامسون ظاهر شده در یک زمان معین و در یک ناحیه کوچک از هادی متناسب با جریان و اختلاف درجه حرارت در طول آن ناحیه است. ضریب تناسب بستگی به درجه حرارت و جنس هادی دارد. بنابراین مقداری از حرارت که در یک ناحیه کوچک از هادی حامل جریان و اختلاف درجه حرارت T∆ است، جذب و یا دفع می گردد.

اندازه گیری دما با مدار مجتمع

اندازگیری دما در یک مجموعه با کمترین میزان خطا توسط مدار های الکترونیکی یا مدارهای مجتمع انجام می شود. که به طور معمول به وسیلۀ سه نمونه سنسور انجام می شود. که در ادامه به آن ها می پردازیم.

تفاوت سنسورهای دمای LM35 ،LM34 و LM335

LM335 دارای خروجی ۱۰ میلی ولت به ازاء هر درجه کلوین است.

LM35 دارای خروجی ۱۰ میلی ولت به ازای هر درجه سانتی گراد است.

LM34 نیز به ازاء هر درجه فارنهایت، ۱۰ میلی ولت تولید می کند. AD592 دارای جریان خروجی معادل ۱ میکرو آمپر به ازاء هر درجه کلوین است.

سه رنج مختلف موجود از سنسورهای دمای مدار مجتمع در جدول زیر ارائه شده است.

نام آی سی	رنج دمایی بر حسب سانتیگراد	کاربرد
LM135	۱۵۰+ ~ ۵۵-	نظامی
LM235	۱۲۵+ ~ ۴۰-	صنعتی
LM335	۱۰۰+ ~ ۴۰-	تجاری

سنسور دمای کلوین LM335

 LM335 شبیه به یک دیود زنر حساس به دما است. و به صورت معکوس و در محدوده ولتاژ شکست بایاس می گردد. چون این IC یک دیود زنر است، باید یک ولتاژ بایاس معکوس و جریان زنر فراهم گردد. آزمایش های کارخانه سازنده در جریان یک میلی آمپر صورت می گیرد. این انتخاب منطقی به نظر می رسد، چون در جریان های بالاتر مشکل خود گرمایی که از توان I_zV_z ناشی می گردد، بیشتر ظاهر می شود و در جریان های کمتر از یک میلی آمپر دقت کاهش می یابد.

نرخ خطی LM335 برابر ۱± درجه سانتیگراد است، اما بهتر است که ماکزیمم دقت در رنج اندازه گیری مورد نظر را داشته باشد. به طور ایده آل دمای صفر درجه سانتیگراد ولتاژ صفر را تولید خواهد نمود.  در ابتدا، پتانسیومتر تنظیم صفر به گونه ای تنظیم می گردد تا در سر وسط آن ۲/۷۳- ولت داشته باشید و پتانسیومتر ۱۰ کیلو اهمی نیز در وسط رنج آن تنظیم می گردد. سنسور در پایین ترین دما نگاه داشته و پتانسیومتر تنظیم صفر طوری تنظیم می گردد تا خطا نصف گردد.

سپس سنسور را در بالاترین دمای مورد اندازه گیری قرار داده و پتانسیومتر ۱۰ کیلو اهمی جهت حذف نیمی از خطای رنج بالا تنظیم می گردد. مجدداً سنسور در دو حد پایین و بالا قرار می گیرد و تنظیمات مجدد جهت حذف نیمی از خطا صورت می گیرد. باید در نظر داشته باشید که جهت کالیبراسیون باید به سنسور، زمان و فرصت کافی داد تا در هر دمای جدید پایدار گردد و بعد پتانسیومترها تنظیم شوند.

• معرفی پایه های (پین ها) سنسور LM335

از پایه adj می توان برای کالیبراسیون سنسور و دستیابی به دمای دقیق تر استفاده کرد.

سنسور دمای فارنهایت LM34

• پایه های سنسور دمای LM34

pin یا پایه اول Vs، ولتاژ DC را دریافت می کند تا IC عمل کند. این ولتاژ تقریباً ۵ ولت است. پایه های Vs و GND برای تغذیه IC است و حدود ولتاژ DC مورد نیاز، ۴ تا ۳۰ ولت است.

pin یا پایه GND که به زمین مدار یا ترمینال منفی منبع تغذیه DC متصل می شود. 

