مقاله در مورد سنسورهای دما و ترانزیستورهای حرارتی

بخشی از مقاله

سنسورهاي دما و ترانزيستورهاي حرارتي

4-1 گرما ودما
كميت فيزيكي كه ما آن را گرما مي ناميم يكي از اشكال مختلف انرژي است و مقدار گرما معمولا برحسب واحد ژول سنجيده ميشود.مقدار گرمايي كه در يك شي موجوداست قابل اندازه گيري نمي باشد اما مي توان تغييرات گرماي موجود در يك شي كه بر اثر تغيير دما و يا تغيير در حالت فيزيكي (جامد به مايع، مايع به گازف يك شكل كريستالي به شكل كريستالي ديگر) ايجاد ميشود اندازه گيري كرد.

بنابراين از اين جنبه دما ميزان گرما براي ماده است تاوقتي كه حالت فيزيكي آن بدون تغيير باقي بماند.
ارتباط بين دما و انرژي گرمايي بسيار شبيه به ارتباط بين سطح ولتاژ وانرژي الكتريكي است.
سنسورهاي دماي رايج تماما وابسته به تغييراتي هستند كه همراه با تغييرات دماي ماده به وجود مي آيد. ترانسيديوسرهاي انرژي الكتريكي به انرژي گرماي جريان عبوري از يك هادي استفاده مي كنند اما ترانسديوسرهاي گرمايي به انرژي الكتريكي به طور مستقيم اين تبديل را انجام نمي دهند ومطابق با قوانين ترموديناميك نيازمند تغييرات دمايي براي عمل كردن هستند بدين گونه كه در دماي بالاتر گرما مي گيرد و در دماي پا

يين تر اين مقدار گرما را تخليه مي كند.

4-2 نوار بي متال
آشكارسازي حرارتي در موارد متنوعي مانند آشكار كردن آتش سوزي، گرمايش تا يك حد معين ويا تشخيص عيب در يك سردكننده مورد استفاده قرار مي گيرد .ساده ترين نوع سنسور حرارتي از نوع بي متال استكه اصول كار آن در شكل به تصوير كشيده شده است. تركيب فوق شامل دو نوار فلزي از دو جنس مختلف است كه با نقطه جوش و يا پرچ كردن در دو نقطه به يكديگر متصل شده

اند. جنس فلز دو نوار به گونه اي انتخاب مي شود كه ضرايب انبساطي خطي آنها با يكديگر تفاوت زيادي داشته باشند. مقدار انبساط يا ضريب انبساط خطي عبارت است از خارج قسمت تغيير مقدار طول به تغيير دما و اين مقدار براي همه فلزات مقداري است مثبت بدين معني كه با افزايش دما

طول نوار افزايش مي يابد. مقادير ضريب انبساط را براي چند نوع فلز بر حسب واحد 10*k بيان كرده است.
خميدگي پديده آمده در نوار بي متال را مي توان وسط هر يك از انواع ترانسديوسرهاي جابه جايي كه در فصل مورد بررسي قرار گرفت تشخيص داد اما اغلب اوقات از خود نوار بي متال براي راه اندازي كنتاكتهاي يك كليد استفاده مي شود ومعمولا خود بي متال يك از كنتاكتهاي كليد است. نوع رايج نوار بي متال هنوز هم در انواعي از تموستاتها مورد استفاده قرار مي گيرد اگر چه ب

ي متال در آنها به صورت حلزوني پيچيده شده است.اين شكل بي متال باعث افزايش حساسيت بي متال مي شود چون حساسيت بي متال با طور نوار بستگي مستقيم دارد. در صورتي كه محدوده دما وتغييرات آن كم مي باشد مقدار انحراف دقيقتا متناسب با تغيير دما خواهد بود.
اين نوع ترموستاتها داراي مشخصه نامطلوب هيسترزيس هستند به طوري كه به عنوان مثال ترموستاتي كه براي مقدار دماي 20c ساخته شده ممكن است در 22c باز شود.

