whatsapp call admin

مقاله در مورد سنسورهای دما و ترانزیستورهای حرارتی

word قابل ویرایش
68 صفحه
12700 تومان
127,000 ریال – خرید و دانلود

سنسورهای دما و ترانزیستورهای حرارتی

۴-۱ گرما ودما
کمیت فیزیکی که ما آن را گرما می نامیم یکی از اشکال مختلف انرژی است و مقدار گرما معمولا برحسب واحد ژول سنجیده میشود.مقدار گرمایی که در یک شی موجوداست قابل اندازه گیری نمی باشد اما می توان تغییرات گرمای موجود در یک شی که بر اثر تغییر دما و یا تغییر در حالت فیزیکی (جامد به مایع، مایع به گازف یک شکل کریستالی به شکل کریستالی دیگر) ایجاد میشود اندازه گیری کرد.

بنابراین از این جنبه دما میزان گرما برای ماده است تاوقتی که حالت فیزیکی آن بدون تغییر باقی بماند.
ارتباط بین دما و انرژی گرمایی بسیار شبیه به ارتباط بین سطح ولتاژ وانرژی الکتریکی است.
سنسورهای دمای رایج تماما وابسته به تغییراتی هستند که همراه با تغییرات دمای ماده به وجود می آید. ترانسیدیوسرهای انرژی الکتریکی به انرژی گرمای جریان عبوری از یک هادی استفاده می کنند اما ترانسدیوسرهای گرمایی به انرژی الکتریکی به طور مستقیم این تبدیل را انجام نمی دهند ومطابق با قوانین ترمودینامیک نیازمند تغییرات دمایی برای عمل کردن هستند بدین گونه که در دمای بالاتر گرما می گیرد و در دمای پا

یین تر این مقدار گرما را تخلیه می کند.

۴-۲ نوار بی متال
آشکارسازی حرارتی در موارد متنوعی مانند آشکار کردن آتش سوزی، گرمایش تا یک حد معین ویا تشخیص عیب در یک سردکننده مورد استفاده قرار می گیرد .ساده ترین نوع سنسور حرارتی از نوع بی متال استکه اصول کار آن در شکل به تصویر کشیده شده است. ترکیب فوق شامل دو نوار فلزی از دو جنس مختلف است که با نقطه جوش و یا پرچ کردن در دو نقطه به یکدیگر متصل شده

اند. جنس فلز دو نوار به گونه ای انتخاب می شود که ضرایب انبساطی خطی آنها با یکدیگر تفاوت زیادی داشته باشند. مقدار انبساط یا ضریب انبساط خطی عبارت است از خارج قسمت تغییر مقدار طول به تغییر دما و این مقدار برای همه فلزات مقداری است مثبت بدین معنی که با افزایش دما

طول نوار افزایش می یابد. مقادیر ضریب انبساط را برای چند نوع فلز بر حسب واحد ۱۰*k بیان کرده است.
خمیدگی پدیده آمده در نوار بی متال را می توان وسط هر یک از انواع ترانسدیوسرهای جابه جایی که در فصل مورد بررسی قرار گرفت تشخیص داد اما اغلب اوقات از خود نوار بی متال برای راه اندازی کنتاکتهای یک کلید استفاده می شود ومعمولا خود بی متال یک از کنتاکتهای کلید است. نوع رایج نوار بی متال هنوز هم در انواعی از تموستاتها مورد استفاده قرار می گیرد اگر چه ب

ی متال در آنها به صورت حلزونی پیچیده شده است.این شکل بی متال باعث افزایش حساسیت بی متال می شود چون حساسیت بی متال با طور نوار بستگی مستقیم دارد. در صورتی که محدوده دما وتغییرات آن کم می باشد مقدار انحراف دقیقتا متناسب با تغییر دما خواهد بود.
این نوع ترموستاتها دارای مشخصه نامطلوب هیسترزیس هستند به طوری که به عنوان مثال ترموستاتی که برای مقدار دمای ۲۰c ساخته شده ممکن است در ۲۲c باز شود.

شکل نوار بی متال که تشکیل شده از دو نوار فلزی که با نقطه جوش و یا میخ پرچ به یکدیگر متصل شده اند. معمولا برای اینکه حساسیت نوار بی متال نسبت به تغییرات دما بیشتر شود آن را با طول بیشتر ساخته وسپس به صورت حلقه ای فنری در می آورند و یا آن را به صورت قرصهای فلزی روی یکدیگر جوش می دهند.
مقادیر انبساط خطی برای چند نوع فلز-مقدار انبساط بایستی در عدد۱۰ ضرب شوند. به دلیل اینکه دو فلز تشکیل دهنده بی متال دارای مقادیر انبساط مساوی نیستند با تغییردما همانگونه که در شکل مشخص شده است. نوار بی متال دچارخمیدگی می شود.
فلز/آلیا‍ژ ضریب انبساط فلز/آلیاژ ضریب انبساط
آلومینیم
برنز
کنستانتین
Invar
منیزیم
نیکل
نقره
تانتالیم
تنگستن ‌ ‌‌۲٫۴
۱٫۹
۱٫۵۰٫۲
۲٫۶
۱٫۳
۱٫۴
۰٫۶۵
۰٫۴۳ برنج
کرم
مس
آهن
منگنز