پایه Vout خروجی IC است که متناسب با دمای اندازه گیری شده، ولتاژ آنالوگ تولید می کند. در واقع وظیفه اعلام دمای اندازه گیری شده را دارد.

• ویژگی های سنسور دمای LM34

• اندازه گیری دقیق دما به فارنهایت
• عامل مقیاس خطی mV/°F +10 
• دارای دقت تضمینی تا ۱٫۰ درجه فارنهایت (در ۷۷ درجه فارنهایت)
• اندازه گیری درجه حرارت از ۵۰- تا ۳۰۰ درجه فارنهایت
• مناسب کابردهای متحرک
• هزینه پایین
• عملکرد از ۵ تا ۳۰ ولت
• فشار جریان برق کمتر از ۹۰ μA
• خود گرمایی پایین، ۰٫۱۸ درجه فارنهایت در هوای ساکن
• غیر خطی تنها در شاخص ۰٫۵± درجه فارنهایت
• خروجی مقاومت پایین، ۰٫۴ برای بار ۱ میلی آمپر

ولتاژ خروجی سنسور دقیق دمای LM34 به طور خطی متناسب با درجه حرارت بر حسب فارنهایت است. بنابراین این یک مزیت نسبت به سنسورهای دما بر حسب کلوین است، زیرا نیازی به کم کردن مقدار ثابت از ولتاژ خروجی آن جهت تبدیل به فارنهایت نیست.

این نمونه سنسور نیازی به کالیبراسیون خارجی ندارد و دارای دقت ۰٫۵± فارنهایت است و در دمای معمولی اتاق و ۱٫۵± فارنهایت در رنج کامل ۳۰۰+ ~ ۵۰- فارنهایت است. امپدانس خروجی کم، خروجی خطی و کالیبراسیون ذاتی دقیق، استفاده از این IC را جهت بازخوانی و کنترل مدار به طور ویژه ای آسان می کند.

از آن جا که این پدیده تنها ۷۵μA از منبع خود دریافت می کند، به همین دلیل اثر خودگرمایی در آن بسیار کم و در حد ۰٫۲ فارنهایت در هوای ثابت و بدون حرکت است.

سنسور LM34 دارای رنج دمایی ۳۰۰+ ~ ۵۰- فارنهایت است در حالی که سنسور LM34C دارای رنج دمایی ۲۳۰+ ~ ۴۰-  فارنهایت است. این IC در بسته های TO-46 و TO-92 ترانزیستوری وجود دارد.

برای استفاده از این سنسور مثل دیگر سنسورهای دمای مدار مجتمع، باید آنها را با استفاده از چسب و یا مواد مشابه به سطح مورد نظر متصل نمایید. بدین ترتیب دمای اندازه گیری شده حدوداً  ۰٫۰۲ فارنهایت کمتر از دمای محیط خواهد بود.

ساختار ۴۶-TO را که فلزی است، می توانید به محیط مورد نظر لحیم نموده که در این صورت پایه که به بدنه سنسور متصل است بایستی به زمین مدار متصل شود.

اگر دمای زیر صفر درجه فارنهایت مدنظر باشد، باید از تغذیه منفی نیز استفاده نمایید. در این مدار ۳۰۰ درجه فارنهایت تولید ۳ ولت و ۵۰- درجه فارنهایت تولید ۵۰۰ میلی ولت DC می نماید. بعضی مواقع نیاز است که سنسور دما را چندین سانتیمتر دورتر از مدارهای الکترونیکی قرار دهید، که در این صورت باید توسط دو سیم سنسور را به مدار متصل نموده و سیگنال برگشتی توسط سنسور بایستی جریان باشد و نه ولتاژ، این موضوع اثر مقاومت سری سیم ها را برطرف می نماید. 

• مدار اتصال سنسور دمای LM34 به یک LCD

مداری که برای نمایش دما در یک LCD و اتصال به LM34 نیاز است در شکل زیر نمایش داده شده است.