شكل نوار بي متال كه تشكيل شده از دو نوار فلزي كه با نقطه جوش و يا ميخ پرچ به يكديگر متصل شده اند. معمولا براي اينكه حساسيت نوار بي متال نسبت به تغييرات دما بيشتر شود آن را با طول بيشتر ساخته وسپس به صورت حلقه اي فنري در مي آورند و يا آن را به صورت قرصهاي فلزي روي يكديگر جوش مي دهند.
مقادير انبساط خطي براي چند نوع فلز-مقدار انبساط بايستي در عدد10 ضرب شوند. به دليل اينكه دو فلز تشكيل دهنده بي متال داراي مقادير انبساط مساوي نيستند با تغييردما همانگونه كه در شكل مشخص شده است. نوار بي متال دچارخميدگي مي شود.
فلز/آليا‍ژ ضريب انبساط فلز/آلياژ ضريب انبساط
آلومينيم
برنز
كنستانتين
Invar
منيزيم
نيكل
نقره
تانتاليم
تنگستن ‌ ‌‌2.4
1.9
1.50.2
2.6
1.3
1.4
0.65
0.43 برنج
كرم
مس
آهن
منگنز

پلاتين
فولاد زنگ نزن
قلع
روي 2.7
0.85
1.6
102
1.6

0.90
1.0
2.7
2.6

ومجددا در 18c بسته شود اين خاصيت ممكن است باعث نوسان مشخصات قطع ووصل ترموستات وكاهش كارآيي توموستات شود. به عنوان مثال اگر براي كنترل دماي اتاقي از چنين ترموستاتي استفاده شود دما در حد مطلوب كنترل نخواهد شد و ترموستات فقط در حد كليد قطع ووصل عمل خواهد كرد. با استفاده از يك المنت تسريع كننده مي توان تاحدودي اثر هيسترزيس را كاهش داد. تسريع كننده در واقع شامل يك مقاومت با مقدار زياد است كه نزديك بي متال نصب مي شود.اصول كار به اين ترتيب است كه وقتي كنتاكتهاي ترموستات گرم كننده اتاق وصل مي شوند جرياني از مقاومت تسريع كننده عبور مي كنند به طوري كه سرعت گرم شدن ترموستات ترموستات بيشتر از سرعت گرم شدن محيط خواهد بود.براي اطلا بيشتر از مشخصات كنتاكتهاي سويچ مطالعه نماييد.
ساختار فوق باعث ميشود قبل از آنكه اتاق به دماي مورد نظر برسد ترموستات قطع كند. سپس جريان در مقاومت تسريع كننده قطع مي شود وبعد از آن ترموستات سريعتر از اتاق خنك مي شود بگونه اي كه عمل وصل شدن ترموستات سريعتر از آنچه بايد اتفاق مي افتد به هر جهت استفاده از تسريع كننده مي تواند منجر به رسيدن به درجه حرارت مورد نظر به گونه اي يكنواخت شود. هم اكنون ترموستاتهاي حساس تري ساخته شده كه به وسيله ترميستور عمل مي كند.

نوارهاي بي متال در اشكال فيزيكي متنوعي ساخته مي شوند و بخصوص نوع ديسكي آن كاربرد زياد دارد زماني كه تغيير دمايي رخ مي دهد يك ديسك ا زنوع بي متال به طور ناگهاني قوس دار مي شود كه باعث مي شود بدون هيچ واسطه اي يك تغيير شكل فنري براي صفحه اتفاق بيفتد. اين اساس كار سويچهاي حرارتي است كه براي جلوگيري از افزايش گرماي تجهيزات الكترونيكي مورد استفاده قرار ميگيرد.اين سويچهاي حرارتي را ميتوان به خنك كننده هاي آلومينيمي (هيت سينك) موتورهاي كوچك،ترانسفورمرها، كتري وبرقي و ساير وسايلي كه به نوعي در آنها احتمال گرم شدن بيش ازحد وجود دارد و داراي سطحي فلزي هستند چسبانيد.