پلاتین
فولاد زنگ نزن
قلع
روی ۲٫۷
۰٫۸۵
۱٫۶
۱۰۲
۱٫۶

۰٫۹۰
۱٫۰
۲٫۷
۲٫۶

ومجددا در ۱۸c بسته شود این خاصیت ممکن است باعث نوسان مشخصات قطع ووصل ترموستات وکاهش کارآیی توموستات شود. به عنوان مثال اگر برای کنترل دمای اتاقی از چنین ترموستاتی استفاده شود دما در حد مطلوب کنترل نخواهد شد و ترموستات فقط در حد کلید قطع ووصل عمل خواهد کرد. با استفاده از یک المنت تسریع کننده می توان تاحدودی اثر هیسترزیس را کاهش داد. تسریع کننده در واقع شامل یک مقاومت با مقدار زیاد است که نزدیک بی متال نصب می شود.اصول کار به این ترتیب است که وقتی کنتاکتهای ترموستات گرم کننده اتاق وصل می شوند جریانی از مقاومت تسریع کننده عبور می کنند به طوری که سرعت گرم شدن ترموستات ترموستات بیشتر از سرعت گرم شدن محیط خواهد بود.برای اطلا بیشتر از مشخصات کنتاکتهای سویچ مطالعه نمایید.
ساختار فوق باعث میشود قبل از آنکه اتاق به دمای مورد نظر برسد ترموستات قطع کند. سپس جریان در مقاومت تسریع کننده قطع می شود وبعد از آن ترموستات سریعتر از اتاق خنک می شود بگونه ای که عمل وصل شدن ترموستات سریعتر از آنچه باید اتفاق می افتد به هر جهت استفاده از تسریع کننده می تواند منجر به رسیدن به درجه حرارت مورد نظر به گونه ای یکنواخت شود. هم اکنون ترموستاتهای حساس تری ساخته شده که به وسیله ترمیستور عمل می کند.

نوارهای بی متال در اشکال فیزیکی متنوعی ساخته می شوند و بخصوص نوع دیسکی آن کاربرد زیاد دارد زمانی که تغییر دمایی رخ می دهد یک دیسک ا زنوع بی متال به طور ناگهانی قوس دار می شود که باعث می شود بدون هیچ واسطه ای یک تغییر شکل فنری برای صفحه اتفاق بیفتد. این اساس کار سویچهای حرارتی است که برای جلوگیری از افزایش گرمای تجهیزات الکترونیکی مورد استفاده قرار میگیرد.این سویچهای حرارتی را میتوان به خنک کننده های آلومینیمی (هیت سینک) موتورهای کوچک،ترانسفورمرها، کتری وبرقی و سایر وسایلی که به نوعی در آنها احتمال گرم شدن بیش ازحد وجود دارد و دارای سطحی فلزی هستند چسبانید.

سویچهای حرارتی به دو شکل در حالت عادی از (N.O Normally Open) و در حالت عادی بسته (N.C Normally closed) قابل تهیه می ب اشند وانتخاب یکی از این دو نوع بستگی به این دارد که آیا سویچ حرارتی بایستی بالا رفتن دما و یا پایین آمدن دما را آشکار کند.سویچهای حرارتی از پیش تنظیم شده دارای نوسان هیسترزیسی در حدود ۳-۵c از دو طرف نقطه دمای مورد نظر هستند چون در آنها از

تسریع کننده استفاده نشده است. برای کنترل دقیق بیشتر می توان از ترموستاتهایی استفاده کرد که دارای طول بی متال بیشتری هستند وطبعا هیسترزیس ونوسان از تنظیم در آنها کمتر است.
همه انواع نوارهای بی مت ال با عنصر حساس طویل که در ترموستاتها مورد استفاده قرار می گیرد بایستی در فواصل زمانی معینی تنظیم مجدد شوند زیرا نوار بی متال همواره د رمعرض تغییرات تدریجی خزش قرار میگیرد و این تغییرات روی تنظیم ترموستات تاثیر می گذارند.

