8- حساسات الحرارة


شريحة1

شريحة2 شريحة3 شريحة4 شريحة5 شريحة6 شريحة7 شريحة8 شريحة9 شريحة10 شريحة11 شريحة12 شريحة13 شريحة14 شريحة15 شريحة16 شريحة17 شريحة18 شريحة19 شريحة20

الحساسات والمشغلات
Dr. Hassan SHARABATY
BY
Aleppo –May 2012
Department ofMechatronicsEngineering
EEM304 Mechatronics
8 – حساسات الحرارة
ترجمة أحمد رامي قباني RamiKabbani.wordpress.com
Dr. Hassan SHARABATY
Sensors& Actuators -Temperature sensors
2/15
مقدمة
أحيانا قد يكون للحرارة تأثير ملحوظ على المواد والعمليات على المستوى الجزيئي
للمادة
وهي أكثر المتحولات التي نشعر بأثرها.
ترجمة أحمد رامي قباني RamiKabbani.wordpress.com
Dr. Hassan SHARABATY
Sensors& Actuators -Temperature sensors
3/15
 حساسات الحرارة التلامسية:
• يجب أن يكون هذا الحساس متلامسا بشكل مباشر مع الوسط المحيط أو مع العنصر
الذي يتم تحسس حرارته
• يتم استخدامها لتحسس حرارة المواد الصلبة, أو السائلة, أو الغازية وبمجالات واسعة
جدا من درجات الحرارة.
 حساسات الحرارة الغير تلامسية:
• يتعامل مع طاقة الإشعاع الصادرة من المادة بسبب الحرارة.
• يتم استخدامه لمراقبة درجة الحرارة للمواد الغير عاكسة سواء كانت صلبة أم سائلة,
لكنها ليست فعالة مع الغازات, نظرا لأنها شفافة.
طريقتان أساسيتان لتحسس الحرارة:
ترجمة أحمد رامي قباني RamiKabbani.wordpress.com
Dr. Hassan SHARABATY
Sensors& Actuators -Temperature sensors
4/15
ثلاث عائلات تصنف حسب أنواع الحساسات والتقنيات المستخدمة
 الحساسات الكهروميكانيكية
مثال: الثرموستات ثنائي المعدن
يتم وصل معدنين مختلفين سوية تحت الحرارة والضغط ليشكلا معا
قطعة واحدة. يمكننا تحسس الطاقة الحرارية عن طريق استخدام معدلات
التمدد المختلفة للمعدنين, ومن ثم تحويلها إلى حركة كهروميكانيكية.
ترجمة أحمد رامي قباني RamiKabbani.wordpress.com
Dr. Hassan SHARABATY
Sensors& Actuators -Temperature sensors
5/15
 الحساسات السيليكونية
 مقياس طاقة الأشعة تحت الحمراء
 المزدوجات الحرارية
ثلاث عائلات تصنف حسب أنواع الحساسات والتقنيات المستخدمة
 الحساسات الكهروميكانيكية
 الحساسات الالكترونية
ترجمة أحمد رامي قباني RamiKabbani.wordpress.com
Dr. Hassan SHARABATY Sensors & Actuators – Temperature sensors 6/15
) الحساسات الالكترونية ) 1
الحساسات السيليكونية: تعتمد على خاصية المقاومة الكهربائية للمواد نصف الناقلة. 
أن توفر قراءات مباشرة ورقمية )ICs( • يمكن للأجهزة المصممة باستخدام الدارات المتكاملة
.)A/D Converters( للحرارة. أي أنه لا داع لاستخدام المحولات التشابهية الرقمية
PN مثل: متصل
   