سويچهاي حرارتي به دو شكل در حالت عادي از (N.O Normally Open) و در حالت عادي بسته (N.C Normally closed) قابل تهيه مي ب اشند وانتخاب يكي از اين دو نوع بستگي به اين دارد كه آيا سويچ حرارتي بايستي بالا رفتن دما و يا پايين آمدن دما را آشكار كند.سويچهاي حرارتي از پيش تنظيم شده داراي نوسان هيسترزيسي در حدود 3-5c از دو طرف نقطه دماي مورد نظر هستند چون در آنها از

تسريع كننده استفاده نشده است. براي كنترل دقيق بيشتر مي توان از ترموستاتهايي استفاده كرد كه داراي طول بي متال بيشتري هستند وطبعا هيسترزيس ونوسان از تنظيم در آنها كمتر است.
همه انواع نوارهاي بي مت ال با عنصر حساس طويل كه در ترموستاتها مورد استفاده قرار مي گيرد بايستي در فواصل زماني معيني تنظيم مجدد شوند زيرا نوار بي متال همواره د رمعرض تغييرات تدريجي خزش قرار ميگيرد و اين تغييرات روي تنظيم ترموستات تاثير مي گذارند.

4-3 انبساط مايع وگاز
اصول قديمي تر سنجش بر اساس دما انبساط مايعات استوار است ودر كليدهاي فشار از اصول كاري دما سنج جيوه اي معمولي استفاده شده است. ساده ترين سنسور از اين نوع برگرفته از دماسنج جيوه اي است كه در ون لوله موبين آن دو الكترود سيمي جاسازي شده است به دليل اينكه جيوه فلزي هادي و در دماي معمولي مايع است. زماني كه سطح جيوه به الكترودهايي كه مكان آنها بستگي به دماي بالاتر دارد مي رسد از طريق الكترودها مداري الكتريكي ايجاد مي شود.
بدين وسيله ميتوان رسيدن به دماي از پيش تعيين شده اي را تشخيص داد اما تنها براي يك عمل سويچ از آن استفاده مي شود و راهي براي تغيير دماي سويچ در آنها وجود ندارد. اگر چه ميتوان از سطح جيوه براي تغيير فركانس يك مدار نوساني استفاده كرد و بر پايه آن يك سيستم تشخيص دماي تناسبي ايجاد كرد ولي اين روش بندرت مورد استفاده قرارمي گيرد. سنسورهايي كه براي اندازه گيري دما وبراي غير از عمل سويچ مورد استفاده قرار مي گيرد عمدتا از نوع الكترونيكي هستند واز قطعاتي مانند ترموكوپل وترميستور در آنها استفاده مي شود واز قطعاتي كه براساس انبساط مكانيكي كار مي كنند و تنها در كارهاي قطع ووصل استفاده ميشود.
معمولي ترين آنها نوع پيشرفتهاي از دماسنج مخزني است كه بسيار هم رايج است و داراي قسمت حساسي است كه شامل مخزني پر از مايع است وتوسط يك لوله مويين به كليد فشاري وصل است.لازم نيست مايع درون مخزن حتما جيوه باشد وامروزه در مواردي ا زنوعي تركيبي به عنوان مايع منبسط شونده استفاده مي شود.
به دليل اينكه در مواردي بايستي مخزن مايع در فاصله دورتري قرار گيرد واتصال الكتريكي هم لازم ندارد مي توان از اين وسيله براي كاربرد در محيطهاي خطرناك استفاده كرد ومتناسب با آن نوع مايع را هم انتخاب كرد.طول لوله متصل كننده مخزن به سوئيچ فشاري بايستي تاحدي باشد كه حجم مايع اشغال كننده آن تنها بخش كوچكي از حجم كلي مايع باشد. زيرا دماي مايع داخل لوله مويين هم روي فشار تاثير خواهد داشت.
استفاده از هوا و يا هر گاز بي اثر بي جاي مايع باعث افزايش حساسيت و دقت دماسنج مي شود ولي سويچ فشاري بايستي بتواند به فشارهاي خيلي كمتر از آنچه توسط مايع منبسط شده اعمال مي شود پاسخ دهد.