اجزای مورد نیاز مدار:

• سنسور دمای LM34
• LCD
• برد آردوینو Arduino
• پتانسیومتر ۱۰ کیلو اهم

سنسور دمای LM35

• پایه های سنسور دمای LM35

پایه های سنسور دمای LM35 نیز مشابه پایه های سنسور LM34 است.

• ویژگی های سنسور دمای LM35

• اندازه گیری دقیق دما به درجه سانتی گراد (سلسیوس)
• عامل مقیاس خطی mV/°C +10 
• دارای دقت تضمینی تا ۰٫۵ درجه سانتی گراد (در ۲۵ درجه سانتی گراد)
• اندازه گیری درجه حرارت از ۵۵- تا ۱۵۰+ درجه سانتی گراد
• مناسب کابردهای متحرک
• هزینه پایین
• عملکرد از ۴ تا ۳۰ ولت
• فشار جریان برق کمتر از ۶۰ μA
• خود گرمایی پایین، ۰٫۰۸ درجه سانتی گراد در هوای ساکن
• غیر خطی تنها در شاخص ۱/۴± درجه سانتی گراد
• خروجی مقاومت پایین، ۰٫۱ برای بار ۱ میلی آمپر

LM35 همان طور که اشاره شد به ازای هر درجه سانتی گراد تغییر دما، ۱۰ میلی ولت افزایش یا کاهش ولتاژ دارد. به طور مثال اگر خروجی LM35، عددی مثل ۳۴۵ mV بود، این بدین معنی است که میزان دما ۳۴٫۵ درجه سانتی گراد است.

شکل زیرنمونه ای از یک مدار اندازه گیری دما با LM35 را نشان می دهد.

با انتخاب ۲۰۰ میلی ولت در مولتی متر مطابق شکل زیر و اتصال سر مثبت مولتی متر به مقاومت، هم چنین با تنظیم مقاوت متغیر  ۲K، می توان معادل دمای اندازه گیری شده را بدون تقسیم بر روی مولتی متر مشاهده کرد.

شماتیک دیاگرام مدار اتصال سنسور دمای LM34 و LM35 به Arduino

شماتیک دیاگرام مدار اتصال سنسور دمای LM335 به Arduino

شماتیک دیاگرام مدار اتصال سنسور دمای LM34 به Arduino و OLED

• کاربرد سنسورهای دمای LM34 و LM35

• منابع تغذیه
• مدیریت باتری
• گرمایش، تهویه و تهویه مطبوع (HVAC)
• در لوازم و لوازم الکتریکی خانگی

سنسور دمای LM35 نیز برای درجه سانتیگراد به کار می رود و از نقطه نظر مشخصات کاری دقیقاً شبیه به LM34 است. اگر برای انتقال سیگنال به یک فاصله نسبتاً طولانی نیاز داشته باشید، مقاومت سیم تأثیری بر سیگنال جریان نخواهد داشت که در این صورت AD590 یا AD592 از Analog Device ممکن است انتخاب بهتری از LM34 که خروجی آن ولتاژ است، باشد. 

دقت AD590 در حدود ۰٫۵± درجه سانتیگراد در محدوده رنج دمایی از ۵۵- تا ۱۵۰+ درجه سانتی گراد است. اما قیمت AD592 ارزان تر بوده و رنج دمای آن از ۲۵- تا ۱۰۵+ درجه سانتی گراد است و دقت ۰٫۵± درجه سانتیگراد فقط در محدوده دمایی از ۲۵+ تا ۱۰۵+  درجه سانتی گراد است و میزان خطی بودن آن ۰٫۲ درجه سانتی گراد در محدوده ۰ تا ۷۰ درجه سانتی گراد است. نمونه ای از مدارهای کاربردی AD590 و AD592 در شکل زیر نشان داده شده است.

