سنسور دما- Temperature -sensor
سنسورهای تشخیص دما
حسگرها گونه‌ای مبدل هستند. بعضی از حسگرها به تنهایی قابل استفاده‌اند و برای خواندن آنهااحتیاجی به وسایل جانبی دیگری نیست، مانند دماسنج جیوه‌ای. دستهٔ دیگر برای استفاده باید با وسایل دیگری همراه باشند مثل ترموکوپل. بیشتر حسگرها الکتریکی یا الکترونیکی هستند که انواع الکتریکی از دقت پایین‌تری برخوردارند. البته انواع دیگری نیز موجود است. حسگرها در زندگی روزمره ما به صورت فراوان مورد استفاده قرار می‌گیرند، مواردی که شامل خودرو، ماشین‌های صنعتی، تجهیزات فضائی و حتی دارویی میشود. پیشرفت فنی باعث شده تا انواع مختلف و گوناگونی از حسگرها با فناوری ام‌ای‌ام‌اس (MEMS) تولید شود. در اکثر موارد این کار باعث بدست آمدن حساسیت بالا شده است.
انواع
با به وجود آمدن راه‌های مختلف برای نمایش اثر انرژیها، حسگرها بر اساس انرژی مورد آزمون، که حسگر آن را دریافت میکند، طبقه‌بندی میشوند.
- حسگرهای دمائی
- دماسنج (thermometer)
- ترموکوپل (thermocouple)
- مقاومت‌های حساس به گرما (thermistors and resistance temperature detectors)
- حسگرهای گرمایی
الکترومغناطیسی
- حسگرهای مقاومت الکتریکی
- الکتروسکوپ (electroscope)
- ولت‌سنج (voltmeter)
دسته‌بندی خطاهای اندازه‌گیری
یک سنسور خوب از این قوانین پیروی میکند:
- تنها نسبت به خاصیت اندازه‌گیری حساس است
- نسبت به باقی خواصی که در کاربردش وجود دارد حساس نباشد
- بر خاصیتی که درحال اندازه‌گیریش است تأثیر نگذارد
حسگرهای ایده‌آل جوری طراحی میشوند نسبت به اندازه‌گیری یا نسبت به تابع ساده‌ای از اندازه‌گیری (مثلاً لگاریتم) خطی باشند. سیگنال خروجی چنین حسگری نسبت به ارزش یا تابع ساده‌ای از خاصیت اندازه‌گیری‌شده خطی است؛ بنابراین حساسیت به صورت ضریبی بین سیگنال خروجی و خاصیت اندازه‌گیری تعریف میشود. برای نمونه، اگر یک سنسور دما را اندازه‌گیری میکند و یک ولتاژ خروجی دارد و حساسیت آن نسبت ثابت V/K شود، خطی خواهد بود چرا که ضریبش در همه نقاط اندازه‌گیری ثابت است.
سنسور های تشخیص دما
سنسور در لغت به معنای حسگر بوده و به طور کلی برای اندازه گیری یا وجود و عدم وجود پارامترهای مختلف از سنسور استفاده می شود.
دما یکی از مهمترین پارامترهایی است که برای اندازه گیری آن نیاز به سنسور است.
برای اندازه گیری دما در صنعت از دو روش تماسی(ترموکوپل یا TC، RTD) و غیرتماسی(مادون قرمز) استفاده می شود.
روش غیرتماسی از نور مادون قرمز استفاده می کند و به عنوان نمونه در بالای مخزن قرار می گیرد و بدون آنکه تماس ایجاد کند می تواند دما را اندازه گیری کند . این مدل از سنسورهای دما قیمت بسیار زیادی دارد ولی شرایطی که دما به شدت بالا است، برای ذوب نشدن یا خراب نشدن سنسور دما ازین مدل استفاده می شود.
در روش تماسی می بایست از سنسورهای دیگری استفاده نمود.
