ما هو كاشف درجة الحرارة بالمقاومة
يقيس كاشف درجة الحرارة بالمقاومة درجة الحرارة من تغيّر المقاومة الكهربائية لعنصر الحسّ. والعبارة تصف مكوّن الكشف لا الجهاز الكامل، وهذا هو الفصل العملي: فما يُورَّد تحت هذا الاسم هو العنصر مع حمايته المباشرة وأسلاك توصيله، لا تجميعًا مركَّبًا فيه وصلية عملية برغية ورأس وكتلة أطراف.
وهذا يجعله الشراء الصحيح في حالتين. الأولى حيث يكون للمشتري غلافه الخاص: جسم بلاستيك حقن، أو لوحة دوائر مطبوعة، أو كتلة فلزية مشغَّلة، أو جسم مجس من تصميمه. والثانية حيث يُشترى عنصر الحسّ ليُدخَل في شيء آخر، أو ليُستبدَل داخل جهاز صُمّم حول مكوّن بأسلاك، ويكون التجميع الكامل بوصلية عملية خطأ في الشكل وخطأ في الكلفة.
تحت العنوان نفسه عائلتان. فالعناصر الفلزية، والبلاتين اختيارها المعتاد، وPt100 وPt1000 تسميتاهما المألوفتان، مقاومتها ترتفع مع السخونة وتتّبع منحنى منشورًا يسير عليه عنصر كما يسير عنصر آخر. أما المقاومة الحراريةات أشباه الموصلات، لا سيّما النوع ذي المعامل السالب، فمقاومتها تنخفض مع السخونة وتتغيّر أشدّ تغيّرًا داخل امتداد ضيّق. وكلاهما كاشف درجة حرارة بالمقاومة بالمعنى الحرفي، وكلاهما يُورَّد مكوّنًا بأسلاك، لكنهما لا يتبادَلان في دائرة.
والفرق مهمّ تجاريًا. فمن يحتاج قراءة تثبت اتّفاقها بين الأجهزة ويمكن التحقق منها لاحقًا يشتري عنصر بلاتين ويدفع ثمن منحنَاه. ومن يحتاج تمييزًا دقيقًا داخل امتداد ضيّق، في منظّم حرارة أو حزمة بطاريات أو جهاز منزلي، يشتري المقاومة الحرارية ويدفع جزءًا يسيرًا من ثمنه. وبيع أحدهما مكان الآخر هو الموضع الذي تخطئ فيه الهندسة.
كيفية قياس كاشف درجة الحرارة بالمقاومة
تتغيّر المقاومة مع درجة الحرارة لأن سلوك المادة الكهربائي يتغيّر. ففي الفلز تُشتّت الشبكة البلورية حاملات الشحنة أكثر كلما اهتزّت أشدّ، فترتفع المقاومة مع الحرارة ارتفاعًا قريب من الخطية داخل امتداد معتدل ويحكمه معامل واحد، نحو 0,00385 لكل درجة لدى البلاتين. وفي المقاومة الحرارية أشباه الموصلات يتغيّر عدد حاملات الشحنة المتاحة مع الحرارة، ولدى النوع ذا المعامل السالب يغلب ذلك الأثر فتنخفض المقاومة انخفاضًا شديدًا: فالتغيّر لكل درجة عند حرارة الغرفة أضعاف ما هو لدى عنصر بلاتين.
والحدّة هي المقايضة. فالمنحنى الشديد يميّز مقدارًا صغيرًا من درجة الحرارة بسهولة، ولهذا يلائم المقاومة الحرارية منظّم حرارة يجب أن يمسك نطاقًا ضيّقًا من غير محوّل غالي. والحدّة نفسها تجعل المنحنى غير خطي بشدّة عبر امتداد واسع، فلا بدّ من تحويل القراءة إلى خطية مقابل العنصر نفسه لا مقابل منحنى معياري منشور. وعنصر البلاتين ألين سلوكًا وأنتظم، وهذا ما يجعل منحنَاه معياريًا وقراءاته قابلة للمقارنة بين الأجهزة وعبر السنين.
ومقاومة التمديد هي الخطأ الذي يُوقع الناس في المحظور، وهذا هو السبب في وجود اصطلاح التوصيل. ففي وصلة السلكين تُضاف مقاومة أسلاك النحاس إلى مقاومة العنصر وتظهر إزاحة حرارة لا تستطيع دائرة القراءة أن تميّزها من القياس. وتُلغي وصلة الأسلاك الثلاثة أثر الأسلاك المتساوية، ولهذا كانت الحلّ المعتاد. أما وصلة الأربعة أسلاك فتُخرج مقاومة التمديد من القياس كله تقريبًا. والاختيار هنا قرار قياس، ويُتَّخذ مع العنصر لا بعده.