يكي از ضعفهاي سيستم فوق به طور كلي بر اين است كه مخزن حساس بايستي داراي حجم مناسبي از مايع باشد و بنابراين نمي بايستي كوچك باشد.علاوه برآن به دليل اينكه اين حجم ماده منبسط شونده بايستي همراه با نوسانات دماي محيط گرم وسرد شود براي عمل شدن اين تغييرات زماني مناسبي لازم است ومخازن دماسنجها نمي توانند سريعا از تغييرات دما پيروي كند.ضروري نيست سنسور فشار يك قطعه قطع و وصل كننده باشد وبا ا

ستفاده از يك ديافراگم كه به يك پتانسيومتر متصل است و يا ترانسديوسر پيزوالكتريك و يا LVDT مي توان سنسور دماي مايع مخزني را به يك ابزار دقيق اندازه گيري دما تبديل كرد ولي در هر صورت اين چنين ابزاري كاربردهاي زيادي ندارد.

4-4 ترموكوپلها
تئوري
از ترموكوپل همواره به عنوان عنصر حس كننده در سنسور حرارتي ويا سويئچ حرارتي استفاده مي شود. اصول كاري ترموكوپلذ براساس دو فلز غيرمشابه است كه بين آنها نقطه اتصال كوچكي ايجاد شده وبا تغيير دماي محيط پتانسيل نقطه اتصال تغيير مي كند. پتانسيل نقطه اتصال براي يك نقطه اتصال قابل اندازه گيري نيست اما زماني كه دو نقطه اتصال در يك مدار قرار گيرند به طوري كه هر يك از دو نقطه اتصال در دماي متفاوت با ديگري قرار داشته باشد آنگاه ولتاژي در حد چند ميلي ولت بين آن دو نقطه ايجاد مي شود.
در صورتي كه دو نقطه اتصال در محيطي با دماي يكسان قرار داشته باشد ولتاژ مزبور افزايش خواهد يافت تا اينكه به مقدار نهايي ولتاژ برسد.منحني مشخصه نمونه نشاندهنده اين است كه ترموكوپل به دليل رفتار غيرخطي مشخصه وحالت معكوسي كه در دماهاي بالاتر از دماي نقطه بازگشت براي مشخصه پيش مي آيد تنها در فاصله دمايي محدودي داراي كاربرد مفيد است.



ترموكوپل از اثر سي يك استفاده مي كنند كه از نظر تئوري بيانگر معادله EMF زير است:

فلز/آليا‍ژ ضريب انبساط فلز/آلياژ ضريب انبساط
آلومينيم
مس
منگنز
نيكل
نقره ‌0.4
0.75
0.65

1.5
0.7 كنستانتين
آهن
موليبدن
سيليكن
تنگستن -3.3
1.88

1.2
45.0
0.8
در اين معادله c,b,a ثابتهايي هستند كه به نوع فلزات به كار رفته در ترموكوپل بستگي دارند و اختلاف دماي بين آنهاست. اگر اتصال نقطه سرد
در 0C نگهداشته شود آنگاه معادله EMFخواهد شد.

