شرکت باروس‌صنعت تامین‌کننده انواع تجهیزات اندازه گیری دما
مقدمه :
اندازه‌گیری و کنترل دمای سیال یکی دیگر از پارامترهای مورد توجه در صنایع فرایندی میباشد.شاید به ندرت بتوان واکنشی را پیدا کرد، که گرما نقشی در روند اجرای آن نداشته باشد.
چنانچه افزایش یا کاهش دما بیشتر یا کمتر از مقدار معین باشد، میتواند باعث اسیب‌های جدی به سیستم گردد.ازین رو انداژه‌گیری دما نقش بسیار مهمی را در طراحی سیستم های اندازه‌گیری ایفا مینماید.
نکته دیگر که که بر اهمیت کنترل دما ر واحدهای فرایندی نفت و گاز و پتروشیمی می‌افزاید، وجود سیالات هیدروکربنی میباشد که استعداد انفجار بالایی دارند و حرارت و دمای کنترل نشده باعث ایجاد اشتعال و انفجار در سایت میشود.
ازین رو شناخت انواع سنسورها و نحوه نصب و کار با آنها بسیار حائز اهمیت میباشد.
اجزاء سنسورهای اندازه گیری دما :
هر تجهیز اندازه‌گیری شامل سه بخش عنصر اولیه، مبدل و انتقال دهنده میباشد.
١- عنصر اولیه(Primary Element) :
این قسمت همان سنسور (Sensor) میباشد، که تحت تاثیر دما برخی مشخصات فیزیکی یا مکانیکی آن تغییر میکند.سنسورها با علامت TE(Temperature Element) نیز شناخته میشوند.
روشهای اندازه گیری دما به چهار صورت انجام میپذیرد ک هدر زیر به انها اشاره میگردد.
2- مبدل ( Transducer) :
این بخش تغییرات ایجاد شده در سنسور را به یک کمیت مکانیکی یا الکتریکی قابل اندازه‌گیری تبدیل میکند.
3- انتقال دهنده (Transmitter) :
این بخش کمیت تولید شده در مبدل را به یک سیگنال استاندارد الکتریکی یا پنوماتیکی کتناسب با سیستم کنترل تبدیل و ارسال مینماید.در نمایشگرهای محلی یا همان گیج دما ( Temperature Gauge ) سیگنالی تولید نمیشود، و تغییرات دما به عقربه ای که روی یک صفحه مندرج حرکت میکند منتقل میگردد.
انواع واحدهای اندازه گیری دما :
دما معمولا بر حسب واحد های درجه سانتی گراد (Centigrade)، درجه فارنهایت(Fahrenheit) و درجه کلوین(kelvin) اندازه‌گیری میشود.
درصورتیکه نقطه انجماد آب صفر و نقطه تبخیر آن ۱۰۰ درنظر گرفته شود، و این محدوده به صد قسمت مساوی تقسیم گردد، هر قسمت برابر با یک درجه سانتیگراد (C°) خواهد بود.
در درجه‌بندی فارنهایت، نقطه انجماد آب ۳۲ و نقطه تبخیر آن ۲۱۲ درنظر گرفته شده، سپس محدوده بین این دو دما به ۱۸۰ قسمت مساوی تقسیم میشود، که هر قسمت برابر با یک درجه فارنهایت (F°) می باشد. واحد دیگری که برای بیان دما به کار می‌رود، درجه کلوین است که بیشتر در محاسبات مهندسی به کار می‌رود. در درجه‌بندی کلوین نقطه صفر مطلق آب، که در ۲۷۳- درجه سانتیگراد میباشد، نقطه صفر ددمنظور می شود. لذا نقطه انجما آب در صفر درجه سانتیگراد برابر 273 و نقطه تبخیرآب برابر با 373درجه کلوین خواهد بود.
انواع تجهیزات اندازه‌گیری دما :
1-دماسنج‌های انبساطی :
دماسنج‌های جیوه‌ای یا الکلی :
یک از قدیمی‌ترن روشهای اندازه گیری دما، سنجش میزان انبساط و انقباض کمیتهای فیزیکی اجسام از قبیل طول، سطح و حجم در اثر گرما میباشد. دماسنج‌های جیوه‌ای نمونه‌ای از تجهیزات اندازه گیری دما هستند که از این روش استفاده میکنند. این دماسنج ها شامل یک لوله شیشه‌ای درجه‌بندی شده اند، که جیوه یا الكل درون آن ریخته شده است.
تغیرات دما منجر به انبساط جیوه و جابجایی آن، در لوله مشود. این نوع دماسنج ها معمولا خروجی الکترکی ندارند، اما میتوان با بستن یک سیم‌پیچ به دور لوله‌ی دماسنج جوه ای، ضریب خودالقایی سیم‌پیچ را محاسبه کرد. تغیرات ضریب خودالقایی سیم‌پیچ را میتوان به کمک مدارات الکترونکی به یک سگنال الکتریکی متناسب با سیستم کنترل تبدیل کرد.
دماسنج‌های جیوه‌ای یا الکلی صنعتی :
شکننده بودن محفظه شیشه‌ای و سمی بودن جیوه، استفاده از این نوع دماسنج ها را، در صنعت محدود کرده است. اما نمونه ای از سنسورهای صنعتی، بر اساس نحوه عملکرد این دماسنج ها ساخته میشوند. ساختار این سنسورها در شکل زیر نشان داده شده است.
این دماسنج ها، شامل حبابی هستند که با یک مایع یا گاز خنثی (معمولا نیتروژن)پر شده است. سیال درون حباب از طریق لوله های باریکی به نام لوله موئین، به یک تیوب ارتجاعی که انتهای آن بسته شده است، مرتبط می شود. یک عقربه نشانگر نیز به انتهای لوله بوردن تیوب متصل است. حباب در محلی که اندازه گیری دمای آن مدنظر است قرار داده می شود.
گرما سیال درون حباب را منبسط کرده و آنرابه درون تیوب هدایت میکند.این انبساط منجر به افزایش فشار سیال و تغییر شعاع لوله بوردن تیوب میشود.تغییر شعاع لوله، که با تغییرات دمایی متناسب است، بوسیله عقربه ای که به انتهای آن متصل شده است ، بروی صفحه درجه بندی شده نشان داده میشود.
.
این نوع اندازه گیری دما معمولا در نمایشگرهای محلی و در شیرهای خود کنترل گرمایی بکار می رود. جهت افزایش محدوده اندازه گیری دما در این نوع سنسورها، لوله بوردن را به‌شکل مارپیچ یا حلزونی می سازند. در برخی دماسنج ها به جای بوردن تیوب، از فانوسی و یا دیافراگم نیز استفاده می شود. این دماسنج ها ساختار ساده‌ای دارند و بدون نیاز به تغذیه الکتریکی دمای سیال را اندازه گیری می کنند، و در شرایطی که محدوده تغییرات دما کوچک باشد، دقت قابل قبولی دارند.باتوجه به تماس مستقیم حباب و سیال فرایندی باید بحث خورندگی و اسیب های احتمالی به حیای درنظر گرفته شود.
از معایب این دماسنج ها کند بودن زمان پاسخ به تغییرات دمایی سیال، و قیمت بالای آنها میباشد. ساختمان این دماسنج به گونه ای است، که احتمال آسیب دیدن حباب آن زیاد است، و در صورت آسیب دیدن حباب، باید کل مجموعه دماسنج، که قیت بالایی دارد، تعویض شود.
دماسنج‌های بیمتال :
بی‌متال‌ها نوع دیگری از سنسورهای اندازه گیری دما هستند، که بر اساس انبساط کار میکنند. این سنسورها در نمایشگرهای محلی دما به کار گرفته میشوند، شکل زیر یک نمونه از این سنسورها را نشان میدهد. سنسورهای بیمتال بصورت فنری و از دو فلز با ضریب انبساط گرایی متفاوت ساخته میشوند. این فلزها، معولا از آلیاژهای آهن و نیکل هستند. یک طرف فنر به محلی محک بسته و ثابت میشود، سر دیگر آن که آزاد است به عقربه دستگاه متصل میشود.
ضریب انبساط متفاوت فلزها کمک میکند، که طول دو فلز در اثر گرما به یک میزان افزایش نیابد. این مساله موجب چرخش فنر و انتقال آن به عقربه نمایشگر میشود. تغییرات طول فنر را میتوان مستقيما به عنوان دمای اندازه گیری شده بر روی صفحه نمایشگر درجه بندی کرد. جهت درجه بندی نمایش دهنده دما، لازم است که سنسور را در یک دمای معین قرار داده، و نمایشگر تنظیم شود. در عمل برای افزایش تغییرات طول سنسور و محدوده دمای اندازه گیری، بی متال ها را بصورت حلزونی یا مارپیچ میسازند.
