tttt

سنسور های دما در ماشین آلات صنعتی

دما از پارامترهای بسیار مهم در پروسه های صنعتی است . در حقیقت کمتر پروسه کنترلی بدون کنترل دما میتوان در نظر گرفت . این پارامتر معمولا در ایران با مقیاس درجه سانتیگراد اندازه گیری میگردد . و با توجه به رنج دمائی و نوع کاربرد از روشهای گوناگونی برای اندازه گیری آن استفاده میگردد .
   این روشهای را میتوان به صورت تماسی و غیر تماسی دسته بندی کرد روش تماسی در حقیقت از تماس يك سنسور که میتواند ترموکوپل یا ترمورزیستنس (PT100) باشد استفاده کرد . این روش اندازه گیری در مدلهای آنالوگ بیشتر به روش بیمتال یا Gas-filled که از یک حباب و لوله موئین درست شده است انجام میشود.
روش اندازه گیری غیر تماسی بیشتر بر اساس مقدار تابش فروسرخی که جسم هدف از خود به محیط ساطع میکند استفاده میشود این دماسنجها به پیزو متر یا ترمومتر تفنگی یا لیزی مشهور هستند . دلیل استفاده از واژه لیزری استفاده از باریکه نور لیزر برای مشخص شدن هدف میباشد .
در این دسته بندی از تجهیزات میتوان از انواع کنترلرهائی که برای دما طراحی شده اند به نام پی آی دی کنترلر مشهور هستند نیز نام برد .این روش کنترل دما نسبت به نمونه های ترموستاتهای قدیم بسیار پیشرفته تر میباشد

 

سفارش و ساخت دستگاه صنعتی

اصل ترمو الکتریک :

تولید جریان اکتریکی در اثر اختلاف دما ، اگر سرهای دو میله رسانا یا نیم رسانا از جنس مختلف دو به دو به هم متصل شود و دو محل اتصال در دماهای متفاوت قرار می‌گیرد (مثلا یکی از اتصالها گرم شود) در مدار بسته متشکل از این دو میله جریانی الکتریکی ایجاد می‌شود. که شدت آن با اختلاف دمای اتصالها متناسب است.

 

ترمیستورها:

سنسور دماي ديجيتال MAX6577

براي اندازه گيري دما در سيستمهاي آنالوگ و ديجيتال روش هاي گوناگوني وجود دارد.
ساده ترين راه براي اندازه گيري دما در يك سيستم آنالوگ استفاده از تغييرات ولتاژ يك ديود در حالت باياس معكوس با دماست كه براي اندازه گيري دقيق آن به يك يا دو طبقه تقويت كننده با Op-Amp مورد نياز است. البته آي سي هاي گوناگوني به بازار عرضه شده است كه معروفترين آن LM35 مي باشد كه در بازار تهران هم به سهولت در دسترس است.
اما براي اندازه گيري دما در يك سيستم ديجيتال اگر چه مي توان ولتاژ خروجي يك سنسور آنالوگ را بوسيله مبدل A/D قراعت نمود اما اين راه علاوه بر بالا بردن قيمت تمام شده حجم مدار را بزرگ كرده به علاوه عيب يابي و تعمير آنرا را مشكل مي كند.
براي حل مشكلات فوق كمپاني هاي مختلف سنسورهاي دماي ديجيتال را به بازار عرضه كرده اند. اين آي سي در انواع مختلفي از نظر نوع خروجي به بازار عرضه شده اند. خروجي سريال، خروجي PWM و خروجي فركانس از جمله اين انواع است.

سنسور SMT160 كه در يك بسته سه پايه عرضه شده است نمونه اي از سنسور دما با خروجي PWM است. در صورتيكه ميكروكنترلر شما داراي ورودي PWM باشد كار با اين سنسور نسبتاً سر راست است. اما مشكل هنگامي است كه بخواهيم خروجي سنسور را با يك كنترلر ارزان و ساده قرايت كنيم. اين كار اگر چه غير ممكن نيست اما مستلزم انجام محاسبات پيچيده و بكار گيري بيش از حد منابع كنترلر است.