۴-۳ انبساط مایع وگاز
اصول قدیمی تر سنجش بر اساس دما انبساط مایعات استوار است ودر کلیدهای فشار از اصول کاری دما سنج جیوه ای معمولی استفاده شده است. ساده ترین سنسور از این نوع برگرفته از دماسنج جیوه ای است که در ون لوله موبین آن دو الکترود سیمی جاسازی شده است به دلیل اینکه جیوه فلزی هادی و در دمای معمولی مایع است. زمانی که سطح جیوه به الکترودهایی که مکان آنها بستگی به دمای بالاتر دارد می رسد از طریق الکترودها مداری الکتریکی ایجاد می شود.
بدین وسیله میتوان رسیدن به دمای از پیش تعیین شده ای را تشخیص داد اما تنها برای یک عمل سویچ از آن استفاده می شود و راهی برای تغییر دمای سویچ در آنها وجود ندارد. اگر چه میتوان از سطح جیوه برای تغییر فرکانس یک مدار نوسانی استفاده کرد و بر پایه آن یک سیستم تشخیص دمای تناسبی ایجاد کرد ولی این روش بندرت مورد استفاده قرارمی گیرد. سنسورهایی که برای اندازه گیری دما وبرای غیر از عمل سویچ مورد استفاده قرار می گیرد عمدتا از نوع الکترونیکی هستند واز قطعاتی مانند ترموکوپل وترمیستور در آنها استفاده می شود واز قطعاتی که براساس انبساط مکانیکی کار می کنند و تنها در کارهای قطع ووصل استفاده میشود.
معمولی ترین آنها نوع پیشرفتهای از دماسنج مخزنی است که بسیار هم رایج است و دارای قسمت حساسی است که شامل مخزنی پر از مایع است وتوسط یک لوله مویین به کلید فشاری وصل است.لازم نیست مایع درون مخزن حتما جیوه باشد وامروزه در مواردی ا زنوعی ترکیبی به عنوان مایع منبسط شونده استفاده می شود.
به دلیل اینکه در مواردی بایستی مخزن مایع در فاصله دورتری قرار گیرد واتصال الکتریکی هم لازم ندارد می توان از این وسیله برای کاربرد در محیطهای خطرناک استفاده کرد ومتناسب با آن نوع مایع را هم انتخاب کرد.طول لوله متصل کننده مخزن به سوئیچ فشاری بایستی تاحدی باشد که حجم مایع اشغال کننده آن تنها بخش کوچکی از حجم کلی مایع باشد. زیرا دمای مایع داخل لوله مویین هم روی فشار تاثیر خواهد داشت.
استفاده از هوا و یا هر گاز بی اثر بی جای مایع باعث افزایش حساسیت و دقت دماسنج می شود ولی سویچ فشاری بایستی بتواند به فشارهای خیلی کمتر از آنچه توسط مایع منبسط شده اعمال می شود پاسخ دهد.

یکی از ضعفهای سیستم فوق به طور کلی بر این است که مخزن حساس بایستی دارای حجم مناسبی از مایع باشد و بنابراین نمی بایستی کوچک باشد.علاوه برآن به دلیل اینکه این حجم ماده منبسط شونده بایستی همراه با نوسانات دمای محیط گرم وسرد شود برای عمل شدن این تغییرات زمانی مناسبی لازم است ومخازن دماسنجها نمی توانند سریعا از تغییرات دما پیروی کند.ضروری نیست سنسور فشار یک قطعه قطع و وصل کننده باشد وبا ا

ستفاده از یک دیافراگم که به یک پتانسیومتر متصل است و یا ترانسدیوسر پیزوالکتریک و یا LVDT می توان سنسور دمای مایع مخزنی را به یک ابزار دقیق اندازه گیری دما تبدیل کرد ولی در هر صورت این چنین ابزاری کاربردهای زیادی ندارد.

۴-۴ ترموکوپلها
تئوری
از ترموکوپل همواره به عنوان عنصر حس کننده در سنسور حرارتی ویا سویئچ حرارتی استفاده می شود. اصول کاری ترموکوپلذ براساس دو فلز غیرمشابه است که بین آنها نقطه اتصال کوچکی ایجاد شده وبا تغییر دمای محیط پتانسیل نقطه اتصال تغییر می کند. پتانسیل نقطه اتصال برای یک نقطه اتصال قابل اندازه گیری نیست اما زمانی که دو نقطه اتصال در یک مدار قرار گیرند به طوری که هر یک از دو نقطه اتصال در دمای متفاوت با دیگری قرار داشته باشد آنگاه ولتاژی در حد چند میلی ولت بین آن دو نقطه ایجاد می شود.
در صورتی که دو نقطه اتصال در محیطی با دمای یکسان قرار داشته باشد ولتاژ مزبور افزایش خواهد یافت تا اینکه به مقدار نهایی ولتاژ برسد.منحنی مشخصه نمونه نشاندهنده این است که ترموکوپل به دلیل رفتار غیرخطی مشخصه وحالت معکوسی که در دماهای بالاتر از دمای نقطه بازگشت برای مشخصه پیش می آید تنها در فاصله دمایی محدودی دارای کاربرد مفید است.

ترموکوپل از اثر سی یک استفاده می کنند که از نظر تئوری بیانگر معادله EMF زیر است:

فلز/آلیا‍ژ ضریب انبساط فلز/آلیاژ ضریب انبساط
آلومینیم
مس
منگنز
نیکل
نقره ‌۰٫۴
۰٫۷۵
۰٫۶۵

۱٫۵
۰٫۷ کنستانتین
آهن
مولیبدن
سیلیکن
تنگستن -۳٫۳
۱٫۸۸

۱٫۲
۴۵٫۰
۰٫۸
در این معادله c,b,a ثابتهایی هستند که به نوع فلزات به کار رفته در ترموکوپل بستگی دارند و اختلاف دمای بین آنهاست. اگر اتصال نقطه سرد
در ۰C نگهداشته شود آنگاه معادله EMFخواهد شد.

