🛠️ عیب‌یابی تخصصی سنسورهای دما در چمبرهای تست محیطی: راهنمای جامع

🔷 مقدمه: اهمیت حیاتی دقت دما در چمبرهای تست محیطی

چمبرهای تست محیطی (Environmental Test Chambers) از حیاتی‌ترین تجهیزات در صنایع حساس به شرایط محیطی هستند. در حوزه‌هایی نظیر داروسازی، تجهیزات پزشکی، هوافضا، نظامی، خودرو، الکترونیک صنعتی و مخابرات، کیفیت، ایمنی و پایداری محصول وابستگی مستقیم به صحت تست‌هایی دارد که در این چمبرها انجام می‌شود. در این میان، سنسورهای دما قلب کنترل و پایش عملکرد چمبر محسوب می‌شوند. هر گونه خطا، Drift، اختلال الکتریکی، خطای PID، یا خرابی مکانیکی در سنسورها می‌تواند نتایجی تولید کند که نه‌تنها گمراه‌کننده‌اند، بلکه ممکن است موجب رد شدن محصول در فرآیندهای حساس کیفی یا حتی بروز فاجعه‌های صنعتی شود.

در چمبرهای تست محیطی، دما معمولاً با دقت‌های بسیار بالا کنترل می‌شود. برای مثال:

• در چمبرهای ثبات دما و رطوبت (Stability Chambers)، کنترل در محدوده ±۰.۲°C انجام می‌شود.
• در چمبرهای فوق‌سرد (Ultra-Low Temperature)، امکان رسیدن به دماهای تا −۸۶°C وجود دارد.
• در چمبرهای شوک حرارتی (Thermal Shock Chambers)، تغییرات دما در کمتر از ۱۰ ثانیه و با اختلاف ۱۰۰°C اتفاق می‌افتد.
• در چمبرهای هوافضا و نظامی، دقت دما باید قابل ردیابی (Traceable) و مطابق ISO/IEC 17025 و MIL-STD-810G باشد.

در چنین شرایطی، یک سنسور خراب می‌تواند:

• فرآیند تست را به‌طور کامل بی‌اعتبار کند
• باعث خرابی قطعات و مواد حساس شود
• هزینه‌های هنگفت برای تولیدکننده ایجاد کند
• مصرف انرژی چمبر را به‌شدت افزایش دهد
• عملکرد کمپرسور، المنت‌ها، PID و PLC را مختل کند

بنابراین عیب‌یابی تخصصی سنسورهای دما نه‌تنها یک کار تعمیراتی ساده نیست، بلکه یک فرایند فوق‌مهندسی است که باید بر اساس اصول متالوژی، الکترونیک، ترمودینامیک، کنترلرهای دیجیتال، و استانداردهای آزمایشگاهی انجام شود.

Estimated reading time: 21 minutes

---

🔷 EEAT: تخصص و اقتدار ثامن لب در عیب‌یابی سنسورهای چمبر

ثامن لب (Samen Lab) با سال‌ها تجربه در تعمیر، اورهال، کالیبراسیون، تست و مهندسی مجدد چمبرهای تست محیطی، یکی از معدود مجموعه‌هایی است که می‌تواند عیب‌یابی سنسورهای دما را با استانداردهای بین‌المللی انجام دهد.

تیم مهندسی ما با تسلط کامل بر:

• RTD
• Thermocouple
• Thermistor
• PT100 Class A
• Dual-loop Sensing
• CJC Systems
• PID Controllers (Watlow, Eurotherm, Omron, Autonics)
• PLC-based Control Systems (Siemens, Allen-Bradley)

و همچنین استانداردهای:

• ISO/IEC 17025
• ISO 9001
• MIL-STD-810H
• ASTM E145
• IEC 60584

قادر است سنسور را نه‌تنها تست کند، بلکه ریشه خرابی را استخراج کرده و در صورت نیاز، فرآیند اورهال کامل شامل سیم‌کشی، جانمایی، شیلدینگ، تست مقاومت عایقی، تست Drift، و کالیبراسیون را اجرا کند.

---

🔶 فصل ۲ — اصول عملکرد و انواع سنسورهای دما

در چمبرهای تست محیطی از سه نوع سنسور دما استفاده می‌شود. هر یک از این سنسورها ویژگی‌های خاص خود را دارند و نوع کاربرد، دقت موردنیاز، سرعت پاسخ و شرایط محیطی تعیین می‌کند که کدام یک مناسب است.

