سنسور دما تماسی و غیرتماسی، کدام بهتر است؟

به گزارش تجارت نیوز،

این ابزار های ظریف، با اندازه‌ گیری دقیق دما، اطلاعات حیاتی را برای تنظیم و حفظ شرایط دمایی مطلوب در فرآیند ها و محیط ‌های گوناگون فراهم می کنند. در این مقاله جامع، سفری به دنیای سنسورهای دما خواهیم داشت و با انواع، عملکرد، مزایا و معایب هر یک به طور کامل آشنا می ‌شویم.

انواع و دسته‌ بندی کلی سنسورهای دما

سنسورهای دما را می ‌توان بر اساس نحوه اندازه‌ گیری دما به دو دسته کلی تقسیم کرد:

1. سنسور های تماسی

این دسته از سنسور ها برای اندازه‌ گیری دما، نیاز به تماس مستقیم با جسم یا سیال مورد نظر دارند. برخی از متداول ‌ترین سنسور های تماسی عبارتند از:

•    ترموکوپل ‌ها: بر اساس اختلاف پتانسیل الکتریکی ایجاد شده در محل اتصال دو فلز مختلف در اثر گرما کار می ‌کنند. تنوع بالا، دامنه وسیع اندازه‌ گیری دما، قیمت مناسب و سرعت پاسخگویی سریع از مزایای ترموکوپل‌ ها هستند. با این حال، دقت پایین ‌تر در مقایسه با برخی سنسور های دیگر و حساسیت به نویز از معایب آن‌ ها به شمار می‌ رود.

•    مقاومت‌ های حرارتی (RTD): با تغییر مقاومت الکتریکی خود در برابر تغییرات دما، دما را اندازه ‌گیری می‌کنند. RTD ها از دقت و پایداری بالایی برخوردارند و در صنایع مختلف از جمله نفت و گاز، دارو سازی و نیمه‌ رسانا ها کاربرد دارند. اما قیمت بالا و سرعت پاسخگویی کند تر نسبت به ترموکوپل‌ ها از معایب آن ‌ها محسوب می‌ شود.

•    ترمیستور ها: نوعی سنسور مقاومتی هستند که با تغییر مقاومت الکتریکی خود در برابر تغییرات دما، به طور قابل توجهی به تغییرات جزئی دما حساس هستند. سرعت پاسخگویی بالا و قیمت مناسب از مزایای ترمیستور ها است. با این حال، دقت پایین ‌تر در مقایسه با RTD ها و محدوده دمای کاری محدود تر از معایب آن ‌ها به شمار می ‌رود.

2. سنسور های غیر تماسی

این دسته از سنسور ها بدون نیاز به تماس با جسم یا سیال، دما را اندازه‌ گیری می‌ کنند. برخی از متداول ‌ترین سنسور های غیر تماسی عبارتند از:

•    سنسورهای مادون قرمز (IR): با اندازه ‌گیری تابش مادون قرمز ساطع شده از جسم، دمای آن را تعیین می ‌کنند. سنسورهای IR از سرعت پاسخگویی بالا، دقت مناسب و عدم نیاز به تماس با جسم برخوردارند. اما قیمت بالا و محدوده دمای کاری محدود تر از معایب آن‌ ها به شمار می‌رود.

•    سنسور های لیزری: با اندازه‌ گیری انحراف پرتو لیزر تابیده شده به جسم، دمای آن را تعیین می ‌کنند. سنسور های لیزری از دقت و وضوح بالایی برخوردارند و برای اندازه ‌گیری دمای اجسام کوچک یا در حال حرکت مناسب هستند. با این حال، قیمت بالا و نیاز به خط دید مستقیم به جسم از معایب آن‌ ها به شمار می ‌رود.

•    پیروزومتر ها: با اندازه‌ گیری نسبت انرژی تابشی در دو طول موج مختلف، دمای جسم را تعیین می‌ کنند. پیروزومتر ها برای اندازه‌ گیری دمای اجسام بسیار داغ که اندازه‌ گیری آن‌ها با سنسور های دیگر دشوار است، مناسب هستند. با این حال، قیمت بالا و پیچیدگی بیشتر از معایب آن ‌ها به شمار می ‌رود.