والتسخين الذاتي هو الخطأ الآخر. فأي تيار إثارة يُبدِّد قدرة في العنصر، والارتفاع الناتج في الحرارة يعتمد على سرعة خروج الحرارة عبر جسم العنصر وعبر ما يركَّب عليه. وعنصر صغير في هواء راكد يسخن أكثر من مثيله في سائل متحرّك، فجواز تيار الإثارة يعتمد على التركيب لا على العنصر وحده. ولهذا أيضًا يكون ثابت التبدّد، حيث يُنشر، بيانًا عن شرط معيَّن لا صفة عامّة.
خيارات التكوين
معظم المواصفات تُحدد بهذه القرارات، لا بفئة الدقة. وكل قرار يقيد ما يليه، ولذلك تُحسم بالترتيب.
| القرار | الخيارات المطلوب حسمها | ما الذي يحسمه فعليًا |
| مادة العنصر | بلاتين، أو نيكل، أو نحاس، أو المقاومة الحرارية من أشباه الموصلات بمعامل سالب أو موجب | شكل منحنى المقاومة مقابل درجة الحرارة، وهل هو معياري، وبالتالي هل تستطيع آلة أخرى إعادة القراءة نفسها أو التحقق منها مقابل مرجع. |
| المقاومة الاسمية | 100 Ω، و1000 Ω وغيرها للبلاتين؛ وبضعة آلاف Ω عند درجة الحرارة المرجعية للالمقاومة الحرارية | المقاومة التي يجب أن تميّزها دائرة القراءة، وتيار الإثارة الذي يمكن أن تستعمله. فعنصر 1000 Ω يعطي بالتيار نفسه إشارة تضاعف إشارة عنصر 100 Ω أربع مرات، وهو ما يهمّ حين تكون مقاومة التمديد معتبرة. |
| فئة التفاوت | فئة أو درجة تُعرِّف الانحراف المسموح به عند الدرجة المرجعية وعبر المدى | كم يجوز أن يبتعد العنصر عن المنحنى المعياري. فعنصران من الفئة نفسها يتقاربان كثيرًا، وبلا فئة معلنة لا يتّفق عنصران إلّا قرب الدرجة المرجعية. |
| عدد الموصلات | سلكان، أو ثلاثة، أو أربعة؛ وحيث يكون العنصر المقاومة الحرارية فسلكان في الغالب الأعمّ | كم يبقى من مقاومة التمديد داخل القراءة. وهذا هو القرار الذي يفصل أكثر من غيره بين قراءة تثبت عبر مسار طويل وأخرى تسقط من غير أن تُشعر. |
| بناء العنصر | سلك ملفوف على دعامة، أو طبقة رقيقة على ركيزة، أو حبّة مصبوبَة أو مغلَّفة بالزجاج | احتمال الاهتزاز، وسرعة استجابة العنصر، والحجم الذي يمكن عنده تصنيعه، وكم يصمد من دقة التجميع في الخدمة. |
| الحماية والأسلاك | عنصر مجرَّد، أو تغليف بالزجاج أو الراتنج، أو أنبوب فلزي، مع مادة عزل أسلاك التمديد وطولها | ما الذي ينجو منه العنصر في الخدمة وكيف يوضع في غلاف المشتري الخاص. ودرجة حرارة عزل الأسلاك حدّ مستقلّ عن مدى العنصر، وهي في الغالب أول ما يُبلَغ. |
كيفية اختيار كاشف درجة الحرارة بالمقاومة
| العامل | كيف تحسمه | لماذا يحسم النتيجة |
| هل يجب أن تتّفق القراءة بين الأجهزة | اسأل هل ستُقارَن نقطتان، وهل ستُعاد القراءة لاحقًا، وهل ستُدقَّق القيمة. | هذا هو السؤال الذي يفصل بين العائلتين. فالمنحنى المعياري هو الذي يجعل الاتفاق ممكنًا، والمقاومة الحرارية لا يملك منحنى بتفاوت مفيد. |
| الامتداد المطلوب تغطيته | خُذ مدى التشغيل والتجاوزات، ثم قارنها بخطية المنحنى المتاح. | فعنصر البلاتين يغطي امتدادًا واسعًا بمنحنى لين. والمقاومة الحرارية يميّز بدقة داخل نافذة ضيّقة ثم يكفّ عن أن يكون عمليًا، لأن تغيّر المقاومة لكل درجة ينهار عند طرفَي مداه. |
| القدرة على التمييز المطلوبة فعلًا | اذكر أصغر تغيّر في درجة الحرارة يجب أن يُظهره التطبيق، لا أصغر تغيّر تستطيع الآلة عرضه. | فالقدرة على التمييز تُشترى بالإشارة وبجودة المحوّل. وحيث يكون المطلوب خشنًا كفى عنصر بلاتين ومحوّل متواضع، وحيث يكون دقيقًا داخل نطاق ضيّق كانت المقاومة الحرارية طريقًا أرخص إلى النتيجة نفسها. |
