قياس درجة الحرارة بدقة مع Arduino باستخدام مستشعر MAX6675 Thermocouple K وتعويض الوصلة الباردة باستخدام SPI

يعد القياس الدقيق لدرجة الحرارة أمرًا ضروريًا في العديد من التطبيقات، بدءًا من الصناعة وحتى التشغيل الآلي للمنزل. في هذه المقالة، سوف نستكشف كيفية استخدام حساس K المزدوج الحراري MAX6675 مع Arduino للحصول على قياسات دقيقة لدرجة الحرارة. بالإضافة إلى ذلك، سوف نتعلم كيفية تعويض الوصلة الباردة باستخدام واجهة اتصال SPI. إذا كنت مهتمًا بالتعمق في عالم قياس درجة الحرارة الرائع باستخدام Arduino، تابع القراءة!

طرق فعالة لقياس درجة الحرارة باستخدام المزدوجات الحرارية

يعد القياس الدقيق لدرجة الحرارة أمرًا ضروريًا في مجموعة واسعة من التطبيقات، بدءًا من الصناعة وحتى البحث العلمي. إحدى الطرق الأكثر استخدامًا وفعالية لقياس درجة الحرارة هي استخدام المزدوجات الحرارية.

المزدوج الحراري هو جهاز يولد فرق الجهد استجابة للتغيرات في درجة الحرارة. وهو مكون من معدنين مختلفين مرتبطين ببعضهما البعض في أحد الطرفين، يعرفان بوصلة القياس، ومتصلان بالفولتميتر في الطرف الآخر. عندما تتغير درجة الحرارة عند وصلة القياس، يتم إنتاج فرق جهد يتناسب مع درجة الحرارة.

هناك عدة طرق فعالة لقياس درجة الحرارة باستخدام المزدوجات الحرارية. وفيما يلي بعض من الأكثر شيوعا:

1. طريقة مقارنة الجهد: تتكون هذه الطريقة من مقارنة فرق الجهد الناتج عن المزدوجات الحرارية مع فرق الجهد الناتج عن مرجع درجة حرارة معروف. يتم استخدام الفولتميتر لقياس فرق الجهد ومن خلال الحسابات الرياضية يتم تحديد درجة الحرارة غير المعروفة.

2. طريقة تعويض درجة حرارة الغرفة: في هذه الطريقة، يتم استخدام مزدوجة حرارية ثانية متصلة بمرجع درجة حرارة معروف لقياس درجة الحرارة المحيطة. يتم استخدام فرق الجهد الناتج عن هذه المزدوجة الحرارية الثانية للتعويض عن التغيرات في درجة الحرارة المحيطة والحصول على قياس أكثر دقة لدرجة الحرارة عند تقاطع القياس.

3. طريقة معايرة النقطة الثابتة: تعتمد هذه الطريقة على المعايرة الحرارية باستخدام نقاط مرجعية ثابتة، مثل نقطة انصهار الجليد ونقطة غليان الماء. يتم إجراء القياسات في هذه النقاط المعروفة ويتم إنشاء معاملات التصحيح التي تسمح بتعديل القياسات في نطاقات درجات الحرارة الأخرى.

4. طريقة المعايرة بواسطة منحنى المعايرة: في هذه الطريقة، يتم إجراء سلسلة من القياسات عند درجات حرارة مختلفة باستخدام مقياس حرارة مرجعي ومزدوجة حرارية. يتم استخدام البيانات التي تم الحصول عليها لبناء منحنى المعايرة الذي يربط فرق الجهد الناتج عن المزدوجة الحرارية بدرجة الحرارة. يتم استخدام هذا المنحنى لاحقًا لتحويل قياسات فرق الجهد إلى قياسات درجة الحرارة.

كل ما تحتاج لمعرفته حول تشغيل وحدة MAX6675

وحدة MAX6675 عبارة عن جهاز إلكتروني يستخدم لقياس درجة الحرارة باستخدام مزدوج حراري من النوع K. ويستخدم على نطاق واسع في مشاريع الإلكترونيات والأتمتة لأنه يوفر دقة عالية وسهولة الاستخدام.

الميزات:
- دقة عالية: يمكن لوحدة MAX6675 قياس درجات الحرارة في نطاق من -200 درجة مئوية إلى +1.200 درجة مئوية بدقة ±2 درجة مئوية. وهذا يجعلها مثالية للتطبيقات التي تتطلب قياسات دقيقة.
- واجهة سبي: تتواصل الوحدة مع وحدة التحكم الدقيقة من خلال الواجهة الطرفية التسلسلية (SPI)، مما يجعل من السهل الاتصال والتكوين في مشاريع مختلفة.
- تعويض الوصلة الباردة: تم تصميم MAX6675 للتعويض عن درجة الحرارة المحيطة وفرق الجهد عند الوصلة الباردة للمزدوجة الحرارية، مما يحسن دقة القياس.
- استخدام طاقة منخفضة: تتميز هذه الوحدة باستهلاك منخفض للطاقة، مما يجعلها مناسبة للتطبيقات ذات الطاقة المحدودة.

الاتصال والتكوين:
تتصل وحدة MAX6675 بوحدة التحكم الدقيقة باستخدام أربعة دبابيس: SCK (الساعة التسلسلية)، وCS (تحديد الشريحة)، وMISO (المخرج الرئيسي للإدخال والإخراج)، وVCC (5 فولت). بالإضافة إلى ذلك، يجب توصيل المزدوج الحراري من النوع K بالمنافذ المقابلة للوحدة.

