دماسنجهاي مقاومتي و نيمه هادي

**سمندون** · 23 خرداد، ۱۳۹۱

دماسنجهاي مقاومتي و نيمه هادي - مقدمه

به نام خدا

يكي از مسائلي كه براي آدمي اهميت داشته دماي اطراف خود بوده، بعد از صنعتي شدن جوامع اهميت اندازه دما براي مردم بيشتر شد. براي دانستن دماي خانه ، دماي مواد در پروسه توليد كه صحيح انجام شدن آن به دما در هر زمان وابسته است و ...

به همين بشر جهت براي اندازه گيري دماي اطراف خود تلاش نمود، كه لوازم اندازه گيري متنوعي ساخته شد. كه در هر كدام بر اساس خاصيت خاصي اين اندازه گيري صورت مي گيرد.

لوازم ابزار دقيق جهت اندازه گيري دما موجود مانند ترموكوپل ، RTD، ترميستور و دماسنجهاي نيمه هادي هستند كه هر مدام با استفاده از قانون طبيعي و يا خصوصيتي اين كار را انجام مي دهند. كه در اين پروژه به بررسي دماسنجهاي مقاومتي و نيمه هادي خواهيم پرداخت.

دماسنج مقاومتي يعني ابزاري كه مقاومت الكتريكي آنها رابطه اي با دماي آنها دارد كه رو نوع موجود است. يكي از اينها فلزاتي اند كه با تغيير دمايشان مقاومت آنها تفيير مي كند يعني(RTD ( Resistance TemperatureDetector كه يكي از پر استفاده ترين ابزار دقيق است كه در صنعت استفاده فراواني دارد، ديگري دماسنجهاي مقاومتي هستند كه از نيمه هادي ها ساخته شده اند و مفدار مفاومت اتصال P-N (ديود) با تغيير دما رابطه دارد كه اين ابزار ترميستور Thermistor نام دارد.

سري ديگري از دماسنجها كه در اين پروژه يررسي خواهند شد دماسنجهاي نيمه هادي اند. كه با پيشرفت صنايع نيمه هادي گسترش زيادي پيدا كرده كه تراشه هايي با تنوع زيادي و براي استفاده در شرايط و كاربردهاي خاصي ساخته شده اند.

همچنين در اين پروژه به بررسي چند نوع از مدارهاي مبدل خواهيم پرداخت كه عموما براي كارهاي آزمايشگاهي و يا كارهاي كوچك استفاده مي شوند و معرفي چند نوع ترانسميتر كه بيشتر در صنعت استفاده مي شوند.

مورد ديگري كه در اين پروژه به آنها پرداخت خواهد شد سنسورهاي هوشمند است. كه شامل تعريف هوشمند بودن براي سنسورهاي دمايي و معرفي چند نمونه از آنها.

در جمع آوري مطالب اين پروژه از مطالب موجود در اينترنت بهره گرفته شده است و همچنين از كاتالوگ 2003 محصولات شركت Endress+Hauser استفاده گرديده است.

در قسمت مباني علمي وفني اين پروژه به بررسي اصول و قوائد علمي و فني سنسورهاي دمايي موجود خواهيم پرداخت كه فرمولها مشخصات فني ريز آنها بررسي خواهد شد.

در قسمت انواع و كاربردها انواع گوناگون هر يك از اين سنسورها معرفي خواهند شد و همچنين چند كاربرد از از كاربردهاي مختلف آنها گفته خواهد شد.

در قسمت سنسورهاي موجود به معرفي تعدادي از سنسورهاي موجود و خصوصيات مهم آنها و همچنين ترانسميتر ها و سنسورهاي هوشمند خواهيم پرداخت.

در قسمت بازار تعدادي از سازنده هاي بزرگ خارجي همراه با شركتهاي داخلي كه نمايندگي آنها را دارند معرفي خواهند شد. البته ديد در انتخاب شركتها بر اساس فعاليت آنها در بازار و در صنعت ايران مي باشد.

برای مشاهده این محتوا لطفاً ثبت نام کنید یا وارد شوید.