| المسافة إلى دائرة القراءة | قِس طول المسار وحدّد عدد الموصلات قبل طلب العنصر. | فمقاومة التمديد تُضاف إلى القياس في دائرة السلكين ولا تُلغى إلّا بموصلات أكثر. وقرار التوصيل يُتَّخذ مرة واحدة عند العنصر، ولا يُستَرَدّ لاحقًا ببرنامج. |
| تيار الإثارة المتاح | بيّن كم تيارًا تستطيع دائرة القراءة أن تعطي، وما القدرة التي يُبدّدها ذلك في العنصر. | فالقليل من التيار يُضيع الإشارة في الضجيج، والكثير يُسخّن العنصر حتى يخطئ القراءة. والعنصر منخفض المقاومة أسمح الاثنين، وهذا أحد أسباب شيوع عناصر البلاتين 1000 Ω. |
| كيف يركَّب العنصر | قرّر هل يُغمر في راتنج، أو يُثبَّت بربط، أو يُدخَل في جيب مشغَّل، أو يُضغَط ملاصقًا لسطح. | فالطريق الحراري من العنصر إلى المقياس جزء من القياس. وعنصر بتفاوت ممتاز ومسار حراري رديء يعطي قراءةً لبيئته هو. |
| الشهادة والتتبع | اذكر هل تُطلب شهادة، وما الذي يجب أن تنصّ عليه. | وهذا في العنصر ذي الأسلاك شراء مستقلّ في معظم الحالات، ولا بدّ من ترتيبه مع العنصر لا إضافته لاحقًا، لأنه يتعلّق بالقطعة المعيَّنة المورَّدة. |
البدائل الأقرب
هذه هي الأنواع التي ينصرف إليها عادة طلب الاستفسار عن كاشف درجة الحرارة بالمقاومة، والنقطة التي يُحسم عندها الاختيار فعلًا.
| أقرب بديل | ما الذي يفصله عن عنصر الكاشف المقاوم |
| حسّاسات درجة الحرارة RTD | مبدأ القياس نفسه مورَّدًا تجميعًا كاملًا: عنصر في غلاف، بوصلية عملية ورأس توصيل. وحيث المطلوب مجس مركَّب قابل للتوصيل لا مكوّن، فالتجميع هو المواصفة الأكمل وهذه الصفحة هي الموضع الخطأ. |
| الأزواج الحرارية | تولّد جهدًا بدل أن تغيّر مقاومة، فلا تحتاج تيار إثارة، وتستجيب بسرعة، وتتحمل درجات حرارة أعلى. وما تتنازل عنه هو الاتّساق بين الأجهزة الذي يؤمّنه منحنى مقاومة معياري. |
| مرسلات درجة الحرارة | يقرأ العنصر ويحوّله إلى خرج حلقي، ولا يقيس بنفسه شيئًا. وحيث يُورَّد العنصر مكوّنًا يُركَّب المُرسل بعيدًا عنه لا في رأس. |
| متحكّمات درجة الحرارة | يقرأ العنصر ويقود سخّانًا أو مبرّدًا نحو القيمة المطلوبة. وهو الموضع الذي ينتهي إليه العنصر ذو الأسلاك أكثر من غيره، وهو الذي يجب إعداده على منحنى العنصر وعدد موصلاته. |
| مقاييس الحرارة الرقمية | محمال كامل، فيه شاشته وبطاريته، معدّ للفحوص اللحظية. وفيه عنصر من نوع ما، لكنه ليس بديلًا منه لأنه لا يُدخَل في جهاز آخر ولا يُترَك في عملية. |
العائلتان تتقاسمان الاسم ولا شيء يُذكر غيره. فاحسم أولًا هل يجب أن تكون القراءة قابلة لإعادة الإنتاج بين الأجهزة، ثم اختر العنصر، ثم اختر عدد الموصلات.
ما يجب تضمينه في الاستفسار
يمكن أن يكون الرد الأول عرض سعر بدل مجموعة من الأسئلة إذا كان الاستفسار يتضمن هذه المعلومات. وعندما لا يكون الرقم معروفًا، أرسل وصف الوظيفة وسنؤكّد ما يترتب عليه.
- عائلة العنصر، أو سلوك القراءة المطلوب إن كانت العائلة مفتوحة
- المقاومة الاسمية عند درجة الحرارة المرجعية
- فئة التفاوت أو درجته، والمعيار الذي تُذكر بالنسبة إليه
- مدى درجات الحرارة والتغيّر المتوقع لكل درجة
- عدد الموصلات التي تحتاجها دائرة القراءة
- بناء العنصر والأبعاد المتاحة عند نقطة التركيب
- التغليف، ومادة الأنبوب، وكيف سيُركَّب العنصر
- طول أسلاك التمديد، ومادة عزلها، ودرجة حرارتها
- هل تُطلب شهادة أو معايرة قابلة للتتبع
- الكمية، وميناء الوصول، وتاريخ التسليم المطلوب