انتخاب سنسور مناسب

انتخاب سنسور مناسب دما به عوامل مختلفی از جمله محدوده دمای مورد نظر، دقت مورد نیاز، سرعت پاسخگویی، قیمت، ابعاد و شرایط محیطی بستگی دارد.

در هنگام انتخاب سنسور، باید به طور کامل نیازها و الزامات کاربرد خود را در نظر بگیرید و با بررسی مزایا و معایب هر نوع سنسور، مناسب ‌ترین گزینه را انتخاب کنید.

دسته ‌بندی سنسورهای دما بر اساس معیارهای دیگر

1. نوع سیگنال خروجی:

سنسورهای آنالوگ: سیگنال خروجی این سنسور ها به صورت ولتاژ یا جریان پیوسته است که با تغییرات دما تغییر می‌کند. سنسورهای آنالوگ قیمت مناسب و تنوع بالایی دارند و در بسیاری از کاربردها مورد استفاده قرار می‌گیرند.

سنسورهای دیجیتال: سیگنال خروجی این سنسورها به صورت 0 و 1 است که نشان ‌دهنده مقادیر گسسته دما است. سنسورهای دیجیتال دقت و پایداری بالایی دارند و در کاربرد هایی که به دقت بالا نیاز است، مورد استفاده قرار می‌گیرند.

2. نوع بسته ‌بندی:

1. •    سنسور های مفتولی: این نوع سنسور ها به صورت سیم یا کابل هستند و برای اندازه‌ گیری دمای سیالات یا محیط‌ های باز استفاده می‌ شوند.
2. •    سنسور های غوطه‌ وری: این نوع سنسور ها باید در سیال مورد نظر غوطه ‌ور شوند تا دمای آن را اندازه ‌گیری کنند.
3. •    سنسور های سفت: این نوع سنسور ها برای اندازه ‌گیری دمای سطوح جامد استفاده می‌ شوند.
4. •    سنسور های هد: این نوع سنسورها برای اندازه‌ گیری دمای اجسام از راه دور استفاده می ‌شوند.

3. کاربرد:

1. •    سنسورهای صنعتی: این نوع سنسورها برای اندازه ‌گیری دما در فرآیند های صنعتی مانند پالایشگاه‌ ها، نیروگاه‌ ها و کارخانه‌ ها استفاده می‌ شوند. دقت سنسور دما به میزان نزدیک بودن قرائت آن به دمای واقعی اشاره دارد. ثبات به توانایی سنسور در حفظ دقت خود در طول زمان اشاره دارد. ترموکوپل ها در مقایسه با ترمیستور ها و RTD ها واریانس بالاتری در ثبات طولانی مدت دارند. سنسور دما با بالاترین دقت ترمیستور های NTC با روکش شیشه است.
2. •    سنسورهای پزشکی: این نوع سنسور ها برای اندازه ‌گیری دمای بدن انسان در تجهیزات پزشکی مانند تب ‌سنج‌ ها و مانیتور های بیمارستانی استفاده می‌ شوند.
3. •    سنسورهای HVAC: این نوع سنسور ها برای اندازه‌ گیری دما در سیستم‌ های گرمایش، تهویه و مطبوع هوا (HVAC) استفاده می ‌شوند. HVAC در سیستم های مختلفی از جمله ماشین آلات و فن آوری های مورد استفاده در مکان هایی مثل خانه ها، دفاتر، راهروها و سیستم های حمل و نقل که باید بر اساس مقررات زیست محیطی طراحی شده باشند، به کار رفته تا کیفیت گرمایش و هوا را بهبود دهد.
4. •    سنسور های لوازم خانگی: این نوع سنسور ها برای اندازه‌ گیری دما در لوازم خانگی مانند یخچال، فریزر، اجاق گاز و ماشین لباسشویی استفاده می ‌شوند.

