لإجراء قياسات موثوقة لدرجة الحرارة، فإن الخطوة الأولى هي اختيار أداة درجة الحرارة الصحيحة، والمعروفة أيضًا باسم مستشعر درجة الحرارة. تعد المزدوجات الحرارية، والثرمستورات، ومقاييس الحرارة المقاومة البلاتينية (RTDs)، ودوائر درجة الحرارة المرحلية من بين أجهزة استشعار درجة الحرارة الأكثر استخدامًا في الاختبار.
فيما يلي مقدمة لخصائص المزدوجات الحرارية والثرمستورات.
المزدوجات الحرارية: المزدوجات الحرارية هي أكثر أجهزة استشعار درجة الحرارة استخدامًا في قياس درجة الحرارة. مزاياها الرئيسية هي نطاق واسع من درجات الحرارة والقدرة على التكيف مع البيئات الجوية المختلفة. كما أنها قوية، وغير مكلفة، ولا تحتاج إلى مصدر طاقة، وهي الخيار الأرخص. تتكون المزدوجة الحرارية من سلكين معدنيين مختلفين (المعدن أ والمعدن ب) متصلان في أحد طرفيهما. عند تسخين أحد طرفي المزدوجة الحرارية، يوجد فرق جهد في دائرة المزدوجة الحرارية. يمكن حساب درجة الحرارة باستخدام فرق الجهد المقاس.
ومع ذلك، فإن العلاقة بين الجهد ودرجة الحرارة ليست -خطية. وبسبب هذه العلاقة غير الخطية-، يلزم إجراء قياس ثانٍ لدرجة الحرارة المرجعية (Tref). تتم بعد ذلك معالجة تحويل درجة حرارة الجهد - داخليًا بواسطة برنامج أو جهاز جهاز الاختبار للحصول في النهاية على درجة حرارة المزدوجة الحرارية (Tx). تشتمل كل من وحدتي الحصول على البيانات Agilent 34970A و34980A على-قدرات القياس والمعالجة.
باختصار، المزدوجات الحرارية هي أبسط أجهزة استشعار درجة الحرارة وأكثرها تنوعًا، ولكنها غير مناسبة -للقياسات والتطبيقات عالية الدقة.
من ناحية أخرى، تستخدم الثرمستورات مواد شبه موصلة ولها في الغالب معامل درجة حرارة سلبي، مما يعني أن مقاومتها تنخفض مع ارتفاع درجة الحرارة. التغيرات في درجات الحرارة تسبب تغيرات كبيرة في المقاومة، مما يجعلها أكثر أجهزة استشعار درجة الحرارة حساسية. ومع ذلك، فإن الثرمستورات لها خطية سيئة للغاية وتعتمد بشكل كبير على عملية التصنيع. لا توفر الشركات المصنعة ملفات تعريف الثرمستور القياسية.
الثرمستورات صغيرة جدًا وتستجيب بسرعة للتغيرات في درجات الحرارة. ومع ذلك، فهي تتطلب مصدرًا حاليًا، كما أن صغر حجمها يجعلها شديدة الحساسية تجاه أخطاء التسخين الذاتي-.
تقيس الثرمستورات درجة الحرارة المطلقة على سلكين، مما يوفر دقة جيدة، ولكنها أكثر تكلفة من المزدوجات الحرارية، ونطاق درجة الحرارة القابلة للقياس أصغر. يتمتع الثرمستور الشائع الاستخدام بمقاومة تبلغ 5 كيلو أوم عند 25 درجة، مع تغير درجة الحرارة بمقدار درجة واحدة يؤدي إلى تغير المقاومة بمقدار 200 أوم. لاحظ أن مقاومة الرصاص 10Ω لا تقدم سوى خطأ ضئيل قدره 0.05 درجة. إنه مثالي لتطبيقات التحكم الحالية التي تتطلب قياس درجة الحرارة بسرعة وحساسة. يعد حجمه الصغير مفيدًا للتطبيقات ذات المساحة-المحدودة، ولكن يجب منع أخطاء التسخين الذاتي-.
تمتلك الثرمستورات أيضًا تقنيات قياس خاصة بها. حجمها الصغير يعتبر ميزة؛ أنها تستقر بسرعة ولا تخلق حملاً حرارياً. ومع ذلك، فإن هذا أيضًا يجعلها أقل قوة، ويمكن أن تسبب التيارات العالية تسخينًا ذاتيًا. نظرًا لأن الثرمستور جهاز مقاوم، فإن أي مصدر تيار سيولد حرارة بسبب الطاقة. القوة تساوي حاصل ضرب مربع التيار والمقاومة. ولذلك، يجب استخدام مصدر تيار صغير. التعرض للحرارة العالية سيؤدي إلى تلف دائم للثرمستور.
تهدف هذه المقدمة لنوعين من أجهزة قياس درجة الحرارة إلى أن تكون مفيدة لعملك ودراستك.