برق. قدرت. کنترل. الکترونیک. مخابرات. تاسیسات.

دایره المعارف تاسیسات برق (اطلاعات عمومی برق)

به نام خدا

سنسورهای نیمه هادی ویسکوزیته صوتی: آینده مانیتورینگ کیفیت روغن

 

 

علاوه بر مقدار استاندارد 512 s-1 برش ( Standard Shear Rate) – میزان برش روغن همان مقدار تغییرات سرعت روغن یا گرادیان سرعت روغن بین دو سطح همجوار است – ویسکوزیته روغن در هر چهار دمای داده شده در مقادیر برش  1000 s-1، 3000 s-1، 10,000 s-1 نیز اندازه گیری شد. لذا هر نمونه روغن اکنون یک مقدار ویسکوزیته اندازه گیری شده در دما و مقداربرش مشخص دارد. سرانجام از این مقادیر بعنوان مرجع برای مقایسه با مقادیری که از ویسکومیتر ابداعی بدست میآید، استفاده میشود.

 

ارتباط AV و DV

 

اطلاعات مربوط به ویسکوزیته همه روغن های مصنوعی شناخته شده Mobil در شکل دو ارائه شده است. در قدم بعدی، این اطلاعات به دو گروه Mobil SHC 639  و سایر روغنها تقسیم شدند. اگر تنها از یک منحنی برای تطبیق همه روغنهای تحت آزمایش استفاده کنیم، ضریب همبستگی مساوی 0.9249 و دقت آن 99% بدست خواهد آمد (شکلهای سه و چهار).  

 

figure

شکل دو: ارتباط بین ویسکوزیته و ویسکوزیته صوتی در روغنهای ترکیبی (مصنوعی) که در دماهای متفاوت با نرخ برشی به میزان 512 اندازه گیری شده است. خط توپُر این ارتباط را بین ویسکومیتر آزمایشگاه و سنسور ویسمارت نشان میدهد در حالیکه نقاط آبی رنگ دیتای واقعی را نشان میدهند.

 

figure

شکل سه: همان ارتباط در روغن ترکیبی موبیل SHC 639. شرایط اندازه گیریها مشابه شکل دو است.

 

 

شکل چهار: ارتباط در روغن ترکیبی موبیل (بجز SHC 639). شرایط اندازه گیری مشابه شکل دو می باشد.

 

این نکته حائز اهمییت است که شکل سه، تابع همبستگی را برای یک روغن تکی نسبت به میزان ویسکوزیته اندازه گیری شده توسط سنسور با دقت 99% نشان میدهد.

 

تمام این ضرایب همبستگی به فرم معادله چهار هستند، که در آن X ویسکوزیته صوتی (AVY ویسکوزیته دینامیک (DV) و A و B پارامترهایی وابسته به نوع روغن هستند:

 

معادله چهار                                                   X=AYB

 

در این روش تابع همبستگی بصورت تابعی ساده بدست میآید.

 

مطالعه رئولوژی : جبران میزان برش روغن

 

شکل پنج ویسکوزیته دینامیکی (DV) را در دما و برشهای متفاوت برای یک روغن انتخابی نشان میدهد. وقتی میزان برش کمتر از 1000 s-1 است، ویسکوزیته وابستگی جدی به میزان برش را نشان نمی دهد. در 2000 s-1 ویسکوزیته دارای مقدار حداکثری (پیک) است که توسط ارتعاش مکانیکی ویسکومیتر ایجاد شده است. در مقادیر برش بالاتر از 3000 s-1 ویسکوزیته با میزان برش کاهش میآبد. این مسئله ممکن است در وهله اول بعنوان نازکی برش یا Shear Thinning بنظر برسد، اما در واقع این پدیده "گرمایش ویسکوز سیال" (ناشی از خود گرمایشی) است. میزان برش بالا مقدار زیادی گرما تولید و روغن را گرم می کند. ما میدانیم که نتیجه تغییر ویسکوزیتی بدلیل تغییر دماست و نه میزان برش زیرا:

 

شکل پنج: نمودار ویسکوزیته دینامیکی در برابر میزان برش. این شکل ارتعاش مکانیکی در برش 2000 s-1 را بوضوح نشان میدهد. همچنین اتلاف گرمایش قابل توجهی بعلت اصطکاک داخلی در برش بیش از 1000 s-1 قابل مشاهده است

