نوامبر 24, 2020

مقاله علمی با منبع : طراحی و ساخت سامانه اندازه گیری دمای چند کاناله با قابلیت های

شکل ۱-۳: حرارت سنج محتوی گاز
۱-۴-۱-۱-۳- حرارت سنجهای محتوی بخارفشار بخار یک مایع، تابعی از درجه حرارت آن میباشد؛ از این خاصیت در حرارت سنجهای صنعتی (شکل ۱-۴) استفاده میگردد. سرعت زیاد پاسخ، قیمت کم، سادگی تعمیرات از مزایای این وسیله میباشد.
مایعات مورد استفاده در این نوع حرارت سنج ها الکل، اتر، متیل کلراید، سولفور و تولوئن میباشد.
شکل ۱-۴: حرارت سنج محتوی بخار
۱-۴-۱-۲- حرارت سنجهای بیمتال
در مواردی که نیاز به قرائت دما بطور مرتب نمیباشد و کنترل دما صرفاً جهت اطمینان از عملکرد سیستم به کار میرود، حرارتهای بیمتال (شکل ۱-۵) مورد استفاده میگیرد. اختلاف انبساط دو فلز تشکیل دهنده این دستگاه در اثر حرارت معیار عملکرد دستگاه میباشد. از آنجا که ضریب انبساط فلزات تشکیل دهنده عنصر حساس بیمتال کاملاً خطی نیست، درجهبندی این نوع حرارت سنجها نیز خطی نمیباشد.
شکل ۱-۵: حرارت سنج بیمتال
۱-۴-۱-۳- پیرومترها
در میان وسایل اندازهگیری درجۀ حرارت، پیرومترهای تشعشعی و نوری بزرگترین محدوده اندازهگیری را دارند و برخلاف سایر وسایل نیازی به اتصال فیزیکی با جسم مورد اندازهگیری را ندارند. اساس کار این نوع وسیله به صورت زیر است:
در پیرومترهای نوری (شکل ۱-۶) مقایسۀ دو رنگ، یکی متعلق به جسم گداخته شده و دیگری متعلق به مقاومت الکتریکی یا فیلامان پیرومتر مبنای تعیین درجۀ حرارت جسم گداخته شده میباشد. با منطبق کردن چشمی از داخل تلسکوپ پیرومتر بر روی جسم گداخته شده و تغییر شدت جریان فیلامان توسط پتانسیومتر به ترتیبی که باعث محو و عدم تشخیص آن در زمینۀ جسم گداخته گردد، درجۀ حرارت مجهول جسم گداخته شده برابر درجه حرارت معلوم فیلامان خواهد بود.
شکل ۱-۶: پیرومتر نوری
در پیرومتر تشعشعی (شکل ۱-۷) انرژی ساطع شده از جسم گرم را توسط یک لنز و یا یک مجموعه آینه بر روی عنصر حسگر دما متمرکز میکنند. این عنصر میتواند مقاومت حساس یا ترموکوپل باشد. در نتیجه برخلاف پیرومتر نوری که باید به صورت دستی تنظیم یا قرائت گردد، پیرومتر تشعشعی قابل استفاده به صورت اتوماتیک میباشد.
شکل ۱-۷: پیرومتر تشعشعی
۱-۴-۲- اندازهگیری دما با استفاده از مبدلهای الکتریکی
۱-۴-۲-۱- ترمیستور
ترمیستور نوعی مقاومت حساس به دما است که به وسیلۀ تغییرات دمایی، مقاومتش تغییر می کند. در واقع با اندازهگیری مقاومت یک ترمیستور (شکل ۱-۸)، می توان دمای آن را تعیین نمود؛ به همین دلیل این ابزار به عنوان سنسور دما مورد استفاده قرار میگیرد. ترمیستورها معمولاً از مواد نیمه رسانا تشکیل شدهاند، از این رو در دماهای بالا، زودتر خراب شده و عمر کوتاهتری دارند. مقاومت اغلب آنها با افزایش دما افزایش مییابد. تغییر مقاومت ترمیستور توسط مدار پل وتستون اندازهگیری میگردد.
شکل ۱-۸: ترمیستور
۱-۴-۲-۲- ترموکوپل
ترموکوپلها از جمله ابزارهای پرکاربرد برای اندازهگیری دما به شمار میروند. این ابزار، متشکل از دو رشته سیم فلزی با جنسهای متفاوت است (شکل ۱-۹). این دو فلز غیر همجنس، از یک یا چند نقطه به یکدیگر متصل هستند، اعمال حرارت به نقطۀ اتصالی که در آن اندازهگیری صورت میگیرد؛ باعث به وجود آمدن اختلاف پتانسیل الکتریکی ضعیفی میشود که به سختی میتوان به دقت اندازه گیری دمای کمتر از رسید.
شکل ۱-۹: انواع ترموکوپلها
ترموکوپل بایستی به جسمی که می‌خواهیم دمای آن را اندازه بگیریم، کاملاً متصل شود. فلزات ترموکوپلی بطور کلی نسبت به قیمتی که دارند به دو گروه جداگانه تقسیم می‌شوند. این دو گروه ترموکوپل به ترموکوپلهای فلز پایه و ترموکوپلهای فلزات قیمتی معروفند.
امتیاز عمده ترموکوپلها محدوده وسیع اندازهگیری آنهاست که بطور اسمی از ۱۸۰- تا ۱۸۰۰+ درجه سانتیگراد را در برمیگیرد. دیگر امتیاز ترموکوپلها، عملکرد خطی آنها در محدوده اندازهگیری است.
ترموکوپلها اغلب برای مکانهایی که قرار است رنج دمای بالا (تا ) را اندازه بگیرند استفاده میشوند و برای رنج دمایی پایین و یا دقت بالا (برای مثال رنج دمایی بین ۰ تا با دقت ) از ترمیستورها و RTD ها استفاده میشود.
۱-۴-۲-۲-۱- اثر ترموالکتریک[۶]
اولین بار ترموکوپل‌ در سال ۱۸۲۱ میلادی توسط سیبک (Seebeck) ساخته شد، بطوری که او دریافت، در اثر تماس دو فلز غیر همجنس و حرارت‌ دادن محل تماس، یک جریان الکتریکی کوچک ایجاد می‌شود (شکل ۱-۱۰).
شکل ۱-۱۰: اثر ترموالکتریک
ولتاژ ایجاد شده به جنس دو فلز و میزان حرارت در نقطه تماس بستگی دارد؛ هر یک از این دو فلز هادی با توجه به مولکولها و الکترون‌های آزادشان در ایجاد این ولتاژ مؤثرند، زمانی که هادی در اثر حرارت گرم می‌شود الکترونهای آن در اثر افزایش انرژی به حرکت و جنبش در می‌آید.
چنانچه در اثر افزایش حرارت یک سر هادی گرم شود این گرما به الکترون‌های آزاد منتقل شده و سرعت گردشی آنها بیشتر می‌شود و در نهایت الکترون‌ها از آن سر هادی که گرم شده است دور می‌شوند و به سمت دیگر هادی که سرد است منتقل میشوند. به عبارتی آن سر از هادی که در معرض حرارت قرار گرفته مثبت و سر دیگر که خنک است و الکترونها در آن تجمع کرده‌اند قطب منفی می‌باشد (شکل ۱-۱۱).
شکل ۱-۱۱: انتقال حرارت در یک هادی
این مسئله علت انتقال گرما در یک فلز میباشد؛ در اثر حرکت الکترونهای درون فلز نیز انرژی گرمایی در طول فلز منتقل می‌شود.
حال اگر یک فلز دیگر از همان جنس، در محل اتصال به فلز اولیه متصل شود در این فلز جدید نیز یک اختلاف پتانسیل ایجاد می‌شود ولی اختلاف پتانسیل ایجاد شده در هر دو فلز یکسان است. اگر ولتاژ انتهای آنها را اندازه بگیریم عملاً اختلاف پتانسیل صفر را مشاهده خواهیم کرد.
اگر یک فلز غیر همجنس با فلز اولیه را به آن متصل کنیم، اختلاف پتانسیل ایجاد شده در دو سر آزاد فلزها دیگر صفر نبوده و این اختلاف توسط یک دستگاه اندازهگیری قابل مشاهده خواهدبود (شکل ۱-۱۲).
شکل ۱-۱۲: اتصال دو فلز غیر همجنس
۱-۴-۲-۲-۲- روشهای استفاده و اندازهگیری دما[۷]
همانطور که گفته شد، دو رشته سیم تشکیل دهندۀ ترموکوپل، در یک یا چند نقطه میتوانند به هم متصل شوند. در شکل ۱-۱۳ شمای سادهای از یک ترموکوپل را مشاهده میکنید که در آن دو فلز با جنسهای متفاوت، در یک نقطه به یکدیگر متصل شدهاند. به این نقطه که در معرض حرارت قرار میگیرد، اصطلاحاً اتصال گرم یا Hot junction گفته میشود. دو سر دیگر سیمهای ترموکوپل به وسیلۀ اندازهگیری الکتریکی، همانند تراشههای ویژه (MAX6675)، ترمیستور، ولت متر و… متصل شده است؛ این نقطۀ نیز اتصال سرد (Reference junction یا Cold junction) نامیده میشود.
 