سنسور ترموکوپل TH و RTD از جمله سنسورهای مهم برای اندازه گیری دما می باشند که به روش تماسی عمل می کنند.
ترموکوپل از دو فلز با دو جنس مختلف که به هم متصل شده اند تشکیل شده است. به علت اختلاف ضریب انتقال حرارت این دو فلز، در طرف دیگر یک ولتاژ ضعیفی ایجاد می شود که معیاری برای اندازه گیری دما است.
ترموکوپل ها انواع مختلفی مانند نوع J و NوTوEو K و… دارند که تفاوت آنها در جنس فلزهایی است که در سنسور استفاده می شود.
دقت سنسورهای ترموکوپل حدود یک درجه سانتی گراد است.
در ترموکوپل به ازای دماهای مختلف و اندازه گیری اختلاف ولتاژ خروجی یک نمودار رسم می شود که ولتاژ خروجی را بر حسب تغییرات دمایی نشان می دهد.
قسمتی از این نمودار که تقریبا خطی می باشد ناحیه کاری مناسب سنسور را نشان می دهد.
RTD مخفف عبارت resistance temperature detectors از یک مقاومت متغیر با دما استفاده می کند تا بتواند از روی تغیر مقاومت، تغییر دما را به دست بیاورد.
RTD ها در انواع دو سیمه، سه سیمه و چهار سیمه موجودند. مدل چهار سیمه گران قیمت و مدل دوسیمه دقت پایینی دارد به همین خاطر عمدتا در صنعت از سنسورهای RTD سه سیمه استفاده می شود.
در مقایسه سنسورهای دما می توان گفت که RTD زمان پاسخ و دقت بیشتر نسبت به ترموکوپل دارد.
دقتRTD حدود 0.1 درجه سانتی گراد و از انواع RTD ها می توان به Pt100 و Pt1000 و Ntc اشاره نمود.
سنسور های تشخیص دما- Temperature sensor
معروفترنی سنسور تشخیص دما موجود در بازار lm 35 میباشد ، این سنسور تغییرات دما را به ولتاژ انالوگ تبدیل میکند .
این سنسور دارای 3 پایه میباشد ، در صورتی که سنسور روربروی شما باشد (بتوانید نوشته هایش را ببینید ) اولین پایه سمت چپ vcc سنسور (متصل به 5 ولت میشود) ، پایه وسط ولتاژ خروجی (به میکرو متصل میشود) و پایه سوم گراند سنسور ست .
محدوده دمایی که این سنسور قادر به اندازه گیری ان میباشد بین -55 تا 150 درجه است و این سنسور به ازای هر درجه سانتی گراند 10 میلیولت ولتاژ خروجی را تغییر میدهد .
یعنی به ازای دمای 1 درجه ولتاژ خروجی سنسور 10 میلی ولت و به ازای 100 درجه خروجی سنسور 1 ولت میباشد
همچنین به ازای دمای -20 درجه خروجی سنسور -20 میلی ولت میباشد . از انجا که در سنسور پایه برای ولتاژ منفی به چشم نمیخورد ، برای اندازه گیری دمای منفی باید پایه vo سنسور را توسط یک مقاومت 1 کیلو به ولتاژ منفی متصل کنید (-5 ولت)
راه اندازی این سنسور با avr کار راحتی میباشد ، در زیر نمونه ی برنامه نوشته شده به زبان بیسیک را مشاده میفرمایید :
در این برنامه ولتاژ خروجی سنسور توسط adc اندازه گیری میشود و سپس بر رویlcd کاراکتری به نمایش در میاید .