انتخاب سنسور دما :
یک نمونه ترانسمتر دما با کلیه لوازم جانب آن در شکل زیر نشان داده شده است. همانطور که در شکل مشاهده می‌کنید، در زمان خرید سنسور دما علاوه بر انتخاب نوع سنسور باید مشخصات مورد نظر جهت نصب غلاف و نوع ترانسمیتر و حفاظ آن نیز، تهیه شده و در اختیار سازنده قرار گیرند. این اطلاعات در مدرک داده‌برگ مشخصات ارایه میشوند.
هنگام انتخاب و خرید سنسور باید به موارد زیر توجه نمود.
- سنسورهای اندازه گیری دما به دلیل نداشتن قسمت‌های متحرک، طول عمر بالایی (بیش از صدهزار اعت در شرایط کار پایدار) دارند.
- به دلیل استفاده از فلزات خالص در ساخت RTD ها، قیمت این سنسورها از ترموکوپلها خیلی بیشتر است. اما در مقایسه با ترموکوپلها محدوده اندازه‌گیری کوچکتری دارند. لذا در شرایطی که نیازمند دقت بالایی هستیم و محدوده اندازه گیری کم است، بهتر ات از RTD ها استفاده نماییم در غیر اینصورت ترموکوپل ها منساب‌تر می باشند.
- بهتر است یک قاب محافظ برای بخش‌های الکترونیکی ترانسمیتر سفارش داده شود. تا در معرض گرد و غبار و باران نباشد. مانند پوششی که در شکل بالا نشان داده شده است.
- زمان پاسخ RTD ها نسبت به ترموکوپلها کندتر است و با توجه به رنج اندازه گیری کوچک دقت و حساسیت بیشتری نسبت به ترموکوپلها دارند. نوسانات الکتریکی نیز تأثیری بر آنها ندارد.
- ولتاژ خروجی RTD ها از خروجی ترموکوپلها بزرگتر است، به همین دلیل کمتر تحت تأثیر نویزهای الکتریکی قرار می گیرند. و برای اتصال RTD ها به مبدل نیازی به کابلهای خاص نمی باشد، و می توان از کابلهای می معمولی اتفاده کرد.
- توجه به این نکته ضروری است که قطع تغذیه در سنسورهای RTD منجر به وقوع خطا در اندازه گیری می شود. در صورت قطع شدن کابل سنسور، دمای ماکزیمم نمایش داده میشود. و در صورت قطع تغذیه و یا وقوع اتصال‌کوتاه در مدار، دمای کمینه نشان داده میشود. اما در ترموکوپل ها چنانچه کابلها قطع شوند هیچ ولتاری اندازه گیری نمیشود. و مقدار مینیمم نمایش داده میشود. و در صورت وقوع اتصال کوتاه نیز چون جریان زیادی کشیده میشود ولتاز افت کرده و باز هم مقدار مینیمم نمایش داده میشود.
- استفاده از سنسورهایی که دارای دوعدد RTD میباشند جهت کاهش هزینه‌ها در عملیات تعمیرات توصیه میشود.
نصب سنسور دما :
سنسور باید در محلی نصب شود که ترکیب خوب سیال فراهم باشد. به عنوان مثال در محلهای خمیدگی خط لوله ، و در فاز مایع سیالی که بصورت گاز و مایع درون یک مخزن حضور دارد. طول بهینه برای ورود سنسور به درون مخزن بستگی به کاربرد دارد. اگر سنسور بصورت عمودی نصب شده باشد، آنگاه باید به اندازه نصف یا یک سوم قطر خط لوله وارد شود. اگر سنسور در محل زانویی ها نصب شده باشد، این مساله نیز توصیه می شود. اما اگر سنسور در محل سراریز شدن سیال قرار گرفته باشد، آنگاه ورود سنسور به اندازه یک چهارم قطر خط لوله کفایت می کند زیرا اگر بیش از این باشد جریان سیال می تواند سنسور را تخریب کند.
لذا در داده برگ مشخصات ابزاردقیق معمولا دو رقم به سنسور دما اختصاص داده می شود. اول طول وارد شده سنسور به محل اندازه گیری. و دومین رقم به عنوان طول غوطه وری شناخته میشود. این دو ویژگی در شکل زیر قابل مشاهده می باشند.
جهت مشاهده انواع سنسورهای دما لطفا کلیک کنید.