سنسوري كه در اينجا قصد معرفي آنرا داريم MAX6577 و خروجي آن از نوع فركانس مي باشد. به اين معني كه براي قرايت دماي اندازه گيري شده توسط آي سي كافي است فركانس توليد شده روي خروجي آنرا اندازه بگيريم. از آنجاييكه خروجي اين آي سي يك موج مربعي با دامنه ۵ ولت است و فركانس حدود ۳ KHz است ، اندازه گيري آن توسط يك ميكروكنترلر كوچك (مانند AT89C2051) بسيار ساده ميباشد.
به اين منظور كافي است خروجي آي سي را به يكي از دو ورودي كانتر AT89C2051 وصل كرده و در فواصل زماني منظم (مثلا ۱ ثانيه) مقدار آنرا بخوانيد. البته براي بدست آوردن دقت بيشتر مي توان اين زمان را بيشتر كنيد. پس از خواندن مقدار كانتر با چند محاسبه ساده مقدار دما بدست مي آيد كه مستقيما روي ۷-Seg قابل نمايش است.
مسئله ديگر خطاي سنسور است كه طبق كاتالوگ سازنده مقداري ثابت دارد و با تغيير دما تغيير نمي كند. اين مطلب يك مزيت محسوب مي شود زيرا در ميكروكنترلر با يك جمع يا تفريق ساده مي توان اين خطا را از بين برد.

از مزيت هاي ديگر اين آي سي مي توان به كوچكي بسته آن اشاره كرد كه علاوه بر كوچك كردن ابعاد مدار، زمان پاسخ سنسور نسبت به تغييرات دماي محيط را بسيار كوتاه كرده است.
همچنين اين سنسور مصرف تواني در حد ۰٫۲ mA دارد كه از اثر خودگرمايي سنسور جلوگيري مي كند.
رنج كار آن نظامي بوده و از منفي ۴۰ تا مثبت ۱۲۵ درجه را اندازه گيري مي كند.

و نكته آخر اينكه اين كنترلر براي كار فقط نياز به يك خازن ۱۰۰ n دارد و با توجه به خروجي تك سيم آن و نياز به دو سيم براي تغذيه با يك رشته كابل سه سيم براحتي مي توان از آن براي اندازه گيري در فواصل طولاني (tele measuring) استفاده كرد.

 

سفارش و ساخت دستگاه صنعتی

 

سنسور دماي LM35

عناصر نيمه هادي وابستگي زيادي به حرارت دارند ، از اين خاصيت جهت ساخت مدارات مجتمع كه سنسور دما مي باشند ، استفاده مي شود. در اين گونه مدارها ولتاژ يا جريان خروجي به صورت خطي نسبت به دما تغيير مي كند. رنج حرارتي اين قطعات -۶۰ تا ۱۸۰ درجه سانتيگراد مي باشد.
از معروفترين IC هاي حرارتي مي توان به : ( ۱۰MV / K ) LM335 ، ( ۱۰MV / C ) LM35 ، ( ۱۰MV / F ) LM34 ، ( ۱۵٫۶MV / C ) LM62 و AD590 ) (10UA / Cو… اشاره كرد. اين IC‌ها رفتاري مشابه ديود زنر دارند ، با اين تفاوت كه ولتاژ شكست آنها حساس به حرارت مي باشد. در گرايش معكوس مقدار ولتاژ زنر از رابطه V ( 10MV / K ) T = 2.73 +( 10MV / C )tبدست مي آيد. كه T برحسب درجه كلوين وt برحسب درجه سانتيگراد مي باشد.

سری LM35 شامل حسگرهای حرارتی  آی سی مانندی هستند که ولتاژ خروجی آنها  با درجه حرارت سیلسیوس (سانتیگراد) نسبت خطی دارد. در نتیجه LM35 بر حسگر های حرارتی خطی که بر حسب درجه کلوین اندازه گیری می شوند، برتری دارد چرا که بدینگونه لازم نیست کاربر یک ولتاژ ثابت زیاد را از خروجی آن کم کند تا مقیاس سانتیگراد مناسب را بدست آورد.

 سری LM35  در بسته  های ترانزیستور TO-46 کیمیایی موجود میباشد در حالیکه LM35C، LM35CA و LM35D در بسته های ترانزیستور TO-92 موجود است. LM35D نیز در یک بسته کلی کوچک نصب شده بر روی یک سطح ۸ گرافیتی و بسته TO-220 پلاستیکی موجود می باشد.

 

bbbb
ویژگی ها :

اندازه گیری دقیق به درجه سیلسیوس (سانتیگراد)

عامل مقیاس خطی + ۱۰٫۰ mV/°C

دارای دقت تضمینی تا ۰٫۵°C (در +۲۵°C)

مجاز برای درجه حرارت −۵۵° تا +۱۵۰°C

مناسب برای کاربردهای متحرک

هزینه پایین به دلیل استفاده از لوازم wafer-level

عملکرد از ۴ تا ۳۰ ولت

فشار جریان برق کمتر از ۶۰ میلی آمپر

خودگرمایی پایین، ۰٫۰۸°C در هوای ساکن

غیر خطی تنها در شاخص ±۱⁄۴°C

خروجی مقاومت ظاهری پایین ، ۰٫۱ W برای بار ۱میلی آمپر

 

کاربردها :

LM35 را می توان همچون دیگر حسگرهای حرارتی آی سی به آسانی مورد استفاده قرار داد.  آن را می توان بر روی سطح چسباند یا پیوست کرد و درجه حرارت آن در حدود ۰٫۰۱°C درجه حرارت سطح خواهد بود البته با این فرضیه که درجه حرارت محیط تقریبا با درجه حرارت سطح یکسان است.

اگر درجه حرارت هوا بسیار پایین تر یا بالاتر از درجه حرارت سطح باشد، درجه حرارت واقعی LM35 به اندازه درجه حرارت متوسط بین درجه حرارت سطح و درجه حرارت هوا می باشد. چنین فرآیندی بخصوص برای بسته پلاستیکی TO-92 صحت دارد که در آنها گرافیت های مسی اصلی ترین مسیر گرمایی جهت انتقال گرما به داخل قطعه است، در نتیجه ممکن است درجه حرارت آن بیش از اینکه به درجه حرارت سطح نزدیک باشد به درجه حرارت محیط نزدیک باشد.

به منظور کم کردن این اشکال،  اطمینان حاصل کنید که سیم پیچی LM35 در زمان باقی گذاشتن قطعات در همان درجه حرارت مورد نظر برای سطح است. ساده ترین راه برای انجام چنین کاری همانا پوشاندن این سیم ها با یک مهره epoxy است که به شما اطمینان می دهد گرافیت ها و سیم ها همه در همان درجه حرارت سطح هستند و درجه حرارت LM35 تحت تاثیر درجه حرارت هوا قرار نمی گیرد. همچنین می توان بسته فلزی TO-46 را به یک سطح فلزی یا لوله –بدون هیچ خسارتی- جوش داد. البته در چنین حالتی ترمینال V مدار  به فلز متصل می شود.

همچنین می توان LM35 را درون یک تیوب فلزی که ته آن کاملا پوشانده شده است، نصب کرد و سپس آن را درون یک وان قرار داد یا به یک سوراخ پیچ دار درون یک تانک پیچ کرد.  LM35 و سیم پیچی ضمیمه و مدار با هرنوعIC  باید در عایق نگهداری شده و خشک باشند تا از هرگونه تراوش و خوردگی در امان باشد. بخصوص  اگر امکان این هست که مدار در درجه حرارت سرد راه اندازی شود که در نتیجه آن عمل تغلیظ انجام می شود، چنین امری کاملا صادق است. به منظور اطمینان از اینکه رطوبت نمی تواند باعث زنگ زدگی  LM35 یا اتصالات آن شود اغلب از پوشش های مدار چاپی و لعاب هایی چون Humiseal و رنگ های epoxy  یا dips استفاده می شود.