که در آ»ن ثابتهای اندازه گیری شده برای زوج فلزها هستند و T اختلاف دما می باشد. در دمای پایین تر ازدمای نقطه انتقالی مقدار a معمولا کوچک است به طوری که EME تقریبا به طور مستقیم متناسب با اختلاف دماست.
• اثر پلی تی یر که بعدا تعریف خواهد شد بر عکس اثر سی بک است و
• اثر کلوین خیلی کمتر شناخته شده است و مربوط به EMF تولید شده در یک هادی بدون نقطه اتصال دو فلزی است. در چنین هادی اختلاف دما بین دوقسمت مختلف یک هادی باعث ایجاد EMF در آن می گردد/
وقتی جریان الکتریکی در یک هادی که دو انتهای آن د ردو دمای متفاوت نگهداشته می شوند برقرار می شود مقدار گرما از هادی متصاعد می شود که مقدار آن متناسب با حاصلضرب جریان و گرادیان حرارتی است.
• هر مدار عملی شامل یک ترموکوپل دارای بیش از دو نقطه اتصال از فلزات متفاوت خواهد بود و مدارات بایستی بگونه ای طراحی شوند که تنها اتصالات مورد نظر در دماهای متفاوت قرار گیرند.
خروجی یک ترموکوپل دارای دامنه کوچکی است به طوری که برای اختلاف دمای ۱۰C مقدار خروجی در محدوده چند میلی ولت می باشد و مقادیر نمونه نیروی محرکه الکتروموتوری (EMF) برای چند نمونه فلز و آلیاژ در حالتیکه فلز دوم جفت فلز ترموکوپل پلاتین باشد آورده شده است. مقادیر EMF اختلاف دما برای سه نوع ماده رایج ترموکوپل فهرست شده است. از انواع ترموکوپلهای فوق نوع مس کنستانتان عمدتا برای محدوده دماهای پایین تر ونوع پلاتین/ رادیم برای دماهای بالاتر مورد استفاده قرارمی گیرد. به دلیل اینکه ولتاژ خروجی ترموکوپل پایین است بایستی سیگنال خروجی ترموکوپل تقویت دامنه شود

مگر در مواردی که از ترموکوپل به همراه یک میلی ولت متر حساس برای اندازه گیری دما استفاده می شود.اگر نیاز به این باشد که از خروجی ترموک

وپل برای راه اندازی چیزی بیشتر تراز حرکت عقربه استفاده شود در ان صورت لازم است با استفاده از یک تقویت کننده عملیاتی ویا تقویت کننده چاپر آن را تقویت DC کنیم.نوع تقویت کننده ای که لازم است بایستی بدقت انتخاب شود زیرا بایستی دارای پایداری جریان شتتی مطلوبی باشد مگر اینکه امکان تنظیم مجدد تقویت کننده به طور مکرر فراهم باشد. در چنین شرایطی تقویت کننده چاپر برای اغلب موارد ترجیح داده می شود.
در صورتی که لازم باشد یک عمل کلیدی روشن/خاموش انجام شود ترموکوپل بایستی به همراه یک کنترل کننده که از مدار اشمیت تریگر استفاده می

کند به کار برده شود زیرا بایستی توسط اشمیت تریگر بایاس نقطه کار به گونه ای میزان شود که بتوان دمای سویچ را از پیش تنظیم کرد.
مدار معمولی دارای خاصیت تقویت کنندگی است. زیرا محدوده هیا خروجیهای ترموکوپل قابل مقایسه با پتانسیل های اتصال در مدارات تقویت کننده است.سعی در استفاده ازورودیهای خیلی کوچک برای عمل سویچ همواره به مشکلاتی در مورد هیسترزیس و حساسیت منجر می شود.
امتیاز خاص ترموکوپلها این است که قسمت حس کننده آن خودشان خیلی کوچک است وامکان این هست که ترموکوپلها در فضاهای خیلی کوچک جاسازی شوند و بتوان پاسخ مناسبی را نسبت به تغیرات سریع دما دریافت کرد. طبیعت الکترویکی وروش کار به صورتی است که مدارات لازم برای خواندن خروجی ترموکوپل را می توان در فاصله دورا زخود سنسور نصب کرد. بایستی توجه داشتکه در هر جا که یک هادی فلز با یک هادی فلزی دیگر تماس داشته باشد اثرات ترموکوپل ظاهر می شود به گونه ای که اختلاف دماهای موجود در مدار چاپی نیز میتوانند باعث تغییر در مقدار ولتاژ خروجی ترموکوپل هایی بشوند که ولتاژشان با آنها قابل مقایسه است. بنابراین شلک ساختمان تقویت کننده هایی که برای ترموکوپلها استفاده می شوند بسیار مهم است وبه نوعی تنظیم صفر نیاز دارند.

