سنسورهای حرارتی یا ترمیستور چیست؟

در طول دو دهه گذشته، رشد بی سابقه ای در محصولات و خدماتی رخ داده که اطلاعات به دست آمده از طریق مانیتورینگ و اندازه گیری را با استفاده از انواع مختلف سنسورها بکار می برند. فناوری سنسوری در دامنه وسیعی از حوزه ها از آب وهوا گرفته تا صنایع، پزشکی و بازرگانی استفاده می شود. بسیاری از حکومت ها و سیاست گذاران جهان به خاطر منافع بالقوه فناوری سنسوری به تشویق و توسعه آن اهمیت زیادی می دهند.

سنسورها در اشیایی با کاربردهای روزمره مثل کف آسانسورهای لمسی-حسی (سنسور لامسه ای) و لامپ هایی که با لمس پایه شان روشن و خاموش می شوند دیده می شوند. همچنین کاربردهای بی شماری برای سنسورها وجود دارد که بیشتر مردم هرگز از آن ها آگاه نمی شوند. به عنوان مثال سنسورها در ماشین آلات، وسایل ماورای جو و سایر تجهیزات و ربات ها کاربرد دارند.

سنسور کنترل اتوماسیون

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. برای 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 دماسنج های خیلی دقیق و حساس بکار برده می شوند.

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

برای اینکه مقاومت بارتر را در مقایسه با مقاومت سیم های 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 آن ها آن چنان بالاست که یک بارتر می تواند فقط چند میلی متر طول داشته باشد. با چنین ابعاد کوچکی ، ترمیستور خیلی زود به دمای محیط بیرون می رسد. همین امر به آن امکان می دهد که دمای اشیای کوچک (مثلاً برگ گیاهان یا ناحیه هایی روی پوست بدن) را اندازه بگیرد.

ترمیستورهای مدرن (ترمیستورهای نیم رسانا)

حساسیت ترمیستورهای امروزی چنان بالاست که تغییری به اندازه یک میلیونیم کلوین را می توان به کمک آن ها آشکارسازی و اندازه گیری کرد. این وضع عملی بودن کاربرد آن ها را در دستگاه های جدید به جای پیل های ترموالکتریک برای اندازه گیری شدت تابش خیلی ضعیف نشان می دهد.

سنسورهای دما به نام ترمیستور معروف اند که با تغییرات دما مقاومت آن ها تغییر می کند البته در حالت کلی سنسورهای دما (ترمیستورها) المان های غیرخطی هستند اما مدل هایی از سنسورهای حرارتی هم وجود دارند که به صورت آی سی (تراشه) ساخته شده (مثلاً LM34 و LM35) که تقریباً به صورت خطی عمل می کنند و با افزایش دما مثلاً از 0 تا 100 درجه مقاومت آن ها از 29 کیلو اهم تا 8/0 کیلو اهم تغییر می کند (نوع منفی یا ntc) البته بسته به کاربردشان انواع مختلفی از آن ها در بازار موجود است.

در ترمیستورهای نوع ptc ، با افزایش درجه حرارت، مقدار مقاومت هم افزایش می یابد. برای آنکه آن ها را بتوان به کامپیوتر یا میکروپروسسور (یا میکروکنترلر) متصل کرد باید از آس سی های ADC استفاده نمود. برای اتصال هر ADC (مبدل آنالوگ به دیجیتال) مثلاً 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.

سنسورها در رباتیک

سنسورها اغلب برای درک اطلاعات تماسی، تنشی، مجاورتی، بینایی و صوتی به کار می روند. عملکرد سنسورها بدین گونه است که با توجه به تغییرات فاکتوری که نسبت به آن حساس هستند، سطوح ولتاژی ناچیزی را در پاسخ ایجاد می کنند، که با پردازش این سیگنال های الکتریکی می توان اطلاعات دریافتی را تفسیر کرده و برای تصمیم گیری های بعدی از آن ها استفاده نمود.

سنسورها را می توان از دیدگاه های مختلف به دسته های متفاوتی تقسیم که در ذیل می آید:

سنسور محیطی: این سنسورها اطلاعات را از محیط خارج و وضعیت اشیای اطراف ربات، دریافت می نمایند.

سنسور بازخورد: این سنسور اطلاعات وضعیت ربات، ازجمله موقعیت بازوها، سرعت حرکت و شتاب آن ها و نیروی وارد بر درایورها را دریافت می نمایند.

سنسور فعال: این سنسورها هم گیرنده و هم فرستنده دارند و نحوه کار آن ها بدین ترتیب است که سیگنالی توسط سنسور ارسال و سپس دریافت می شود.

سنسور غیرفعال: این سنسورها فقط گیرنده دارند و سیگنال ارسال شده از سوی منبعی خارجی را آشکار می کنند، به همین دلیل ارزان تر، ساده تر و دارای کارایی کمتر هستند.