شکل ۱-۱۳: اتصال سرد و گرم در ترموکوپل
ولتاژی که بین دو رشته سیم فلزی به وجود میآید، به دمای نقطۀ اتصال سرد و اتصال گرم و جنس دو فلز بستگی دارد. از آنجایی که ترموکوپل یک ابزار اندازهگیری تفاضلی (Differential measurement) است، لازم است که دمای نقطۀ اتصال گرم نسبت به یک دمای مرجع سنجیده شود. این دمای مرجع همان دمای نقطه اتصال سرد است که باید با دقت بسیار خوبی بدست آید. اصطلاحاً به، بدست آوردن دمای نقطۀ مرجع، جبران سازی نقطۀ سرد (Cold-Junction Compensation) اطلاق میشود.
همچنین برای اندازهگیری دمای یک ترموکوپل نمیتوان به صورت مستقیم سیمهای مولتیمتر را به ترموکوپل وصل کرد زیرا در محل اتصال دو سیم ترموکوپل و مولتیمتر یک حالت ترموالکتریک دیگری به وجود میآید که باعث اندازهگیری اشتباه میشود، برای مثال در شکل ۱-۱۴ ترموکوپل نوع T را مشاهده میکنید که به یک ولت متر متصل است و در نقاط اتصال J2 و J3 دو ولتاژ V2 و V3 به وجود آمده است.
شکل ۱-۱۴: مدار معادل اتصال مولتیمتر به ترموکوپل

این مطلب را هم بخوانید :  طراحی و ساخت سامانه اندازه گیری دمای چند کاناله با قابلیت های- قسمت ...

برای دانلود متن کامل پایان نامه به سایت  ۴۰y.ir  مراجعه نمایید.