تحقيق در مورد سنسور

تحقيق در مورد سنسور

تحقيق در مورد سنسور

97 صفحه word |فونت tahoma سايز 12| قابل اجرا در آفيس 2010 و نسخه هاي جديدتر|قابل ويرايش و آماده چاپ

بخشي از تحقيق 

سنسورها المان حس کننده یک سیستم می باشد که کمیت های فیزیکی مانند فشار، حرارت، رطوبت، فلو و..... را به کمیت های الکتریکی پیوسته یا غیرپیوسته و یا حتی کمیت غیرالکتریکی( مانند تغییر مقاومت داخلی سنسور) تبدیل می کند

محافظت ترموکوپل

برای محافظت ترموکوپل از وسیله ای بنام Well استفاده می شود استفاده از well دارای مزایای زیر می باشد:

  • استفاده ترموکوپل در اتمسفرهای خورنده و اکسیدشونده
  • حرارت زیاد

استفاده از Well با ته بسته

استفاده از Well با عمل عبور گاز خنثی از داخل آن

  • درجه حرارت کم

استفاده از Well با ته باز

  • فشارهای زیاد

تعمیر ترموکوپل در ظروف با فشار زیاد

  • قابلیت استفاده در مقابل شوکها، فشارها و لرزش
  • محافظت در مقابل تغییرات ناگهانی درجه حرارت
  • عمل کردن برای مواد مذاب
  • هدایت حرارتی
  • ممانعت از خطاهای تشعشعی
  • ممانعت از خطاهای ناشی از حرکت سیال

آنچه در بالا آمده است عللی است که بخاطر آنها ما از Well برای ترموکوپل استفاده می کنیم. اشکالی که یک Well می تواند برای اندازه گیری ما بوجود آورد، داشتن ثابت زمانی(Time Constant ) می باشد. بنابراین در محل هایی که هیچکدام از مسائلی که استفاده از Well را موجب می شود وجود ندارد، برای حصول ثابت زمانی کمتر از ترموکوپل بدون Well استفاده می شود.

 

 

1-1-2) حرارت سنج های مقاومتی

تئوری حرارت سنج مقاومتی

حرارت سنج مقاومتی براساس خصوصیات ذاتی فلزات در مورد تعمیر مقاومت الکتریکی آنها در مقابل تغییرات درجه حرارت عمل می نماید. با اینکه لامپهای الکتریکی اندازه گیر مقاومتی حرارتی(Resistance Thermometer Bulbs ) معمولاً از پلاتینیم مس یا نیکل ساخته شده اند اما اثر درجه حرار به مقاومت در مورد نیمه هادی ها نیز اعمال می شود و امکان دارد که به علت بهبود سریع مواد نیمه هادی، این مواد دارای مصارف بیشتری در حرارت سنج های مقاومتی گردند. اصولاً یک حرارت سنج مقاومتی وسیله ای است برای اندازه گیری مقاومت الکتریکی ولی مقاومتی که بجای واحد مقاومت براساس واحد درجه حرارت درجه بندی شده باشد. بدین سبب حرارت سنج مقاومتی بی شباهت به خیلی از سایر تبدیل کننده های الکتریکی که سیگنال الکتریکی را به یکی از واحدهای متغیر فرآیند از قبیل درجه حرارت تبدیل می کند، نیست.

 یکی از انواع گوناگون پل را می توان در اندازه گیری درجه حرارت به طریق مقاومتی بکار برد. این پل ها عبارتند از:

  • پل وتسون(در حال حاضر رایج ترین پل در حرارت سنجهای مقاومتی صنعتی می باشد)
  • پل Callendar – Griffiths
  • پل اندازه گیر با دو مقاومت متغیر
  • پل ظرفیتی
  • پل Mueller

ضریب حرارتی مقاومت

تغییر مقاومت الکتریکی یک جسم با تغییر درجه حرارت، ضریب حرارتی مقاومت نامیده می شود.این ضریب به صورت تغییرات مقاومت بر اهم در درجه حرارت در یک درجه حرارت معین بیان می گردد. برای اکثر فلزات ضریب حرارتی مثبت می باشد. این رابطه مقاومت و درجه حرارت را می توان بصورت زیر بیان نمود:

                                 

که در اینجا  مقاوت در صفر درجه می باشد.

 در صورتی که ضریب حرارتی مقاومت خطی نباشد، رابطه معمول تری ممکن است استفاده شود:

                         

ضرایب  و  ممکن است براساس سه یا چند مقدار مقاومت – درجه حرارت معلوم را بصورت یکنواخت در بالای حدود تغییرات کار درجه حرارت قرار گرفته اند، محاسبه گردد. در صورت محاسبه بسطهای بیشتر این معادله، منحنی مقاومت- درجه حرارت دقیق تری بدست خواهد آمد.

 پارامترهایی که برای المنت مقاومت مهم می باشند عبارتند از:

  • هدایت الکتریکی
  • دارابودن حداقل اندوکتانس
  • فشار فیزیکی حداقل بر پیچش مقاومت
  • سیم اتصال با مقاومت مشابه برای حذف EMF محلی

مزایای Resistance Bulb

1) حساسیت و سرعت پاسخ

2) قابلیت تکرار مجدد و فقدان اتصال مقایسه

3) دقت مشابه اندازه گیری با ترموکوپل

اتصال Resistance Bulb به دستگاه اندازه گیری

همانطور که قبلاً گفته شد در اندازه گیری درجه حرارت به طریق مقاومتی از یکی از انواع پل استفاده می شود که رایج ترین آنها پل وتسون می باشد. در شکل نمونه ای از اتصال پل وتسون نشان داده شده است.

 در اینجا درصورتی  پل به حال تعادل خواهد رسید که رابطه زیر برقرار باشد:

                                    

از طرفی چون مقاومتX مقاومت در مقابل درجه حرارت حساس می باشد پس این مقاومت در محل بوده و به وسیله سیم به پل اتصال می شود. بنابراین برای تعادل پل مقاومت دو سیم رفت و برگشت یعنی a و b باید به مقاومت X اضافه گردد، پس

اگر مقاومت سیم رفت و برگشت را معادل فرض کنیم و با r نشان دهیم:

                                     

                                  

همانطور که از رابطه بالا معلوم است در این نوع اتصال مقاومت سیمهای اتصال در وضعیت پل تأثیر می گذارد. برای از بین بردن این تأثیر از اتصال سه سیمی استفاده می شود. در صفحه بعد یک اتصال سه سیمه نشان داده شده است. معادلات این مدار وقتی که پل در حالت تعادل باشد در پائین آورده شده است. با مراجعه به این شرایط متوجه می شویم که چگونه مقاومت سیمهای اتصال Bulb در نتیجه این نوع اتصال حذف می گردد.

                                                                        

                                                                      

                                                                     

در صورتی که:

                                                                      

                                                           

                                                           

معمولاً  انتخاب می شود. پس در این حالت:

                                                                                

ترمیستور

ترمیستور یک وسیله اندازه گیری ساخته شده بوسیله یک نیمه هادی جامد یا مقاومت مخصوص با ضریب حرارتی زیاد می باشد که در صورت قرار گرفتن در درجه حرارت ثابت مشخصات ولتاژ -  جریان خطی از خود نشان می دهد. بمنظور طبقه بندی، کاربردهای ترمیستور را می توان به دو دسته تقسیم نمود. در یکی از این گروهها نیروی خیلی کمی همانند مقاومت اندازه گیر در پلها و مقاومتهای متغیر، در ترمیستور انتشار می یابد. گروه اصلی دیگر که مربوط به محدود این بخش می باشد، براساس مشخصات غیرخطی ولتاژ- جریان منتج شده از افزایش درجه حرارت در خود ترمیستور هنگامی که مقدار قابل ملاحظه ای نیرو در آن انتشار می یابد، می باشد.

 وقتی یک ترمیستور بعنوان المنت حساس درجه حرارت استفاده می شود، رابطه بین مقاومت الکتریکی و درجه حرارت آن در درجه اول موردنظر می باشد. رابطه تقریبی مورد استفاده برای اکثر ترمیستورها عبارت است از:

                               

که در آن:

=Ro مقاومت مقدار در درجه حرارت مقایسه ای To

=R مقاومت در هر درجه حرارت دیگر T برحسب درجه کلوین

=B بطور تقریب یک ضریب ثابت در حدود تغییرات مناسب در جه حرارت بوده و بستگی به ترکیب و فرآیند کارخانه سازنده دارد.

ضریب درجه حرارت تقریباً  طبق فرمول زیر با B مربوط می شود.

                                       

انتخاب ترمیستور برای اندازه گیری درجه حرارت با کنترل حرارت احتیاج به در نظرگرفتن فاکتورهای مختلفی اضافه بر مشخصات مقاومت – درجه حرارت دارد. این فاکتورها شامل زمان پاسخ و تطبیق با دستگاه اندازه گیر مقاومت مربوطه می باشند. فاکتور بخش حرارتی ترمیستور و بزرگی مناسب مقاومت در میزان نهایی حدود تغییرات نیز در زمره این فاکتورها قرار دارند. کیفیت مکانیکی و ابعاد مناسب همچنین در ترمیستور مهم باشد. زمان پاسخ یا ثابت زمانی حرارتی عبارت است از زمانی که درجه حرارت ترمیستور به اندازه 63 درصد اختلاف بین مقدار اولیه خود و حرارت محیط در هنگامی که نیروی الکتریکی در آن پخش نشده است، تعبیر می کند.

 

The PR Series Platinum Resistance Tempereature

Detectors(RTDs) measure temperatures from 

200 to+(330TO+1200F).

 جنس ترمیستور

جنس ترمیستورها از نیمه هادی های جامد زیر می باشند:

  • اکسیدها، کبالت، مس، قلع، نیکل، زینک، منگنز
  • دانه های سرامیک ساخته شده از پودرهای حرارت داده شده

مزایا ومحدودیتهای اندازه گیری با ترمیستور

  • ضریب حرارتی و حساسیت بیشتر از اندازه گیرهای درجه حرارت Resistance Bulb
  • زمان پاسخ بوسیله ضریب حرارتی و پراکنده سازی مشخص می شود .
  • فقدان یکنواختی تنظیم در نتیجه روشهای ساخت
  • دقت کم در منتهاالیه حدود تغییرات
  • در فواصل بیشتری از لوازم اندازه گیر قرار می گیرد.
  • خطاهای کم مقاومت هادی در نتیجه مقاومت زیاد مقاومت ترمیستورها
  • به جبران کننده احتیاج ندارد.

 

کاربردهای ترمیستور

  • می تواند درجه حرارت سطح را با تابش و بدون تماس اندازه گیری نماید.
  • هدایت حرارتی مایعات و جامدات
  • جبران کننده درجه حرارت دراندازه گیرها و مدارات الکتریکی
  • اخذکننده های هدایت حرارتی گازها و بخارات

1-1-3) سیستمهای پرشده و سایر روشهای اندازه گیری حرارت سیستمهای پرشده اندازه گیر درجه حرارت

الف) نوع انبساطی

در این نوع محفظه ای از مایع پر می شود و با ازدیاد درجه حرارت این محفظه، مایع انبساط می یابد که این انبساط متناسب با درجه حرارت می باشد. مایعی که برای پرکردن در محفظه انتخاب می شود، معمولاً بسته به میزان تغییرات موردنظر جیوه، اتیل الکل و پنتان می باشد. میزان تغییراتی که می توان با این ترمومتر اندازه گرفت از منهای 38 درجه سانتیگراد یعنی نقطه انجماد جیوه تا 500 درجه سانتیگراد می باشد.

 دقت اندازه گیر های درجه حرارت نوع انبساطی صنعتی بطو میانگین  درصد و در نوع آزمایشگاهی درصد می باشد. فاکتورهایی که د سرعت پاسخ این نوع ترمومتر ها مؤثر می باشند عبارتند از نوع سیال و اندازه لوله حرارتی. کاربردهای ترمومتر جیوه ای برای اندازه گیری سیالات جاری در لوله های باز و بسته و اندازه گیرهای درجه حرارت در نوسانات محدود می باشد.

ب) فنر فشار

 1) انبساط مایع

اساس کار این اندازه گیرها ازدیاد حجم مایع در اثر افزایش درجه حرارت می باشد. جنسBulb یا Well که در تماس با درجه حرارت می باشد، معمولاً از مس، آهن، مونل و یا فولاد می باشد. در این اندازه گیر ازدیاد حجم مایع در Bulb از طریق لوله موئی به Bourdon انتقال می یابد و باعث حرکت آن می گردد.

برای المنت دریافت کننده و تبدیل کننده انبساط جمعی به حرکت، می توان از المنت های فنری به صورت C خلزونی و یا مارپیچی استفاده کرد.

 مینیمم حدود تغییرات قابل اندازه گیری با این اندازه گیر در جائیکه از جیوه بعنوان مایع منبسط شونده استفاده شود، منهای 38 درجه سانتیگراد و اگر از هیدروکربن استفاده شود، منهای 80 درجه سانتیگراد است. حداکثر حدود تغییرات در حالت جیوه 650 درجه سانتیگراد و برای هیدروکربن 315 درجه سانتیگراد می باشد.

 


خرید آنلاین