لتكوين الوحدة وإجراء القياسات، يجب اتباع الخطوات التالية:
1. قم بتهيئة اتصال SPI مع وحدة التحكم الدقيقة.
2. اضبط الوحدة على وضع القياس المستمر.
3. قراءة بيانات درجة الحرارة من MAX6675 عبر اتصال SPI.
4. إجراء الحسابات اللازمة للحصول على درجة الحرارة بالدرجة المئوية أو الفهرنهايت حسب احتياجات المشروع.

من المهم ملاحظة أن كل متحكم يمكن أن يكون له مكتبته الخاصة أو مكتبة للتفاعل مع وحدة MAX6675، مما يسهل تنفيذها على منصات مختلفة.

التطبيقات:
يتم استخدام وحدة MAX6675 في مجموعة واسعة من التطبيقات، مثل:
– التحكم في درجة الحرارة في أنظمة التكييف والتدفئة.
– مراقبة درجة الحرارة في أنظمة التبريد والتجميد.
– التحكم في درجة الحرارة في العمليات الصناعية.
– مراقبة درجة الحرارة في أنظمة الأمن والوقاية من الحرائق.

التشغيل التفصيلي لجهاز استشعار درجة الحرارة الحرارية

مستشعر درجة الحرارة المزدوج الحراري هو جهاز يستخدم لقياس درجة حرارة الجسم أو البيئة. يعتمد عملها على مبدأ الكهرباء الحرارية، الذي ينص على وجود علاقة بين درجة الحرارة وتوليد فرق الجهد الكهربائي في دائرة مغلقة مكونة من معدنين مختلفين.

عندما يتعرض أحد طرفي المزدوجة الحرارية لدرجة حرارة مختلفة عن الطرف الآخر، يحدث اختلاف في درجة الحرارة في الدائرة. ويولد هذا الاختلاف في درجة الحرارة فرق جهد كهربائي، يُعرف باسم القوة الدافعة الكهربائية (EMF)، والذي يمكن قياسه واستخدامه لتحديد درجة الحرارة.

مكونات جهاز استشعار درجة الحرارة الحرارية

يتكون مستشعر درجة الحرارة المزدوج الحراري من المكونات التالية:

1. أزواج معدنية: تتكون المزدوجة الحرارية من معدنين مختلفين مرتبطين معًا عند نقطة تعرف باسم تقاطع القياس. المعادن الأكثر استخدامًا هي الكروم والنيكل (كرومويل-ألوميل) والحديد كونستانتان. يحتوي كل زوج من المعادن على منحنى فريد من نوعه لدرجة الحرارة والجهد، مما يسمح بقياس نطاق واسع من درجات الحرارة.

2. كابلات التمديد: يتم توصيل أسلاك التمديد بنهايات المزدوجة الحرارية وتستخدم لنقل إشارة الجهد الناتجة عن المزدوجة الحرارية إلى جهاز قياس، مثل مقياس الحرارة أو مسجل البيانات. هذه الكابلات مصنوعة من نفس مادة المزدوجة الحرارية لتجنب ظهور وصلة إضافية قد تؤثر على دقة القياس.

3. Conector: الموصل هو نقطة الاتصال بين كابلات التمديد وجهاز القياس. وهو عادة ما يكون عبارة عن موصل من النوع المزدوج الحراري، والذي يسمح بالاتصال السهل والآمن.

4. الحماية: اعتمادًا على التطبيق، قد تتطلب المزدوجة الحرارية بعض الحماية الإضافية. على سبيل المثال، في البيئات العدوانية أو ذات الاهتزازات العالية، يمكن استخدام غلاف وقائي لحماية المزدوجة الحرارية من الأضرار الميكانيكية أو الكيميائية.

مبدأ التشغيل

عندما يتعرض أحد طرفي المزدوجة الحرارية لدرجة حرارة مختلفة عن الطرف الآخر، يحدث اختلاف في درجة الحرارة عند تقاطع القياس. هذا الاختلاف في درجة الحرارة يولد EMF في الدائرة الحرارية، بما يتناسب مع الفرق في درجة الحرارة بين الطرفين.

وهكذا أيها الأصدقاء، وصلنا إلى نهاية هذا المقال المثير حول كيفية قياس درجة الحرارة بدقة باستخدام Arduino ومستشعر MAX6675 الحراري K. من كان يعلم أن الإلكترونيات يمكن أن تكون ساخنة جدًا!

أتمنى أن تكون الآن أكثر استعدادًا من أي وقت مضى لقياس درجة حرارة مشاريعك بدقة تشبه دقة الجراح. ولكن مهلا! لا تنس أن تعوض دائمًا عن الوصلة الباردة، والتي على الرغم من أنها قد تبدو وكأنها فرقة روك، إلا أنها ضرورية للحصول على نتائج موثوقة.

كما تعلم، إذا كنت تريد أن تكون معلمًا لقياس درجة الحرارة، فلا تتردد في استخدام Arduino الخاص بك وتطبيق كل ما تعلمته هنا. وإذا كنت تشعر بعدم الرضا تجاه أي مفهوم، فتذكر أننا في Polaridades سنكون دائمًا هنا لندفئك بمحتوى مثير للاهتمام.

حتى المرة القادمة، أصدقاء المزدوجات الحرارية، ولعل قياساتك تكون دائمًا "في أعلى الدرجات".