**سمندون** · 23 خرداد، ۱۳۹۱

دماسنجهای مقاومتی و نیمه هادی - مبانی علمی و فنی - اصول و مبانی RTD ها

اصول و مباني RTD ها:

RTD بر اساس اين مشخصه كار مي كند كه مقاومت فلز با تغيير دما تغيير مي كند، از اين ايده استفاده شد و كه مقدار تغيير دما، به تغيير مقاومت تبديل شود. طبيعتا از فلزاتي استفاده مي شود كه حساسيت بالاتري داشته باشند. عموما آن را با فلزاتي چون پلاتين، نيكل، آلياژنيكل-آهن و مس مي سازند كه هر كدام براي كاربردي استفاده مي شوند.

از مس در ژنراتورها و ترانسفورمرها استفاده مي كنند، همانطور كه در نموار آمده است نيكل و آلياژ نيكل آهن، نسبت به پلاتين در بازه دمايي كمتري خطي اند و پلاتين در بازه بيشتري خطي است كه بازه دمايي نيكل40 - تا 300 درجه سانتيگراد است و آلياژنيكل آهن در مصارف محدود و خاصي استفاده مي شوند.

به جهت خصوصياتي چون خطي بودن ( خطي تر نسبت به ديگر فلزات) پايدار بودن، دقت و... در صنعت از پلاتين استفاده مي شود.پلاتين بر اساس استاندارد « دين» ( Deutsches Institut fur Normung DIN) به دو درجه A و B تقسيم شده است.

Grade A: t = +- (0.15+0.002.|t|) -200 to 650(°C)

Grade B: t = +- (0.30+0.005.|t|) -200 to 850(°C)

از پلاتين درجه A بيشتر در كارهاي آزمايشگاهي استفاده مي شود و در صنعت عموما از پلاتين درجه B استفاده مي كنند. مقدار مقاومت RTD را با استفاده از اين مورد كه مفدار ضريب مقاومتي با تعيير دما تغيير مي كند به رابطه هاي زير رسيديم:

For TR

RTD = R₀ × [1 + A × T + B × T² + (T – 100) × T³]

For T>0; RTD = R₀ +

R

RTD = R₀ × [1 + A × T + B × T²]

مدل خطي RTD = R₀ +

R

RTD = R₀ × (1 + × T)

كه R₀ مقدار مقاومت پلاتين در دماي صفر درجه است، T دماي پلاتين و A ، B و C ضرايب ثابت اند كه از كاليبراسيون مي توانيم بدست بياوريم.

معمولا در جاهايي كه تكرار پذيري و خطي بودن اهميت دارد از RTD ها استفاده مي شود . البته RTD در مقابل تكانهاي شديد و شوكهاي مكانيكي به خوبي ترموكوپل مقاوم نيست و همچنين ماكزيمم دماي آن 1200درجه فارنهابت است ولي ترموكوپل مي تواند تا 3100 درجه فارنهايت را اندازه گيري كند.

مدارهاي بهسازي

براي بهسازي و تبديل مقاومت به ولتاژ بيشتر از مدار پل استفاده مي شود.RTD به صورت دو، سه و چهار سيمه به مدار پل وصل مي شود. در صنعت عموما از دو و سه سيمه استفاده مي شود كه خطاي سه سيمه كمتر از دو سيمه مي باشد. از چهار سيمه بيشتر در مصارف آزمايشگاهي استفاده مي شود.

كه براي مثال مدار پل سه سيمه بصورت زير مي باشد كه مقاومت RTD از رابطه پايين بدست مي آيد.

براي بهسازي RTD مدار هاي مجتمعي تيز وجود دارد كه مقاومت را به ولتاژ تبديل مي كنند.به عنوان مثال مدار مجتمع ADS1240 كه در زير آمدا است.

مدار زير DSCA34 مي باشد.

برای مشاهده این محتوا لطفاً ثبت نام کنید یا وارد شوید.