در قسمت (a) یک پتانسیومتر به تنهایی جهت تبدیل جریان به ولتاژ استفاده شده است. توسط این پتانسیومتر می توانید عمل کالیبراسیون را انجام دهید. باید مطمئن شوید که پتانسیومتر را برای دمای مورد نظر تنظیم نموده اید. این سنسورها نیز شبیه به LM335، دمای مطلق را اندازه گیری می کنند. این بدین معنی است که اگر شما بخواهید با درجه سانتیگراد و یا کلوین کار کنید، یک مقدار زیادی ولتاژ آفست (نقطه صفر) وجود خواهد داشت.

برای از بین بردن این مورد می توانید از یک پتانسیومتر تنظیم صفر استفاده کنید.  قسمت (b) طریقه نصب آن را در مدار نشان می دهد. در پروسه کنترل، ثبت، اندازه گیری و نمایش حرارت یک سیستم یا شئ، اختلاف بسیار زیادی بین مفاهیم “سنسور حرارت” و “اندازه گیری حرارت” وجود دارد. یک دماسنج جیوهای معمولی می تواند به آسانی برای اندازه گیری دمای اتاق، یک مایع و… مورد استفاده قرار گیرد، در حالی که نمی توانید از آن برای ثبت و کنترل دمای محیط یا شئ مورد اندازه گیری استفاده نمایید. در مقابل یک سنسور گرما نمی تواند برای نشان دادن دمای محیطی که در آن قرار گرفته شده است به تنهایی مورد استفاده قرار گیرد.

سنسورهای حرارتی

سنسورهای حرارت را می توان به طور کلی به دو گروه تماسی و غیرتماسی تقسیم کرد. سنسور تماسی یا Sensor Contact برای اندازه گیری دمای محیط که در واقع دمای خودش را اندازه گیری می کند به کار می رود.

• سنسور حرارتی تماسی

با تماس این سنسور به شئ تحت کنترل یا قرار گرفتن آن در محیط تحت اندازه گیری، تعادل گرمایی بین سنسور و محیط ایجاد می شود. در این حالت جریان گرما یا Heat Flow بین محیط و سنسور وجود ندارد.

• سنسور حرارتی غیر تماسی

در سنسورهای حرارتی غیرتماسی توان حرارتی که سنجیده می شود، مادون قرمز یا نور 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 غیرتماسی قرار می گیرند.

سنسورهای حرارتی تماسی تنوع و فراوانی بسیار بیشتری نسبت به نوع غیرتماسی دارند. این سنسورها شامل: انواع ترموکوپل ها TC، مقاومتهای RTD و PRT، ترمیستورها، بی متال ها، ترمومترهای شیشه ای و انواع نیمه هادی ها شامل دیود، ترانزیستور و آی سی های اندازه گیری و کنترل دما هستند. علاوه بر موارد فوق می توان به میکرو ترموفیوزها و محافظ های 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 چیپ ها، CPU ها و سایر اجزای گران قیمت آنها در برابر دمای بالا می شود. ترموسنسورهای غیرتماسی نیز شامل ترمومترهای IR (مادون قرمز) و لیزری، تصویربرداری حرارتی و انواع طیف سنج های نوری است.

  به طور کلی این دسته از سنسورهای حرارتی بر مبنای قابلیت طیف منتشر شده، اندازه گیری را صورت می دهند. هرچند هنوز به کارگیری این گروه از سنسورها در صنعت به فراگیری RTD ها و ترموکوپل ها نرسیده است، اما کارآیی غیرقابل انکار آنها وقتی آشکار می شود که استفاده از انواع سنسورهای تماسی در محل مورد اندازه گیری عملا غیرممکن می شود. به عنوان مثال در صنایع ریخته گری فولاد، مس و سایر فلزات که با کوره های بزرگ مذاب سر و کار دارند، اگر چه استفاده از ترموکوپل به همراه کابل های ارتباطی دمای بالا امکان پذیر است، اما سرویس، نگهداری و تعمیرات چنین سیستم کنترلی در شرایط بهره برداری ناممکن است.

