اندازه گیری دما ـ روش های الکتریکی

هدف از این مطلب بیان تعیین روشهای الکتریکی اندازه گیری دما است که در آن از تغییرات نیروی محرکه الکتریکی یا تغییرات مقاومت نسبت به دما استفاده می شود.

استفاده از مراجع زیر برای کاربرد این مطلب توصیه می گردد :

JIS C 1601 Indicating thermoelectric thermometers

JIS  C 1602 thermocouples

JIS C 1603 Indicating resistance thermometers

BSEN  60751 Industrial platinum resistance thermometers sensors

JIS C 1605 Metal sheathed thermocouples

IEC 584-3 Extension and compensating cables and tolerances and Indentification system

JIS C 1611 thermistor for temperature measurement

BS 1041 part4. Temperature measurement

 

 در این مطلب اصطلاحات و/ یا واژه ها با تعاریف زیر بکار می رود :

دستگاه اندازه گیری  :دستگاهی که به تنهایی یا همراه با وسایل تکمیلی برای اندازه گیری بکار می رود.

استاندارد انداره گیری :دستگاهی که مقدار مشخصی را اعمال کرده و به عنوان مرجع برای اندازه گیری بکار می رود.

حسگر دما :المانی است که به طور مستقیم نسبت به دما واکنش نشان می دهد.

دما سنج مقاومتی :دستگاهی برای اندازه گیری دما که شامل حسگری در لوله محافظ ، سیم های رابط داخلی و پایانه های خارجی است و به وسایل اندازه گیری الکتریکی وصل می شود.

حسگر دما سنج مقاومتی : جزئی از دماسنج مقاومتی که شامل المان حسگر، سیم های رابط داخلی ، عایق بندی، لوله محافظ و پایانه ها است.

المان مقاومتی حسگر : مقاومت حس کننده ای که با دما تغییر می کند.

ترموکوپل : ترکیبی از دو هادی غیر همجنس که بطور الکتریکی به هم پیوند داده شده اند، تا وقتی که پیوندگاهها در دماهای مختلف قرار می گیرند، نیروی محرکه الکتریکی تولید کنند.

پیوندگاه اندازه گیری : نقطه پیوندگاه بازوی ترموکوپل که در محل اندازه گیری دما قرار داده می شود.

پیوندگاه مرجع : پیوندگاه بین ترموکوپل و سیم های رابط یا پیوندگاه بین سیم های جبرانی و سیم های رابط که باید در دمای ثابتی نگهداری شوند (برای مثال ، نقطه یخ).

 

طبقه بندی ترموکوپل ها

ترموکوپل ها بر اساس جنس بازوهای آن به انواع اصلی زیر تقسیم می شوند :

ــ نوع B : پلاتین و 30% رودیم (+)  – پلاتین و 6%‌ رودیم (-)

ــ نوع R : پلاتین و 13%‌رودیم (+)  – پلاتین (-)

ــ نوع S : پلاتین و 10% رودیم (+)  – پلاتین (-)

ــ نوع N  : نیکل، کروم و سیلیکون (+)  - نیکل و سیلیکون (-)

ــ نوع E : نیکل و کروم (+)  -  نیکل و مس (-)

ــ نوع K : نیکل و کروم (+)  - نیکل و آلومینیوم (-)

ــ نوع J : آهن (+)  - مس و نیکل (-)

ــ نوع T : مس (+)  - مس و نیکل (-)

 

طبقه بندی حسگرهای دما سنج مقاومتی

 حسگرهای دماسنج مقاومتی به چهارنوع زیر تقسیم می شوند :

ــ حسگر پلانینی با نماد PRT یا به اختصار PT

ــ حسگر نیکلی با نماد NRT

ــ حسگر مسی با نماد CRT

ــ ترمیستور

 

اصول روش های اندازه گیری

وقتی که حسگر دماسنج مقاومتی و ترموکوپل با جسم مورد اندازه گیری در تماس باشد و تعادل گرمایی میان آنها حاصل شده باشد، دما بر اساس مشخصه های الکتریکی حسگر دماسنج مقاومتی و ترموکوپل ، اندازه گیری می شود.

این روش های اندازه گیری برای اندازه گیری دما از راه دور و ثبت خودکار نتایج، مناسب هستند. بعلاوه از این روش ها میتوان برای کنترل خودکار نیز استفاده کرد.

طبقه بندی روش های اندازه گیری :

روش های اندازه گیری بر حسب نوع حسگر دمای مورد استفاده به دو نوع زیر طبقه بندی می شوند.

 

-         روش هایی که در آن از ترموکوپل استفاده می شود.

-         روش هایی که در آن از حسگرهای دماسنج مقاومتی استفاده می شود.

