سنسورها المان حس کننده یک سیستم می باشد که کمیت های فیزیکی مانند فشار، حرارت، رطوبت، فلو و….. را به کمیت های الکتریکی پیوسته یا غیرپیوسته و یا حتی کمیت غیرالکتریکی( مانند تغییر مقاومت داخلی سنسور) تبدیل می کند. این سنسورها در انواع دستگاه هایی اندازه گیری و سیستمهای کنترل آنالوگ و دیجیتال مانند PLC مورد استفاده قرار می گیرند.عملکردسنسورها و قابلیت اتصال آنها به دستگاه های مختلف از جمله PLC باعث شده است که سنسور بخشی از اجزای جدانشدنی دستگاه کنترل اتوماتیک باشد. سنسورها اطلاعات مختلف از وضعیت اجزای متحرک سیستم را به واحد کنترل ارسال نموده و باعث تغییر وضعیت عملکرد دستگاه ها می شوند.
در این بخش، ابتدا به توضیح روشهای اندازه گیری چهار کمیت مهم حرارت، جریان(Flow )، سطح ارتفاع (Level) و فشار می پردازیم و درپایان درباره سوئیچ های بدون تماس صحبت خواهیم کرد.
اندازه گیری درجه حرارت
برای اندازه گیری درجه حرارت از آشکارسازهای مختلفی استفاده می شود.
که در دو گروه کلی زیر طبقه بندی می شوند:
– آشکارسازهایی که با سیال در تماس هستند.
– آشکارسازهایی که با سیال در تماس نیستند.
۱-۱) آشکارسازهایی که با سیال در تماس هستند
این آشکارسازها که در آنها از روش تماس سیال با المنت اخذکننده در جه حرارت استفاده می شود شامل انواع زیر می باشند:
۱-۱-۱) ترموکوپل
یکی از عمومی ترین وسائل حساس در مقابل درجه حرارت ترموکوپل می باشد. داستان ترموکوپل به کشف See beck در سال ۱۸۲۱ در مورد وجود یک جریان الکتریکی در مدار بسته ای از دو فلز غیرهمجنس در حالیکه دو نقطه اتصال در درجه حرارت های مختلف باشد برمی گردد. چنین ترموکوپلی در شکل زیر نشان داده شده است.
در اینجا A و B دو فلز و T1 و T2 درجه حرارت های نقاط اتصال آنها می باشند. I نشان دهنده جریان ترموالکتریکی است که در مدار جاری است. معمولاً A نسبت به B در صورتی که T1 اتصال سردتر باشد، از لحاظ ترموکوپلی مثبت و خوانده میشود.
برای دو فلز ترموکوپل از جنسهای مختلفی می توان استفاده نمودکه هرکدام از آنها دارای خصوصیات مربوط به خود می باشند. فاکتورهایی که در انتخاب جنس ترموکوپل مؤثرند عبارتند از:
الف) محدودیت های درجه حرارت
ب) روابط خطی بین درجه حرارت و EMF
ج) مقدار EMF نسبت به هر درجه تغییر حرارت
۱) حد خطا و حساسیت
۲) قابلیت پس گیری
۳) دقت
د) مقاومت فیزیکی در درجه حرارت بالا
ه) تأثیرات اتمسفری
۱) اکسیده شدن
۲) تقلیل یافتن
ترموکوپل های استاندارد شده :
الف) (Copper – Constantan)CC
– حدود درجه حرارت معمول از ۱۵۰- تا ۴۰۰+ درجه سانتیگراد
– اکسیده شدن در بالای ۴۰۰ درجه سانتیگراد
– آسیب پذیر در مقابل بخارات اسید
ب) (Iron – Constantan)IC
– حدود درجه حرارت معمول صفر تا ۸۰۰ درجه سانتیگراد
– آسیب پذیر بوسیله سولفور،اکسیژن و رطوبت
– تأثیرات اتمسفری کم( بخصوص در زیر ۴۰۰ درجه سانتیگراد
ج) (Chromel – Alumel)CA
– حدود درجه حرارت معمول صفر تا ۱۳۰ درجه سانتیگراد
– مقاوم در اتمسفرهای اکسیده شدنی
– آسیب پذیر در مقابل سولفور
د)(Platinum- Platinum 10% /13%Rhodium) Pt- PtRH
– حدود درجه حرارت معمول صفر تا ۱۵۰۰ درجه سانتیگراد
– مقاوم در اتمسفرهای اکسیده شدنی
– فاسدشدن( خورده شدن) در بالای ۱۰۰۰ درجه سانتیگراد
– احتیاج داشتن به لوله محافظ مقاوم در برابر نفوذ گاز
ه) (Chromel – Constantan)ChC
– حدود درجه حرارت معمول صفر تا ۸۰۰ درجه سانتیگراد
– مقاوم در اتمسفرهای اکسیده شدنی
– آسیب پذیر بوسیله سولفور
محافظت ترموکوپل :
برای محافظت ترموکوپل از وسیله ای بنام Well استفاده می شود استفاده از well دارای مزایای زیر می باشد:
– استفاده ترموکوپل در اتمسفرهای خورنده و اکسیدشونده
آنچه در بالا آمده است عللی است که بخاطر آنها ما از Well برای ترموکوپل استفاده می کنیم. اشکالی که یک Well می تواند برای اندازه گیری ما بوجود آورد، داشتن ثابت زمانی(Time Constant ) می باشد. بنابراین در محل هایی که هیچکدام از مسائلی که استفاده از Well را موجب می شود وجود ندارد، برای حصول ثابت زمانی کمتر از ترموکوپل بدون Well استفاده می شود.
۱-۱-۲) حرارت سنج های مقاومتی
تئوری حرارت سنج مقاومتی
حرارت سنج مقاومتی براساس خصوصیات ذاتی فلزات در مورد تعمیر مقاومت الکتریکی آنها در مقابل تغییرات درجه حرارت عمل می نماید. با اینکه لامپهای الکتریکی اندازه گیر مقاومتی حرارتی(Resistance Thermometer Bulbs ) معمولاً از پلاتینیم مس یا نیکل ساخته شده اند اما اثر درجه حرار به مقاومت در مورد نیمه هادی ها نیز اعمال می شود و امکان دارد که به علت بهبودسریع مواد نیمه هادی، این مواد دارای مصارف بیشتری در حرارت سنج های مقاومتی گردند. اصولاً یک حرارت سنج مقاومتی وسیله ای است برای اندازه گیری مقاومت الکتریکی ولی مقاومتی که بجای واحد مقاومت براساس واحد درجه حرارت درجه بندی شده باشد. بدین سبب حرارت سنج مقاومتی بی شباهت به خیلی از سایر تبدیل کننده های الکتریکی که سیگنال الکتریکی را به یکی از واحدهای متغیر فرآیند از قبیل درجه حرارت تبدیل می کند، نیست.
در این نوع اندازه گیرهای پرشده، در اثر تأثیر درجه حرارت محیط برروی لوله موئی های سیال، ازدیاد حجمی بوجود می آید که باعث خطای اندازه گیری می شود. برا ی جبران این خطا سیسمتهای خاصی تعبیه
محافظت ترموکوپل :
