حسگر دما چیست و چگونه کار می‌کند؟

حسگر دما یکی از مهم‌ترین ابزارهای اندازه‌گیری در صنایع مختلف است که وظیفه آن تشخیص و ثبت تغییرات دما در محیط‌های مختلف است.

حسگر دما

این حسگرها اطلاعاتی در قالب سیگنال‌‌های الکتریکی ارسال می‌کنند که می‌توان از آن‌ها برای کنترل دما در سیستم‌های صنعتی، الکترونیکی و خانگی استفاده کرد. با توجه به اهمیت این حسگرها در حوزه‌های مختلف، در این مقاله به بررسی نحوه عملکرد، انواع و کاربردهای آن‌ها می‌پردازیم.

حسگر دما چگونه کار می‌کند؟

حسگرهای دما با استفاده از تغییرات ولتاژ یا مقاومت در برابر دما، اطلاعات مربوط به گرما و سرما را ثبت می‌کنند. در اکثر حسگرهای دمای الکترونیکی، این تغییرات به سیگنال‌های الکتریکی تبدیل می‌شود که پردازنده‌ها می‌توانند آن را تفسیر کنند. هر چه ولتاژ افزایش پیدا کند، نشان‌دهنده افزایش دما خواهد بود. برعکس، کاهش ولتاژ معمولاً بیانگر کاهش دماست.

حسگرهای دما در بسیاری از صنایع به‌کار می‌روند، از دستگاه‌های پزشکی گرفته تا سیستم‌های کنترل دمای اتوماتیک در کارخانه‌ها. این حسگرها به دو دسته کلی تقسیم می‌شوند:

حسگرهای دمای تماسی: این نوع حسگرها از طریق تماس مستقیم با سطح یا ماده، دما را اندازه ‌گیری می‌کنند و معمولاً در اندازه‌گیری دمای مایعات، جامدات و گازها استفاده می‌شوند.

حسگرهای دمای غیرتماسی: این حسگرها برای اندازه‌ گیری دما نیازی به تماس مستقیم با سطح ندارند و از طریق دریافت امواج مادون قرمز تابش‌شده از سطح، دمای آن را تخمین می‌زنند. بدلیل عدم نیاز به تماس مستقیم با سطح، در محیط‌های خطرناک و صنایعی مانند نیروگاه‌ها، آزمایشگاه‌های تحقیقاتی و صنایع خودروسازی استفاده می‌شود.

انواع حسگرهای دما

برای درک بهتر نحوه عملکرد حسگرهای دما، حسگرهای تماسی و غیرتماسی را به دسته‌های زیر تقسیم می‌کنیم:

1. دماسنج‌ها

دماسنج‌ها یکی از ابتدایی‌ترین ابزارهای اندازه‌گیری دما هستند که به‌صورت تماسی عمل می‌کنند. آن‌ها شامل یک لوله شیشه‌ای حاوی مایع (معمولاً جیوه یا الکل رنگی) هستند که بر اساس انبساط و انقباض در پاسخ به تغییرات دما، میزان گرما یا سرما را نشان می‌دهد. برخی از انواع پیشرفته‌تر دماسنج‌ها شامل دماسنج‌های دیجیتال و گازی هستند که دقت بالاتری دارند.

2. ترموستات‌ها

ترموستات‌ها از جمله حسگرهای دمایی تماسی پرکاربرد هستند که معمولاً در وسایل گرمایشی و سرمایشی مانند بخاری، کولر گازی و یخچال استفاده می‌شوند. آن‌ها از یک نوار بی‌متال شامل دو فلز مختلف مثل آلومینیوم، نیکل، مس یا تنگستن تشکیل شده‌اند که هنگام تغییر دما خم شده و موجب قطع یا وصل شدن مدار الکتریکی می‌شود. به‌عنوان مثال، در یخچال‌ها از ترموستات برای حفظ دمای داخلی در حد مطلوب استفاده می‌شود.

3. ترمیستورها ( NTC و PTC)

ترمیستورها نوعی مقاومت حساس به دما هستند که تغییرات دما را از طریق تغییر در مقدار مقاومت الکتریکی خود نشان می‌دهند. ترمیستورها از مواد سرامیکی (نیکل یا اکسیدهای منگنز/کبالت پوشش داده شده با شیشه) ساخته شده‌اند که به راحتی آسیب می‌بینند. دو نوع اصلی ترمیستورها عبارت‌اند از:

ترمیستورهای با ضریب دمایی منفی (NTC): در این نوع حسگرها، با افزایش دما، مقدار مقاومت کاهش می‌یابد. از NTC در مدارهای محافظتی باتری‌های لیتیومی و حسگرهای پزشکی استفاده می‌شود.

- ترمیستورهای با ضریب دمایی مثبت (PTC): در این نوع حسگرها، افزایش دما باعث افزایش مقاومت می‌شود. کاربرد اصلی PTC در مدارهای ایمنی و جلوگیری از جریان بیش از حد در تجهیزات الکترونیکی است.