کاربرد عملی
ترموکوپلها در صنعت موارد استفاده زیادی دارند به طوری که به عنوان یکی از مهمترین قسمتهای سنسور های دما به کار می روند. از میان بسیاری از ترکیبات ممکن فلزات برای تشکیل ترموکوپل تنها تعداد کمی از آنها دارای رفتار خطی مناسب ومقاومت قابل توجه در مقابل دمای زیاد هستند.

یادداشتها
نوع S با استفاده از %۹۰ پلاتین %۱۰ آلیاژ رادیم و پلاتین خالص به عنوان فلز دوم ساخته میشود. نوع R با استفاده زا %۸۷ پلاتین،%۱۳ آلیاژ رادیم و پلاتین خالص به عنوان فلز دوم ساخته میشود. نوع j یا کوپل –کرمل-آلومل) با استفاده از آلیاژهای نیکل-کرم ونیکل- الومینیوم ساخته میشود. نوع T یا کوپل مس کنستانتان با استفاده از آلیاژهای مس ومس- نیکل ساخته می شود.نوع E و یا کوپل کرم-کنستانتان با استفاده از آلیاژهای نیکل-کرم ومس-نیکل ساخته می شود.

راجترین انواع ترموکوپلها به همراه حروف کد مربوط به آنها
کد فلزات به کار رفته محدوده دما Mv
بازای هر ۱۰۰c توضیحات
s ptRh/pt
PtRh/Pt

Fe/CuNi
NiCr/NiAl
Cu/CuNi
NiCr/CuNi 0-1400c
0-1400c

۰-۸۰۰c
0-1100c
+400c تا -۲۰۰ ۰٫۶۴۵
۰٫۶۴۷
۵٫۲۶۸
۴٫۰۹۵
۴٫۲۷۷
۶٫۱۳۷ احتیاج به پوشش سرامیکی دارد
احتیاج به پوشش سرامیکی دارد
به وسیله اکسیژن واسیدها آسیب می بیند
با عوامل تجزیه کننده وخورنده تماس نداشته باشد
مورد استفاده در محدوده دمای کم
دارای ولتاژ خروجی بیشتر
این موارد شامل دو گروه هستند انواع فلز پایه مانند آهن-کنستانتان وانواع فلزات مرغوب مانند پلاتین رادیم-پلاتین. ترموکوپلهای ازجنس فلز مرغوب این نامگذاری به دلیل مقاومت آنها در مقابل همه اسیدها شناخته شده است در دماهای بالتر کاربرد دارند اما ولتاژ خروجی آنها کم است وبه منظور جلوگیری از خرابیناشی از اکسیدشدنی بایستی آنها را روکش کرد. ترموکوپلهایی که از فلز آهن به عنوان یکی از دو جنس سیم استفاده می کنند بایستی در مقابل زنگ زدن وبه طور کلی هر نوع اکسیداسیون محافظت شوند. تفاوتهای بین اندازه گیری دما با ترموکوپل و دیگر وسایل اندازه گیری دما همواره مورد تایید قرار نمی گیرد. اندازه گیری توسط ترموکوپل همواره به صورت یک اندازه گیری تفاضلی است بدین صورت که اختلاف دمای بین اتصال سرد با همان اتصال مرجع یادمای اتصال گرم و یا اتصال اندازه گیری را محاسبه می کند. اگر هیچ کدام از فلزات مورد استفاده در ترموکوپل از همان جنس فلز کابلهای رابط نباشند دومجموعه اتصال جدید به وجود خواهد آمد.
جداول مورد استفاده برای ترموکوپل از همان جنس فلز کابلهای رابط نباشند دو مجموعه اتصال جدید به وجود خواهد آمد.
جداول مورد استفاده برای ترموکوپل با این فرض تهیه شده اند که اتصال مرجع همواره د ردمای ۰C قرار دارد.
در عرصه صنعت این فرض بندرت واقعیت پیدا می کند و بنابراین برای اینکه داده های فوق کارایی داشته ب اشد بایستی جبران سازیهایی انجام شود

به طوری که قرائت خروجی ترموکوپل براساس دمای حقیقی نقطه مرجع اتصال ترموکوپل صورت بگیرد.
روش معمول جبران سازی اتصال سرد را میتوان در قسمت تقویت کننده/ خروجی ابزار به کاربرد برای تشخیص دما در اتصال ویا اتصالات مرجع از یک سیم پیچ فلزی و یا یک ترمیستور استفاده می شود وخروجی حاصل از این سنسور به منظور تصحیح اثر به یک طبقه جمع کننده داخل ابزار اعمال میشود. این روش براحتی در تجهیزات مجهز به میکروکنتر

