سنسور RTD وترمیستور

سنسور RTD چیست؟

سنسور RTD (Resistance Temperature Detector) یا دماسنج مقاومتی، یک نوع سنسور دما است که از عناصر فلزی تشکیل شده است و تغییر مقاومت آن‌ها با تغییر دما متغیر است. با افزایش دما، مقاومت فلز افزایش می‌یابد و با کاهش دما مقاومت آن کاهش می‌یابد.

 

ساختار یک سنسور RTD شامل سیم‌هایی با مقاومت مشخص است که به یک فرستنده متصل می‌شوند. فرستنده سیگنال مقاومتی خروجی از سیم‌ها را برای استفاده در فرآیند اندازه‌گیری دما آماده می‌کند.

 

در عمل، سنسور RTD‌ها از فلزاتی مانند پلاتینیوم (Pt) استفاده می‌کنند که برای اندازه‌گیری دما  مناسب هستند. سیم پلاتینیوم به صورت ابری بر روی یک پایه نصب می‌شود و با افزایش دما، مقاومت آن افزایش می‌یابد. این تغییر مقاومت به واسطه تغییر خواص الکتریکی فلز در پاسخ به دما اتفاق می‌افتد.

 

سنسورهای RTD بسیار دقیق و پایدار هستند و در برخی از برنامه‌های صنعتی و آزمایشگاهی استفاده می‌شوند. آن‌ها دارای پاسخ‌گویی خطی به تغییر دما هستند و قابلیت اندازه‌گیری دماهای وسیع را دارند. همچنین، سنسورهای RTD به دلیل مقاومت بالا و استحکام مکانیکی خوبی که دارند، در برابر تغییرات محیطی و نویزهای الکترومغناطیسی مقاومت می‌باشند.

روش نصب سنسور RTD:

نصب سنسور RTD معمولاً به همراه استفاده از یک ترمووِل (thermowell) توصیه می‌شود. ترموولها اتصالات استوانه‌ای هستند که برای حفاظت از سنسورهای دما در فرآیندهای صنعتی استفاده می‌شوند. ترموول یک لوله است که یک سر آن بسته شده است و سنسور RTD در انتهای باز آن قرار می‌گیرد. بدین ترتیب، گرما از طریق دیواره ترمووِل به سنسور منتقل می‌شود.

بیشتر سنسورهای RTD دارای یک غلاف محافظ ساخته شده از Inconel هستند که سنسور را در برابر محیط و ضربه‌های مکانیکی محافظت می‌کند. Inconel یک ماده مقاوم در برابر اکسیداسیون است و برای استفاده در محیط‌های تحت فشار و دما مناسب است. وقتی Inconel گرم می‌شود، یک لایه اکسید ضخیم و پایدار تشکیل می‌دهد که سطح را محافظت می‌کند. بنابراین،  برای کاربردهایی در دماهای بالا، که برای آلومینیوم و فولاد قابل تحمل نیستند، مناسب است.

 

نگهداری و کالیبراسیون سنسور RTD

 

سنسورهای RTD نیاز به نگهداری و کالیبراسیون دوره‌ای دارند، اگرچه بیشتر سنسورها دارای غلاف محافظ یا نصب در ترموول هستند. نگهداری شامل بررسی آسیب‌های ناشی از موارد زیر است:

 

خوردگی: باید سطح سنسور را برای وجود خوردگی بررسی کرد. در صورت وجود خوردگی، باید سنسور را در اسرع وقت تعویض یا تعمیر کرد.

 

ضربه: سنسورها ممکن است به ضربه بخورند که می‌تواند خرابی آنها را ایجاد کند. بنابراین، باید سنسور را بررسی کرده و در صورت خرابی، آن را تعمیر یا تعویض کرد.

 

لرزش شدید: لرزش‌های شدید می‌توانند به سنسور آسیب برسانند. در صورت استفاده از سنسورها در محیط‌های لرزشی، باید به صورت دوره‌ای بررسی شود که آیا لرزش‌ها به سنسور آسیب رسانده‌اند یا خیر.

 

در صورت وقوع آسیب، لازم است سنسورها را در اسرع وقت تعویض یا تعمیر کنید. یکی از گام‌های مهم در نگهداری صحیح از سنسورها، کالیبراسیون منظم آنهاست. دوره‌های کالیبره سازی سنسورهای RTD به دوره‌های زمانی مشخصی بستگی دارد که شامل چرخه‌های دما، ارتعاشات و شوک وارده به سنسور است. در این فرآیند، مقاومت سنسور با یک استاندارد مقایسه می‌شود و در صورت وجود اختلاف قابل توجه، سنسور باید کالیبره یا تعویض شود.بنابراین، نگهداری منظم و کالیبراسیون سنسورهای RTD به بهترین عملکرد و دقت آنها کمک می‌کند.

