دو دستگاه حیاتی که برای اندازه‌گیری دما استفاده می‌شوند RTD و ترموکوپل هستند. هر دوی اینها به عنوان سنسورهای دما استفاده می‌شوند. به طور کلی سنسورهای دما تجهیزاتی هستند که برای اندازه‌گیری میزان انرژی گرمایی تولید شده در یک سیستم استفاده می‌شوند و این با سنجش هرگونه تغییرات فیزیکی مربوط به آن سیستم، اندازه‌گیری می‌گردد. تفاوت اصلی بین ترموکوپل و RTD در اساس کارکردی آن‌هاست. یک RTD از یک فلز استفاده می‌کند که تغییرات مقاومت آن، پیش‌بینی کننده‌ی تغییرات دماست.
یک ترموکوپل دستگاهی است که از دو سیم فلزی استفاده می‌کمد که یک تفاوت ولتاژ در محل اتصال ایجاد می‌کند که متناسب با تغییر دماست. دلیل محبوبیت ترموکوپل‌ها سادگی و سهولت استفاده و سرعت مناسب واکنش به تغییرات دما می‌باشد. این تفاوت‌ها ما را در زمینه خرید و انتخاب این تجهیزات کمک می‌نماید.
مشاهده و خرید انواع ترموستات در فروشگاه داوود المنت
آشکار سازهای دمای مقاومت (RTDs)
یک عنصر حسگر RTD از یک سیم پیچ سیمی شکل یا لایه‌ای از فلز خالص درست شده است. مقاومت این عنصر با دما به شیوه‌ی قابل تکرار و شناخته شده‌ای زیاد می‌شود. RTDها دقت بسیار خوبی را در یک محدوده دمایی گسترده نشان می‌دهند و در بین سنسورهای درجه حرارت صنعتی سریع‌ترین بخش در حال رشد را نشان می‌دهند. مزایای آن‌ها عبارتند از:
• حساسیت: در یک RTD، افت ولتاژش خروجی بسیار بزرگتری نسبت به ترموکوپل ایجاد می‌کند.
• محدوده‌ی دما: مدل‌های RTD، دماهای ۲۶۰- تا ۶۵۰ درجه سانتیگراد را پوشش می‌دهند.
• پایداری و تکرارپذیری: دماسنج مقاومتی پلاتینیوم ابزار درون‌یابی اولیه است که بوسیله‌ی مؤسسه ملی فناوری و استاندارد از ۲۶۰- تا ۹۶۲ درجه سانتیگراد استفاده می‌شود. RTDهای صنعتی معمولی معمولا کمتر از ۱/• درجه سانتیگراد در سال جابجا می‌شوند.
• هزینه کم سیستم: RTDها از سرنخ‌های معمولی مسی استفاده می‌کنند و دیگر نیازی به جبران اتصال سرد ندارند.
• استاندارد سازی: تولیدکنندگان RTDها را به منحنی‌های استاندارد صنعتی ارائه می‌دهند که معمولا ۱۰۰ پلاتین تا EN۶.۷۵۱ است.
• خطی بودن: RTDهای مس و پلاتین پاسخ خطی‌تری نسبت به ترمیستورها و ترموکوپل‌ها فراهم می‌کنند. غیرخطی‌های RTD را می‌توان بوسیله‌ی طراحی مناسب شبکه‌های پل مقاومتی تعمیر و اصلاح نمود.
جهت آشنایی بیشتر با نحوه کار ترموستات، پیشنهاد می‌کنیم، مقاله کاربرد ترموستات یخچال را مطالعه فرمایید.
ترموکوپل‌ها
یک ترموکوپل از دوتا سیم از فلزات غیر مشابه ساخته شده است که در یک اتصال به همدیگر جوش خورده‌اند. در آخر سیم‌های سیگنال که معمولا بخشی از ابزار ورودی هستند، اتصال دیگری به اسم اتصال مرجع می‌باشد که به علت الکترونیکی دمای محیط آن جبران می‌شود. گرم کردن محل اتصال، پتانسیل ترموالکتریکی (emf) متناسب با اختلاف دما بین دو اتصال فراهم می‌کند. این emf در سطح میلی ولت، وقتی برای دمای شناخته شده محل اتصال مرجع جبران می‌شود، دما را در نوک حسگر نشان می‌دهد. ترموکوپل‌ها آشنا و ساده می‌باشند، ولی با این حال طراحی آن‌ها در سیستم‌ها به علت نیاز به سیم‌های گسترش ویژه و جبران‌سازی اتصال مرجع پیچیده است.
مزایای استفاده از ترموکوپل عبارتند از:
• داشتن ویژگی دمای بسیار بالا: ترموکوپل‌هایی که اتصالات با فلزات گران‌بها دارند تا ۱۸۰۰ درجه سانتیگراد رتبه‌بندی می‌شوند.
• ناهمواری: سادگی ذاتی ترموکوپل‌ها آن‌ها را در برابر ضربه و لرزش و شوک مقاوم می‌سازد.
