مرکز دانلود خلاصه کتاب و جزوات دانشگاهی

سنسورهای حرارتی یا ترمیستور چیست؟

ترمیستورها ، حسگرها یا سنسورهای نیمه هادی (نیم رساناهایی) هستند که دارای ضریب مقاومت گرمایی زیادی بوده و در صنعت و مهندسی کاربرد خیلی زیادی دارند. برا ی اندازه گیری و کنترل درجه حرارت از این ترمیستورها استفاده های زیادی می شود.

ترمیستور مقاومت حساس به دما است. کلمه thermistors مخفف و خلاصه شده عبارت temperature sensitive resistors است.

در کنترل خودکار (اتوماتیک) و در علم رباتیک ، فاصله سنجی و نیز در دماسنجهای خیلی دقیق و حساس بکار برده می‌شوند.

دماسنج مقاومتی یا بارتر barertte دستگاهی است برای اندازه گیری چگالی شار تابشی که مدتها در آزمایشگاهها بکار ‌برده می شد. طرز کار آن بر پایه تغییر مقاومت الکتریکی پیل حساس نیم رسانایی در موقع گرم کردن آن استوار است که قبلا آن ها را از فلز می‌ساختند ولی به سبب گسترده کاربردشان، مشکلات زیادی به بار می‌آوردند.

برای اینکه مقاومت بارتر را در مقایسه با مقاومت سیمهای رابط بالا ببرند، ناچار بودند بارتر را از سیم نازک و دراز بسازند. به علاوه تغییر مقاومت فلزات با دما خیلی کم است و از این اندازه گیری دما به کمک بارتر فلزی به اندازه گیری خیلی دقیق مقاومت نیاز داشت.

بارترهای نیم رسانایی (ترمیستورها) این معایب را ندارند. مقاومت ویژه الکتریکی آنها آنچنان بالاست که یک بارتر می‌تواند فقط چند میلیمتر طول داشته باشد. با چنین ابعاد کوچکی ، ترمیستور خیلی زود به دمای محیط بیرون می‌رسد. همین امر به آن امکان می‌دهد که دمای اشیای کوچک (مثلا برگ گیاهان یا ناحیه‌هایی روی پوست بدن) را اندازه بگیرد.

ترمیستورهای مدرن (ترمیستورهای نیم رسانا)

حساسیت ترمیستورهای امروزی چنان بالاست که تغییری به اندازه یک میلیونیم کلوین را می‌توان به کمک آنها آشکار سازی و اندازه گیری کرد. این وضع عملی بودن کاربرد آنها را در دستگاههای جدید به جای پیلهای ترموالکتریک برای اندازه گیری شدت تابش خیلی ضعیف نشان می‌دهد.

در ابتدا انرژی لازم برای آزاد شدن الکترون از حرکت گرمایی یعنی انرژی داخلی نیم رساناها ، تأمین می‌شد. ولی این انرژی را جسم می‌تواند در ضمن جذب انرژی نور به الکترون انتقال دهد. مقاومت چنین نیم رساناهایی بر اثر نور به مقدار زیادی کاهش می‌یابد. این پدیده را نور رسانش فوتو رسانش یا اثر فوتو الکتریکی ذاتی گویند.

اصطلاح ذاتی در اینجا تأکید بر این واقعیت دارد که الکترونهای آزاد شده با نور ، مانند انتشار الکترون از فلز درخشانی که به “اثر فوتوالکتریک غیر ذاتی“ معروف است، مرزهای جسم را ترک نمی‌کنند. این الکترونها در جسم باقی می‌مانند و دقیقا رسانندگی آن را تغییر می‌دهند. دستگاههایی که بر پایه این پدیده ساخته می‌شوند را در مقیاس صنعتی برای دستگاههای اعلان و خودکار بکار می‌برند (مانند دزدگیرها و ...).

فقط بخش کوچکی از الکترونهای آزاد نیم رسانا در حالت آزادند و در جریان شرکت می‌کنند. اما درست این است که بگوییم همین الکترونها بطور دائم در حالت آزادند و دیگران در حالت مقید. بر عکس ، در نیم رساناها همزمان دو فرآیند رخ می‌دهد:

از یک طرف با صرف انرژی داخلی یا انرژی نورانی فرآیند آزادسازی الکترونها اتفاق می‌افتد.

از طرف دیگر ، فرآیند ربایش الکترونهای آزاد ، یعنی ترکیب مجدد آنها با بعضی از یونهای باقیمانده (یعنی ، اتمهایی که الکترونهایشان را از دست داده‌اند) مشاهده می‌شود. بطور متوسط ، هر الکترون آزاد شده فقط مدت کوتاهی (از 3-10 تا 8-10 ثانیه) آزاد می‌ماند. همواره الکترونهایی وجود دارد که پیوسته جایشان را با الکترونهای مقید عوض می‌کنند. تعادل بین الکترونهای آزاد و مقید از نوع تعادل دینامیکی است.

سنسورهای حرارتی یا ترمیستورها چگونه استفاده می شود؟

در بالا اشاره شد که سنسورهای دما به نام ترميستور معروفند كه با تغییرات دما مقاومت آنها تغییر مي كند البته در حالت کلی سنسورهای دما (ترمیستورها) المان های غير خطي هستند اما مدلهایي از سنسورهاي حرارتي هم وجود دارند که به صورت آی سی (تراشه) ساخته شده (مثلا LM34 و LM35) که تقریبا بصورت خطی عمل می کنند و با افزایش دما مثلا از 0 تا 100 درجه مقاومت آنها از 29 كيلو اهم تا 8/0 كيلو اهم تغيير مي كند (نوع منفی یا ntc) البته بسته به کاربردشان انواع مختلفی از آنها در بازار موجود است.

در ترمیستورهای نوع ptc ، با افزایش درجه حرارت، مقدار مقاومت هم افزایش می یابد.

برای آنکه آنها را بتوان به کامپیوتر یا میکروپروسسور (یا میکروکنترلر) متصل کرد باید از آس سی های ADC استفاده نمود. براي اتصال هر ADC (مبدل آنالوگ به دیجیتال) مثلا می توان از IC از ADC804 استفاده کرد تا سیگنال آنالوگ سنسور را به مقادیر دیجیتالی تبدیل کند و به سیستم کنترلی یا کامپیوتر ارسال نماید. خود این IC آنالوگ به دیجیتال به پورت سریال کامپیوتر متصل شده و سیگنال دمای اندازه گیری شده به وسیله سنسور حرارتی (ترمیستور) را از طریق پورت سریال به کامپیوتر وارد می کند. مدار آن بسیار ساده است. اگر کسی لازم داشت می توانم مدارش را ابنجا قرار بدهم.