 

سنسورهای RTD نیاز به نگهداری و کالیبراسیون دوره‌ای دارند، اگرچه بیشتر سنسورها دارای غلاف محافظ یا نصب در ترموول هستند. نگهداری شامل بررسی آسیب‌های ناشی از موارد زیر است:

خوردگی: باید سطح سنسور را برای وجود خوردگی بررسی کرد. در صورت وجود خوردگی، باید سنسور را در اسرع وقت تعویض یا تعمیر کرد.

 

ضربه: سنسورها ممکن است به ضربه بخورند که می‌تواند خرابی آنها را ایجاد کند. بنابراین، باید سنسور را بررسی کرده و در صورت خرابی، آن را تعمیر یا تعویض کرد.

 

لرزش شدید: لرزش‌های شدید می‌توانند به سنسور آسیب برسانند. در صورت استفاده از سنسورها در محیط‌های لرزشی، باید به صورت دوره‌ای بررسی شود که آیا لرزش‌ها به سنسور آسیب رسانده‌اند یا خیر.

 

در صورت وقوع آسیب، لازم است سنسورها را در اسرع وقت تعویض یا تعمیر کنید. یکی از گام‌های مهم در نگهداری صحیح از سنسورها، کالیبراسیون منظم آنهاست. دوره‌های کالیبره سازی سنسورهای RTD به دوره‌های زمانی مشخصی بستگی دارد که شامل چرخه‌های دما، ارتعاشات و شوک وارده به سنسور است. در این فرآیند، مقاومت سنسور با یک استاندارد مقایسه می‌شود و در صورت وجود اختلاف قابل توجه، سنسور باید کالیبره یا تعویض شود.بنابراین، نگهداری منظم و کالیبراسیون سنسورهای RTD به بهترین عملکرد و دقت آنها کمک می‌کند.

 

ترمیستور (Thermistor) چیست؟

 

ترمیستور یا مقاومت حرارتی، یک قطعه پسیو است که مقاومت آن با تغییر دما در یک سیستم تغییر می‌کند. به عبارت دیگر، ترمیستورها از تغییرات دما برای تغییر مقاومت خود استفاده می‌کنند. این ویژگی آنها را به ابزاری مفید برای اندازه‌گیری و کنترل دما تبدیل می‌کند. ترمیستورها معمولاً از مواد سرامیکی یا پلیمری تشکیل شده‌اند و قابلیت تولید با هزینه کم و دقت بالا را دارند.

 

استفاده از ترمیستورها درکنترل و نظارت بر دما در اطراف یک سیستم بسیار رایج است. تغییرات دما باعث تغییر مقاومت ترمیستور می‌شود و این تغییرات می‌توانند در تجهیزات و سیستم‌های مختلف از جمله سنسورها و مدارهای الکترونیکی استفاده شوند. ترمیستورها به عنوان یک روش ارزان برای اندازه‌گیری دما و کنترل بار مورد استفاده قرار می‌گیرند. آنها در انواع مختلف مدارها، تجهیزات و دستگاه‌ها به کار می‌روند و امکان اندازه‌گیری دما را با هزینه کم فراهم می‌کنند.

 

به طور خلاصه، ترمیستورها یک نوع مقاومت هستند که با تغییر دما، مقاومت خود را تغییر می‌دهند و می‌توانند به عنوان سنسورهای حرارتی در اندازه‌گیری و کنترل دما استفاده شوند.

نحوه عملکرد ترمیستور به چه صورت است؟

ترمیستورها بر اساس تغییرات دما، مقاومت خود را تغییر می‌دهند. این تغییر مقاومت به علت تغییر میزان جریان و ولتاژ در ترمیستور اتفاق می‌افتد. اصل کار ترمیستور به این صورت است که با افزایش دما، حرکت الکترون‌ها و جریان الکتریکی در ماده ترمیستور افزایش می‌یابد و این باعث کاهش مقاومت ترمیستور می‌شود. به طور معکوس، با کاهش دما، جریان الکتریکی کاهش می‌یابد و مقاومت ترمیستور افزایش می‌یابد.

 

ترمیستورها معمولاً از مواد نیمه‌هادی تشکیل شده‌اند که خاصیت نیمه‌رسانا دارند. دو نوع ترمیستور رایج عبارتند از:

 

ترمیستور مقاومتی با هیسترزیس (NTC): در این نوع ترمیستور، با افزایش دما، مقاومت آن کاهش می‌یابد. این ترمیستورها برای کاربردهایی که در آنها نیاز به تشخیص تغییرات دما با دقت بالا است، استفاده می‌شوند.

 

ترمیستور مقاومتی با هیسترزیس (PTC): در این نوع ترمیستور، با افزایش دما، مقاومت آن افزایش می‌یابد. این ترمیستورها برای کاربردهایی که نیاز به حفاظت از اتصالات الکتریکی در برابر افزایش دما دارند، استفاده می‌شوند.

 

انواع ترمیستور:

ترمیستورها به طور کلی به دو دسته تقسیم می‌شوند: ترمیستور نوع NTC و ترمیستور نوع PTC.