• اندازه کوچک / پاسخ سریع: اتصال ترموکوپل سیمی ریز، فضای کمی را می‌گیرد و جرم کمی دارد و برای سنجش نقطه‌ای و پاسخ سریع مناسب است. البته توجه داشته باشید که بسیاری از RTDها دارای سرعت زمانی سریعتر از ترموکوپل‌های معادل هستند.
ترمیستورها
ترمیستورها یک دستگاه مقاومتی متشکل از اکسیدهای فلزی است که به شکل مهره‌ای تبدیل شده و در شیشه یا اپوکسی محاصره شده است. یک ترمیستور معمولی ضریب دمای منفی زیادی را نشان می‌دهد و مقاومت به طور قابل ملاحظه‌ای و غیرخطی با دما کاهش می‌یابد. حساسیت چندین برابر RTDها است اما منطقه دمایی مفید کم است. بعضی از تولید کنندگان ترمیستورها را با ضریبهای مثبت نمایش می‌دهند. مدل‌های خطی هم وجود دارد. تغییرات زیادی از عملکرد و قیمت بین ترمیستورها از منابع گوناگون وجود دارد. مزایای معمول عبارتند از:
• هزینه کم سنسور: ترمیستورهای اصلی بسیار ارزان و کم هزینه هستند. ولی مدل‌هایی با ویژگی تعویض محدودتر یا قابلیت دمایی طولانی‌تر غالبا هزینه بیشتری نسبت به RTD دارند.
• حساسیت بالا: ممکن است یک ترمیستور مقاومت را با ده‌ها اهم در هر درجه تغییر دما تغییر دهد، در مقابل کسری از اهم برای RTDs.
• سنجش نقطه: می‌توان یک مهره ترمیستور را به اندازه سر پین برای سنجش ناحیه کوچک ساخت.
تفاوت‌های کلیدی بین سنسور ترموکوپل و RTD
• یک دماسنج RTD از تغییر در مقاومت فلز برای پیش بینی تغییر در دما استفاده می‌کند. ترموکوپل یک سنسور ترمو الکتریکی است که از تغییرات در ولتاژ/ emf برای تعیین تغییر دما استفاده می‌کند.
• دماسنج RTD عموما در بازه بین ۲۰۰- تا ۶۰۰ درجه سلسیوس کار می‌کند. اما ترموکوپل معمولا بازه عملیاتی گسترده‌تری نسبت به RTD دارد. مثلا معمولا ۲۰۰- تا ۲۰۰۰ درجه سلسیوس. در نتیجه ترموکوپل، مناسب برای انواع مختلف کاربردهایی که نیاز به اندازه‌گیری محدوده‌ی دمایی وسیع است، استفاده می‌شود.
• ترموکوپل‌ها زمان پاسخگویی ۰/۱ تا ۱۰ ثانیه ارائه می‌کنند که بهتر از زمان پاسخگویی RTD هاست که بین ۱ تا ۵۰ ثانیه است.
• در مورد حساسیت، گفته می‌شود که ترموکوپل‌ها حساسیت بالاتری از RTDها دارند. دلیل این مسأله این است که سریعتر از RTDها به تغییرات دما واکنش نشان می‌دهند.
• ترموکوپل‌ها عموما مقرون به صرفه‌تر از RTDها است. البته هزینه‌ی اولیه‌ی RTD مقداری کمتر از ترموکوپل است. ولی از نظر هزینه نگهداری و تعمیر، RTDها سه برابر ترموکوپل‌ها هزینه‌بر هستند. در نتیجه RTDها در مجموع گران‌تر از ترموکوپل‌ها هستند.
• ابعاد فیزیکی ارائه شده توسط ترموکوپل کوچک‌تر از RTD است. در نتیجه استفاده از آن‌ها ساده‌تر است.
• برای کاربردهایی که نیازمند دقت بالا هستند، RTD ترجیح داده می‌شود چون نتایج دقیق بیشتری نسبت به ترموکوپل‌ها تولید می‌کنند.
• اگر تصمیم گرفته‌اید تا دمای زیر ۱۰۰۰ درجه را اندازه‌گیری کنید، توصیه می‌شود که از سنسورهای RTD استفاده کنید. زیرا این سنسورها نسبت به ترموکوپل‌ها دقیق‌ترند.
• پدیده‌ی خودگرمایشی در RTDها وجود دارد اما در ترموکوپل‌ها بسیار ناچیز است.
• پایداری ارائه شده توسط RTD نسبتا بالاتر از ترموکوپل است. دلیل این مساله این است که RTD طراحی شده تا تکرارپذیری در نتایج را برای زمانی طولانی‌تر، برای ورودی یکسان ارائه کند. اما تغییر شیمیایی که در ترموکوپل‌ها رخ می‌دهد، باعث دریفت (کژرفت) در خوانش آن می‌شود.
📝سخن پایانی
در این مطلب راجع به تفاوت ترموکوپل با RTD و ترمیستور صحبت کردیم و هریک را بصورت جدا مورد بررسی قرار دادیم. اساسا برای بهتر شدن ما در صورت داشتن هر سوال یا پیشنهادی می‌توانید که آن را کامنت کنید.
تاریخ انتشار 1401/09/21