ترموکوپل ‌

4. ترموکوپل ‌ها

ترموکوپل‌ ها یکی از پرکاربردترین حسگرهای دمایی در صنایع مختلف هستند. این حسگرها از دو فلز غیرمشابه (مانند مس و برنز) تشکیل شده‌اند که هنگام قرار گرفتن در دماهای مختلف، ولتاژ تولید می‌کنند. این ولتاژ متناسب با دما تغییر می‌کند و به کمک تجهیزات اندازه‌ گیری، می‌توان مقدار دما را محاسبه کرد. این حسگرهای دمایی بدلیل قابلیت اطمینان، دقت، حساسیت، سادگی و دامنه دمایی گسترده‌ای که دارند، بسیار رایج و محبوب هستند.

به دلیل بازه دمایی وسیع (-200 تا 1750 درجه سانتی‌گراد)، ترموکوپل‌ها در صنایع فلزی، نیروگاه‌ها و کارخانه‌های شیمیایی بسیار مورد استفاده قرار می‌گیرند.

5. حسگرهای دمای نیمه‌ رسانا (IC Sensors)

این حسگرها در مدارهای مجتمع الکترونیکی استفاده می‌شوند و معمولاً برای کاربردهای دقیق در دستگاه‌های دیجیتال و سیستم‌‌های کنترلی به‌کار می‌روند. حسگرهای IC دارای دقت بالایی هستند اما در مقایسه با ترموکوپل‌ ها، بازه دمایی محدودتری دارند (معمولاً بین -55 تا 150 درجه سانتی‌گراد).

6. حسگرهای دمای مقاومتی (RTD)

حسگرهای RTD از یک سیم پیچ فلزی (معمولاً از جنس پلاتین، مس یا نیکل) تشکیل شده‌اند که مقاومت آن با تغییر دما تغییر می‌کند. این حسگرها دقت بسیار بالایی دارند و در صنایع آزمایشگاهی، پزشکی و خودروسازی مورد استفاده قرار می‌گیرند.

کاربردهای حسگرهای دما

1. صنایع پزشکی

حسگرهای دما نقش مهمی در تجهیزات پزشکی دارند. برای مثال از این حسگرها در دستگاه‌های تصویربرداری پزشکی مانند MRI و سونوگرافی از حسگرهای دما برای کنترل دما استفاده می‌شود. علاوه بر آن در دماسنج‌های پزشکی دیجیتال برای اندازه‌گیری سریع دمای بدن نیز کاربرد دارند.

کاربردهای حسگرهای دما

2. لوازم خانگی

حسگرهای دما در بسیاری از وسایل خانگی کاربرد دارند، برای مثال در یخچال‌ها برای کنترل دما و جلوگیری از یخ‌زدگی مواد غذایی و یا در ماشین‌های لباسشویی برای تنظیم دمای آب نیز کاربرد دارند. همچنین از حسگرهای دمایی در اجاق‌های برقی و گازی برای تنظیم حرارت پخت غذا نیز استفاده میشود.

3. صنعت خودروسازی

از حسگرهای دما در رادیاتور خودروها برای جلوگیری از داغ شدن بیش از حد موتور نیز بکار میرود. همچنین در سیستم تهویه خودرو برای تنظیم دمای داخل کابین نیز کاربرد دارند.

4. صنایع نفت و گاز

ردپای حسگرهای دما را در صنایع نفت و گاز نیز میتوان یافت. مثلا در دکل‌های حفاری نفت از حسگرهای دما برای کنترل فرآیندهای حفاری و جلوگیری از افزایش بیش از حد حرارت استفاده می‌شود. علاوه بر آن در خطوط انتقال نفت و گاز نیز برای تشخیص نشت و تنظیم دما کاربرد دارند.

5. انرژی‌های تجدیدپذیر

این حسگرهای دما را میتوان در سیستم‌های خورشیدی برای کنترل میزان حرارت صفحات خورشیدی و در توربین‌های بادی برای بررسی دمای اجزای مکانیکی و جلوگیری از آسیب‌های ناشی از گرما نیز بکار گرفت.

جمع‌بندی

حسگرهای دما یکی از اجزای کلیدی در صنایع مختلف هستند که امکان کنترل دقیق دما را فراهم می‌کنند. از مدل‌های ساده مانند دماسنج‌های خانگی گرفته تا حسگرهای پیشرفته‌ای مانند RTD و ترموکوپل‌ها، هر یک برای کاربردهای خاصی طراحی شده‌اند. شناخت انواع این حسگرها و کاربردهای آن‌ها می‌تواند به بهبود عملکرد تجهیزات صنعتی و خانگی کمک کند.

خرید سنسور دما

این مطلب تبلیغاتی است و محتوای آن توسط سفارش دهنده تهیه شده است.