 
2 10
0 2 0 1
T2 T1
I T I T

  C
mV

 2.5
dt
dV
RamiKabbani.wordpress.com ترجمة أحمد رامي قباني
Dr. Hassan SHARABATY
Sensors& Actuators -Temperature sensors
7/15
 مقياس طاقة الأشعة تحت الحمراء:
 تنبعث طاقة الأشعة تحت الحمراء من جميع العناصر التي حرارتها أكبر من صفر كلفن.
 هناك علاقة مباشرة بين طاقة الأشعة الحمراء الصادرة عن جسم ما ودرجة حرارته.
 تقوم هذه الحساسات بقياس الطاقة الصادرة عن الجسم وتحويلها إلى كمون يمكن قراءته.
 تستخدم التقنيات الحديثة لحساسات طاقة الأشعة تحت الحمراء عدسة لتركيز الطاقة المنبعثة
في خط )عمود( حراري. نقوم فيما بعد بتضخيم الكمون الناتج وتعديله بحيث يمكننا
الحصول على درجة الحرارة.
الحساسات الالكترونية ) 2 )
ترجمة أحمد رامي قباني RamiKabbani.wordpress.com
Dr. Hassan SHARABATY
Sensors& Actuators -Temperature sensors
8/15
 المزدوجات الحرارية: يتم دمج نهايتي مادتين ناقلتين للكهرباء مصنوعتين من نوعين
مختلفين من المعادن أو المرافقات.
 يوجد لدى جميع المزدوجات الحرارية:
 أو متصل القياس(. ( » ساخن « متصل
 أو المتصل المرجعي(. ( » بارد « متصل
الحساسات الالكترونية ) 3 )
 عندما يتم وضع النهايات في درجات حرارة مختلفة, سيمر
تيار كهربائي في الأسلاك, بمقدار يتناسب مع التفاوت في
درجات الحرارة بين المتصلين.
 يتم تحديد درجة الحرارة عند متصل القياس عن طريق
معرفة:
 نوع المزدوجة الحرارية المستخدمة.
 المطال الأعظمي للكمون على الخرج )مو أكيد!!!(
 درجة حرارة المتصل المرجعي.
ترجمة أحمد رامي قباني RamiKabbani.wordpress.com
Dr. Hassan SHARABATY
Sensors& Actuators -Temperature sensors
9/15
 روتسيمرثلا ( Thermistor )
 حساسات الحرارة الأومية RTDs .
 الحساسات الكهروميكانيكية
 الحساسات الالكترونية
 الحساسات الأومية
ترجمة أحمد رامي قباني RamiKabbani.wordpress.com
Dr. Hassan SHARABATY
Sensors& Actuators -Temperature sensors
10/15
 الثرميستور )أو المقاومة الحساسة للحرارة( هو جهاز يقوم بتغيير مقاومته الكهربائية تبعا لدرجة
حرارته.
 عادة ما تتكون هذه الحساسات من خليط من نوعين أو ثلاثة أنواع لأوكسيد المعدن وتغلف من الأسفل بطبقة من السيراميك ويخرج
منها سلكين من الرصاص واللذان يتم تثبيتهما إلى طبقة أو شريحة نصف ناقلة, ثم يتم تغطيتها بصمغ الراتنج ) epoxy ( أو بطبقة من
الزجاج.
 نوعان مختلفان من الثرميستورات:
 ذات المعامل الحراري الموجب ) PTC (: في عناصر ال PTC يكون التغير موجبا, أي أن مقاومة العنصر تزداد مع ارتفاع درجة
الحرارة.
 ذات المعامل الحراري السالب ) NTC (: في عناصر ال NTC يكون التغير سالبا, أي أن مقاومة العنصر تنقص مع ارتفاع درجة
الحرارة.
 يكون التغير في مقاومة عناصر ال NTC كبيرا نسبيا, مما يعطينا درجة عالية من الحساسية.
 كما أنها تتمتع بالقدرة على العمل بوجود دارة ملاءمة )؟( صغيرة جدا, مما يعطيها القدرة على الاستجابة بسرعة هائلة للتغيرات في
الحرارة.
الحساسات الأومية ) 1 )
ترجمة أحمد رامي قباني RamiKabbani.wordpress.com
Dr. Hassan SHARABATY
Sensors& Actuators -Temperature sensors
11/15
RTDs )حساسات الحرارة الأومية(, وهي كما رأينا في الثرميستور, تتغير مقاومتها الكهربائية مع
تغير درجات الحرارة وذلك من أجل قياس درجة الحرارة أو حتى التحكم بها.
 تتكون ال RTDs من عنصر للتحسس, وأسلاك للتوصيل بين العنصر المتحسس وأدوات القياس, مع
القدرة على تركيب عنصر التحسس معها خلال عملية التحسس.
الحساسات الأومية ) 1 )
ترجمة أحمد رامي قباني RamiKabbani.wordpress.com
Dr. Hassan SHARABATY
Sensors& Actuators -Temperature sensors
12/15
