أخبار الشركة عن مستشعر درجة الحرارة: شيء تحتاج إلى معرفته

مستشعر درجة الحرارة هو جهاز يحول إشارات درجة الحرارة إلى إشارات كهربائية قابلة للقياس (مثل الجهد أو التيار أو المقاومة أو الإشارات الرقمية)، ويستخدم على نطاق واسع في الأتمتة الصناعية والإلكترونيات الاستهلاكية والمعدات الطبية وإلكترونيات السيارات والمراقبة البيئية وغيرها من المجالات.

1. التصنيف

يمكن تصنيف مستشعرات درجة الحرارة بناءً على طرق القياس ومبادئ العمل:

1.1 التصنيف حسب طريقة القياس

مستشعرات درجة الحرارة من النوع المتصل

يتصل المستشعر مباشرة بالكائن المقاس ويقيس درجة الحرارة من خلال التوصيل الحراري. الميزة هي دقة القياس العالية، ومناسبة لقياس درجة حرارة السوائل والصلبة، ولكن سرعة الاستجابة بطيئة نسبيًا وقد تتأثر بالبيئة. تشمل التطبيقات النموذجية المزدوجات الحرارية، و RTD (المقاومات الحرارية)، والثرمستورات.

مستشعر درجة الحرارة غير المتصل

يقيس درجة الحرارة عن طريق اكتشاف الإشعاع تحت الأحمر المنبعث من جسم ما، دون اتصال مادي. الميزة هي أن لديها وقت استجابة سريع ولا تتداخل مع الجسم الذي يتم قياسه. ومع ذلك، تتأثر دقة القياس بانبعاث سطح الجسم. تشمل التطبيقات النموذجية موازين الحرارة بالأشعة تحت الحمراء وأجهزة التصوير الحراري.

1.2 التصنيف حسب مبدأ العمل

(1) المزدوجة الحرارية

تعتمد المزدوجة الحرارية على تأثير Seebeck، حيث يتم توليد جهد كهربائي عند وصلة معدنين مختلفين بسبب اختلاف درجة الحرارة.

- نطاق قياس واسع (-200°C ~ 2300°C)، مناسب للبيئات ذات درجات الحرارة القصوى.

- وقت استجابة سريع (مستوى المللي ثانية)، مقاوم لدرجات الحرارة العالية، ومضاد للاهتزازات.

- ومع ذلك، فإن الدقة منخفضة نسبيًا (±1°C ~ ±5°C)، ويتطلب تعويض الوصلة الباردة.

الأنواع الشائعة

- المزدوجة الحرارية من النوع K (النيكل والكروم - النيكل والسيليكون): الأكثر استخدامًا، مناسبة لـ -200°C إلى 1260°C.

- المزدوجة الحرارية من النوع J (الحديد - النحاس والنيكل): مناسبة لتقليل البيئات، 0°C إلى 760°C.

- المزدوجة الحرارية من النوع T (النحاس - النحاس والنيكل): مناسبة لقياسات درجات الحرارة المنخفضة، -200°C إلى 350°C.

- المزدوجة الحرارية من النوع S/R (البلاتين والروديوم - البلاتين): تستخدم لقياسات درجات الحرارة العالية (0°C إلى 1600°C)، دقة عالية ولكن تكلفة عالية.

(2) المقاوم الحراري (RTD، كاشف درجة حرارة المقاومة)

يقيس RTD عن طريق استخدام الخاصية التي تتغير بها مقاومة المعادن (مثل البلاتين والنحاس والنيكل) مع درجة الحرارة.

الميزات

- دقة عالية (±0.1°C ~ ±0.5°C)، استقرار جيد، مناسب للمراقبة طويلة الأجل.

- نطاق قياس واسع (-200°C ~ 850°C).

- ومع ذلك، فإن الاستجابة بطيئة نسبيًا (مستوى الثانية)، ومكلفة، وتتطلب مصدر تيار ثابت للقيادة.

الأنواع الشائعة

- PT100 (مقاوم البلاتين، 100Ω عند 0°C): معيار صناعي، خطية جيدة.

- PT1000 (مقاوم البلاتين، 1000Ω عند 0°C): حساسية أعلى، مناسبة للإرسال لمسافات طويلة.

- Cu50 (مقاوم النحاس، 50Ω عند 0°C): تكلفة أقل، ولكن نطاق درجة حرارة أضيق.

(3) الثرمستورات

الثرمستورات هي أجهزة أشباه موصلات تتغير مقاومتها بشكل كبير مع درجة الحرارة، وهي مصنفة على أنها NTC (معامل درجة الحرارة السلبية) و PTC (معامل درجة الحرارة الإيجابية).

NTC الثرمستورات

تنخفض المقاومة مع ارتفاع درجة الحرارة، مع حساسية عالية (±0.05°C).

- ومع ذلك، فهي تتمتع بعدم خطية قوية وتتطلب جداول بحث أو معادلة Steinhart-Hart للتحويل.

التطبيقات النموذجية: موازين الحرارة الإلكترونية، ومراقبة درجة حرارة بطارية الليثيوم.

PTC الثرمستورات

تزداد المقاومة بشكل حاد عند درجة حرارة معينة وغالبًا ما تستخدم للحماية من درجة الحرارة الزائدة.

التطبيقات النموذجية: حماية المحرك من الحرارة الزائدة، وصمام حراري ذاتي الاستعادة.

(4) مستشعر درجة الحرارة الرقمي

يدمج مستشعر درجة الحرارة الرقمي ADC وواجهات رقمية (مثل I2C و SPI و 1-Wire)، مما يؤدي مباشرة إلى إخراج الإشارات الرقمية دون الحاجة إلى دوائر تهيئة إضافية للإشارة.

الميزات

- قدرة قوية على مقاومة التداخل، ومناسبة للأنظمة المضمنة.

- لا يلزم المعايرة، سهلة الاستخدام.

(5) مستشعر درجة الحرارة بالأشعة تحت الحمراء (مقياس الحرارة بالأشعة تحت الحمراء)

يقيس المستشعر بالأشعة تحت الحمراء درجة الحرارة عن طريق اكتشاف الإشعاع تحت الأحمر المنبعث من الأجسام (بطول موجة من 3 إلى 14 µm).

الميزات

- قياس غير تلامسي، مع استجابة سريعة للغاية (في نطاق المللي ثانية).

- ومع ذلك، تتأثر دقة القياس بانبعاث سطح الجسم (مثل المعادن تتطلب تعويضًا).

التطبيقات النموذجية

- مسدسات قياس درجة حرارة الجسم (مثل MLX90614).

- التصوير الحراري للمعدات الصناعية (مثل أجهزة التصوير الحراري FLIR).

معلمات الأداء الرئيسية لمستشعرات درجة الحرارة

- نطاق القياس: نطاق درجة الحرارة الذي يمكن للمستشعر أن يعمل فيه بشكل طبيعي، مثل المزدوجات الحرارية يمكن أن تصل إلى 2300°C، بينما يقتصر NTC عادة على -50°C إلى 150°C.

- الدقة: نطاق خطأ القياس، مثل RTD يمكن أن يصل إلى ±0.1°C، بينما المزدوجات الحرارية بشكل عام ±1°C إلى ±5°C.

- الدقة: الحد الأدنى للتغير في درجة الحرارة القابل للاكتشاف، يمكن للمستشعرات عالية الدقة أن تصل إلى 0.01°C.

- وقت الاستجابة: الوقت الذي يستغرقه استقرار تغير درجة الحرارة في الإخراج، يمكن أن تصل المزدوجات الحرارية إلى مستوى المللي ثانية، بينما يكون RTD عادة في مستوى الثانية.

- الخطية: ما إذا كان الإخراج خطيًا مع درجة الحرارة، يتمتع RTD بخطية أفضل، بينما يتمتع NTC بعدم خطية أقوى.

- الاستقرار على المدى الطويل: درجة انحراف المستشعر بمرور الوقت، مقاومة البلاتين <0.1°C/سنة.

دليل اختيار مستشعر درجة الحرارة

1. نطاق درجة الحرارة: حدد المزدوجة الحرارية لدرجات الحرارة العالية، و RTD أو NTC لدرجات الحرارة المنخفضة.

2. متطلبات الدقة: حدد RTD للدقة العالية، و NTC للتكلفة المنخفضة.

3. سرعة الاستجابة: حدد المزدوجة الحرارية أو المستشعر بالأشعة تحت الحمراء للقياس السريع.

4. العوامل البيئية: حدد المزدوجة الحرارية المدرعة للبيئات المسببة للتآكل، والتغليف المقاوم للماء للبيئات الرطبة.

5. إشارة الإخراج: تفضل الأنظمة المضمنة المستشعرات الرقمية (I2C/SPI).