 

انتخاب روش اندازه گیری و گستره کاری  :در انتخاب روش اندازه گیری موارد زیر باید در نظر گرفته شود:

1-     بیشینه دمای کاری ترموکوپل ها (جدول 1) ، بیشینه دمای کاری ترموکوپل ها با غلاف فلزی و گستره های کاری حسگرهای دماسنج مقاومتی (جدول 2)

2-     مزایا و معایب حسگرهای دما

 

جدول 1- بیشینه دمای کاری ترموکوپل ها

نوع ترموکوپل

قطر سیم (میلیمتر)

بیشینه دمای کاری معمول

(درجه سیلیسیوس)

بیشینه دمای کاری لحظه ای

(درجه سیلیسیوس)

B

5/0

1500

1705

R

5/0

1400

1600

S

 

 

N

65/0

00/1

60/1

30/2

20/3

850

950

1050

1100

1200

900

1000

1100

1150

1250

 

 

K

65/0

00/1

60/1

30/2

20/3

650

750

850

900

1000

850

950

1050

1100

1200

E

65/0

00/1

60/1

30/2

20/3

450

500

550

600

700

500

550

600

750

870

J

65/0

00/1

60/1

30/2

20/3

400

450

500

550

600

500

550

650

750

750

T

32/0

65/0

00/1

60/1

200

200

250

300

250

250

300

350

یادآوری 1- بیشینه دمای کاری معمول، حد دمایی است که در آن ترموکوپل می تواند بطور مداوم در محیط عادی مورد استفاده قرار گیرد.

یادآوری 2- بیشینه دمای کاری لحظه ای، حد دمایی است که در آن ترموکوپل در یک حالت خاص می تواند مدت کوتاهی مورد استفاده قرار گیرد.

یادآوری 3- در استانداردهای دیگر به قطرهای مختلف با بیشینه دماهای مختلف نیز اشاره شده است.

 

جدول 2- گستره های کاری  برای حسگرهای دماسنج مقاومتی

نماد

جنس مواد

گستره کاری دما ( C)

PRT(PT)

پلاتین(pt)

از 200- تا 850

NRT

نیکل (Ni)

از 60- تا 350

CRT

مس (Cu)

از 200- تا 150

یادآوری – گستره کاری دما برای ترمیستور بر حسب درجه سلسیوس از (200-) تا (200+) است.

تحت شرایط خاص بیشینه دمای کاری ترمیستور تا 500 درجه سیلیسیوس نیز می تواند افزایش یابد.

 

انتخاب دستگاه اندازه گیری

در انتخاب دستگاه اندازه گیری، موارد زیر باید در نظر گرفته شود :

1زایا و معایب دستگاههای اندازه گیری (بند 11)

دقت های مورد نیاز

اندازه و نوع سیگنال وقتی که از مبدل استفاده می شود

 

مزایا و معایب حسگرهای دما

مزایا و معایب حسگرهای دما در جدول 3 نشان داده شده است.

  

جدول 3- مزایا و معایب حسگرهای دما

حسگر دما

مزایا

معایب

 

 

ترموکوپل

ــ عملی بودن اندازه گیری دما در سطح کوچک

ــ قابلیت کاهش تأخیر زمانی

ــ مقاوم در برابرارتعاش و شوک و مشابه آن

ــ وسیله ای مناسب برای اندازه گیری اختلاف دما

ــ نیاز به پیوندگاه مرجع

ــ ضرورت در نظر گرفتن خطاهای ناشی از پیوندگاه مرجع و سیم های جبرانی

 

 

حسگر دماسنج مقاومتی

ــ وسیله ای مناسب برای اندازه گیری دمای میانگین در یک ناحیه ای با مساحت مشخص

ــ عدم نیاز به پیوندگاه مرجع یا مشابه آن

ــ دقت بالا در اندازه گیری دما در محدوده معمول و متوسط در مقایسه با ترموکوپل

ــ تأخیر زمانی

ــ احتمال آسیب دیدن در محلهای با ارتعاش شدید

ــ نیاز به آماده سازی حسگر برای خودگرمایی[1]

 

 

ترمیستور

ــ عملی بودن اندازه گیری دما در بخش کوچکی

ــ عدم نیاز به پیوندگاه مرجع یا مشابه آن

ــ حساسیت بسیار بالا

ــ صرف نظر کردن از خطاهای ناشی از
سیم های رابط، در بسیاری از موارد

ــ غیر خطی بودن رابطه بین مقاومت و دما و محدودیت گستره کاری دما

ــ نیاز به آماده سازی حسگر برای خودگرمایی

ــ نیاز به مقاومت های قابل تعویض، در بسیاری از موارد

ــ احتمال خرابی ناشی از شوک

 

1- Selt - Heating

/ 0 نظر / 310 بازدید