**سمندون** · 24 خرداد، ۱۳۹۱

دماسنجهاي مقاومتي و نيمه هادي -مباني علمي و فني-اصول و مباني ترميستورها

اصول و مباني ترميستورها:

ترميستور از مواد نيمه هادي ساخته مي شود. ترميستور از اكسيد فلزاتي چون منگنز، نيكل، كبالت، مس و يا آهن همراه با سيليكون ساخته مي گردد. رنج دماي آن 50- تا 150 و نهايت 300 درجه سانتيگراد مي باشد. در بيشتر مصارف مقاومت آن در دماي 25 درجه سانتيگراد( در RTD مقاومت آن نسبت به صفر درجه محاسبه مي شد در ترميستورها نسبت به 25 درجه سانتيگراد محاسبه مي شود.) بين 100 تا 100كيلو اهم مي باشد. البته ترميستورهايي با مقاومت اوليه پايين تر از 10اهم و بالاتر از 40مگا اهم نيز استفاده مي شود.

ترميستورها به دو نوع تقسيم مي شوند(Negative Temperature Coefficient NTC كه با افزايش دما مقاومت آن كاهش مي يابد و(Positive Temperature Coefficient) PTC كه با افزايش دما مقاومت آن كاهش مي يابد.

ترميستور نوع NTC حساسيت 3- % تا 6- دارد كه در مقايسه با RTD خيلي بالاتر است كه باعث گشته سيگنال پاسخ بهتري نسبت به ترموكوپل و RTD داشته باشد، از جهت ديگر حساسيت پايين RTD و ترموكوپل آنها را انتخاب خوبي براي دماهاي بيش از 260 درجه سانتيگراد كرده است و اين محدوديتي براي ترميستور است.

در سال 1833 ميشل فاراده فيزيكدان و شيمي دان انگليسي گزارشي در مورد رفتار نيمه هادي سولفيد نقره داد، كه اين جرقه اوليه پيدايش ترميستور بود. به خاطر محدوديتي كه ترميستور در سختي توليد و كاربرد در صنعت داشت توليد تجاري و استفاده از آن تا صد سال بعد انجام نشد و از سال 1980 استفاده از ترميستور به صورت گسترده شروع شد.

مدار بهسازي

براي تبديل مقاومت ترميستور به ولتاژ مي توان از مدار پل استفاده نمود ولي به دليل مشخصه غير خطي ترميستور، خطاي غير خطي مدار پل تاثير مي گذارد كه در صورت استفاده از مدار پل بايد اين موضوع لحاظ شود.

روش ديگر استفاده از مدار تقسيم ولتاژ است.كه به دليل مقاومت زياد ترميستور راه حل مناسبي مي باشد.

روش ديگر استفاده از مدار زير است.ميكروكنترلر PIC12C508 كه توضيح داده مي شود.

روش ديگر استفاده از مدار پايين است كه روشي مشابه تقسيم ولتاژ مي باشد. در اين روش OP. Amp با نسبت مقاومت ترميستور به R_s ولتاژ خروجي را توليد مي كند.

يك كار ديگر استفاده از مدار مجتمع AD7711 است كه يك A/D مي باشد.

روش ديگر استفاده از مداري با IC ، AD7705 مي باشد.

برای مشاهده این محتوا لطفاً ثبت نام کنید یا وارد شوید.

**سمندون** · 26 خرداد، ۱۳۹۱

دماسنجهای مقاومتی و نیمه هادی - انواع و كاربردها

RTD

RTD بر اساس اينكه از چه فلزي ساخته شده و در دماي صفر درجه چه مقاومتي دارد تقسيم بندي مي شود مانند PT100,PT500,PT100 و يا NI100 و...

براساس كاري كه از آن استفاده مي شود ممكن است دو، سه و يا چهار سيمه استفاده شود. و يا از يك ويا دو RTD استفاده شود.

از RTD در مصارف صنعتي زيادي كه به تكرار پذير بودن و خطي بودن توجه مي شود استفاده مي شود.مانند اندازه گيري دماي مايع پتروشيمي ، دماي ياتاقانهاي پمپ و ... كه دماي خيلي بالايي ندارد استفاده مي شود چون در جايي مثل دماي كوره از ترموكوپل استفاده مي شود.

NTC

از NTC براي مصارف مختلفي استفاده مي شود مانند اندازه گيري دماي محيط ، مقطه مرجع در ترموكوپل ، صنايه غذايي ، صنعت اتوموبيل سازي ، در مصارف پزشكي ، بازار تجهيزات مخابراتي و .. در حال استفاده و رشد مي باشد.