 أما بالنسبة للعنصر المعدني المتحسس, فهو عبارة عن مقاومة كهربائية تغير من قيمتها مع تغير درجة الحرارة. عادة ما
يتألف العنصر من سلك ملفوف أو من شريحة ناقلة مع مواد ناقلة أيضا محفورة عليها. يتم تغليفها بالسيراميك وإغلاقها تماما
بالاسمنت السيراميكي أو بالزجاج.
 يجب وضع العنصر المتحسس في مكان تصل إليه درجة حرارة العمل بسرعة. أما بالنسبة للأجهزة ذات الأسلاك المحفورة
فيجب أن تتم حمايتها في التطبيقات ذات الارتجاجات العالية أو الصدمات. يمكن إضافة أسلاك تمديد إضافية تسمح بأن يتم
قياس المقاومة من مسافات بعيدة.
 للمزيد من المعلومات قم بمراجعة المصدر: SensorTechnologyHandbook,copyright©2005,Elsevierinc .
الحساسات الأومية ) 2 )
ترجمة أحمد رامي قباني RamiKabbani.wordpress.com
Dr. Hassan SHARABATY
Sensors& Actuators -Temperature sensors
13/15
 مقياس طاقة الأشعة تحت الحمراء ) IRpyrometer 🙂
 العوامل المؤثرة على دقة هذه الحساسات:
 الانعكاس )وهو مقدار يعبر عن قدرة المادة على عكس الأشعة تحت الحمراء(,
 الشفافية )وهو مقدار يعبر عن قدرة المادة على تمرير الأشعة تحت الحمراء(,
 له » جسم أسود « الانبعاثية )هي نسبة طاقة الإشعاع الصادرة عن جسم ما إلى طاقة الإشعاع الصادرة عن جسم مشع مثالي
نفس شكل السطح المقاس(.
ملاحظة:
 الجسم الذي يتمتع ب :
– شفافية مقدارها )صفر( هو جسم عاكس مثالي.
– شفافية مقدارها )واحد( يمتص 100 % من طاقة الأشعة تحت الحمراء المطبقة عليه.
 الجسم الذي يتمتع بشفافية مقدارها 1 وليس له وجود في الحقيقة. » الجسم الأسود « يدعى ب
الحساسات الالكترونية ) 2 )
ترجمة أحمد رامي قباني RamiKabbani.wordpress.com
Dr. Hassan SHARABATY
Sensors& Actuators -Temperature sensors
14/15
كيفية اختيار حساس الحرارة الأنسب؟
 اعتبارات عامة
لكل نوع من الحساسات مجوعة من المحاسن والمساوئ.
فعلى سبيل المثال:
■ الثرميستورات: تتمتع بتمييز عال, وحساسية عالية وسعر منخفض
 أكثر حساس يمكن استخدامه في نطاق واسع من التطبيقات
لكنها ليست خطية ويمكن استخدامها في مجال صغير لدرجات الحرارة.
■ المزدوجات الحرارية تتمتع بأوسع مجال حراري يمكن استخدامها فيه, كما أنها أكثر مقاومة في
التطبيقات ذات الاهتزازات القوية والصدمات القوية, لكنها تتطلب أسلاك إضافية من نوع
خاص.
■RTDs )حساسات الحرارة الأومية( تكون خطية تقريبا, وتتميز بدقة واستقرار عاليين, لكنها
كبيرة وغالية الثمن.
■ الأنواع السيليكونية تتمتع بتكاليف منخفضة وخرج خطي تقريبا,
لكنها تعمل ضمن نطاق محدود من درجات الحرارة.
ترجمة أحمد رامي قباني RamiKabbani.wordpress.com
Dr. Hassan SHARABATY
Sensors& Actuators -Temperature sensors
15/15
 المادة المستخدمة في صنع الحساس هي إحدى الاعتبارات الهامة التي يجب التنبه إليها عند انتقاء
الحساس, حيث أنها تؤثر على مجالات الحرارة التي يمكن استخدام الحساس فيها.
 كما أن الصلابة و الدقة من الميزات المهمة.
 يجب أن تكون سلامة المستخدم هي الخاصية الأهم في الاختيار, وذلك بغض النظر عن تقنية
الحساس المستخدمة.
 لا تقم أبدا باختيار حساس ما لمجرد أنه الأرخص ثمنا, بل قم باختيار الحساس الذي يعطي الأداء
الأفضل بالمقارنة مع السعر, والتزم دائما بإرشادات ونصائح الشركة المصنّعة.
 يتمتع كل نوع من تطبيقات قياس الحرارة بما يخصه من التجهيزات والمشاكل والاحتياجات التي
يجب أن يتم التعامل معها على أسس مستقلة.
وفيما يلي نعرض بعض الأسئلة المهمة:
كيفية اختيار حساس الحرارة الأنسب؟
ترجمة أحمد رامي قباني RamiKabbani.wordpress.com
Dr. Hassan SHARABATY
Sensors& Actuators -Temperature sensors
16/15