• اندازه گیری دما با سنسور پلاتین-شیشه

پلاتین به عنوان ماده ثابت جهت ساخت مقاومت های متغیر با دما در ابزار دقیق صنعتی استفاده می شود. مقاومت زیاد در مقابل زنگ زدگی و ساده بودن کار با آن، از مزایای این فلز است. این نوع سنسور از پیچیدن سیم پلاتینی روی محفظه شیشه ای تشکیل می شود و دو سیم جهت ارتباط با بیرون تعبیه شده است. پس از این که سیم پیچی پلاتینی کالیبره و تنظیم شد، روکشی روی آن کشیده می شود و گرم می شود تا سیم پیچی ثبات پیدا کرده و محکم گردد. 

سیم پلاتینی که استفاده می شود، قطری در حدود ۱۷ تا ۳۰ میکرومتر دارد که بستگی به نوع سنسور دارد. طول سنسور می تواند بین ۸ تا ۵۵ میلیمتر و قطر آن بین ۰٫۹  تا ۴٫۹ میلیمتر باشد. سنسورهای دمایی که این نوع ساختار را دارند در برابر شوک و لرزش استحکام زیادی دارند و مقاومت شیمیایی آنها بسیار بالاست و همچنین می توانند با ماده ای که می خواهید دمای آنرا اندازه گیری نمایید در تماس باشند.

• اندازه گیری دما با سنسور پلاتین -سرامیک

در این نوع سنسور سیم پیچ کالیبره شده پلاتینی داخل محفظه سرامیکی قرار می گیرد و داخل محفظه برای ثابت نگهداشتن سیم پیچ و هم برای اینکه حرارت بهتر منتقل شود، با پودر آلومینا پر می شود. پس از کالیبره کردن، سر و ته محفظه با درپوش های شیشه ای بسته می شود که وظیفه محکم نگاه داشتن سیم های ارتباطی را نیز دارد. قطر این سنسور دما بین ۰٫۹ تا ۴٫۹ میلیمتر است و طول نهایی سنسور بین ۶ تا ۳۰ میلیمتر است.

ساختمان داخلی این نوع سنسور از تغییر پایدار در مقاومت سنسور، به علت شوک های حرارتی جلوگیری می کند. رنج دمایی این سنسور از ۲۰۰- درجه تا ۸۰۰ درجه است.

• مثالی از کنترل دمای کابین مسافر

شکل زیر نمودار بلوکی کنترل دمای کابین مسافر را نشان می دهد. دمای مطلوب به یک ولتاژ تبدیل شده، به عنوان ورودی کنترل کننده بکار می رود. دمای واقعی کابین توسط حس کننده به ولتاژ تبدیل شده، برای مقایسه به کنترل کننده داده می شود. دمای محیط و حرارت تابشی خورشید، که طی حرکت وسیله نقلیه مقادیری ثابت نیستند، ورودی اغتشاش این سیستم محسوب می شود.

درجه حرارت کابین از یک نقطه به نقطه ای دیگر تفاوت زیادی دارد، لذا چند حس کننده در نقاط مختلف گذاشته می شود و مقادیر اندازه گیری شده، متوسط گیری می گردد. یک پنکه کوچک در محلی که مسافر دمایش را حس می کند قرار داده می شود.کنترل کننده، سیگنال ورودی، سیگنال خروجی و سیگنال های اغتشاشی را از طریق حس کننده ها دریافت می کند. کنترل کننده یک سیگنال کنترل بهینه به بخاری یا سرما ساز می فرستد تا درجه حرارت کابین در حدود دمای مطلوب بماند.

دماسنج های کریستالی

• دماسنج کریستال کوارتز

   این دماسنج یک روش جدید و بسیار دقیق اندازه گیری دما است که بر مبنای حساسیت فرکانس تشدید کریستال کوارتز به تغییر دما استوار است. وقتی از زاویه برش مناسب برای کریستال استفاد شود، یک تطابق کاملا خطی میان فرکانس و دما برقرار می گردد. در مدل های تجاری این وسیله، از شمارنده های الکترونیکی و دستگاه قرائت رقم نما برای اندازه گیری فرکانس استفاده می کنند. گستره دمایی کار کرد این دستگاه از ۴۰- درجه تا ۲۳۰ درجه سانتیگراد قابل تنظیم است.