كه در آ»ن ثابتهاي اندازه گيري شده براي زوج فلزها هستند و T اختلاف دما مي باشد. در دماي پايين تر ازدماي نقطه انتقالي مقدار a معمولا كوچك است به طوري كه EME تقريبا به طور مستقيم متناسب با اختلاف دماست.
• اثر پلي تي ير كه بعدا تعريف خواهد شد بر عكس اثر سي بك است و
• اثر كلوين خيلي كمتر شناخته شده است و مربوط به EMF توليد شده در يك هادي بدون نقطه اتصال دو فلزي است. در چنين هادي اختلاف دما بين دوقسمت مختلف يك هادي باعث ايجاد EMF در آن مي گردد/
وقتي جريان الكتريكي در يك هادي كه دو انتهاي آن د ردو دماي متفاوت نگهداشته مي شوند برقرار مي شود مقدار گرما از هادي متصاعد مي شود كه مقدار آن متناسب با حاصلضرب جريان و گراديان حرارتي است.
• هر مدار عملي شامل يك ترموكوپل داراي بيش از دو نقطه اتصال از فلزات متفاوت خواهد بود و مدارات بايستي بگونه اي طراحي شوند كه تنها اتصالات مورد نظر در دماهاي متفاوت قرار گيرند.
خروجي يك ترموكوپل داراي دامنه كوچكي است به طوري كه براي اختلاف دماي 10C مقدار خروجي در محدوده چند ميلي ولت مي باشد و مقادير نمونه نيروي محركه الكتروموتوري (EMF) براي چند نمونه فلز و آلياژ در حالتيكه فلز دوم جفت فلز ترموكوپل پلاتين باشد آورده شده است. مقادير EMF اختلاف دما براي سه نوع ماده رايج ترموكوپل فهرست شده است. از انواع ترموكوپلهاي فوق نوع مس كنستانتان عمدتا براي محدوده دماهاي پايين تر ونوع پلاتين/ راديم براي دماهاي بالاتر مورد استفاده قرارمي گيرد. به دليل اينكه ولتاژ خروجي ترموكوپل پايين است بايستي سيگنال خروجي ترموكوپل تقويت دامنه شود


مگر در مواردي كه از ترموكوپل به همراه يك ميلي ولت متر حساس براي اندازه گيري دما استفاده مي شود.اگر نياز به اين باشد كه از خروجي ترموك

وپل براي راه اندازي چيزي بيشتر تراز حركت عقربه استفاده شود در ان صورت لازم است با استفاده از يك تقويت كننده عملياتي ويا تقويت كننده چاپر آن را تقويت DC كنيم.نوع تقويت كننده اي كه لازم است بايستي بدقت انتخاب شود زيرا بايستي داراي پايداري جريان شتتي مطلوبي باشد مگر اينكه امكان تنظيم مجدد تقويت كننده به طور مكرر فراهم باشد. در چنين شرايطي تقويت كننده چاپر براي اغلب موارد ترجيح داده مي شود.
در صورتي كه لازم باشد يك عمل كليدي روشن/خاموش انجام شود ترموكوپل بايستي به همراه يك كنترل كننده كه از مدار اشميت تريگر استفاده مي

كند به كار برده شود زيرا بايستي توسط اشميت تريگر باياس نقطه كار به گونه اي ميزان شود كه بتوان دماي سويچ را از پيش تنظيم كرد.
مدار معمولي داراي خاصيت تقويت كنندگي است. زيرا محدوده هيا خروجيهاي ترموكوپل قابل مقايسه با پتانسيل هاي اتصال در مدارات تقويت كننده است.سعي در استفاده ازوروديهاي خيلي كوچك براي عمل سويچ همواره به مشكلاتي در مورد هيسترزيس و حساسيت منجر مي شود.
امتياز خاص ترموكوپلها اين است كه قسمت حس كننده آن خودشان خيلي كوچك است وامكان اين هست كه ترموكوپلها در فضاهاي خيلي كوچك جاسازي شوند و بتوان پاسخ مناسبي را نسبت به تغيرات سريع دما دريافت كرد. طبيعت الكترويكي وروش كار به صورتي است كه مدارات لازم براي خواندن خروجي ترموكوپل را مي توان در فاصله دورا زخود سنسور نصب كرد. بايستي توجه داشتكه در هر جا كه يك هادي فلز با يك هادي فلزي ديگر تماس داشته باشد اثرات ترموكوپل ظاهر مي شود به گونه اي كه اختلاف دماهاي موجود در مدار چاپي نيز ميتوانند باعث تغيير در مقدار ولتاژ خروجي ترموكوپل هايي بشوند كه ولتاژشان با آنها قابل مقايسه است. بنابراين شلك ساختمان تقويت كننده هايي كه براي ترموكوپلها استفاده مي شوند بسيار مهم است وبه نوعي تنظيم صفر نياز دارند.