مثال ‌هایی از سنسورهای دما

در اینجا چند نمونه از سنسورهای دما و کاربردهای آن‌ها آورده شده است:

1. •    LM35: سنسور دمای آنالوگ محبوب با دقت بالا و قیمت مناسب برای اندازه‌ گیری دمای محیط و مایعات
2. •    DS18B20: سنسور دمای دیجیتال با رابط 1-Wire برای اندازه‌ گیری دمای دقیق در سیستم‌ های میکرو کنترلر
3. •    PT100: سنسور RTD با دقت بالا برای اندازه‌ گیری دمای دقیق در فرآیند های صنعتی
4. •    J-type thermocouple: ترموکوپل با دامنه وسیع دمایی برای اندازه‌ گیری دمای بسیار بالا در کاربرد های صنعتی
5. •    MLX90640: سنسور مادون قرمز برای اندازه‌ گیری دمای اجسام از راه دور

دقیق ترین انواع سنسور دما و رطوبت

انتخاب دقیق ‌ترین سنسور دما و رطوبت برای کاربرد شما به نیازها و الزامات خاص شما بستگی دارد. با این حال، برخی از سنسورها به طور کلی به دلیل دقت و عملکرد بالا شناخته شده‌ اند:

•    رطوبت سنج و دماسنج PT100: این سنسور ها از نوع مقاومتی هستند و از پلاتین ساخته شده‌اند. آنها بسیار دقیق و پایدار هستند و می‌ توانند در طیف وسیعی از دما کار کنند.

•    رطوبت سنج و دماسنج ترموکوپل: این سنسورها بر اساس اختلاف پتانسیل ایجاد شده بین دو رسانا با دماهای مختلف کار می ‌کنند. آنها بسیار سریع و حساس هستند و می ‌توانند برای اندازه‌ گیری دما در محیط‌ های خشن استفاده شوند.

•    سنسور های رطوبت و دما سیلیکونی: این سنسور ها از یک تراشه سیلیکونی ساخته شده‌اند که تغییرات مقاومت را با توجه به دما و رطوبت اندازه ‌گیری می‌ کنند. آنها کوچک، کم مصرف و نسبتاً ارزان هستند.

•    رطوبت سنج و دماسنج کریستالی: این سنسور ها از یک کریستال کوارتز استفاده می‌ کنند که فرکانس ارتعاش آن با توجه به دما و رطوبت تغییر می‌ کند. آنها بسیار دقیق و پایدار هستند و می ‌توانند در طیف وسیعی از دما کار کنند.

•    علاوه بر نوع سنسور، دقت اندازه‌ گیری به عوامل دیگری مانند کیفیت ساخت، کالیبراسیون و شرایط محیطی نیز بستگی دارد.

چند نمونه از دقیق‌ ترین سنسور های موجود در بازار:

•    SHT30: این سنسور از Sensirion، دقت و پایداری عالی را با وضوح بالا ارائه می‌ دهد. برای کاربرد های صنعتی و علمی ایده‌ آل است، اما می ‌تواند گران باشد.

•    HIH6130: این سنسور از Honeywell، گزینه مقرون به صرفه‌ تری است که دقت و پایداری خوبی را ارائه می ‌دهد. برای کاربرد های عمومی مانند HVAC و خانه‌ های هوشمند مناسب است.

•    ML300: این سنسور از Measurement Specialties، اندازه کوچک و مصرف برق کمی دارد. برای کاربرد هایی که فضای محدودی دارند یا نیاز به عمر باتری طولانی دارند، ایده‌ آل است.

عواملی که باید هنگام انتخاب سنسور دما و رطوبت در نظر بگیرید عبارتند از:

•    محدوده دما و رطوبت: مطمئن شوید که سنسوری را انتخاب کنید که بتواند محدوده دما و رطوبتی را که می ‌خواهید اندازه‌ گیری کنید، پوشش دهد.

•    رابط: سنسورها با رابط ‌های مختلفی مانند I2C، SPI و UART موجود هستند. رابطی را انتخاب کنید که با میکروکنترلر یا سیستم داده‌ برداری شما سازگار باشد.

•    بسته ‌بندی: سنسور ها در بسته ‌بندی‌ های مختلفی مانند DIP، SMD و محفظه‌ های ضد آب موجود هستند. بسته ‌بندی را انتخاب کنید که برای نیاز های کاربردی شما مناسب باشد.