 

 

  1. شیب میزان برش در دمای 30 درجه زیاد، در 40 و 60 درجه سانتیگراد کمتر و در 100 درجه تقریباً صاف است. اگر این مسئله بدلیل نازکی برش پدید آمده بود باید در تمام دماها دیده میشد. چونکه حرارت ویسکوزکنندگی (توان) متناسب با ویسکوزیته است، اثر گرمایش ویسکوز در دمای 100 درجه – جاییکه ویسکوزیته حداقل است – بسیار ضعیف است.
  2. اتلاف گرمای تابشی با اختلاف دما افزایش میآبد، بنابراین گرما در 100 °C  بسیار سریعتر به محیط انتشار میآبد.
  3. اغلب روغنها هادی خوبی برای گرما نیستند لذا گرادیان گرمایی بین حجم روغن و لایه مرزی در میسکومیتر بوجود خواهد آمد که میزان دما در مرز بخوبی قابل کنترل است.

 

این موارد باعث پیچیده تر شدن مشکل شده و بطور کلی دمای واقعی روغن در ویسکومیتر را بیش از دمای تنظیم شده میسازد. دمای ویسکوز کننده (H) برای ویسکومیتر مخروطی و مسطح را با کمک معادله پنج می توان محاسبه کرد:

 

معادله پنج                                                        equation

 

که در آن τ تنش برشی بر حسب پوند بر اینچ مربع، y میزان برش بر حسب sec-1 ، n ویسکوزیته دینامیکی بر حسب سانتی پوز، ω سرعت زاویه ای بر حسب رادیان بر ثانیه، R قطر خارجی مخروط بر حسب اینچ و α زاویه بین مخروط و صفحه بر حسب رادیان است.

 

گرمای تولیدی در مقادیر برش بالا میتواند خیلی زیاد باشد لذا گرما با مجذور سرعت زاویه ای متناسب شده است.

 

بطور خلاصه

 

توابع همبستگی که دیتای سنسور ساخته شده را به دیتای بدست آمده توسط رئومیتر ASTM در آزمایشگاه مربوط میسازد در این تحقیق بسط داده شد بطوریکه یک سنسور برش کم توانست دیتای ویسکوزیته را مشابه با مقدار بدست آمده در آزمایشگاه ایجاد کند.

 

در این تحقیق همچنین تابع درون یاب بین KV و دما برحسب درجه کلوین در برشهای متفاوت محاسبه شد و با مقدار اندازه گیری شده توسط سنسور مقایسه گردید.  همچنین مرجعی برای ویسکوزیته روغن تخمین زده شد تا در برش و دمای مفروض درون یابی شود. سرانجام اینکه برای هر روغن، یک جفت تابع

همبستگی جهت تبدیل مقدار اندازه گیری شده AV و درون یابی شده  KV مورد ارزیابی قرار گرفت و ضریب همبستگی R2 برای روغنهای مجزا و گروهی تعیین شد. 

  

به نام خدا

سنسورهای حرارتی- بخش نخست

مقدمه

در پروسه کنترل، ثبت، اندازه گیری، و نمایش حرارت یک سیستم یا شئ اختلاف بسیاری زیادی بین مفاهیم "سنسور حرارت" و "اندازه گیری حرارت" وجود دارد. یک دماسنج جیوه ای معمولی می تواند به آسانی برای اندازه گیری دمای اتاق، یک مایع و ... مورد استفاده قرار گیرد، در حالیکه از آن نمی توان برای ثبت و کنترل دمای محیط یا شئ مورد اندازه گیری استفاده نمود. متقابلاً یک سنسور گرما نمی تواند برای نشان دادن دمای محیطی که در آن قرار گرفته شده است بتنهایی مورد استفاده قرار گیرد. سنسورهای حرارت را میتوان بطور کلی به دو گروه تماسی و غیر تماسی تقسیم کرد.

سنسور تماسی یا Contact Sensor برای اندازه گیری دمای محیط در واقع دمای خودش را را اندازه گیری می کند. با تماس این سنسور به شئ تحت کنترل یا قرار گرفتن آن در محیط تحت اندازه گیری، تعادل گرمایی بین سنسور و محیط ایجاد میشود. در این حالت جریان گرما یا Heat Flow بین محیط و سنسور وجود ندارد.

 

شکل یک - انواع سنسورهای حرارتی نیمه هادی

در سنسورهای حرارتی غیر تماسی آنچه سنجیده می شود توان حرارتی مادون قرمز یا نوری متصاعد شده ای است که از یک سطح ( یا جسم) با مساحت (یا حجم) مشخص یا قابل محاسبه دریافت می گردد.

علاوه بر این، روشهای پیشرفته ترموگرافی با تصویر برداری از اجسام و تجزیه و تحلیل تصاویر دریافتی که قادر به اندازه گیری دقیق دمای اجزای مختلف جسم است نیز در زمره سنسورهای حرارتی غیر تماسی قرار میگیرد.

شکل دو - ترمومتر لیزری دمای جسم هدف را بطور غیر تماسی اندازه گیری میکند

شکل سه - انواع دوربینهای ترموگرافی (در مدلهای پیشرفته تر می توان با تعویض لنز طیف دمای مورد نظر را ثبت و پردازش کرد)

سنسورهای حرارتی تماسی تنوع و فراوانی بسیار بیشتری نسبت به نوع غیر تماسی دارند. این سنسورها شامل: انواع ترموکوپلها TC، مقاومتهای RTD و PRT، ترمیستورها، بی متالها، ترمومترهای شیشه ای، ترمو ولها، و انواع نیمه هادی شامل دیود، ترانزیستور و آی سی های اندازه گیری و کنترل دما هستند.

علاوه بر موارد فوق می توان به میکرو ترموفیوزها و محافظهای حرارتی نیمه هادی نیز اشاره کرد. یک قطع کننده حرارتی از نوع ترموفیوز در بسیاری از مدارهای مجتمع مدرن، مادربوردها، و سیستمهای پیشرفته الکترونیکی باعث بالاتر رفتن حفاظت چیپها، CPU ها و سایر اجزای گران قیمت آنها در برابر دمای بالا میشود.

سنسورهای حرارتی فیلم ضخیم، Thermo MEMS یا سنسورهای میکروالکترومکانیکی حرارتی، و سنسورهای حرارتی پسیو موج سطحی  Surface Acoustic Waveیا بطور اختصار SAW سنسور، نیز از انواع سنسورهای تماسی بوده که امروزه کاربرد وسیعی در اندازه گیری و کنترل دمای پروسه دارند.

ترموسنسورهای غیر تماسی نیز شامل ترمومترهای IR (مادون قرمز) و لیزری، تصویربرداری حرارتی و انواع طیف سنجهای نوری است. در مطلبی تحت عنوان اندازه گیری دما به روش IR و پیشرفتهای صورت گرفته در این مورد قبلاً دو مطلب منتشر شد که برای خواندن آنها می توانید اینجا و اینجا را کلیک کنید.

بطور کلی این دسته از سنسورهای حرارتی بر مبنای قابلیت طیف منتشر شده اندازه گیری را صورت می دهند. هرچند هنوز بکارگیری این گروه از سنسورها در صنعت به فراگیری RTDها و ترموکوپلها نرسیده است اما کارآیی غیرقابل انکار آنها وقتی آشکار میشود که استفاده از انواع سنسورهای تماسی در محل مورد اندازه گیری عملاً غیرممکن میشود.

به عنوان مثال در صنایع ریخته گری فولاد، مس وسایر فلزات که با کوره های بزرگ مذاب سر و کار داریم، اگر چه استفاده از ترموکوپل بهمراه کابلهای ارتباطی دمای بالا امکان پذیر است، اما سرویس، نگهداری و تعمیرات چنین سیستم کنترلی عملاً و در شرایط بهره برداری ناممکن می نماید.

در سلسله مطالبی تحت عنوان سنسورهای حرارتی قصد آن دارم تا با معرفی انواع سنسورهای حرارتی به مطالعه ساختار آنها و بررسی سیستمهای مرتبط با آنها بپردازم.

صفحات جانبی

نظرسنجی

    لطفاً نظرات خود را درمورد وبلاگ با اینجانب در میان بگذارید.(iman.sariri@yahoo.com)نتایج تاکنون15000مفید و 125غیرمفید. با سپاس


  • آخرین پستها

آمار وبلاگ

  • کل بازدید :
  • تعداد نویسندگان :
  • تعداد کل پست ها :
  • آخرین بازدید :
  • آخرین بروز رسانی :