• دماسنج کریستال مایع

   کریستال های مایع خمیری، که از استرهای کلسترول ساخته شده اند پاسخ جالبی به دما از خود نشان می دهند. در یک گستره تکرار پذیر دما، کریستال مایع همه رنگ های طیف رنگی را از خود آشکار می سازد. این پدیده بازگشت پذیر و تکرار پذیر است. با تغییر دادن فرمول مورد نظر می توانید از کریستال های مایع کمتر از صفر درجه تا چند صد درجه سانتیگراد استفاده نمایید.

 انواع دماسنج های مورد استفاده در هواشناسی

• دماسنج معمولی استاندارد (Thermometer)

   این دماسنج یک لوله بسیار باریک شیشه ای مسدود است که در انتهای آن محفظه ای تعبیه و از جیوه یا الکل پر شده است. در داخل لوله دماسنج خلاء کامل وجود دارد. گرم و سرد شدن مخزن باعث گرم و سرد شدن مایع درون مخزن شده و متعاقب آن باعث بالا و پایین رفتن مایع در داخل مخزن شیشه ای می شود، با مشاهده سطح مایع در داخل لوله دماسنج و قرائت عددی که روی بدنه شیشه نوشته شده است دمای هوا در آن لحظه مشخص می شود.

• دماسنج حداکثر (Thermometer Maximum)

   اغلب نیاز است علاوه بر دمای معمولی هوا، حداکثر دمایی که در طول یک دوره معین مثلاً یک شبانه روز اتفاق افتاده است نیز اندازه گیری و ثبت شود. به این منظور از دماسنج حداکثر استفاده نمایید. این نوع دماسنج با یک تفاوت جزیی تقریباً مشابه دماسنج های معمولی است؛ به این صورت که لوله مویین آن در محلی که به مخزن منتهی می شود بسیار باریک شده است.

   هنگامی که دما زیاد می شود، جیوه داخل مخزن منبسط شده و نیروی حاصل می تواند باعث راندن جیوه از داخل مجرای باریک بالای مخزن به قسمت بالای لوله گردد. به این ترتیب ارتفاع جیوه در داخل مخزن بالا می رود و با کاهش دما مایع داخل مخزن منقبض می شود، ولی باریک بودن لوله از برگشت مایع به داخل مخزن جلوگیری می کند و سطح مایع در داخل لوله در محلی که بالاترین دمای قبلی اتفاق افتاده است باقی می ماند، بنابراین سطح فوقانی جیوه نشان دهنده حداکثر دمای اتفاق افتاده است.

• دماسنج حداقل (Thermometer Minimum)

   دماسنج های حداقل برای ثبت پایین ترین دمای اتفاق افتاده در یک دوره معین به کار می روند. دماسنج های حداقل مشابه دماسنج های معمولی می باشند با این تفاوت که مایع داخل مخزن این نوع دماسنج به جای جیوه از مایعات رقیق تر مانند الکل استفاده می شود. به علاوه در داخل لوله مویین یک سوزن شیشه ای که دو سر آن گرد است رها گردیده که به عنوان شاخص از آن استفاده می شود.

   وقتی دمای هوا کاهش می یابد، با انقباض مایع، سطح بالای الکل در داخل لوله مویین با اعمال نیروی کشش سطحی شاخص، سوزنی را نیز به طرف پایین مخزن حرکت می دهد. با افزایش دما، مجدداً الکل در داخل لوله مویین از اطراف سوزن عبور کرده و به طرف بالا صعود می کند، اما سوزن در پایین ترین محلی که قبلاً در اثر کشش سطحی پایین آمده بود باقی می ماند. بنابراین قسمت بالایی شاخص شیشه ای، پایین ترین دمایی را که اتفاق افتاده است نشان می دهد در حالی که انتهای سطح الکل در بالای لوله، دمای لحظه ای هوا را نشان می دهد.