كاربرد عملي
ترموكوپلها در صنعت موارد استفاده زيادي دارند به طوري كه به عنوان يكي از مهمترين قسمتهاي سنسور هاي دما به كار مي روند. از ميان بسياري از تركيبات ممكن فلزات براي تشكيل ترموكوپل تنها تعداد كمي از آنها داراي رفتار خطي مناسب ومقاومت قابل توجه در مقابل دماي زياد هستند.

يادداشتها
نوع S با استفاده از %90 پلاتين %10 آلياژ راديم و پلاتين خالص به عنوان فلز دوم ساخته ميشود. نوع R با استفاده زا %87 پلاتين،%13 آلياژ راديم و پلاتين خالص به عنوان فلز دوم ساخته ميشود. نوع j يا كوپل –كرمل-آلومل) با استفاده از آلياژهاي نيكل-كرم ونيكل- الومينيوم ساخته ميشود. نوع T يا كوپل مس كنستانتان با استفاده از آلياژهاي مس ومس- نيكل ساخته مي شود.نوع E و يا كوپل كرم-كنستانتان با استفاده از آلياژهاي نيكل-كرم ومس-نيكل ساخته مي شود.

راجترين انواع ترموكوپلها به همراه حروف كد مربوط به آنها
كد فلزات به كار رفته محدوده دما Mv
بازاي هر 100c توضيحات
s ptRh/pt
PtRh/Pt

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

0-800c
0-1100c
+400c تا -200 0.645
0.647
5.268
4.095
4.277
6.137 احتياج به پوشش سراميكي دارد
احتياج به پوشش سراميكي دارد
به وسيله اكسيژن واسيدها آسيب مي بيند
با عوامل تجزيه كننده وخورنده تماس نداشته باشد
مورد استفاده در محدوده دماي كم
داراي ولتاژ خروجي بيشتر
اين موارد شامل دو گروه هستند انواع فلز پايه مانند آهن-كنستانتان وانواع فلزات مرغوب مانند پلاتين راديم-پلاتين. ترموكوپلهاي ازجنس فلز مرغوب اين نامگذاري به دليل مقاومت آنها در مقابل همه اسيدها شناخته شده است در دماهاي بالتر كاربرد دارند اما ولتاژ خروجي آنها كم است وبه منظور جلوگيري از خرابيناشي از اكسيدشدني بايستي آنها را روكش كرد. ترموكوپلهايي كه از فلز آهن به عنوان يكي از دو جنس سيم استفاده مي كنند بايستي در مقابل زنگ زدن وبه طور كلي هر نوع اكسيداسيون محافظت شوند. تفاوتهاي بين اندازه گيري دما با ترموكوپل و ديگر وسايل اندازه گيري دما همواره مورد تاييد قرار نمي گيرد. اندازه گيري توسط ترموكوپل همواره به صورت يك اندازه گيري تفاضلي است بدين صورت كه اختلاف دماي بين اتصال سرد با همان اتصال مرجع يادماي اتصال گرم و يا اتصال اندازه گيري را محاسبه مي كند. اگر هيچ كدام از فلزات مورد استفاده در ترموكوپل از همان جنس فلز كابلهاي رابط نباشند دومجموعه اتصال جديد به وجود خواهد آمد.
جداول مورد استفاده براي ترموكوپل از همان جنس فلز كابلهاي رابط نباشند دو مجموعه اتصال جديد به وجود خواهد آمد.
جداول مورد استفاده براي ترموكوپل با اين فرض تهيه شده اند كه اتصال مرجع همواره د ردماي 0C قرار دارد.
در عرصه صنعت اين فرض بندرت واقعيت پيدا مي كند و بنابراين براي اينكه داده هاي فوق كارايي داشته ب اشد بايستي جبران سازيهايي انجام شود