لر توسط یک جدول تصحیح مقادیر که در یک حافظه ROM نگهداری می شود قابل انجام سات اما در روشهای قدیمی آنالوگ عمل فوق با استفاده از یک طبقه جمع کننده انجام می شد.
بایستی توجه دشت که تصحیح فوق که بایستی اعمال شود با توجه به مشخصات کابلی است که جزو متعلقات ترموکوپل است. تعویض کابل فوق با کابلی از جنس دیگر به عنوان مثال اضافه کردن طول کابل ترموکوپل به وسیله یک کابل مسی باعث میش

ود عوامل تصحیح در نظر گرفته شده در داخل ابزار اندازه گیری صحت واعتبار خود را از دست بدهند زیرا اکنون دو اتصال جدید به اتصالات ترموکوپلی اولیه اضافه شده اند.
اگر چه ترموکوپلها برای اندازه گیری دقیق ایده آل نیستند معمولتر این است که اتصال ویا اتصالات مرجع در دمای واحدهای مرجع قرار داده شوند. حالت نقطه ذوب یخ واحد مرجع با استفاده از اتصالات سرد پله تی تر در ۰C نگهداشته می شود برعکس اثر ترموکپل وسنسورهای دقیق برای دمای مرجع مانند نوعی فانوسی با استفاده از انبساط حاصل از تغییرات حالت آب به یخ کار می کنند.
روش تجاری تثبیت نقطه مرجع صفر بدین صورت بود که از یک فلاسک خلا که از مخلوط آب ویخ پر شده بود استفاده می شد متنها در اندازه گیری با این روش اختلافهای زیادی پیش می آمد و احتیاج به دقت اندازه گیری زیادی داشت.

ایراد عمده ای که این روش در بر دارد این است که از درون یخچال خارج می شود غالبا در دمای ۱۵ C و یا کمتر است وآب اطراف آن د رحدود دمای ۵C است بنابراین نقطه اتصال مرجع مطمئنا در دمای اشتباه قرار دارد و ضمنا همین دما هم به مقدار قابل توجهی تغییر خواهد کرد.
مخلوط آب و یخ در صورتی مناسب است که آب عاری از مواد معدنی ناخالصی باشد ویخ از آب یکنواختی تشکیل شده باشد یخ به صورت پودر باشد وحالت تکه تکه نداشته باشد یخ به مدت زمان قابل توجهی در تماس با آب بوده و به شکل یکنواختی بهم زده شود ونقطه اتصال مرجع یا یخ تماس نداشته باشد.

سیستم مرجع جعبه داغ از یک بلوک آلومینیومی محکم تشکیل شده که حفره ای در آن دریل کاری شده و اتصال مرجع در ان حفره قرار داده می شود.دمای بلوک ثابت باقی می ماند ومعمولا در دمایی است که به مقدار کافی از دمای محیط بالاتر و در ناحیه دمای ۵۵-۶۵ C قرار دارد. توسط یک گرم کننده دمای بلوک سریعا تا سطح پایدارش بالا برد می شود وزمانی که دما به سطح کنترل شده رسید گرم کننده خاموش می شود. از این زمان به بعد دما تسوط یک ترمیستور و یک عنصر گرم کننده که در یک حلقه با یک تقویت کننده قرا ردارد کنترل میشود. تج

هیزات جنب ترموکوپل بایستی دارای مداراتی باشد که با اضافه کردن ولتاژ کوچکی به خروجی ترموکوپل قرائت ولتاژ حاصل از افزایش دمای نقطه مرجع را تصحیح کند.
روش دیگر که به صورت غیرفعال است. عبارت است که از جاسازی نقطه مرجع در یک بلوک فلزی به صورتی که بلوک فلزی کاملا عایق کاری شده باشد. در شرایط فوق تغییرات دما فقط با کندی زیاد اجام می شود.سنسور دیگر داخل بلوک به تجهیزات وصل است وسیگنال تصحیح برای دمای اتصال مرجع را تولید می کند.
اتصالات بین ترموکوپل وسیستم قرائت اندازه گیری دارای اهمیت است. زمانی که فاصله بین ترموکوپل وا بزار اندازه گیری قابل توجه باشد بایستی از کابلهای رابط یا جبران سازی برای اتصال این دواستفاده کرد. اختلاف بین این دو در این است که سیمهایی که برای طولانی کردن استفاده می شود از اهمان جنس ماده ای هستندک ه برای ترموکوپل استفاده شده است ومی تواند در همان دماهای مورد استفاده قرار گیرد. کابلهای جبران سازی از مواد ارزان قیمت استفاده می کند و فقط تا دمای محیط ۸۰C قابل استفاده اند. کابلهای جبران سازی بایستی با نوع ترموکوپل مورد استفاده تطبیق شده باشد و هر دو این کابلهای طولانی کردن و جبران

سازی بایستی تا پلاریته مناسب متصل شوند.
کابلهایی که با استاندارد انگلیسی (BS1843.1952) تولید می شوند تمام از رمزگذاریهایی استفاده می کنند که در آن سیم منفی به رنگ آبی است. اما د رکابلهای US ANSI سیم قرمز برای منفی استفاده می کنند در استانداردهای آلمانی مشخصات DIN سیم قرمز برای قطب مثبت است. در هر حال از رنگ دیگر برای پلاریته مخالف استفاده می شود به دلیل اینکه رنگهای سیمها به صورت بین المللی استاندارد نشده اند حتما بایستی نام کشور مبدا س