• دماسنج حداقل-حداکثر ( Thermometer – Max )

   این دماسنج ترکیبی از دو دماسنج حداقل و حداکثر است. این دماسنج از یک لوله شیشه ای U شکل ساخته شده است که دو انتهای آن مسدود است. قسمت پایینی لوله U شکل با جیوه پر شده است. علاوه بر جیوه، قسمت بالایی لوله قسمت چپ به طور کامل از الکل پر شده است، اما نصف حجم لوله سمت راست که انتهای آن به صورت یک مخزن گشاد شده بوده از الکل پر شده است و نصف دیگر آن از یک نوع گاز پر شده است.

   در بالاترین سطح جیوه و در داخل الکل در هر دو ستون شاخص های شیشه ای رنگی که یک سوزن در وسط آن تعبیه شده است وجود دارد. در اثر گرم و سرد شدن و متعاقب آن انبساط و انقباض، سطح جیوه بالا و پایین می رود. بالاترین حدی که جیوه در شاخه سمت چپ بالا رفته است دمای حداقل و بالاترین حدی که جیوه در شاخه سمت راست بالا رفته دمای حداکثر را نشان می دهد.

• دمانگار  (Thermograph)

   دمانگار یک وسیله کاملاً مکانیکی است و با استفاده از یک عنصر فلزی که انحنای آن با دما تغییر می کند ساخته شده است. یک طرف عنصر فلزی حساس به تغییرات دما، که دارای انحنا بوده به بازوی اهرم طویل و متحرکی بسته شده است که این بازو ممکن است مستقیماً دما را از روی یک مقیاس ساده درجه بندی شده نشان دهد و یا اینکه انتهای باز و به یک قلم ثبات متصل گردد. با تغییر دمای هوا، انحنای فلز تغییر می کند و این امر با توجه به نحوه تغییرات دما باعث انحراف قلم در انتهای بازوی مکانیکی به طرف بالا و پایین در روی کاغذ گراف می گردد و دماها ثبت می شوند.

انواع آذرسنج ها 

   آذر سنج ها یا Optical Pyrometer که به آن دماسنج غیرتماسی هم گفته می شود، بر پایه رنگ نور انتشار یافته از جسم بوده که در نهایت دمای جسم مورد نظر را اندازه گیری می کند. از این حقیقت که تمامی اجسام سیاه، یک اندازه دمای نور را نشان خواهند داد، نتیجه می گیرید که دامنه کاربردی این نوع دماسنج در دماهای بالا سرخ بوده و برای آهن تقریبا بالای ۵۰۰ درجه سانتیگراد است.

• نحوۀ عملکرد آذرسنج

    نور ایجاد شده توسط جسم، از درون یک سیستم اپتیکال (با بزرگ نمایی معین) که در درون آن یک لامپ گداخته کوچک قرار داده شده، گذرانده می شود. بدین ترتیب اگر از روزنه ای، به درون این سیستم نگاه کنید نور بسیار باریکی را مشاهده می کنید. در برخورد این نور با فیلمان لامپ، جریانی را از فیلمان عبور خواهد داد که تعیین کننده میزان دمای جسم است. این جریان توسط پتانسیومتری که بین منبع تغذیه (یک باطری) و لامپ قرار داده شده کنترل می گردد. برای نمایش دما از یک آم متر (ammeter) استفاده می گردد. دامنه آم متر از F 900 برای دمای ۵۰۰ درجه سانتیگراد تا F 3000 برای دمای ۱۶۰۰ درجه سانتیگراد متغییر است (فارنهایت= F).

• آذرسنج ثبت گر و کنترل گر

   در اغلب تأسیسات صنعتی، تنها نشان دادن دما توسط دستگاه کافی نیست و باید با قرار دادن یک قلم متحرک به جای عقربه پتانسیل سنج دما را ثبت کرد. این دستگاه آذرسنج ثبت گر نام دارد. همچنین با استفاده از مدارهای الکتریکی در دستگاه، می توانید جریان گاز به مشعل ها یا جریان برق به عنصرهای گرمایی را کنترل و دمای کوره را در مقدار مورد نظر ثبت نمایید. این دستگاه آذرسنج کنترل گر نام دارد. 