براي اندازه گيري مقدار مطلق رطوبت

PTC

اندازه گيري دما و سوئيچ كردن در بازه 60 تا 180 درجه سانتيگراد: حفاظت از سيم پيچ ها در موتور الكتريكي و ترانسفورمرها

فيوز نيمه هادي : براي محافظت مقدار جريان: منبع تغذيه براي تجهيزات الكتريكي

سنسور سطح مايع

دما سنجهاي نيمه هادي

TEmperature Switches :MAX6501-6504

نشان دادن دماي ميكرو پروسسور در كامپيوترهاي سرعت بالا

كنترل دما آلارم دمايي كنترل فن

Remote Temperature Sensor: MAX1618MUB

پك باطري هوشمند سرور شبكه تجهيزات مخابراتي

Monolithic Temperature Sensor : LM35

خيلي خطي: نقطه مرجع و محاسبات مختلط نياز ندارد براي Cold Junction ترموكوپل استفاده مي شود.

برای مشاهده این محتوا لطفاً ثبت نام کنید یا وارد شوید.

**سمندون** · 28 خرداد، ۱۳۹۱

دماسنجهای مقاومتی و نیمه هادی - كاتالوگ سنسورهای موجود

* RTD PT100:

برای مشاهده این محتوا لطفاً ثبت نام کنید یا وارد شوید.

* Thermistor , NTC:

برای مشاهده این محتوا لطفاً ثبت نام کنید یا وارد شوید.

* Thermistor , PTC:

برای مشاهده این محتوا لطفاً ثبت نام کنید یا وارد شوید.

* سنسورهاي نيمه هادي(غير مقاومتي):

برای مشاهده این محتوا لطفاً ثبت نام کنید یا وارد شوید.

* Precision Temperature Sensor :

برای مشاهده این محتوا لطفاً ثبت نام کنید یا وارد شوید.

* Monolithic Temperature Sensor :

برای مشاهده این محتوا لطفاً ثبت نام کنید یا وارد شوید.

* ترانسميترها:

برای مشاهده این محتوا لطفاً ثبت نام کنید یا وارد شوید.

* ترانسميتر هاي هوشمند:

برای مشاهده این محتوا لطفاً ثبت نام کنید یا وارد شوید.

**سمندون** · 29 خرداد، ۱۳۹۱

دماسنجهای مقاومتی و نیمه هادی - جمع بندی

RTD

معمولا در جاهايي استفاده مي شود كه تكرار پذيري و خطي بودن براي ما اهميت داشته باشد.

به خوبي ترموكوپل نسبت به تكانهاي شديد و شوكهاي مكانيكي مقاوم نيست.

ماكزيمم دماي كاري آن 1200 است كه ترموكوپل قادر است تا دماي 3100 درجه فارنهايت را نيز اندازه گيري كند كه اين ضعفي براي RTD است.

ترميستور

با دقت و رزولوشن بالايي در رنج دمايي اش كار مي كند.

مقاومت بالا

اندازه كوچك

تغيير سريع مقاومت با تغيير دما نسبت به RTD

قيمت پايين تر نسبت به RTD و ترموكوپل

خيلي عير خطي در نتيجه رنج دماي كاري كمي دارد.

محدوديت براي دماي خيلي پايين نسبت به ترموكوپل و RTD

دماسنجهاي نيمه هادي ( غير مقاومتي)

ارزان ، خيلي خطي تر از ترميستور ، رنج دماي كاري كم

مراجع:1-Technical Documentation Catalogue 2003 Edition 1(Endress+Hauser Instruments International GmbH + Co.)

2-

برای مشاهده این محتوا لطفاً ثبت نام کنید یا وارد شوید.

3-

برای مشاهده این محتوا لطفاً ثبت نام کنید یا وارد شوید.

ورود

دماسنجهاي مقاومتي و نيمه هادي

ارسال های توصیه شده

سمندون 19,437

لینک به دیدگاه

سمندون 19,437

لینک به دیدگاه

سمندون 19,437

لینک به دیدگاه

سمندون 19,437

لینک به دیدگاه

سمندون 19,437

لینک به دیدگاه

سمندون 19,437

لینک به دیدگاه

به گفتگو بپیوندید

سایت نواندیشان

انجمن نواندیشان

فعالیت ها

جریان فعالیت های من

کسب درآمد کنید