در ترمیستور نوع NTC یا مقاومت ضریب حرارتی منفی، با افزایش دما، مقاومت کاهش می‌یابد و با کاهش دما، مقاومت افزایش می‌یابد. به عبارت دیگر، در این نوع ترمیستور دما و مقاومت با یکدیگر رابطه عکس دارند.

در ترمیستور نوع PTC یا مقاومت ضریب حرارتی مثبت، با افزایش دما، مقاومت نیز افزایش می‌یابد و با کاهش دما، مقاومت کاهش می‌یابد. به عبارت دیگر، در این نوع ترمیستور دما و مقاومت با یکدیگر رابطه مستقیم دارند.

ترمیستورهای NTC به عنوان یکی از رایج‌ترین نوع مقاومت‌های حرارتی استفاده می‌شوند. از آن‌ها به عنوان سنسورهای دما نیز استفاده می‌شود. به عنوان مثال، در سیستم‌های خنک‌کننده، ترموستات‌ها و الکترونیک صنعتی از ترمیستورهای NTC استفاده می‌شود.

ترمیستورهای PTC عمدتاً به عنوان محافظ مدار استفاده می‌شوند. آن‌ها می‌توانند به عنوان دستگاه محدود کننده جریان عمل کنند. هنگامی که جریان از دستگاه عبور می‌کند، مقدار کمی گرمایش مقاومتی ایجاد می‌شود. اگر جریان بیش از حد باشد و دستگاه نتواند گرمای تولید شده را به محیط اطراف منتقل کند، دستگاه گرم می‌شود. در ترمیستور PTC، این گرم شدن باعث افزایش مقاومت آن می‌شود.بنابراین، ترمیستورها به دو دسته NTC و PTC تقسیم می‌شوند که هر کدام ویژگی‌ها و کاربردهای خاص خود را دارند.

 

بررسی کاربرد ترمیستورهای NTC و PTC

برخی از کاربردهای ترمیستور NTC و PTC شامل موارد زیر می شود:

• اندازه گیری دما
• جبران درجه حرارت

• محدودیت جریان هجومی
• کنترل دما

 

مزایای ترمیستورهای NTC و PTC:

ترمیستورهای PTC همچنین مزایای خاص خود را دارند. در ادامه برخی از مزایای استفاده از آنها را بیان می‌کنم:

عملکرد مستقل از منبع تغذیه: ترمیستورهای PTC مبتنی بر تغییر مقاومت الکتریکی با تغییر دما هستند و برای عملکرد خود نیاز به تغذیه خارجی ندارند. این ویژگی می‌تواند در برخی از مواقع مفید باشد، به خصوص در محیط‌هایی که دسترسی به منبع تغذیه محدود است یا نیاز به سیستم‌های ساده‌تر دارید.

عملکرد سریع: ترمیستورهای PTC زمان پاسخگویی سریعی دارند و می‌توانند به سرعت به تغییرات دما واکنش نشان دهند. این خاصیت آنها را برای کاربردهایی مانند حفاظت در برابر افزایش دما و کنترل دمای سیستم‌های الکترونیکی مناسب می‌کند.

عملکرد خودکار: ترمیستورهای PTC قابلیت کنترل خودکار دما را دارند. با افزایش دما، مقاومت آنها افزایش می‌یابد و این می‌تواند به عنوان یک مکانیزم حفاظتی عمل کند. به عنوان مثال، در صورت افزایش دمای یک سیستم الکترونیکی به حدی خطرناک، ترمیستور PTC می‌تواند جریان را قطع کند و سیستم را از خطر آسیب جدی محافظت کند.

مقرون به صرفه: ترمیستورهای PTC نسبت به برخی سنسورهای دما ارزان‌تر هستند و همچنین نیاز به کالیبراسیون کمتری دارند. این ویژگی‌ها باعث می‌شود استفاده از آنها اقتصادی‌تر و ساده‌تر باشد.

اندازه جمع و جور: ترمیستورهای PTC نیز از انواع پکیج‌ها برخوردار هستند که امکان استفاده آنها در فضاهای کوچک را فراهم می‌کند. این ویژگی آنها را مناسب برای بردهای مدار چاپی و اجزای الکترونیکی با فضای محدود می‌سازد.

پایداری در برابر شرایط محیطی: ترمیستورهای PTC معمولاً پایداری بالایی در برابر شرایط محیطی مختلف دارند، از جمله دما، رطوبت و ویبره. این ویژگی‌ها باعث می‌شود که آنها در برخی از برنامه‌ها و صنایع مثل خودروسازی، الکترونیک صنعتی و سیستم‌های حفاظتی مورد استفاده قرار گیرند.

در نتیجه، هر دو نوع ترمیستور NTC و PTC دارای مزایا و کاربردهای خاص خود هستند. انتخاب بین آنها بستگی به نیازها و محدودیت‌های خاص شما دارد.