به طوري كه قرائت خروجي ترموكوپل براساس دماي حقيقي نقطه مرجع اتصال ترموكوپل صورت بگيرد.
روش معمول جبران سازي اتصال سرد را ميتوان در قسمت تقويت كننده/ خروجي ابزار به كاربرد براي تشخيص دما در اتصال ويا اتصالات مرجع از يك سيم پيچ فلزي و يا يك ترميستور استفاده مي شود وخروجي حاصل از اين سنسور به منظور تصحيح اثر به يك طبقه جمع كننده داخل ابزار اعمال ميشود. اين روش براحتي در تجهيزات مجهز به ميكروكنتر

لر توسط يك جدول تصحيح مقادير كه در يك حافظه ROM نگهداري مي شود قابل انجام سات اما در روشهاي قديمي آنالوگ عمل فوق با استفاده از يك طبقه جمع كننده انجام مي شد.
بايستي توجه دشت كه تصحيح فوق كه بايستي اعمال شود با توجه به مشخصات كابلي است كه جزو متعلقات ترموكوپل است. تعويض كابل فوق با كابلي از جنس ديگر به عنوان مثال اضافه كردن طول كابل ترموكوپل به وسيله يك كابل مسي باعث ميش

ود عوامل تصحيح در نظر گرفته شده در داخل ابزار اندازه گيري صحت واعتبار خود را از دست بدهند زيرا اكنون دو اتصال جديد به اتصالات ترموكوپلي اوليه اضافه شده اند.
اگر چه ترموكوپلها براي اندازه گيري دقيق ايده آل نيستند معمولتر اين است كه اتصال ويا اتصالات مرجع در دماي واحدهاي مرجع قرار داده شوند. حالت نقطه ذوب يخ واحد مرجع با استفاده از اتصالات سرد پله تي تر در 0C نگهداشته مي شود برعكس اثر ترموكپل وسنسورهاي دقيق براي دماي مرجع مانند نوعي فانوسي با استفاده از انبساط حاصل از تغييرات حالت آب به يخ كار مي كنند.
روش تجاري تثبيت نقطه مرجع صفر بدين صورت بود كه از يك فلاسك خلا كه از مخلوط آب ويخ پر شده بود استفاده مي شد متنها در اندازه گيري با اين روش اختلافهاي زيادي پيش مي آمد و احتياج به دقت اندازه گيري زيادي داشت.

ايراد عمده اي كه اين روش در بر دارد اين است كه از درون يخچال خارج مي شود غالبا در دماي 15 C و يا كمتر است وآب اطراف آن د رحدود دماي 5C است بنابراين نقطه اتصال مرجع مطمئنا در دماي اشتباه قرار دارد و ضمنا همين دما هم به مقدار قابل توجهي تغيير خواهد كرد.
مخلوط آب و يخ در صورتي مناسب است كه آب عاري از مواد معدني ناخالصي باشد ويخ از آب يكنواختي تشكيل شده باشد يخ به صورت پودر باشد وحالت تكه تكه نداشته باشد يخ به مدت زمان قابل توجهي در تماس با آب بوده و به شكل يكنواختي بهم زده شود ونقطه اتصال مرجع يا يخ تماس نداشته باشد.