۱. RTD – Resistance Temperature Detector

🔍 اصل عملکرد

RTD بر اساس تغییر مقاومت با دما کار می‌کند. رایج‌ترین انواع آن Pt100 و Pt1000 هستند که عنصر سنسور از پلاتین با خلوص بسیار بالا ساخته می‌شود. رابطه دما و مقاومت آن‌ها تقریباً خطی است.

🔧 مزایا

• دقت بسیار بالا
• پایداری بلندمدت
• مناسب برای چمبرهای کالیبراسیون
• مقاومت در برابر نویز
• عملکرد عالی در محدوده −۲۰۰°C تا +۶۰۰°C

⚠ معایب

• قیمت بالا
• آسیب‌پذیری سیم‌های داخلی
• حساسیت به رطوبت داخل غلاف
• مشکل Self-Heating در جریان‌های بالا

🔬 دلایل خرابی رایج RTD

• قطع شدن سیم‌های wire-wound
• نفوذ رطوبت به غلاف فلزی
• کاهش مقاومت عایقی (مخصوصاً در چمبرهای رطوبتی)
• اتصال اشتباه سیم‌ها در ترمینال کنترلر
• خطای بایاس به دلیل Drift

---

۲. Thermocouple – ترموکوپل

🔍 اصل عملکرد

ترموکوپل‌ها بر اساس اثر سی‌بک (Seebeck Effect) کار می‌کنند؛ یعنی:

دو فلز متفاوت در محل اتصال، با تغییر دما ولتاژ ترموالکتریک تولید می‌کنند.

این ولتاژ معمولاً در حد میلی‌ولت است و کنترلر چمبر آن را تقویت و تبدیل به دما می‌کند.

🔧 مزایا

• تحمل دمایی بسیار بالا (تا ۱۲۰۰°C)
• مناسب برای شوک حرارتی و تغییرات سریع
• مقاوم در برابر ضربه
• قیمت مناسب

⚠ معایب

• دقت پایین‌تر نسبت به RTD
• نویزپذیری بالا
• نیاز به جبران‌سازی اتصال سرد (CJC)
• Drift قابل توجه در محیط‌های دارای ارتعاش

🔬 دلایل خرابی

• قطع شدن سیم اتصال
• اشتباه در پلاریته (معکوس بستن + و -)
• افزایش طول کابل → افزایش مقاومت → خطای بیشتر
• خرابی CJC در کنترلر PLC/PID

---

۳. Thermistor – ترمیستور

🔍 اصل عملکرد

ترمیستورها بر اساس مقاومت غیرخطی با دما کار می‌کنند. معمولاً از نوع NTC هستند (با افزایش دما مقاومت کاهش می‌یابد).

🔧 مزایا

• حساسیت بسیار بالا
• مناسب برای محدوده‌های باریک دمایی
• قیمت پایین

⚠ معایب

• غیرخطی (نیاز به جدول کالیبراسیون)
• حساس به تغییرات ولتاژ و جریان
• طول عمر کم‌تر
• مناسب نبودن برای مرجع‌های کالیبراسیون

---

🔶 جدول فنی مقایسه انواع سنسورها

ویژگی	RTD	Thermocouple	Thermistor
دقت اندازه‌گیری	بسیار بالا	متوسط	بالا در محدوده محدود
پایداری بلندمدت	عالی	کم	کم
محدوده دمایی	−200 تا +600°C	−200 تا +1200°C	−50 تا +150°C
مقاومت به نویز	عالی	ضعیف	متوسط
سرعت پاسخ	متوسط	سریع	بسیار سریع
قابلیت کالیبراسیون	بسیار بالا	متوسط	پایین

---

🔶 چطور انتخاب کنیم؟ (مهندسی کاربردی)

✔ چمبرهای تست محیطی (–40 تا +150°C)

→ RTD Pt100 Class A

✔ چمبرهای Ultra-Low (−86°C)

→ RTD با کلاس A یا ترموکوپل Type T

✔ چمبرهای شوک حرارتی سریع

→ ترموکوپل Type K

✔ سیستم‌های با دمای پایین و سریع مثل دیپ‌فریزرها

→ ترمیستور NTC 10K

---

🔶 نقش سنسور در کنترل PID چمبر

PID کنترلرها مثل Eurotherm، Watlow، Omron ورودی سنسور را گرفته و:

• دمای فعلی را محاسبه می‌کنند
• فرمان به المنت‌ها یا کمپرسورها می‌دهند
• منحنی رمپ-سوک (Ramp-Soak) را اجرا می‌کنند

در صورت خرابی سنسور:

❌ دمای چمبر شکار (Hunting) می‌کند

❌ المنت بیش‌ازحد گرم می‌شود

❌ کمپرسور در سیکل‌های کوتاه روشن/خاموش می‌شود

❌ تست‌ها بی‌اعتبار می‌شوند

---

🔷 ۱. نشانه‌های خرابی سنسور که مستقیماً روی عملکرد چمبر اثر می‌گذارند

در چمبرهای تست محیطی و آزمایشگاهی، پنج نشانه مهم وجود دارد که تقریباً در ۹۰٪ موارد نشان‌دهنده ایراد در سنسورهای دما هستند.
این نشانه‌ها معمولاً در رفتار کنترلر، روند دمایی، عملکرد PID، یا پاسخ چمبر قابل مشاهده‌اند.

نشانه ۱ — عدد دما ثابت می‌ماند یا ناگهان به مقادیر غیرممکن می‌رود

✔ توضیح کامل:

وقتی سنسور دچار شکستگی داخلی، قطع حلقه اتصال، یا خرابی در اتصال به کنترلر شود، اغلب عدد دما:

• روی یک مقدار مشخص قفل می‌شود
• یا ناگهان به مقادیر غیرممکن می‌رسد
• مثل −100°C
• یا +300°C
• یا مقدارهایی که خارج از محدوده سنسور هستند

✔ علت‌های مهندسی این رفتار:

• قطع حلقه RTD → مقاومت بسیار بالا → خوانش غیرواقعی
• ترموکوپل جدا شده → ولتاژ ترموالکتریک صفر → کنترلر عدد پیش‌فرض خطا را نشان می‌دهد
• خرابی CJC → کنترلر فکر می‌کند نقطه اتصال در دمای بسیار بالا یا پایین است

✔ پیامد:

• PID کنترل از کار می‌افتد
• المنت‌ها بیش‌ازحد داغ می‌شوند
• کمپرسور در سیکل‌های نابجا وارد مدار می‌شود

---

نشانه ۲ — نوسانات دمایی شدید (Temperature Hunting)

حالت Hunting زمانی رخ می‌دهد که ورودی سنسور به‌طور لحظه‌ای تغییر کند یا نویز روی خط انتقال سیگنال وجود داشته باشد.

✔ این نشانه معمولاً وقتی دیده می‌شود که:

• کابل سنسور بدون شیلد است
• سنسور نزدیک کابل قدرت/المنت‌هاست
• اتصال زمین (Earth Ground) اشتباه است
• تجهیز دچار EMI از کمپرسور یا فن‌های سرعت‌بالاست

✔ رفتار چمبر در این حالت:

• منحنی دما پله‌ای یا دندانه‌دار می‌شود
• دما دائماً بالا/پایین می‌رود
• کنترلر نمی‌تواند به نقطه Setpoint برسد
• گاهی کمپرسور و المنت‌ها به‌صورت پشت‌سرهم روشن/خاموش می‌شوند

✔ نکته فنی:

در چمبرهای حرفه‌ای، کابل سنسور باید با استاندارد زیر نصب شود:

Shield → Only one side to Earth Ground  
Cable twist → 3–7 turns per meter  
Distance from power cable → 10–15 cm minimum

---

نشانه ۳ — نمایش خطای Sensor Fault روی کنترلر PID

کنترلرهای PID و PLC کدهای خطای مخصوص به سنسورها دارند:

• Err1 / Err2
• S.Er
• Open Loop
• Input Fault
• RTD Error
• TC Failure

✔ دلیل این خطا:

• مدار باز (Open Circuit)
• اتصال کوتاه (Short Circuit)
• مقاومت غیرعادی در RTD
• خرابی داخلی CJC در موارد Thermocouple
• اشتباه بودن نوع سنسور در تنظیمات کنترلر

✔ مثال واقعی: Watlow F4

اگر نوع سنسور “J” باشد اما شما “K” متصل کرده باشید → خطای Sensor Type Mismatch نمایش داده می‌شود.

---

نشانه ۴ — اختلاف دمای ثابت نسبت به یک مرجع کالیبره (Bias Error)

این حالت زمانی رخ می‌دهد که:

• سنسور Drift کرده
• از کیفیت پایین باشد
• در معرض ضربه بوده
• کابل بلند شده و مقاومت سری اضافه شده
• یا کنترلر به‌درستی تنظیم نشده باشد

✔ مثال:

دمای واقعی داخل چمبر: 23.7°C
دمای نمایش داده‌شده توسط سنسور: 25.5°C

اختلاف: 1.8°C

این اختلاف می‌تواند به دلیل:

• خطای شیب (Slope Error)
• خطای بایاس (Offset Error)
• ضعف کالیبراسیون
• خطای کابل‌کشی

باشد.

✔ نکته مهم:

RTD کلاس A باید خطای کمتر از 0.25°C در 0°C داشته باشد.
اگر خطا 1–2°C است، سنسور خراب است یا کابل‌کشی/کنترلر مشکل دارد.

---

نشانه ۵ — مشکل در جبران‌سازی اتصال سرد (Cold Junction Compensation – CJC)

این مشکل فقط در ترموکوپل‌ها اتفاق می‌افتد.

✔ چرا CJC مهم است؟

ترموکوپل نسبت به اختلاف دمای دو نقطه عمل می‌کند:

• نقطه Hot Junction
• نقطه Cold Junction

اگر کنترلر، محل اتصال سرد را اشتباه اندازه‌گیری کند:

• دما ناگهان 10–20°C خطا خواهد داشت
• نوسان‌های غیرطبیعی در خوانش
• رفتار غیرقابل پیش‌بینی در PID

✔ دلایل خرابی CJC:

• سوختن مقاومت حرارتی داخل کنترلر
• خرابی سنسور داخلی برد
• قرار گرفتن کنترلر در محیط گرم
• عدم تهویه مناسب تابلو برق

---

🔷 ۲. عیب‌یابی اولیه: ۱۰ تست سریع (Fast Diagnostic Protocol)

این بخش استاندارد ثامن لب برای تشخیص اولیه مشکل سنسور چمبر است.

---

تست ۱ — بررسی فیزیکی سنسور و غلاف

به‌ویژه در چمبرهای رطوبتی (Humidity Chambers):

• وجود قطرات آب
• زنگ‌زدگی سر پروب
• شل بودن فیتینگ‌ها
• تا خوردن کابل سنسور
• تماس کابل با جداره‌های داغ

هر یک این موارد می‌تواند Drift ایجاد کند.

---

تست ۲ — بررسی اتصالات ترمینال کنترلر

در بسیاری از چمبرها، خرابی سنسور ناشی از:

• شل بودن پیچ ترمینال
• قطع اتصال یکی از سیم‌ها
• اشتباه بستن سیم‌های ۳ سیمه RTD
• معکوس بودن پلاریته ترموکوپل

است.

✔ نکته:

سنسور RTD سه سیمه باید به‌صورت زیر بسته شود:

Terminal A → Red  
Terminal B → White  
Terminal C → White (Bridge)

هر اشتباهی → خوانش نادرست.

---

تست ۳ — تست مقاومت RTD با مولتی‌متر کالیبره

برای Pt100 در دمای 20°C باید مقاومت حدود:

107.79 Ω ±0.1Ω

باشد.

اگر:

• مقدار خیلی بالاست → مدار باز
• مقدار خیلی کم است → اتصال کوتاه
• مقدار نوسانی است → وجود رطوبت

---

تست ۴ — تست ولتاژ ترموکوپل

مثال: ترموکوپل نوع K

در حدود 25°C باید خروجی نزدیک به:

~1 mV

باشد.

اگر صفر باشد → اتصال قطع
اگر ولتاژ لحظه‌ای بالا/پایین شود → نویز EMI

---

تست ۵ — استفاده از ترمومتر مرجع

این مهم‌ترین مرحله برای بررسی Drift است.

سنسور مرجع باید:

• کالیبره شده
• دارای Certificate
• با دقت حداقل ±0.05°C

باشد.

اختلاف‌ها نباید بیش از:

• ±0.3°C برای RTD
• ±1.0°C برای Thermocouple

باشد.

---

تست ۶ — تست مقاومت عایقی با MEGGER

در چمبرهای رطوبتی، مقاومت عایقی پایین سنسور (کمتر از ۲۰ مگااهم) دلیل خطا است.

---

تست ۷ — تست نویز با اسیلوسکوپ

اگر چمبر دارای:

• کمپرسور دورمتغیر
• فن‌های سرعت‌بالا
• SSR سوئیچینگ سریع

باشد، احتمال بروز EMI زیاد است.

---

تست ۸ — تست دمای داخلی تابلو برق

CJC در فشار حرارتی آسیب‌پذیر است.

دمای تابلو باید بین 25–35°C باشد.

---

تست ۹ — تست شیلدینگ کابل

شیلد باید فقط از یک سمت به زمین متصل باشد.
اتصال دوطرفه → Loop → نویز بیشتر

---

تست ۱۰ — بررسی تنظیمات کنترلر PID

در ۲۰٪ موارد خطا ناشی از:

• انتخاب سنسور اشتباه
• Range اشتباه (مثلاً −200 تا 600 اما سنسور T وصل شده)
• خرابی Analog Input

است.

---

🔷 ۳. رفتار سیستم در هنگام خرابی سنسور (System Response Analysis)

در چمبرهای تست محیطی، خرابی سنسور مستقیماً خود را در رفتارترمودینامیکی چمبر نشان می‌دهد.

✔ حالت ۱: کمپرسور دائماً روشن است

نشان‌دهنده خوانش دمای اشتباه پایین.

✔ حالت ۲: المنت دائماً در حال کار است

سنسور دما مقدار پایین‌تر از واقعی را نشان می‌دهد.

✔ حالت ۳: رسیدن به Setpoint بسیار کند است

احتمال وجود Drift یا نویز.

✔ حالت ۴: Overshoot شدید

نشان‌دهنده تأخیر سنسور یا خرابی PID.

✔ حالت ۵: فعال شدن آلارم‌های Safety

مخصوص چمبرهای حرفه‌ای BINDER / ESPEC / Thermotron
این چمبرها دو سنسور دارند:

• سنسور Main Control
• سنسور Safety Limit

خرابی هر کدام → قطع کامل دستگاه

---

🔷 ۴. پروتکل‌های تخصصی تست و اندازه‌گیری سنسورهای دما

برای تشخیص دقیق، قطعی و استانداردشده، به روش‌های Advanced Diagnostic نیاز است؛ روش‌هایی که:

• فقط متخصصین تجهیزات حرارتی/برودتی
• یا آزمایشگاه‌های معتبر مطابق ISO/IEC 17025

توان اجرای آن را دارند.

سنسورهای دما (RTD، Thermocouple، Thermistor) در چمبرهای تست محیطی در شرایطی مانند:

• دمای −80°C تا +200°C
• رطوبت 0% تا 98%RH
• فشار، ارتعاش، EMI و گرادیان دمایی شدید

فعالیت می‌کنند.
بنابراین تست آنها باید بسیار دقیق، مرحله‌به‌مرحله و کاملاً علمی انجام شود.

---

🔶 ۴.۱ پروتکل اندازه‌گیری مقاومت RTD (Advanced RTD Measurement Protocol)

این پروتکل پایه تشخیص تمام مشکلات RTD است.

جدول رفتار استاندارد Pt100

دما (°C)	مقاومت ایده‌آل (Ω)	حد خطای کلاس A	حد خطای کلاس B
0	100.00	±0.06 Ω	±0.12 Ω
20	107.79	±0.16 Ω	±0.36 Ω
100	138.50	±0.35 Ω	±0.80 Ω
150	157.32	±0.48 Ω	±1.20 Ω

مراحل تست دقیق RTD

این روش استاندارد ثامن‌لب است.

---

✔ مرحله ۱ — ایزوله‌سازی سنسور

سنسور باید کاملاً از کنترلر جدا شود:

Disconnect RTD → Remove terminal wires → Label wires → Prepare for measurement

---

✔ مرحله ۲ — استفاده از مولتی‌متر ۴ سیمه (Four-Wire Ohm Meter)

برای RTD دقیق، اندازه‌گیری ۲ سیمه خطا ایجاد می‌کند.

چرا ۴ سیمه؟

• خطای مقاومت سیم حذف می‌شود
• خطاهای کسری اهم در دماهای بالا و پایین قابل تشخیص می‌شوند
• برای استاندارد 17025 اجباری است

---

✔ مرحله ۳ — اندازه‌گیری مقاومت در سه دمای مرجع

استاندارد IEC 60751 می‌گوید:

حداقل باید در سه نقطه دما سنسور بررسی شود:

1. نقطه یخ (0°C)
2. دمای اتاق (20–25°C)
3. دمای بالا (100–150°C)

مثال واقعی از ثامن‌لب:

RTD مورد تست:

دما	مقاومت خوانده‌شده
0°C	100.31 Ω
20°C	108.10 Ω
100°C	138.81 Ω

این یعنی:

• خطای 0.31 اهم در صفر
• Drift دقیقاً قابل مشاهده است

---

✔ مرحله ۴ — محاسبه Drift بر اساس معادله Callendar–Van Dusen

برای مهندسان حرفه‌ای، این معادله قطعی‌ترین بررسی است:

$$
R(T)=R_0(1 + A T + B T^2 + C(T-100)T^3)
$$

• برای T > 0:
  C حذف می‌شود

اگر منحنی RTD با منحنی استاندارد اختلاف داشته باشد → سنسور دقیقاً Drift کرده است.

---

✔ مرحله ۵ — تشخیص اینکه Drift قابل جبران است یا خیر

دو حالت امکان‌پذیر است:

🔵 قابل جبران → با Offset Correction در PID اصلاح می‌شود
🔴 غیرقابل جبران → باید تعویض شود

---

🔶 ۴.۲ پروتکل تست ترموکوپل (Advanced Thermocouple Validation Protocol)

ابزارهای مورد نیاز

برای تست درست ترموکوپل:

• مولتی‌متر میلی‌ولت با رزولوشن 0.001 mV
• کالیبراتور ترموکوپل Dry-Block
• Fluke 743 یا 725
• Ice Bath برای تنظیم اتصال سرد معادل 0°C
• چمبر یا Oven برای تست دماهای بالا

---

مراحل تست استاندارد

✔ مرحله ۱ — تست ولتاژ در دمای محیط

مثلاً نوع K:

حدود 1.0 mV در 25°C

اگر 0 mV باشد → قطع
اگر 2–5 mV باشد → اتصال اشتباه یا وجود ولتاژ القایی EMI

---

✔ مرحله ۲ — تست در نقطه مرجع (Ice Point)

ترموکوپل باید در دمای صفر:

0 mV ± 0.05 mV

باشد.

✔ مرحله ۳ — تست در Dry-Block Calibrator

مثال در 100°C:

• مقدار استاندارد: 4.095 mV
• مقدار واقعی سنسور: 3.912 mV
  → Drift = −0.183 mV (تقریباً −4°C خطا)

---

✔ مرحله ۴ — بررسی CJC

این مرحله بسیار حیاتی است.

اگر CJC خراب باشد:

• خروجی دریافت‌شده = خروجی واقعی ± خطای CJC

پرکاربردترین کنترلرها:

• Eurotherm
• Watlow
• FE300
• PM6
• Omron E5CC/E5EC

در تمام این کنترلرها، CJC یک سنسور داخلی RTD است.
اگر این سنسور Drift کند، کل قرائت Thermocouple اشتباه می‌شود.

---

✔ مرحله ۵ — تحلیل منحنی ولتاژ–دما

برای هر ترموکوپل، یک جدول استاندارد وجود دارد.
مثلاً برای نوع K (NIST ITS-90):

دما (°C)	ولتاژ (mV)
0	0.000
25	1.0004
100	4.095
200	8.137
300	12.209

اگر منحنی اندازه‌گیری با منحنی NIST اختلاف داشته باشد → سنسور آسیب دیده است.

---

🔶 ۴.۳ پروتکل تست نویز و EMI (Noise / Electromagnetic Interference)

یکی از اصلی‌ترین دلایل نوسانات عجیب سنسور چمبرها، وجود EMI یا RFI است.

منابع رایج نویز در چمبرها

✔ کمپرسورهای دورمتغیر (Inverter Compressors)

نویز شدید فرکانسی → القای ولتاژ به کابل سنسور

✔ Solid State Relay (SSR) Switching Noise

در هیترهای پرقدرت، هر سوئیچینگ SSR نویز لحظه‌ای ایجاد می‌کند.

✔ فن‌های BLDC با مدارهای PWM

✔ کابل‌های قدرت با جریان بالا

✔ ضعف زمین (Earth Ground)

---

تست EMI با اسیلوسکوپ

✔ ابزار مورد نیاز:

• اسیلوسکوپ 20MHz یا بالاتر
• پروب x10
• مسیر کابل‌کشی کاملاً جدا

✔ روش تست:

1. پروب را موازی کابل سنسور قرار دهید
2. چمبر را در حالت Heat Mode قرار دهید
3. سپس در حالت Cool Mode
4. سیگنال را مشاهده کنید

✔ تفسیر نتایج:

• سیگنال صاف = استاندارد
• سیگنال دندانه‌دار = نویز SSR
• سیگنال سینوسی با دامنه بالا = نویز موتور اینورتر
• Spikeهای ناگهانی = مشکل Earth Ground

---

🔶 ۴.۴ پروتکل تست CJC (Cold Junction Compensation)

CJC دقیق‌ترین نقطه ضعف ترموکوپل‌هاست.

تست سلامت CJC با روش Reference Replacement

در این روش:

1. اتصال ترموکوپل از کنترلر قطع می‌شود
2. یک ولتاژ مرجع دقیق (مثلاً 1.000 mV) تزریق می‌شود
3. کنترلر باید دقیقاً 25°C نمایش دهد

اگر کنترلر 22°C یا 30°C نشان دهد → CJC خراب است.

---

تست CJC با Thermal Camera

چون سنسور CJC داخل کنترلر است، گرم شدن بیش از حد کنترلر باعث Drift می‌شود.

حرارت حداکثری قابل قبول کنترلر:

40°C panel ambient

اگر بالاتر باشد:

• CJC Drift
• Offset Error
• ناپایداری PID

حتمی است.

---

🔶 ۴.۵ پروتکل شیلدینگ و زمین (Shielding & Ground Integrity Test)

تست شیلد

کابل سنسورها باید:

• شیلددار باشند
• فقط از یک سمت زمین شوند (Single-Point Grounding)

اگر دو طرف زمین شوند:

Shield → Ground → Loop → EMI Amplification

این اشتباه یکی از رایج‌ترین مشکلات چمبرهای چینی و ایرانی است.

---

تست زمین

ابزار:

• تستر ارت
• میگر 500V
• اسیلوسکوپ

معیار:

Earth Resistance < 2 Ω  
Ground Leakage < 0.3 mA

اگر بالاتر باشد → نویز دائمی روی ورودی سنسور وجود خواهد داشت.

---

🔶 ۴.۶ پروتکل تست “Response Time” سنسور

(استاندارد OEM – مورد نیاز برای تست‌های سریع Shock)

در چمبرهای شوک حرارتی (Thermal Shock) زمان پاسخ بسیار مهم است.

روش تست:

1. سنسور را از دمای اتاق به Bath 0°C منتقل کنید
2. سپس به 100°C منتقل کنید
3. زمان رسیدن به 90% مقدار نهایی اندازه‌گیری می‌شود

معیار استاندارد:

• RTD با غلاف 3mm → حدود 0.9 تا 1.4 ثانیه
• Thermocouple نوع K غلاف 2mm → حدود 0.3 تا 0.7 ثانیه

اگر بیشتر باشد → غلاف یا اتصال داخلی مشکل دارد.

---

🔷 ۵. کالیبراسیون سنسورهای دما بر اساس استاندارد ISO/IEC 17025

در علوم اندازه‌گیری، کالیبراسیون تنها یک تنظیم ساده نیست؛ کالیبراسیون فرآیندی است علمی، قابل ردیابی، مبتنی بر استانداردهای بین‌المللی و همراه با محاسبه عدم قطعیت.

در چمبرهای تست محیطی (Environmental Chambers)، کالیبراسیون نه‌تنها برای “سنسور” انجام می‌شود، بلکه برای کل سیستم اندازه‌گیری دما و کنترل انجام می‌گیرد:

• سنسور اصلی (Main Sensor)
• سنسور ثانویه (Safety Sensor)
• ورودی آنالوگ کنترلر (Analog Input)
• عملکرد PID
• یکنواختی و پایداری دمایی (Uniformity & Stability)

در استاندارد ISO/IEC 17025، مهم نیست سنسور چه می‌گوید؛ مهم این است که نتیجه قابل ردیابی، قابل دفاع و Repeatable باشد.

