سنسورهای دما دارای اهمیت ویژه‌ای در بسیاری از تجهیزات و ابزارها هستند. به عنوان نمونه، در تولید داروهای پزشکی، حفظ دمای مشخص برای برخی دستگاه‌ها از جمله الزامات اساسی به شمار می‌رود. همچنین، در برخی موارد، اندازه‌گیری دما به عنوان بخشی از سیستم‌های پیشگیرانه عمل می‌کند. افزایش دما ممکن است سیستم را در معرض خطرات ناشی از گرمای بیش‌ازحد قرار دهد. این خطرات می‌توانند به دلیل عواملی خارج از سیستم (مانند شرایط سخت محیطی) یا عوامل داخلی (از جمله گرمای تولید شده توسط دستگاه‌ها) به وجود آیند. با شناسایی زمان‌های افزایش دما، سیستم قادر به اتخاذ تدابیر پیشگیرانه خواهد بود تا از وقوع مشکلات جدی جلوگیری نماید. این موضوع نشان‌دهنده اهمیت بالای کنترل دما و عملکرد صحیح سنسورها در حفظ ایمنی و کارایی سیستم‌ها است.
سنجش دما یکی از پارامترهای حیاتی در صنایع مختلفی نظیر پتروشیمی، خودروسازی، هوافضا و تولید تجهیزات الکترونیکی به شمار می‌آید. برای دستیابی به اندازه‌گیری دقیق دما، سنسورهایی در این دستگاه‌ها نصب گردیده‌اند. طراحی مدارهای مرتبط با تشخیص دما نیازمند ترکیبی از دقت بسیار بالا و سرعت پاسخگویی سریع است. در این مقاله، به بررسی انواع تکنولوژی‌های مختلفی که برای تشخیص دما به کار می‌روند، پرداخته خواهد شد. این بررسی می‌تواند به درک بهتری از روش‌های مختلف و انتخاب مناسب‌ترین گزینه برای کاربردهای صنعتی کمک کند.
انواع سنسور دما کدامند؟
مدارهای تشخیص دما به صورت مستمر بر دمای محیط نظارت می‌کنند و می‌توانند دمای واقعی سیستم را اندازه‌گیری کنند. اگر این مدارها به شکلی هوشمند طراحی شده باشند، قادرند زمان کنترل دما را نیز تعیین کنند. زمانی که دما از حد مشخصی فراتر رود، این سیستم‌ها می‌توانند اقداماتی پیشگیرانه نظیر فعال کردن فن را برای کاهش دما انجام دهند. به عنوان مثال، در سیستم‌های اندازه‌گیری مایعات، دما تأثیر مستقیمی بر دقت اندازه‌گیری‌ها دارد. با در نظر گرفتن دما، این سیستم‌ها می‌توانند تغییرات محیطی را جبران کنند، که این امر به عملکرد پایدار و قابل اعتماد آنها کمک می‌کند. در نتیجه، این ویژگی‌ها سبب می‌شوند که سیستم‌ها تحت شرایط مختلف به خوبی عمل کنند و دقت اندازه‌گیری آنها حفظ شود.
در مدار تشخیص دما، معمولاً چهار نوع حسگر دما مورد استفاده قرار می‌گیرد:
1. ترموکوپل
ترموکوپل‌ها از ترکیب دو نوع سیم فلزی متفاوت تشکیل می‌شوند که در دو نقطه به‌طور الکتریکی به هم متصل گشته‌اند. این اتصال باعث ایجاد ولتاژی متغیر بین این دو فلز غیرمشابه می‌شود که به تغییرات دما ارتباط دارد. با این حال، ترموکوپل‌ها رفتار غیرخطی دارند و در زمان استفاده برای کنترل دما، نیاز به تبدیل سیگنال دارند. دقت اندازه‌گیری آنها به‌طور کلی از ۰.۵ تا ۵ درجه سانتی‌گراد متغیر است که نسبت به سنسورهای NTC و RTD کمتر است. اما از مزایای ترموکوپل‌ها این است که می‌توانند در گستره وسیع دمایی از ۲۰۰- درجه تا ۱۷۵۰ درجه سانتی‌گراد عمل کنند. این ویژگی آنها را برای کاربردهای صنعتی و علمی بسیار مناسب می‌سازد، زیرا توانایی اندازه‌گیری دما در شرایط سخت و متنوع را دارند.