• آذرسنج تابشی

   اصول کارکرد آذرسنج تابشی بر پایه یک منبع تابشی استاندارد به نام جسم سیاه یا تابشگر کامل طرح ریزی شده است. تابشگر کامل، جسمی فرضی است که کلیه پرتوهای تابیده به خود را جذب می کند.در دمایی یکسان، چنین جسمی سریعتر از هر جسم دیگر از خود انرژی می تابد. آذرسنج های تابشی، عموماً برای نشان دادن دمای تابشگر کامل یا دمای حقیقی درجه بندی می شوند. قانون استفان -بولتزمن که مبنای مقیاس دمای آذرسنج های تابشی است، نشان میدهد که آهنگ تابش انرژی از یک تابشگر کامل، متناسب با توان چهارم دمای مطلق آن است.

• آذرسنج نوری

   ابزار تشریح شده در قسمت قبل که به تمام طول موج های تابش پاسخ می دهد آذرسنج تابشی نام دارد. با این که اصول کارکرد آذرسنج نوری با آذرسنج تابشی یکسان است؛ اما آذرسنج نوری با نوار باریکی از طول موج طیف مرئی کار می کند. آذرسنج نوری، دما را از طریق مقایسه درخشندگی نور گسیل شده توسط منبع، با نور گسیل شده از یک منبع استاندارد اندازه می گیرد.

   برای سهولت مقایسه رنگ ها، یک فیلتر قرمز که تنها طول موج پرتو قرمز را عبور می دهد به کار می رود. متداول ترین نوع آذرسنج نوری که در صنعت به کار می رود، نوع رشته پنهان شونده است. این آذرسنج شامل دو قسمت، یک تلسکوپ و یک جعبه کنترل است. تلسکوپ شامل یک فیلتر شیشه ای قرمز که جلوی چشمی نصب شده و یک لامپ با رشته درجه بندی شده است که عدسی های شیئ تصویر از جسم مورد آزمایش را بر آن متمرکز می کند.

   این دستگاه دارای یک کلید برای بستن مدار الکتریکی لامپ و یک پرده جاذب برای تغییر گستره اندازه گیری دما توسط آذرسنج است. گستره کاری آذرسنج نوری مورد بحث، از ۷۶۰ تا ۱۳۱۵ درجه سانتیگراد است. حد بالایی دما تا اندازه ای بستگی به خطر خراب شدن رشته و میزان خیره کنندگی ناشی از درخشش در دماهای بالاتر دارد. گستره دما ممکن است با بکارگیری پرده جاذب بین عدسی شیء و شبکه رشته به حد بالاتری افزایش یابد و به این وسیله، سازگاری درخشش در دماهای پایین تر رشته ممکن می شود. بدین ترتیب با استفاده از دماهای پایین تر رشته، می توان آذرسنج را برای دماهای بالاتر درجه بندی کرد. با بکارگیری پرده های جاذب مختلف، حد بالایی آذرسنج نوری را می توان ۵۵۰۰ الی ۱۰۰۰۰ درجه سانتیگراد یا بیشتر افزایش داد.

• مزایای آذرسنج های نوری و تابشی

۱- اندازه گیری دماهای بالا

۲- اندازه گیری دمای اجسام دور از دسترس

۳- اندازه گیری دمای اجسام کوچک یا متحرک

۴- هیچ یک از قسمتهای دستگاه در معرض آثار مخرب گرما نیست

• محدودیت های آذرسنج های نوری و تابشی

۱- چون سازگاری نورسنجی بستگی به قضاوت فردی دارد، خطاهایی روی می دهد.

۲- به خاطر وجود دود یا گاز بین ناظر و منبع اشتباهاتی پدید می آید.

۳- بسته به میزان انحراف از شرایط تابش گر کامل، خطا ایجاد می شود.

---

انواع سنسور ها را بشناسید: 

اساس کار سنسور اثر هال 

سنسور خازنی چیست؟

بررسی عملکرد و مدار سنسور گاز 

سنسور شفت انکودر چطور کار می کند؟

سنسور مجاورتی القایی

در صورتی که سوالی در خصوص مطالب بیان شده دارید می توانید در قسمت نظرات از ما بپرسید یا با ارائه پیشنهادات خود، ما را در بالا بردن کیفیت مقالات یاری کنید.