ازنده کابل طولانی کردن وکابل جبران سازی وسفارش دهنده کابلهای مبدا آلمان ممکن است برای فروش در آمریکا ساخته شده باشند وازکدهای ANSI در آنها استفاده باشد.
هر نوع ترموکوپلی که مورد استفاده قرار گرفته باشد بایستی برای جلوگی

ری از تماس مستقیم مواد ترموکوپلی با فلزات ذوب شده گازهای داغ و یا گازها ومایعات ایجاد کننده خوردگی مطابق با کاربرد اتصال اندازه گیری به وسیله غلاف و روکش مناسب پوشیده شوند. در بعضی کاربردها بخصوص در مواردی که لازم است پاسخ سریعی دریافت شود مثلا در مورد اندازه گیری دمای گاز میتوان اتصال اندازه گیری را بدون روکش نصب کرد

اگر چه د رصورتی که گاز باعث ایجاد خوردگی شود نمی توان اتصال را خارج از روکش نصب کرد و به جای روش فوق بایستی از نوع روکش عایق استفاده کرد. به طوری که یا کاملا ا زنظر الکتریکی عایق باشد و یا از نوع زمین بوده به طوری که اتصال با روکش اتصال کامل داشته باشد. نوع اخیر در مقابل مواد خورنده دارای حفاظت خوبی است و به طور قابل ملاحظه ای دارای پاسخ سریعی است.
هر دو نوع کابل کاملا روکش شده بایستی در محیطهای دارای فشار بالا مورد استفاده قرار گیرند. در جدول مواد تشکیل دهنده رایج د رساخت روکش ترموکوپل برای مصارف صنعتی لیست شده است.رایجترین نوع روکش برای اندازه گیری ترموکوپلهای مخصوص حوض فلز مذاب علی الخصوص برای آلیاژهای روی سرب از جنس آلیاژ با %۲۷ کرم می باشند. در محیطهایی که با اکسید سولفور سروکار دارند به عنوان مثال گازهای حاصل از سوخت ذغال و یا نفت فولاد زنگ نزن بهتر از آلیاژهای نیکل جواب می دهند و برای روکش ترموکوپهای از جنس فلزات نجیب بایستی از مواد سرامیکی استفاده کرد.

کدهای رنگی مورد استفاده درکابلهای رابط طولانی کردن وکابلهای جبران سازی در انگلیس و امریکا وآلمان
کد انگلیس امریکا آلمان

الف:کابلهای طولانی کردن
E بیرونی
مثبت
منفی
بیرونی قهوه ای

 

قهوه ای
آبی
سیاه ارغوانی
ارغوانی
قرمز
سیاه –


آبی
J مثبت
منفی
بیرونی زرد
آبی
قرمز
سفید
قرمز
زرد
سبز
قرمز
سبز

K مثبت
منفی
بیرونی قهوه ای
آبی
آبی زرد
قرمز
آبی
قرمز
سبز
قهوه ای
T مثبت
منفی سفید
آبی آبی
قرمز قرمز
قهوه ای
ب:کابلهای جبران سازی-نوع U برای فلزات نجیب،نوع vx جهت فلزات پایه
U بیرونی
مثبت
منفی سبز
سفید
آبی سبز
سیاه

قرمز سفید
قرمز
سفید
VX مثبت
منفی
سفید
آبی قهوه ای
قرمز قرمز
سبز

۴-۵ سنسورهای مقاومت فلزی (metal-resistance sensors)
تمام هادیهای فلزی دارای این خاصیت هستند که همگام با تغییر دما مقاومت ویژه آنها نیز تغییر می کند.
مواد ماکزیمم c توضیحات
فولاد نرم
کرم آهن %۲۷
فولاد زنگ نزن استیل۸/۱۸
اینکوئل (آلیاژ نیکل)
سیلیکون کاباید
سرامیک آلومینا ۵۰۰-۸۰۰
۱۰۰۰

۸۰۰
۱۱۰۰

۱۵۰۰
۱۶۰۰-۱۹۰۰ بستگی به این دارد که ایا تحت نورد سرود یا نورد گرم قرار گیرد.قابلیت اکسیدشدن دارد.
مورد استفاده در قلع ویا سرب مذاب قابلیت اکسیدشدن دارد.
مقاومت زیاد درمقابل اکسیداسیون وخوردگی
از این ماده نبایستی در محیط حاویاکسیدسولفور استفاده کرد.
مورد استفاده در روکش بیرونی، مقاوم در مقابل شوک حرارتی. می تواند اکسیده شود.
مورد استفاده درفلزات نجیب،دارای مقاومت زیاد در مقابل مواد شیمیایی است
واین تغییر در مقاومت ویژه به نوبه خود باعث تغییر در مقاومت

هادی میشود.جدول این مطلب را توضیح داده است.تغییر مقاومت هادی در یک محدوده وسیع دمایی نسبت به خروجی ترموکوپل خطی تر است.
اگر چه در دماهای بالاتر مشخصه نسبت به خط مستقیم دارای انحراف است.