هل يحتاج التطبيق إلى حساسات ذات تقنية تلامسية أو غير تلامسية؟
 إذا كان التطبيق ذو حركة مستمرة أو أن الاتصال الفيزيائي غير مفيد نظرا لوجود الملوثات
أو المعادن الخطيرة, فلا بد من استخدام حساسات الأشعة تحت الحمراء.
ما هو المجال الحراري الذي يجب على الحساس تأمين إشارات التحكم أو المراقبة فيه؟
 تتمتع المزدوجات الحرارية بأوسع مجال لتحسس الحرارة, ) −200℃ حتى 2315℃ .)
)لكن بالاعتماد على تصميم الحساس والمواد المستخدمة فيه(
 يمكن استخدام الثرميستورات ضمن المجال ) −100℃ حتى 500℃ )
 يستطيع الثيرموستات ثنائي المعدن العمل ضمن درجات الحرارة من −85℃ حتى 371℃ .
 أما بالنسبة لدرجات الحرارة المنخفضة, فيمكن لحساسات ال RTD وبعض الحساسات السيليكونية الوصول إلى درجة
الصفر المطلق )صفر كلفن(.
 يمكننا مع وجود هذه الحساسات المختلفة أن نتجاوز المجالات المحددة عن طريق الخزانات الحرارية ) Thermowells )
)مو أكيد!!!( أو عن طريق وضع الحساس في مكان ذو حرارة متناسبة مع منبع الحرارة. لكن وبشكل عام, تؤثر هذه
الطريقة على دقة واستجابة النظام.
ترجمة أحمد رامي قباني RamiKabbani.wordpress.com
Dr. Hassan SHARABATY
Sensors& Actuators -Temperature sensors
17/15
ما هو معدل تغير الحرارة في التطبيق؟
 في التطبيقات التي يكون تغير درجة الحرارة فيها سريعا )أكبر من 1.0℃/min (, عندها
يمكن أن تشكل كتلة الحساس مشكلة, حيث أن العطالة الحرارية للحساس تتعلق بكتلته.
 في التطبيقات التي يتم وضع الحساس فيها على مسافة بعيدة نظرا لبيئة العمل أو مشاكل أخرى,
يجب أن يخضع التصميم إلى عدة فحوصات للتأكيد على صحة عمله. يشمل ذلك استخدام
حساسين أو أكثر لمراقبة درجة الحرارة في وسط العمل, بينما يقوم حساس آخر بمراقبة درجة
الحرارة في مكان الحساس المختار. بهذه الطريقة يمكننا تعديل مكان الحساس حسب الطلب.
أسئلة أخرى
 التطبيقات.
 السعر.
 …
ترجمة أحمد رامي قباني RamiKabbani.wordpress.com
Dr. Hassan SHARABATY
Sensors& Actuators -Temperature sensors
18/15
المحاسن
المساوئ
مثال: الثرميستور
ترجمة أحمد رامي قباني RamiKabbani.wordpress.com
Dr. Hassan SHARABATY
Sensors& Actuators -Temperature sensors
19/15
المحاسن
■ تكلفة أقل للعنصر.
■ استجابة حرارية سريعة.
■ تتغير المقاومة بشكل كبير بالمقارنة مع درجة الحرارة, مما يعطي تمييزا أفضل.
■ حجم صغير للغاية, مما يعني سرعة أكبر في الاستجابة لتغيرات درجة الحرارة والقدرة على
استخدامها في نطاق واسع من التطبيقات.
■ تتميز بمقاومة كبيرة, مما يفيد بالاستغناء عن الأسلاك التعويضية.
■ مجال حراري محدود.
■ يتم استخدامه في مجالات حرارية أقل من ال RTDs أو المزدوجات الحرارية.
■ لا يوجد معيار ثابت للمقاومات المستخدمة.
■ يمكن لحادثة التسخين الذاتي أن تؤثر على دقة العمل.
■ تتغير قيمة المقاومة بشكل غير خطي مع تغير درجة الحرارة.
■ تحتاج إلى عناصر/دارات إضافية للتحكم بأحمال التطبيق.
المساوئ
ترجمة أحمد رامي قباني RamiKabbani.wordpress.com
Dr. Hassan SHARABATY
Sensors& Actuators -Temperature sensors
20/15
النهاية
ترجمة: أحمد رامي قباني
ترجمة أحمد رامي قباني RamiKabbani.wordpress.com

Advertisements

اترك رد

إملأ الحقول أدناه بالمعلومات المناسبة أو إضغط على إحدى الأيقونات لتسجيل الدخول:

WordPress.com Logo

أنت تعلق بإستخدام حساب WordPress.com. تسجيل خروج   / تغيير )

صورة تويتر

أنت تعلق بإستخدام حساب Twitter. تسجيل خروج   / تغيير )

Facebook photo

أنت تعلق بإستخدام حساب Facebook. تسجيل خروج   / تغيير )

Google+ photo

أنت تعلق بإستخدام حساب Google+. تسجيل خروج   / تغيير )

Connecting to %s