گاهی اوقات این قطعات به یک پره گرمایی سبک جوش داده می شوند تا مقدار ثابت زمان گرمایش کاهش یافته و سرعت واکنش در هوایی که به آرامی در حرکت است، افزایش یابد. به عبارت دیگر، یک توده گرمایی کوچک ممکن است به حسگر اضافه شود تا علیرغم انحرافات کم در درجه حرارت هوا، بیشترین مقدار ثابت در زمان خواندن بدست آید.

 

سفارش و ساخت دستگاه صنعتی

سنسور درجه حرارت و دمای LM75

LM75 یک سنسور حسگر درجه حرارت و دما با مبدل آنالوگ به دیجیتال تغییرات دلتا ـ سیگما و آشکار ساز دیجیتالی افزایش بیش از حد دما از طریق رابط I2C میباشد این سنسور قادر به خواندن دما در کسری از ثانیه است. آی سی LM75 میتواند به عنوان کلید حرارتی مستقل نیز عمل کند برای چنین کاری میتوان محدوده بالایی و پایینی دما برای تغییر وضعیت کلید را برنامه ریزی کرد .وقتی دمای اندازی گیری شده از محدوده تعیین شده خارج شود ، خروجی مدار در سطح منطقی پایین قرار میگیرد این خروجی را میتوان به عنوان وقفه برای کامپیوتر یا میکرو کنترلر به کار برد هنگام روشن شدن مدار ، محدوده های بالایی و پایینی حرارتی بر روی ۷۵درجه و ۸۰ درجه تنظیم میشود .

این IC سنسور به صورت SMD و برای کار با ولتاژ تغذیه ۳/۳ تا ۵ ولت ساخته شده است و میتواند دمای مورد نظر را با تفکیک پذیری نیم درجه از ۵۵ – تا ۱۲۵ + درجه سانتی گراد اندازه گیری کرد یکی از دیگران محاسن این سنسور این است که جریان لازم برای کارش در حدود ۲۵۰ میکرو آمپر است که این جریان در بعضی موارد به یک میلی آمپر هم میرسد و در حالت خاموش در حدود یک میکرو آمپر جریان میکشد . در بالا شمای پایه های سنسور را مشاهده میکنید .

پایه شماره ۳ میتواند هم به عنوان یک وقفه برای میکروپروسسور یا میکروکنترلر استفاده شود هم میتواند محدوده بالایی را مشخص کند یعنی این که وقتی دما به محدوده بالایی ( ۷۵ درجه ) رسید این سنسور این پایه را صفر میکند ( این پایه ACTIVE LOW است

تا کنون با سنسورهای دما متفاوتی آشنا شده اید که از معروفترین ان ای سی lm35  است که یک ای سی آنالوگ می باشد.

 

در این قسمت نمای از این سنسور وترتیب ونوع پایه برای شما نمایش داده شده است.

aa

۱:vcc

۲:gnd

۳:output

به دو پایه تغذیه +۵ ولت می دهیم و پایه سوم که خروجی
است در حالت عادی فرکانسی حدود ۴ کیلو هرتز تولید می کند که نسبت به دما
duty-cycle ان تغییر می کند . (منظور از دیو تی سایکل duty_cycle  نسبت
زمان hight بودن پالس به کل زمان پالس در یک سیکل می باشد.) در واقع
اطلاعات دما در این سیکل و در Duty_cycle نهفته شده است.

 

سفارش و ساخت دستگاه صنعتی

0 پاسخ

ارسال یک پاسخ

می خواهید در گفتگو ها شرکت کنید؟
Feel free to contribute!

پاسخ دهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *