منو
اندازه گیری دما در صنعت یکی از اقدامات مهم در نظارت و طراحی و مهندسی و کنترل سیستم ها در بخش های مختلف است.
اگر دما در طول فرآیند به طور صحیح و دقیق کنترل و تنظیم نشود، عملکرد سیستم مناسب نخواهد بود. علاوه بر این، در بسیاری از صنایع، نظارت و اندازه‌گیری دائمی دما امری حیاتی برای برای تامین امنیت کارکنان و محیط کار است واین امر اهمیت اندازه‌گیری دما در صنعت را برجسته می‌کند.
با در نظر گرفتن اهمیت این موضوع، در ادامه به بررسی جامع روش های اندازه گیری دما در صنعت می پردازیم.
اندازه گیری دما در صنعت می‌تواند به روش‌های مختلفی انجام شود که همه آن ها یک وجه مشترک دارند؛ در همه آن ها اندازه‌گیری دما از طریق مشاهده و ثبت تغییر در یکی از ویژگی‌های فیزیکی ماده اتفاق می افتد.
به طور کلی 7 نوع ابزار اندازه گیری دما وجود دارد:
اگرچه روش‌های مختلفی برای اندازه‌گیری دما در صنعت وجود دارد، مهندسین ابزار دقیق در فرآیند صنعت در اکثر موارد ترموکوپل‌ها یا دماسنج‌های مقاومتی (RTD) و در برخی موارد محدود، پیرومترهای مادون قرمز را انتخاب میکنند.
با توجه به کاربرد متداول آن ها در صنعت، ما قصد داریم با در نظر گرفتن ویژگی های کلیدی هر یک، مروری جامع از این دستگاه های اندازه گیری دما داشته باشیم.
ترموکوپل ها یکی از پرکاربردترین ابزار های اندازه گیری دما در صنعت هستند که از دو سیم با جنس های متفاوت فلزی تشکیل شده اند.
در این ابزار، این دو سیم غیرمشابه از یک طرف به هم متصل می شوند و با کمک یک جریان ترمو الکتریک، دما را اندازه گیری می کنند و ولتاژی نسبت به دمای ماده تولید میکنند. به عبارت دیگر، زمانی که دمای ماده زیاد شود، ولتاژ تولید شده بین این دوسیم نیز افزاریش پیدا می کند و این افزایش، معیار اندازه گیری دما در ترموکوپل ها قرار میگیرد.
در حالت کلی، سیم های ترموکوپل با روکش های سرامیکی عایق بندی می شوند و در یک لوله فولادی ضد زنگ قرار می گیرند.
با توجه به کاربردهای متنوع ترموکوپل، این ابزار با جنس های مختلف، متناسب با نیاز سیستم های متفاوت تولید می شوند.
ترموکوپل ها از ترکیب های مختلفی از فلزات ساخته می شوند و این ترکیبات متفاوت، محدوده های دمایی خاصی را برای هر کدام ایجاد می کند. این محدوده های دمایی متفاوت، هر ترموکوپل را برای دسته ای از کاربردها قابل استفاده می سازد.
برای مشخص کردن نوع و محدوده دمایی ترموکوپل ها از حروف انگلیسی استفاده می شود. اگرچه محدوده دمایی سنسورهای ترموکوپل به نوع سیم ترموکوپل و قطر سیم بستگی دارد، اما می‌توانیم طبق جدول زیر یک طبقه‌بندی کلی برای محدوده دمایی هر نوع ترموکوپل داشته باشیم.
فرسودگی ترموکوپل رایج ترین خرابی است که در انواع مختلف ترموکوپل اتفاق می افتد که در آن دو فلز داخل ترموکوپل باز نمی شوند.
این شکست می تواند به دلایل مختلفی رخ دهد. از جمله دلایل رایج برای رخ دادن این نقص، استفاده از ترموکوپل خارج از محدوده دمای استاندارد، خستگی فلز و اکسیداسیون است.
برای محافظت از سیستم در صورت فرسودگی ترموکوپل، یک سیستم حفاظت از فرسودگی طراحی می شود که در آن، در صورت قطع شدن مدار و رخ دادن این نقص در سیستم، یک حالت ثابت در حلقه کنترلی سیستم ایجاد شده که تا تعویض و اصلاح ترموکوپل، سیستم دریک حالت امن و پایدار نگه داشته شود.
هنگامی که سیستم دچار فرسودگی ترموکوپل می شود، حالت پایدار سیستم را می توان روی فرسودگی سطح بالا یا فرسودگی سطح پایین تنظیم کرد.
در حالت فرسودگی سطح بالا، حلقه یک دمایی بالا را به عنوان دمای سیستم ثبت کرده و در فرسودگی سطح پایین، حلقه یک دمای پایین را به عنوان دمای سیستم ثبت می کند. انتخاب این دمای ثابت برای این است که تا زمانی که ترموکوپل در سیستم تعویض نشده، حلقه اقدامی برای افزایش یا کاهش دمای سیستم انجام ندهد. انتخاب بالا یا پایین بودن این دما بسته به این است که در در کدام حالت امنیت سیستم تامین شود.
برای مثال، در مدار محافظ سیستم های اشتعال پذیر، دمای ثابت را دمایی بالا در نظر میگیرند تا در صورت بروز اشکال در ترموکوپل، دمای سیستم بالاتر نرود و ایجاد خطر نکند.
دستگاه های اندازه گیری دمای مقاومتی (RTD) عناصر الکتریکی هستند که مقاومت یک ماده را برای تعیین کمیت دما اندازه می گیرند.
RTD ها با این واقعیت کار می کنند که مقاومت یک فلز مستقیماً با دما تغییر می کند. در تولید این دستگاه های اندازه گیری از عناصر خالص، مثلا پلاتین، استفاده می شود تا اطلاعات کاملی در مورد مقاومت فلز در دماهای مختلف وجود داشته باشد. مقاومت فلز به طور قابل پیش بینی با تغییر دما تغییر می کند و سپس می توان از این تغییر برای اندازه گیری دمای ماده استفاده کرد.
بر اساس تحقیقات و آزمایشات انجام شده، RTD ها را می توان در چهار کلاس مختلف دسته بندی کرد. جزئیات این طبقه بندی در ادامه شرح داده شده است.
کلاس 1/10 DIN B: مقاومت 100 اهم در دمای 0 درجه سانتی گراد با تحمل 0.03 ± درجه سانتی گراد.
کلاس 1/3 DIN B: مقاومت 100 اهم در 0 درجه سانتی گراد با تحمل 0.08 ± درجه سانتی گراد.
کلاس A: مقاومت 100 اهم در دمای 0 درجه سانتی گراد با تحمل 0.15 ± درجه سانتی گراد.
کلاس B: مقاومت 100 اهم در دمای 0 درجه سانتی گراد با تحمل 0.30 ± درجه سانتی گراد.
هر دو ترموکوپل و RTD دستگاه‌های اندازه‌گیری دمایی تماسی هستند که نیاز به تماس مستقیم با ماده مورد نظر دارند. در مواردی که که استفاده از دستگاه‌های دمایی تماسی ممکن نیست، یک دستگاه اندازه گیری دمایی غیر تماسی استفاده می‌شود.
پیرومترهای مادون قرمز دما را به صورت غیر تماسی با کمک انرژی مادون قرمز اندازه گیری می کنند. مبنی کار این ابزار های اندازه گیری دما این است که انرژی مادون قرمز ساطع شده از هر جسم با افزایش دما افزایش می یابد و مقدار افزایش این انرژی با افزایش دمای جسم متناسب می کند.
یکی از مزایای پیرومتر مادون قرمز نسبت به دو عنصر اندازه گیری قبلی این است که می تواند دمای یک جسم را با اندازه گیری انرژی مادون قرمز ساطع شده بدون تماس مستقیم با منبع اندازه گیری کند.
همانطور که مطرح شد، کاربرد این عناصر اندازه گیری در مواردی است که برقراری تماس با جسم ممکن یا عملی نیست. در ادامه به برخی از شرایط که در آن ها اندازه گیری دمای بدون تماس ترجیح داده شده یا مورد نیاز است اشاره می کنیم:
یک ترانسمیتر دما یک رابط الکتریکی بین یک ابزار اندازه‌گیری دما، برای مثال ترموکوپل یا RTD ، و یک دستگاه کنترل مثل کنترل‌کننده حلقه است. این ابزار برای اهداف مختلفی مانند جداسازی، تقویت، فیلتر کردن نویز و تبدیل سیگنال ورودی به سیگنال خروجی قابل خواندن برای دستگاه کنترل استفاده می شود.
سیگنال های خروجی الکتریکی رایج مورد استفاده در صنایع، محدوده 4-20 میلی آمپر یا 0-10 ولت DC هستند. برای مثال، 4 میلی آمپر می تواند 0 درجه سانتی گراد و 20 میلی آمپر به معنای 100 درجه سانتی گراد باشد.
ترانسمیترهای دما دارای مزایای زیادی هستند که مهندسان ابزار را متقاعد می کند تا به جای ایجاد یک اتصال مستقیم سیمی از آن ها استفاده کنند. علیرغم هزینه اضافی که این ابزار ها به سیستم اندازه گیری دما اضافه می کنند، نیازبه کابل کشی های متعدد در سیستم را حذف کرده و همچنین تعدادی قابلیت جدید از جمله یک سیستم تشخیص پیشرفته را به سیستم اضافه می کنند که منجر به نگهداری راحت تر سیستم می شود. به علاوه، آن ها دارای برخی ویژگی های مفید دیگر مانند حذف نویز عالی (یک عامل ارزشمند در کاربردهای انتقال از راه دور) و سازگاری با چندین دستگاه استاندارد هستند.
در ادامه در قالب یک فیلم به بررسی ترانسمیتر های دمای زیمنس پرداخته ایم: