حسگرهای دما (Temperature Sensors)، در فیزیک (Physics)
انواع حسگرها (Sensor) را در آموزش زیر شرح دادیم :
حسگرهای دما (Temperature Sensors) :
حسگرهای دما، پرکاربردترین نوع حسگرها در صنعت و علم هستند. این حسگرها کمیت فیزیکی دما را به یک سیگنال الکتریکی (ولتاژ، جریان یا مقاومت) تبدیل می کنند. اساس کار آنها بر پدیده های فیزیکی مختلفی مانند انبساط مواد، تغییر مقاومت الکتریکی، تولید نیروی ترموالکتریک یا تشعشع فروسرخ استوار است. دما یکی از پارامترهای اساسی در ترمودینامیک است و اندازه گیری دقیق آن در فرآیندهای شیمیایی، فیزیکی و زیستی حیاتی می باشد.
از دیدگاه فیزیک، دما معیاری از انرژی جنبشی متوسط مولکول های یک ماده است. رابطه انرژی درونی یک گاز ایده آل با دما به صورت
\[ U = \frac{3}{2} nRT \]است که در آن
\[ n \]تعداد مول ها،
\[ R \]ثابت عمومی گازها و
\[ T \]دمای مطلق بر حسب کلوین است. حسگرهای دما باید بتوانند این کمیت را با دقت بالا و در گستره وسیعی از دماها (از نزدیک صفر مطلق تا چند هزار درجه) اندازه گیری کنند.
دسته بندی اصلی حسگرهای دما شامل دو نوع تماسی و غیرتماسی است. حسگرهای تماسی مانند ترموکوپل ها و RTDها باید با محیط اندازه گیری در تماس فیزیکی باشند، در حالی که حسگرهای غیرتماسی مانند پیرومترها بر اساس دریافت امواج فروسرخ کار می کنند. انتخاب نوع حسگر به عواملی مانند محدوده دما، دقت مورد نیاز، زمان پاسخ دهی و شرایط محیطی بستگی دارد.
در صنعت، کالیبراسیون این حسگرها بسیار مهم است. معمولا از نقاط ثابت دما مانند نقطه سه گانه آب (
\[ 0.01^\circ C \]) یا نقطه جوش آب در فشار استاندارد (
\[ 100^\circ C \]) برای کالیبراسیون استفاده می شود. رابطه عمومی مقاومت با دما برای بسیاری از مواد به صورت
\[ R(T) = R_0[1 + \alpha(T - T_0) + \beta(T - T_0)^2] \]است که
\[ \alpha \]و
\[ \beta \]ضرایب دمایی مقاومت هستند.
پیشرفت در فناوری نانو، حسگرهای دمایی با ابعاد میکرونی و نانونی را ممکن ساخته است که در تشخیص بیماری ها و رصد سلول های زنده کاربرد دارند. به طور کلی، حسگرهای دما ستون فقرات کنترل فرآیندها در صنایع نفت، گاز، پتروشیمی، خودروسازی، الکترونیک و حتی لوازم خانگی هستند.
\[ \text{رابطه کلی مقاومت با دما: } R(T) = R_{0} \left[1 + \alpha (T - T_{0}) + \beta (T - T_{0})^{2}\right] \]همچنین در ترمودینامیک، مقیاس های مختلف دما شامل سلسیوس (°C)، فارنهایت (°F) و کلوین (K) وجود دارد که تبدیل بین آنها با روابط ساده ای انجام می شود. حسگرهای دمای مدرن معمولا خروجی دیجیتال دارند و با میکروکنترلرها ارتباط برقرار می کنند.
