آشنایی با رله ترمیستور زیمنس و کاربرد آن در صنعت

آشنایی با رله ترمیستور زیمنس و کاربرد آن در صن

آشنایی با رله ترمیستور زیمنس و کاربرد آن در صنعت

ترمیستور یا مقاومت حرارتی یک قطعه حالت جامد حساس به دما است که تقریبا مشابه مقاومت کار می کند. از ترمیستورها می توان برای تولید یک ولتاژ خروجی آنالوگ در پاسخ تغییرات دمای محیط استفاده کرد و به همین دلیل،این قطعات نوعی ترنسدیوسر هستند.علت این نام گذاری این است که تغییر گرما،باعث تغییر در مشخصات الکتریکی ترمیستورها میشود.

به عبارت دیگر ترمیستور یک سنسور مقاومت غیر خطی کوچک است که می تواند در داخل عایق سیم پیچ یک الکتروموتور تعبیه شود تا ارتباط حرارتی نزدیک با سیم پیچ فراهم شود. ترمیستور از مواد فلزی یا نیمه هادی ساخته می شود.

ترمیستور اساساً یک ترنسدیوسر حالت جامدِ دو سرِ حساس به دما است که از نیمه‌هادی حساس مبتنی بر اکسید فلز با سرب متالیزه و تَفجوشی شده درون یک قرص سرامیکی ساخته شده است. در نتیجه، مقدار مقاومت آن متناسب با تغییرات کوچک دما تغییر می‌کند.

آشنایی با رله ترمیستور زیمنس و کاربرد آن در صنعت

به عبارت دیگر،همانطور که از نام THERM-ally sensitive res-ISTOR بر می اید وقتی دمای ترمیستور Thrmistor تغییرکند،مقدار مقاومت ان تغییر خواهد کرد.

در حالی که عموما تغییر مقاومت به دلیل گرما در مقاومت های معمولی نا مطلوب است،از این اثر می توان در بسیاری از مدارهای آشکارساز دما استفاده کرد. ترمیستورها که قطعات مقاومت متغیر غیرخطی هستند، معمولاً به عنوان سنسورهای دما مورد استفاده قرار می‌گیرند و کاربردهای فراوانی در اندازه‌گیری دمای مایعات و هوای محیط دارند.

این قطعات، بسته به پاسخ زمانی و دمای عملکردی، در انواع و اندازه‌های مختلف با مواد تشکیل دهنده متفاوت در دسترس هستند. همچنین، از آن‌جایی که ترمیستور یک قطعه حالت جامد است و از اکسید فلز بسیار حساس ساخته شده، در سطح مولکولی کار می‌کند و وقتی دمای آن زیاد شود، الکترون‌های (لایه ظرفیت) آن فعال‌تر شده و یک ضریب حرارتی منفی تولید می‌کند یا فعالیت آن‌ها کم شده و یک ضریب حرارتی مثبت ارائه می‌دهد.

ترمیستورهای مهر و موم شده، خطاهای خواندن مقاومت را، که به دلیل نفوذ رطوبت وجود دارد، حذف می‌کنند و در عین حال دمای عملکردی بالا و اندازه فشرده‌ای دارند. سه نوع رایج ترمیستورها عبارتند از: ترمیستورهای مهره‌ای، ترمیستورهای دیسکی و ترمیستورهای شیشه‌ای.

ین مقاومت‌های وابسته به گرما می‌توانند به دو صورت افزایشی یا کاهشیِ مقاومت در اثر تغییر دما کار کنند. بنابراین، از نظر عملکردی دو نوع ترمیستور وجود دارد: ترمیستور با ضریب حرارتی منفی Negative Temperature Coefficient مقاومت یا NTC و ترمیستور با ضریب حرارتی مثبت Positive Temperature Coeficient یا مقاومت PTC

ترمیستور NTC

در ترمیستورهای با ضریب حرارتی مقاومت یا ان تی سی با افزایش دمای عملکرد مقدار مقاومت کاهش می یابد. به طور کلی ترمیستورهای ان تی سی رایج ترین نوع سنسورهای دما هستند،زیرا تقریبا در هر نوع سنسورهای دما هستند،زیرا تقریبا در هر نوع تجهیزی که دما نشی در ان دارد قابل استفاده اند.

رابطه مقاومت الکتریکی در برابر دما (R/T) ترمیستور های دمای NTC منفی است.پاسخ منفی نسبتا بزرگی یک ترمیستور NTC به این معنی  است که حتی یک تغییر کوچک دمایی می‌تواند تغییرات بزرگی در مقاومت الکتریکی آن ایجاد کند. این ویژگی، ترمیستورها را به گزینه ایده‌آلی برای اندازه‌گیری و کنترل دقیق تبدیل کرده است.

همان طور که گفتیم ترمیستور یک قطعه الکترونیکی است که مقاومت ان بسیار وابسته به دما است.بنابراین،اگر جریان ثابتی از ترمیستور عبور کند و اختلاف ولتاژ دو سر ان را اندازه گیری کنیم،می توان مقاومت و دمای ان را تعیین کرد.

مقاومت ترمیستورهای ان تی سی با افزایش دما کاهش می یابد.این سنسورهای دما در مقاومت های پایه و منحنی های مختفی موجود هستند. مشخصه ترمیستور ها معمولا با مقاومت پایه در دمای اتاق (°25سانتی گراد) داده می شود  که یک نقطه مرجع برای ان است.

یک مشخصه مهم دیگر ترمیستورها مقدار B است.مقدار بی یک ضریب ساده یا ثابت ماده است که با ماده سرامیکی تشکیل دهنده ترمیستور تعیین می شود و شیب منحنی مقاومتی را در یک محدوده دمایی خاص بین دو نقطه توصیف می کند.هر ماده،ضریب خاص مربوط به خود را دارد و منحنی بر حسب دمای مواد مختلف نیز کتفاومت است.

در نتیجه،مقدار بی مقاومت ترمیستور را در دما یا نقطه پایه اول (که معمولا°25سانتی گراد) که  T1 نامیده شده است

استفاده از ترمیستور های ptc  به عنوان سنسور های تنها زمانی موثر است که:

1.ترمیستور به درستی با توجه به کلاس عایقی سیم پیچ انتخاب شده باشد.

2.ترمیستور ها به درستی در نزدیکی نقاط داغ و بحرانی قرار گرفته باشد.

3.مقاومت حرارتی کمی بین سیم پیچ و ترمیستور پی تی سی وجود دارد.این مقاومت بستگی به عایق الکتریکی بین سیم پیچ و ترمیستور دارد.از انجا که ترمیستور ها باید جدا شوند،با توجه به اینکه در موتور ولتاژ بالا ضخامت عایق بیشتر است ایجاد یک مسیر انتقال حرارت با مقاومت حرارتی کم مشکل است.

استفاده از ترمیستور ها برای اندازه گیری دما

از ترمیستور ها می توان برای اندازه گیری نیز مورد استفاده قرار میگیرد.همان طور،که توضیح دادیم؛ترمیستورها یک قطعه مقاومتی هستند که بر اساس قانون اهم کار می کنند که اگر جریانی از ان بگذرد سبب ایجاد افت ولتاژ خواهد شد.از ان جایی که ترمیستور یک سنسور پیسو است،هر گونه تغییر در مقاومت ان در اثر تغییر دما منجر به تغییر ولتاژ می شود.

ساده‌ترین راه برای استفاده از ترمیستور، به کار بردن آن به عنوان بخشی یک مدار مقسم ولتاژ است. همان‌طور که در شکل زیر می‌بینیم، یک ولتاژ ثابت به مقاومت و ترمیستور سری با آن اعمال شده و ولتاژ خروجی ترمیستور اندازه‌گیری می‌شود.

مزیت رله ترمیستور

1-اندازه کوچک انها اجازه می دهد تا انها در تماس  مستقیم با سیم پیچ استاتور نصب شوند

2- اینرسی حرارتی کمی داشته و واکنش سریع و دقیق به تغییرات دمای سیم پیچی می دهند

3-انها بطور مستقل و بدون در نظر گرفتن این که چگونه این دما ایجاد شده است درجه حرارت را اندازه گیری می کنند

4-انها می توانند برای تشخیص اضافه بار یا overlod در موتور های به کار رفته با مبدل فرکانس استفاده می شوند.

رله ترمیستور در مدار تک ضرب

برای راه اندازی تک ضرب الکتروموتورهای مجهز به سنسور دما میتوان از رله ترمیستور،فیوز و کنتاکتور استفاده کرد. همانطور که در مطالب بالا خواندیم اندازه گیری جریان یکی از ساده ترین حالت های تشخیص خطای اضافه بار در اکترو موتورها بوده و توسط رله بی متال یا مدل های الکترونیک انجام می شود در واقع میزان جریان عبوری از مدار به عنوان یک شاخص مهم در تعیین دمای کابل ها و سیم در نظر گرفته شده و حفاظت بر اساس ان انجام خواهد شد. نکته ی مهم در این روش نداشتن اطلاعات کافی از شرایط واقعی الکتروموتور است.

به عنوان مثال خیال کنید دمای سیم پیچ بخاطر اشکال در تهویه یا افزایش دمای محیط از محدوده مجاز خود خارج شود. این تغییرات به ندرت و کم کم باعث افزایش شدت جریان شده و در مراحل اولیه توسط رله بی متال وو کنترل بار قابل شناسایی نیستند.علاوه بر این متفاوت بودن محل نصب رله های حرارتی و الکترو موتور باعث باعث اختلاف دما و کاهش حساسیت سیستم و حفاظتی خواهد شد.

این رله ها داخل تابلو قرار گرفته و ممکن است دارای محیطی خنک با تهویه مناسب باشند.برای دست یابی به اطلاعات واقعی از دمای سیم پیچ الکترو موتور می توان از مدار زیر استفاده کرد.

چهار روش مناسب برای راه اندازی ترمیستور کدامند؟

اکنون که ما  با رفتار کلی ترمیستورها آشنا شده ایم، ممکن است تعجب کنید که چگونه می توانیم از میکروکنترلر برای اندازه گیری دما استفاده کنیم در حالی که نمودار ترمیستور خطی نمی باشد

حالا باید چه باید کرد؟

چند راه برای حل این مشکل وجود دارد که در زیر ذکر شده است. این به هیچ وجه لیستی از همه تکنیک های موجود نیست  اما برخی از روش های رایج را به شما نشان می دهد

روش اول:

گر تولید کننده اطلاعات کامل از قطعه ساخته شده را ارائه ندهد ،برای ایجاد نمودار پیوسته ی هر نقطه از دما ، باید خودتان برای اندازه گیری و ثبت داده ها اقدام کنید. مطمئنا این برای یک برنامه نویس اصلا خوشایند نیست. اما این روش اگر مجبور باشید زیاد بد نیست و جای خود را دارد. اگر پروژه مورد نظر فقط چند نقطه یا حتی چند محدوده جزئی دما را بررسی می کند ، ممکن است این راه ترجیحی باشد.

به عنوان مثال ، یکی از این شرایط این است که فقط می خواهید اندازه گیری کنید که مقادیر در محدوده دمایی انتخاب شده قرار دارند یا خیر و در نهایت یک ال ای دی را برای روشن کردن این وضعیت تنظیم می کنید.

روش دوم:

یک روش رایج برای انجام این کار اتصال یک مقاومت به موازات ترمیستور است. برخی ازای سی ها هم هستند که اینکار را برای شما انجام می دهند

تعیین چگونگی انتخاب و خطی سازی یک نمودار غیر خطی با انتخاب مقدار مناسب مقاومت خارجی ، به تنهایی یک مقاله است. اگر ریزپدازنده از متغیر اعشاری پشتیبانی نکند ، به نظر می رسد این روش بسیار عالی است ، زیرا تغییرات دما به صورت خطی پاسخ داده می شود و اندازه گیری آن توسط ریزپردازنده بسیار ساده می باشد همچنین طراحی مدار بدون ریزپردازنده برای اندازه گیری دما را آسان تر می کند.

روش سوم:

شما می توانید اطلاعات یا داده های نمودار قطعه را از دیتاشیت یا می توانید داده ها را برای نقاط اندازه گیری کرده و تهیه کنید سپس نمودار را در نرم افزار هایی مانند اکسل با داده هایی که برای نقاط بدست آورده اید ایجاد کنید. و پس از آن ، می توانید از ویژگی های ان برای ایجاد یک فرمول برای منحنی مشخصه استفاده کنید. این ایده بدی نیست و در نهایت  می تواند فورمول خروجی را ارائه دهد – اما این کار به زمان و پردازش اولیه اطالاعات نیاز دارد

روش چهارم:

به نظر می رسد یک فرمول یا معادله مناسب برای منحنی مشخصه المانهایی مانند ترمیستورها وجود دارد : این معادله معادله اشتاین هارت نام گذاری شده است.

0
دیدگاه‌های نوشته

*
*