2. آشکارساز دمای مقاومتی (RTD)
دماسنج‌های مقاومتی یا RTD، به گونه‌ای طراحی شده‌اند که مقاومت خود را با تغییر دما تنظیم می‌کنند. این سنسورها از سیم‌هایی تشکیل شده‌اند که دور هسته‌ای سرامیکی یا شیشه‌ای پیچیده شده‌اند و این ساختار به دقت بالای آنها کمک می‌کند. در بین انواع مختلف RTD، آنهایی که از پلاتین ساخته می‌شوند، دقیق‌ترین گزینه‌ها هستند. البته نمونه‌های ارزان‌تری نیز وجود دارند که از نیکل یا مس ساخته می‌شوند. RTD های ساخته شده از پلاتین، دقت بالایی دارند و می‌توانند دما را در بازه ۲۰۰- تا ۶۰۰ درجه سانتی‌گراد با خطای بسیار کم (حدود ۱/۰ تا ۱ درجه سانتی‌گراد) اندازه‌گیری کنند. این سنسورها به دلیل دقت بالای خود، معمولاً گران‌ترین گزینه‌ها در میان سنسورهای دما به شمار می‌روند و برای کاربردهایی که نیاز به اندازه‌گیری دقیق دما دارند، بسیار مناسب هستند.
3. ترمیستور ضریب دما منفی (NTC)
ترمیستور نوعی مقاومت حرارتی است که به تغییرات دما حساسیت بالایی دارد و به خصوص در دماهای پایین عملکرد مناسبی از خود نشان می‌دهد. با افزایش دما، مقاومت این نوع ترمیستور به سرعت کاهش می‌یابد. ترمیستورهای NTC قادرند هر تغییر دما را به صورت دقیق و سریع (در حدود ۰.۵ تا ۱.۵ درجه سانتی‌گراد) در مقاومت خود نشان دهند. دامنه دمایی مؤثر برای این ترمیستورها معمولاً بین ۵۰- تا ۲۵۰ درجه سانتی‌گراد برای مدل‌های شیشه‌ای محصور شده و ۱۵۰ درجه سانتی‌گراد برای مدل‌های استاندارد است. این ویژگی‌ها باعث می‌شود که ترمیستورها در کاربردهای مختلف، به ویژه در اندازه‌گیری دما، بسیار کارآمد و قابل اعتماد باشند.
4. سنسورهای مبتنی بر نیمه رسانا
سنسورهای دمای مبتنی بر نیمه‌هادی معمولاً در مدارهای یکپارچه (IC) مورد استفاده قرار می‌گیرند. این سنسورها از دو دیود مشابه بهره می‌برند که حساسیت ولتاژی آنها به تغییرات دما، امکان نظارت بر دما را فراهم می‌کند. پاسخ این سنسورها به تغییرات دما خطی است، اما باید توجه داشت که در دماهای نزدیک به ۱ تا ۵ درجه سانتی‌گراد، دقت آنها نسبت به سایر انواع سنسورهای دما کمتر است. علاوه بر این، این سنسورها دارای زمان پاسخ‌دهی طولانی‌تری هستند که بین ۵ تا ۶۰ ثانیه متغیر است و تنها در بازه دمایی محدود ۷۰- تا ۱۵۰ درجه سانتی‌گراد عمل می‌کنند. به همین دلیل، انتخاب این نوع سنسور برای کاربردهایی که نیاز به دقت بالا یا زمان پاسخ سریع دارند، ممکن است مناسب نباشد.
کلام آخر
سنسورهای دما از جمله ابزارهای مهم در فرآیندهای صنعتی به شمار می‌روند و کاربردهای گسترده‌ای در صنایع مختلف دارند. این سنسورها به عنوان اجزای اساسی در بسیاری از سیستم‌ها و تجهیزات به کار می‌روند و بسته به نیاز و شرایط خاص هر صنعت، نوع مناسب آنها انتخاب می‌شود. به طور کلی، سنسورهای دما به دو دسته اصلی تقسیم می‌شوند: تماسی و غیر تماسی. سنسورهای تماسی به صورت مستقیم با ماده‌ای که دما آن اندازه‌گیری می‌شود، در تماس قرار می‌گیرند، در حالی که سنسورهای غیر تماسی قادر به اندازه‌گیری دما از فاصله و بدون تماس مستقیم با آن ماده هستند. این ویژگی‌ها باعث می‌شود که انتخاب سنسور مناسب برای هر کاربرد خاص از اهمیت بالایی برخوردار باشد. به همین دلیل، شناخت انواع مختلف سنسورهای دما و نحوه عملکرد آنها می‌تواند به بهبود فرآیندها و افزایش کارایی در صنایع کمک نماید.
سنسورهای دمای تماسی به دسته‌های متنوعی تقسیم می‌شوند که هر یک ویژگی‌ها و کاربردهای خاص خود را دارند. از جمله مهم‌ترین این سنسورها می‌توان به ترموکوپل‌ها، RTD ها (که به عنوان Detector دمای مقاومتی شناخته می‌شوند) و ترمیستورها اشاره کرد. این سنسورها به طور عمده برای اندازه‌گیری دما در محیط‌های مختلف استفاده می‌شوند و در صنایع گوناگون از جمله صنایع غذایی، دارویی و تولید انرژی کاربرد دارند. هر کدام از این سنسورها بسته به نوع ساختار و عملکردشان، دقت و محدوده دمایی متفاوتی را ارائه می‌دهند، که انتخاب صحیح آنها می‌تواند تأثیر زیادی بر کیفیت و کارایی فرآیندهای صنعتی داشته باشد.