[$regfile = "m16def.dat" : $crystal = 8000000 Config Lcdpin = Pin , Db4 = Pind.0 , Db5 = Pind.1 , Db6 = Pind.2 , Db7 = Pind.3 , Rs = Pind.4 , E = Pind.5 Config Lcd = 16 * 2 : Dim A As Word Config Adc = Single , Prescaler = Auto : Start Adc Do A = Getadc(0) : A = A / 2 Locate 1 , 1 : Lcd "temp is:" ; A ; "c " Loop End
ولتاژ تغذیه این سنسور 5 ولت میباشد ، همچنین بدنه ان قابلیت تحمل دما تا 200 درجه را دارد ، اطلاعات بیشتر را میتوانید در دیتا شیت این سنسور بیابید
http://www.datasheet4u.com/share_search.php?sWord=lm35&x=8&y=5
سنسور های pt100
این سنسور ها که به سنسور های مقاومتی خطی نیز معروف هستند در انوع متنوع و با قابلیت اندازگیری دمای زیاد و دقت بالا ساخته میشوند. معروفترین نمونه از این سنسور ها PT100 میباشد که دقت بسیار بالا دارد و اخیرا تا دماهای 800 درجه ساخته می شود. این سنسورها دارای مقاومت متغیر حدود 0.385 اهم بر درجه سانتیگراد هستند. یعنی با هر در جه افزایش یا کاهش دما مقدار .385 اهم از مقاومتشان کم یا زیاد میشود . این سنسور دارای دوپایه میباشد.
برای اندازه گیری دما شما یاید یک جریان از سنسور عبور دهید.
طبق قانون اهم مقدار ولتاژ دو سر یک مقاومت برابر با مقدار مقاومت در مقدار جریان عبوری از ان است ، از انجا که مقدار مقاومت pt100 با کم و زیاد شدن دما تغییر میکند بنابراین ولتاژ دوسر سنسور نیز تغیرر میکند .
با استفاده از adc میکرو میتوان این تغییرات ولتاژ را اندازه گرفت و ان را مشاهده کرد.
سنسور دما- Temperature -sensor
ساده ترین منبع جریانی که میتوان برای این سنسور استفاده کرد ، استفاده از یک مقاومت سری شده با این سنسور است ، بدین صورت که یک سرمقاومت به سنسور وسردیگر به ولتاژ تغذیه متصل میشود ، همچنین سردیگر سنسور نیز باید به گراند متصل شود .
تغییرات دما موجب تغییر ولتاژ در نقطه مشترک سنسور ومقاومت میشود .
در زیر یک پروژه برای اندازه گیری دما توسط این سنسور اورده شده است :
سنسور PT100 در دماي صفر درجه دارای مقاومت 100 اهم میباشد و در ازاي هر درجه افزايش دما 0.385 اهم به مقاومتش افزوده میشود .در این پروژه هدف ساخت یک دماسنج با قایلیت اندازه گیری دمای بین 0 تا 700 درجه میباشد .
محاسبه مقدار مقاومت و منبع ولتاژ (ساخت منبع جریان وراه اندازی سنسور ):
از انجا که بیشترین دما 700 دجه است ،بنابراین مقدار بیشترین مقدار مقاومت سنسور برابر با 369.5 اهم میشود :
100+(700*.385)=369.5
در صورتی که ما از منبع تغذیه 5 ولت و مقاومت 1 کیلو اهم استفاده نماییم تغییرات ولتاژ 0 تا 1.349
را خواهیم داشت (مقاومت 1کیلو با pt سری میشود ، سردیگر pt به گراند و سر دیگر مقاومت به 5 ولت متصل میشود ، همچنین سر مشترک مقاومت و pt به adc میکرو متصل میشود )
برنامه:
[$regfile = "m16def.dat" : $crystal = 8000000 Config Lcdpin = Pin , Db4 = Pind.0 , Db5 = Pind.1 , Db6 = Pind.2 , Db7 = Pind.3 , Rs = Pind.4 , E = Pind.5 Config Lcd = 16 * 2 : Dim A As Word,bas single Config Adc = Single , Prescaler = Auto : Start Adc Do A = Getadc(0) b=a: b = b *2.53 Locate 1 , 1 : Lcd "temp is:" ;fusing( b,"###,##") ; "c " Loop End
مقدار دیجتال ریخته شده در متغیر a : 276.0054
a=(1023/5)*1.349
مقدار نشان داده شده بر روی lcd به ازای این ولتاژ :700
بنابراین
b = b *2.53
از انجا که امکان محاسبات اعشاری بر روی متغیر word وجود ندارد ، بنابرای مقدار a در یک متغیر از جنس singleریخته میشود .
