تفاوت سنسور دما PTC و سنسور دما NTC معرفی و کاربرد

اگر بخواهیم به یکی از سنسورهای پرکابرد در سیستم های مختلف اشاره کنیم، قطع به یقین سنسورهای دما اولین گزینه خواهند بود. سنسورهایی که وجودشان در سیستم های کنترلی نظیر کنترل دمای محیط، کنترل دمای خودرو، تلفن های همراه و…. بسیار با ارزش است. سنسورهای دما در حقیقت پارامتر فیزیکی دمای محیط را به سیگنال ها تبدیل می کند. در طرف دیگر میکروکنترلرها با دریافت این سینگال ها، می توانند فرامین لازم را به خروجی ها صادر کنند. سنسورهای دما توسط شرکت های مختلف با استانداردهای متفاوت به بازار عرضه می شوند. به طور کلی سنسورهای دما را می توان در دو دسته آنالوگ و دیجیتال دسته بندی نمود. سنسورهای آنالوگ، سنسورهایی هستند که دارای خروجی ولتاژ متناسب با دمای اندازه گیری شده هستند. در طرف دیگر، سسنورهای دیجیتال دارای خروجی دیجتال مبتنی بر استاندارهای سریال نظیر I2C و یا از استاندارد تعریف شده توسط شرکت سازنده بهره می برند. یکی از مهم ترین نوع سنسورهای دما آنالوگ که بسیار پرکابرد هم هستند، سنسورهای دمای NTC و PTC هستند. در این آموزش قصد داریم تا به ساختار، عملکرد و نحوه کار با این سنسور ها بپردازیم.  در ادامه آموزش سنسور دما PTC و NTC، با مرجع تخصصی آردوینو به زبان فارسی ، دیجی اسپارک همراه باشید.

تعریف سنسورهای TDR

در دسته بندی سنسورهای دما، یکی از پرکابردترین نوع سنسورها را می توان TDR ها دانست. سنسورهای TDR که زیر شاخه سنسورهای آنالوگ قرار می گیرند، در حقیقت مقاومت های حساس به دما هستند. در ساختار این سنسورها، با تغییرات دمایی میزان مقاومت الکتریکی تغییر می کند. بدین ترتیب می توان میزان دمای محیط را با خواندن دما از سنسور، دریافت نمود.

جهت خواندن دما در مقاومت های TDR، نیاز است تا یک جریان ثابت از آن گذر کند. سپس با تغییرات دما، میزان مقاومت تغییر یافته و ولتاژ دو سر مقاومت تغییر خواهد نمود. در نهایت با خواندن مقدار مقاومت به دمای محیط خواهیم رسید. این مورد دقیقا بر مبنای قانون اهم پیش می رود. مطابق رابطه قانون اهم ولتاژ تابعی از جریان و مقاومت الکتریکی است. این رابطه به صورت زیر بیان می شود.

V=IR

همانطور که در رابطه قانون اهم مشاهده می کنید، چنانچه میزان مقاومت با ثابت ماندن جریان الکتریکی تغییر کند، ولتاژ هم تغییر خواهد کرد. بدین ترتیب با خواندن ولتاژ میزان مقاومت و در ادامه دمای محیط خوانده خواهد شد. اما برای این مورد، نیاز است تا از جریان گذرنده هم مطلع باشیم. به همین دلیل نیاز است تا یک مقاومت دیگر با سنسور سری شده تا میزان مقاومت سنسور دما تعیین گردد. این روش که به تقسیم مقاومتی مشهور است، دیاگرامی به شکل زیر دارد.

مطابق دیاگرام فوق، ولتاژ خروجی را به کمک ADC میکروکنترلر محاسبه می کنیم. با محاسبه ولتاژ و به کمک مقادیر معلوم، به مقدار مجهول که میزان مقاومت سنسور TDR است، خواهیم رسید. این رابطه به صورت زیر بیان می گردد.

VOUT=VIN * R2/R1+R2

مطابق رابطه فوق ولتاژ خروجی محاسبه می شود. با آگاهی از ولتاژ ورودی(۵ ولت) و میزان مقاومت R2(مقاومت ۱۰۰ کیلویی قرار گرفته در مدار) میزان مقاومت سنسور TDR بدست خواهد آمد. جهت اطلاعات بیشتر در رابطه با مدار تقسیم مقاومتی، می توانید آموزش جامع آن را با کلیک بر روی این لینک مطالعه کنید.  پس از آشنایی با ساختار سنسورهای TDR و نحوه خواندن داده، نوبت به معرفی سنسورهای PTC و NTC می رسد. قسمت بعد مربوط به این موضوع است.

سنسور PTC تعریف و کاربرد

همانطور که پیشتر گفته شد، سنسورهای TDR به دو زیر مجموعه سنسور PTC و NTC تقسیم بندی می گردند. سنسورهای PTC سنسورهای مثبت و سنسورهای NTC از نوع سنسورهای منفی هستند. سنسورهای PTC، سنسورهایی هستند که افزایش دما سبب افزایش میزان مقاومت آن ها خواهد شد. بدین ترتیب هرگاه که میزان مقاومت این سنسور در  لحظه T0 کمتر از مقاومت آن در T1 باشد، می توانیم افزایش دما را تجربه نماییم. سنسور PTC دارای یک جدول مشخصه برای نمایش دما نسبت به مقاومت های مختلف است. این جدول به شکل زیر دیده می شود.

این سنسور دارای یک نمودار به شکل تابع نمایی است. در حقیقت نمودار رفتار این سنسور نسبت به دماهای مختلف را می توان در شکل یک تابع نمایی مشاهده نمود. تصویر زیر این نمودار را نمایش می دهد.

همین طور که در این قسمت گفته شد، سنسور PTC یک سنسور مثبت بوده، چراکه با افزایش دما میزان مقاومت آن افزایش می یابد. از این سنسور در کاربری های مختلف استفاده می گردد. به عنوان مثال از این سنسور در فعال سازی رله های خودرو استفاده می شود. در حقیقت عبارت مقاومت فن در خودروهای مختلف مانند ۴۰۵، ۲۰۶ و…، بیانگر همین سنسور PTC است. اما سنسور NTC هم بسیار کاربردی بوده و در خودرو هم باز مورد استفاده قرار می گیرد. قسمت بعد را به این سنسور اختصاص می دهیم.

سنسور NTC

در قسمت قبل سنسور PTC، تعریف و ساختار آن را مورد بررسی قرار دادیم. در این قسمت اما قصد داریم تا به بررسی سنسور PTC بپردازیم. سنسور NTC بر خلاف سنسور PTC دارای عملکردی مخالف با تغییرات دمایی دارد. به عبارت دیگر  این سنسور با افزایش دما، از میزان مقاومت خود می کاهد. به طور مشابه، با کاهش دما نیز اندازه مقاومت افزایش خواهد یافت. جدول مشخصه این سنسور دقیقا مشابه سنسور PTC است. سنسور NTC می تواند دماهای منفی محیط را نیز اندازه گیری کند. برای این سنسور هم همانند سنسور PTC، نمودار رفتاری وجود دارد. این نمودار نیز به صورت نمایی بوده و به شکل زیر ترسیم می گردد.

سنسور دمای NTC در بسیاری از پروژه ها، مخصوصا پروژه های مخصوص اندازه گیری دمای آب کاربردی است. به عنوان مثال از این سنسور در پکیج های دیواری استفاده می گردد. از طرف دیگر این سنسور در خودروها، جهت اندازه گیری دمای آب و ارسال آن به ECU مورد استفاده قرار می گیرد. بدین ترتیب کامپیوتر مرکزی خودرو می تواند کنترل دمای آب خودرو را به صورت هوشمند در دست بگیرد.

لوازم مورد نیاز

انواع برد آردوینو

انواع برد ESP

سنسور NTC

جمع بندی

سنسورهای TDR از مهم ترین سنسورهای دما در پروژه های مختلف به شمار می روند. به کمک این سنسورها می توان دمای پارامترهای مختلف نظیر هوا، آب و…. را اندازه گیری نمود. در این آموزش به بررسی سنسورهای TDR در پروژه های مختلف پرداختیم. این سنسورها که به دو دسته NTC و PTC تقسیم می گردند، در خودروها، سیستم های پکیج دیواری، ترموستات ها و…. مورد استفاده قرار می گیرند. این آموزش را به شرح اسن نسورها، تعاریف، جداول هریک از PTC و NTC اختصاص دادیم. به کمک هر یک از این سنسورها می توان در پروژه های مختلف، کمیت فیزیکی دما را اندازه گیری کرده و در مواقع مناسب اعمال مناسب صورت پذیرد.

چنانچه در مراحل راه اندازی و انجام این پروژه با مشکل مواجه شدید، بدون هیچ نگرانی در انتهای همین پست، به صورت ثبت نظر سوالتان را مطرح کنید. من در سریع‌ترین زمان ممکن پاسخ رفع مشکل شما را خواهم داد. همچنین اگر ایرادی در کدها و یا مراحل اجرایی وجود دارند می‌توانید از همین طریق اطلاع رسانی کنید.