سيستم مرجع جعبه داغ از يك بلوك آلومينيومي محكم تشكيل شده كه حفره اي در آن دريل كاري شده و اتصال مرجع در ان حفره قرار داده مي شود.دماي بلوك ثابت باقي مي ماند ومعمولا در دمايي است كه به مقدار كافي از دماي محيط بالاتر و در ناحيه دماي 55-65 C قرار دارد. توسط يك گرم كننده دماي بلوك سريعا تا سطح پايدارش بالا برد مي شود وزماني كه دما به سطح كنترل شده رسيد گرم كننده خاموش مي شود. از اين زمان به بعد دما تسوط يك ترميستور و يك عنصر گرم كننده كه در يك حلقه با يك تقويت كننده قرا ردارد كنترل ميشود. تج

هيزات جنب ترموكوپل بايستي داراي مداراتي باشد كه با اضافه كردن ولتاژ كوچكي به خروجي ترموكوپل قرائت ولتاژ حاصل از افزايش دماي نقطه مرجع را تصحيح كند.
روش ديگر كه به صورت غيرفعال است. عبارت است كه از جاسازي نقطه مرجع در يك بلوك فلزي به صورتي كه بلوك فلزي كاملا عايق كاري شده باشد. در شرايط فوق تغييرات دما فقط با كندي زياد اجام مي شود.سنسور ديگر داخل بلوك به تجهيزات وصل است وسيگنال تصحيح براي دماي اتصال مرجع را توليد مي كند.
اتصالات بين ترموكوپل وسيستم قرائت اندازه گيري داراي اهميت است. زماني كه فاصله بين ترموكوپل وا بزار اندازه گيري قابل توجه باشد بايستي از كابلهاي رابط يا جبران سازي براي اتصال اين دواستفاده كرد. اختلاف بين اين دو در اين است كه سيمهايي كه براي طولاني كردن استفاده مي شود از اهمان جنس ماده اي هستندك ه براي ترموكوپل استفاده شده است ومي تواند در همان دماهاي مورد استفاده قرار گيرد. كابلهاي جبران سازي از مواد ارزان قيمت استفاده مي كند و فقط تا دماي محيط 80C قابل استفاده اند. كابلهاي جبران سازي بايستي با نوع ترموكوپل مورد استفاده تطبيق شده باشد و هر دو اين كابلهاي طولاني كردن و جبران

سازي بايستي تا پلاريته مناسب متصل شوند.
كابلهايي كه با استاندارد انگليسي (BS1843.1952) توليد مي شوند تمام از رمزگذاريهايي استفاده مي كنند كه در آن سيم منفي به رنگ آبي است. اما د ركابلهاي US ANSI سيم قرمز براي منفي استفاده مي كنند در استانداردهاي آلماني مشخصات DIN سيم قرمز براي قطب مثبت است. در هر حال از رنگ ديگر براي پلاريته مخالف استفاده مي شود به دليل اينكه رنگهاي سيمها به صورت بين المللي استاندارد نشده اند حتما بايستي نام كشور مبدا س

ازنده كابل طولاني كردن وكابل جبران سازي وسفارش دهنده كابلهاي مبدا آلمان ممكن است براي فروش در آمريكا ساخته شده باشند وازكدهاي ANSI در آنها استفاده باشد.
هر نوع ترموكوپلي كه مورد استفاده قرار گرفته باشد بايستي براي جلوگي

ري از تماس مستقيم مواد ترموكوپلي با فلزات ذوب شده گازهاي داغ و يا گازها ومايعات ايجاد كننده خوردگي مطابق با كاربرد اتصال اندازه گيري به وسيله غلاف و روكش مناسب پوشيده شوند. در بعضي كاربردها بخصوص در مواردي كه لازم است پاسخ سريعي دريافت شود مثلا در مورد اندازه گيري دماي گاز ميتوان اتصال اندازه گيري را بدون روكش نصب كرد

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 %27 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

4-5 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 %27
فولاد زنگ نزن استیل8/18
اینکوئل (آلیاژ نیکل)
سیلیکون کاباید
سرامیک آلومینا 500-800
1000

800
1100

1500
1600-1900 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 24 افزایش می یابد که در آن A سطح مقطع سیم در 0C 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 200 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 4.2 مس 4.3
آهن 6.5 نیکل 6.5
پلاتین 3.4 نقره 3.9
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(0.00366)1/273 عدد انبساط ویژه طور عمده کنسانتان دارای مقداری در حدود %10 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 400c 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.