جدول مقاومت ویژه وتغییر مقاومت با دما
یک سیم با سطح مقطع یکنواخت به مساحت A،طول s و مقاومت ویژه p دارای مقاومت R است که با رابط زیر بیان می شود:
R=pS/A
با افزایش دما به مقدار تغییر ذیل روی میدهد:

طول سیم به مقدار افزایش می یابد که در ان مقدار انبساط طولی سیم است. سطح مقطع سیم به مقدار ۲۴ افزایش می یابد که در آن A سطح مقطع سیم در ۰C است مقاومت ویژه به مقدار p افزایش می یابد که در آن p مقاوت ویژه و a ضریب دمای مقاومت ویژه می باشد.
در مورد اغلب فلزات مقدار انبساط از مرتبه وضریب دمای مقاومت ویژه از مرتبه می باشد که در حدود ۲۰۰ بار بزرگتر است. به طوری که تغییرات در ابعاد به مقدار خیلی کمی روی مقاومت تاثیر می گذارد. لذا می توان از ضریب دمای مقاومت ویژه همانند ضریب دمای مقاومت استفاده کرد. بنابراین رابطه تغییر مقاومت به صورت زیر خواهد بود:

که در رابطه فوق نشانگر مقاومت در دمای نشانگر مقاومت در ضریب دمای مقاومت ویژه اختلاف دما می باشد.

جدول ضرایب دمایی مقاومتی برای چند نوع فلز
فلز ضریب
فلز ضریب
آلومینیم ۴٫۲ مس ۴٫۳
آهن ۶٫۵ نیکل ۶٫۵
پلاتین ۳٫۴ نقره ۳٫۹
ولی دست کم اینکه مانندمشخصه ترموکپل دارای خاصیت برگشت پذیری نیست. مقدار انحراف به وسیله اثر مربع و مولفه های قانون مکعب معادله حادث شده است و این اثرات تنها در دماهای بالا مهم هستند د رمورد اغلب فلزات اولین ضریب تغییر مقاومت (آلفا) از نظر مقدار به عدد(۰٫۰۰۳۶۶)۱/۲۷۳ عدد انبساط ویژه طور عمده کنسانتان دارای مقداری در حدود %۱۰ مقدار توسط برای فلزات خالص بوده ومقدار فوق برای مانگانین حتی از این هم پایین تر است.هر دو ماده فوق از آلیاژهای مس نیکل ومنگنز هستند.
مانگانین حتی از این هم پایین تر است. هر دو ماده فوق آلیاژهای مس ،نیکل ومنگنز هستند.
برای محدوده های دمای نسبتا کوچک و تا ۴۰۰c تغییرات مقاومت نیکل و آلیاژهای نیکل مورد استفاده قرار می گیرد.برای محدوده های دمای بالاتر به دلیل مقاومت بسیار بالاتر آنها در مقابل اکسیداسیون پلاتین وآلیاژهای آن مناسب تر هستند.برای اهداف اندازه گیری سنسور مقاومت را میتوان به همراه یک مجموعه سیمها که دمای آن هم تغییر می کند به یک پل اندازه گیری وصل کرد.

یک مقاومت پلاتین به این شکل را میتوان به عنوان یک اندازه گیر دما به کاربرد. دماسنج استاندارد آزمایشگاه فیزیک ملی از نوع انبساط گازی است اما این وسیله دماسن

ترمومترگازی کالیبره شده اند به عنوان استاندارد ثانویه در سطح وسیعی استفاده می شود که اغلب به اشتباه نیمه استاندارد خوانده می شود اندازه عنصر حسگر و ظرفیت

گرمایی آن باعث می شود پاسخ ترمومتر در مقایسه با دستگاه های از نوع کاملا الکترونیک مانند ترموکوپلها کندتر باشد.
اگرنیاز به عمل سویچ کردن باشد میتوان از یک مدار پل که به یک ترمومتر مقاومت پلاتین وصل شده استفاه کرد و خروجی این مقدار را به یک مدار از نوع تحریک متصل کرد. از این روش بندرت استفاده می شود زیرا ترمومتر از نوع مقاومتی دارای این مزیت است که پاسخ آن نسبت به انواع دیگر ترمومتر ها خطی تر است و ضمنا عمل سویچ را میتوان با تجهیزات ارزانتری انجام داد.

این فقط قسمتی از متن مقاله است . جهت دریافت کل متن مقاله ، لطفا آن را خریداری نمایید
word قابل ویرایش - قیمت 12700 تومان در 68 صفحه
127,000 ریال – خرید و دانلود
سایر مقالات موجود در این موضوع
دیدگاه خود را مطرح فرمایید . وظیفه ماست که به سوالات شما پاسخ دهیم

پاسخ دیدگاه شما ایمیل خواهد شد