Tesmistor: كل ما تحتاج إلى معرفته لقياس درجة الحرارة في مشاريعك

تناولت مقالات أخرى تحليل أنواع مختلفة من مجسات الحرارة. ومن بين العناصر أو الأجهزة التي يمكن استخدامها لقياس درجة الحرارة، الثرمستور ( المقاوم الحساس للحرارة). وكما يوحي اسمه، فهو يعتمد على مادة تتغير مقاومتها الكهربائية تبعًا لدرجة الحرارة التي تتعرض لها.

بهذه الطريقة، وباستخدام معادلة بسيطة، ومعرفة الجهد والتيار المطبقين، يمكن تحليل المقاومة لتحديد درجة الحرارة وفقًا لمقياسها. ولكن استخدامها لا يقتصر على كونها مستشعرًا لدرجة الحرارة فحسب، بل يمكن استخدامها أيضًا لتغيير خصائص معينة للدائرة بناءً على درجة الحرارة، وكعنصر حماية ضد التيار الزائد، وما إلى ذلك.

يعتمد نوع المستشعر الذي تختاره لمشروعك على احتياجاتك الخاصة. إليك بعض المقالات الأخرى التي قد تهمك حول مستشعرات درجة الحرارة:

• LM35: مستشعر درجة الحرارة والرطوبة.
• DS18B20: مستشعر درجة حرارة السوائل.
• DHT22: دقة استشعار درجة الحرارة والرطوبة.
• DHT11: رخيصة استشعار درجة الحرارة والرطوبة.

مقدمة عن الثرمستور

تتوفر في السوق تشكيلة واسعة من الثرمستورات ، بأغلفة وأنواع مختلفة. جميعها تعمل وفق المبدأ نفسه: تتغير مادة أشباه الموصلات فيها (أكسيد النيكل، أكسيد الكوبالت، أكسيد الحديديك، إلخ) بتغير درجة الحرارة، مما يؤدي إلى تغيير مقاومتها الداخلية.

نوع

من بين أنواع الثرمستورات، يمكننا تسليط الضوء على مجموعتين:

• NTC (معامل درجة الحرارة السلبية) الثرمستور: هذه الثرمستورات ذات معامل درجة الحرارة السالب ، مع زيادة درجة الحرارة ، يزداد أيضًا تركيز حاملات الشحنة ، وبالتالي تقل مقاومتها. هذا يجعلها عملية بحيث يمكن استخدامها على النحو التالي:
  • مستشعرات درجة الحرارة الشائعة جدًا في العديد من الدوائر مثل كاشف مقاومة درجات الحرارة المنخفضة ، في قطاع السيارات للقياسات على المحركات ، في منظمات الحرارة الرقمية ، إلخ.
  • بدء المحدد الحالي ، عند استخدام مادة ذات مقاومة أولية عالية. عندما يمر التيار من خلالها عند تشغيل الدائرة ، يسخن هذا الجهاز بسبب المقاومة التي يقدمها ومع ارتفاع درجة الحرارة ، ستنخفض المقاومة تدريجياً. هذا يمنع تدفق التيار إلى الدائرة من أن يكون مرتفعًا جدًا في البداية.
• معامل درجة الحرارة الإيجابية (PTC): هم ثرمستورات أخرى ذات معامل درجة حرارة موجب ، مع تركيزات عالية جدًا من الإشباع والتي تعطيها تأثيرًا معاكسًا على NTCs. أي ، بدلاً من خفض المقاومة مع زيادة درجة الحرارة ، يحدث التأثير المعاكس فيها. لهذا السبب ، يمكن استخدامها كصمامات لحماية دوائر التيار الزائد ، وكمؤقت لإزالة مغناطيسية شاشات CRT أو أنبوب أشعة الكاثود ، لتنظيم تيار المحركات ، إلخ.