جهت دریافت اطلاعات بیشتر میتوانید به دیتاشیت این سنسور مراجعه کنید
http://www.datasheet4u.com/html/P/T/1/PT100_RHOPOINTCOMPONENTS.pdf.html
سنسور LM75
LM75 یک سنسور اندازه گیری دما با پکیج smd میباشد ، این سنسور از طریق رابط i2c با میکرو ارتباط برقرار میکند ، محدوده ی اندازه گیری دما برای این سنسور از -55 تا +125 درجه میباشد همچنین دقت ان .5 درجه است .
ولتاژ تغذیه ی این سنسر است 5 ولت است و جریان مورد نیاز برای کارکردش 250 میکرو امپر است
سنسور های تشخیص دما- Temperature sensor
سنسورهای ntcوptc :
این دو نوع سنسور ار سنسورهای مقاومتی و حساس به دما میباشد که در نوع ntc با افزایش دما مقاومتش کم میشود و در نوع ptc با افزایش دما مقاومت ان نیز افزایش می یابد.
این سنسورها به دلیل آسانی در استفاده و مقرون به صرفه بودن در بین طراحان روباتیک و الکترونیک محبوبیت دارند!( ولی من تا حالا به جز یه جا ندیدم از این سنسورها استفاده کنند!!)
کاربرد این سنسورها در ربات های مختلف از جمله روباتهای اتش نشان ، روباتخای امداد،روباتهای آشپز ،روباتهای شناسایی محیط و… است.
نکته قابل ذکر در مورد این سنسورها سرعت کاری و عکس العمل آنها نسبت به تفییرات دمای مخیط مس باشد مه معمولا این سنسورها آنی و لحظهع ای عمل نمی کنند و مقداری زمان می برد تا تفییرات محیط بر سنسور پدیدار شود زیرا ابتدا دمای سنسور باید تغییر کند و سپس به مدار القا شود که برای رفع این مشکل میتوان از مدار های تسریع کننده عملکرد سنسور استفاده کرد.
هم چنین مقاومت سنسورهای مذبور با نوع مقاومت LDRها یکسان میباشد واین بدان معناست که می توان در مداراتی که از LDRها استفاده میشود سنسورهای مقاومتی را جایگزین کرد.
مطالب بالا عینا از کتاب اقای مهدی محمد زاده به نام رباتیک و اصول طراحی برداشت شد.
برای راه اندازی سنسورهای ntc که در رنج های مختلف وجود داره( مثلا 1 اهم یا 4.7 اهم ) میتوان از adc میکرو استفاده کرد به این صورت که یک سر مقاومت را به +5v و سر دیگرش را به adc میکرو وصل کرد که بهتراست یه مقاومت 270 اهم هم از adc به زمین وصل بشود حال کافیست تا تابع سنسور را با توجه به مقدار خوانده شده از adc بدست آورد.
البته میتوان سنسور را به یک منبع جریان مثلا 1 ma سری و سپس تابع سنسور را که یک تابع نمایی )اکسپنانسیل) می باشد بدست آورد.
سنسورهای دما یکی از سنسورهای پرکاربرد در هر صنعت می باشد. کمپانی JUMO آلمان به عنوان یکی از قدیمی ترین و برترین کمپانی های اروپا تولید کننده این سنسورهای دما با کیفیت بالا و مطابق با اخرین استانداردهای روز می باشد
آموزش نحوه نصب سنسور دما و رطوبت روی کارت کنترل های HD
آموزش تعویض سنسور دما PT100