يجب عدم الخلط بين الثرمستورات وأجهزة قياس درجة الحرارة المقاومة (RTDs) ، إذ على عكس أجهزة RTDs، لا تتغير مقاومة الثرمستورات بشكل خطي تقريبًا. تُعد أجهزة RTDs نوعًا من مقاييس الحرارة المقاومة التي تقيس درجة الحرارة بناءً على تغير مقاومة الموصل. عند تسخين المعدن في أجهزة RTDs (النحاس، النيكل، البلاتين، إلخ)، يتعرض لاضطراب حراري أكبر، مما يؤدي إلى تشتيت الإلكترونات وتقليل متوسط ​​سرعتها (زيادة المقاومة). لذلك، تؤدي درجات الحرارة المرتفعة إلى مقاومة أعلى، كما هو الحال مع الثرمستورات ذات معامل درجة الحرارة السالب (NTC).

تعد كل من RTDs و NTCs و PTCs شائعة جدًا ، وخاصة NTCs. والسبب هو أنه يمكنهم أداء دورهم باستخدام ملف حجم صغير جدا وسعر رخيص جدا. يمكنك الحصول على الثرمستورات NTC مثل MF52 الشهير بسعر زهيد في متاجر مثل Amazon ، تمامًا مثل لا توجد منتجات، وكذلك في متاجر الإلكترونيات المتخصصة الأخرى.

أما بالنسبة لتوزيع الأطراف ، فهو يحتوي على طرفين فقط، مثل المقاومات القياسية. يتم توصيله بنفس طريقة توصيل أي مقاومة أخرى، إلا أن قيمة المقاومة لن تبقى ثابتة، كما تعلم على الأرجح. لمزيد من المعلومات حول نطاقات درجات الحرارة المقبولة، وأقصى جهد كهربائي، وما إلى ذلك، يمكنك الرجوع إلى ورقة بيانات المكون الذي اشتريته.

التكامل مع اردوينو

لدمج الثرمستور مع لوحة أردوينو ، فإن عملية التوصيل في غاية البساطة. كل ما عليك فعله هو تكييف النظرية والحسابات مع الكود الذي تُنشئه في بيئة تطوير أردوينو. في مثالنا، افترضنا استخدام ثرمستور NTC، وتحديدًا طراز MF52. إذا كنت تستخدم طرازًا مختلفًا، فيجب عليك تعديل القيم A وB وC وفقًا لمعادلة شتاينهارت-هارت.

حيث T هي درجة الحرارة المقاسة ، و T0 هي قيمة درجة الحرارة المحيطة (يمكنك معايرتها كما تشاء، على سبيل المثال 25 درجة مئوية)، و R0 هي قيمة مقاومة الثرمستور NTC (في حالتنا هي تلك المقدمة من ورقة بيانات MF52، ويجب عدم الخلط بينها وبين المقاومة الإضافية التي أضفتها إلى الدائرة)، ويمكن العثور على المعامل B أو Beta في الورقة الفنية للشركة المصنعة.

وبالتالي ، سيبدو الكود على النحو التالي :

#include <math.h>
 
const int Rc = 10000; //Valor de la resistencia del termistor MF52
const int Vcc = 5;
const int SensorPIN = A0;

//Valores calculados para este modelo con Steinhart-Hart
float A = 1.11492089e-3;
float B = 2.372075385e-4;
float C = 6.954079529e-8;
 
float K = 2.5; //Factor de disipacion en mW/C
 
void setup()
{
  Serial.begin(9600);
}
 
void loop() 
{
  float raw = analogRead(SensorPIN);
  float V =  raw / 1024 * Vcc;
 
  float R = (Rc * V ) / (Vcc - V);
  
 
  float logR  = log(R);
  float R_th = 1.0 / (A + B * logR + C * logR * logR * logR );
 
  float kelvin = R_th - V*V/(K * R)*1000;
  float celsius = kelvin - 273.15;
 
  Serial.print("Temperatura = ");
  Serial.print(celsius);
  Serial.print("ºC\n");
  delay(3000);
}

آمل أن يكون هذا البرنامج التعليمي قد ساعدك ...