به همین دلیل است که کالیبراسیون حرفه‌ای سنسورهای دما یکی از تخصص‌های اصلی ثامن‌لب است.

---

🔶 ۵.۱ اصول کالیبراسیون سنسورهای دما — پایه علمی ISO/IEC 17025

استاندارد ISO/IEC 17025 الزام می‌کند که:

✔ هر اندازه‌گیری باید:

• استاندارد مرجع قطعی داشته باشد
• قابل ردیابی (Traceable) به NIST یا PTB باشد
• عدم قطعیت اندازه‌گیری برای آن محاسبه شود
• روش اجرایی (SOP) مکتوب داشته باشد
• شرایط محیطی کنترل‌شده داشته باشد

در چمبرها، این الزامات به‌شدت مهم هستند، زیرا:

• یک اختلاف 1 درجه‌ای می‌تواند تست ICH Stability یک دارو را باطل کند
• عدم یکنواختی در چمبر شوک حرارتی باعث رد تست MIL-STD می‌شود
• Drift سنسور، معیارهای AS9100 هوافضا را خراب می‌کند

بنابراین، کالیبراسیون چمبر یک کار سطحی نیست—بلکه یک فعالیت علمی معتبر است.

---

🔶 ۵.۲ روش‌های کالیبراسیون سنسورهای دما در چمبرها

سه روش کلی وجود دارد:

---

۵.۲.۱ کالیبراسیون در محل (On-Site Calibration)

این روش زمانی انجام می‌شود که چمبر در محل کارخانه یا آزمایشگاه نصب است.

✔ مراحل:

1. قرار دادن سنسورهای مرجع در کنار سنسورهای اصلی دستگاه
2. ثابت نگه داشتن چمبر در Setpointهای تعریف‌شده
3. ثبت داده‌ها با دیتالاگر مرجع
4. محاسبه اختلاف‌ها (Deviation)
5. تنظیم پارامتر Offset در کنترلر (در صورت نیاز)

✔ مزایا:

• عدم نیاز به جداسازی سنسور
• تست عملکرد واقعی چمبر
• بررسی همزمان Stability و Uniformity

✔ معایب:

• محیط کنترل‌شده Absolute نیست
• تجهیزات مرجع باید کلاس بالا باشند

---

۵.۲.۲ کالیبراسیون سنسور پس از جداسازی (Bench Calibration)

در این روش، سنسور خارج می‌شود و در یک حمام دمایی (Dry-Well / Liquid Bath) دقیق تست می‌شود.

✔ روش:

1. قرار دادن سنسور در نقاط دمایی مختلف:

• ٠°C
• ٢۵°C
• ۵٠°C
• ١٠٠°C
• ١۵٠°C

1. اندازه‌گیری خروجی RTD یا ولتاژ Thermocouple
2. مقایسه با Reference Standard

✔ مزایا:

• بسیار دقیق
• مناسب برای سنسورهای کلاس A

✔ معایب:

• رفتار سنسور در محیط واقعی چمبر را نشان نمی‌دهد

---

۵.۲.۳ کالیبراسیون کامل چمبر (Full System Calibration)

این گسترده‌ترین و مهم‌ترین روش است.

شامل:

• کالیبراسیون سنسور
• کالیبراسیون کنترلر
• تست پایداری (Stability Test)
• تست یکنواختی (Uniformity Test)
• Mapping چند نقطه‌ای
• محاسبه عدم قطعیت کل سیستم

این روش برای:

• ICH Q1A (دارویی)
• MIL-STD-810 (دفاعی)
• IEC 60068 (محیطی)
• AS9100 (هوافضا)

اجباری است.

---

🔶 ۵.۳ روش‌های کالیبراسیون در نقاط مختلف — مفهوم Mapping 9/15/27 نقطه‌ای

در چمبرهای تست محیطی، اندازه‌گیری یک نقطه کافی نیست.

چرا؟

چون چمبرها گرادیان حرارتی داخلی دارند:

• بالا با پایین متفاوت
• چپ با راست متفاوت
• جلو با عقب متفاوت

برای همین Mapping انجام می‌شود.

---

۵.۳.۱ روش Mapping 9 نقطه‌ای (Small Chambers)

چیدمان استاندارد:

X = Left, Middle, Right  
Y = Top, Center, Bottom  

9 نقاط → X3 * Y3

---

۵.۳.۲ روش Mapping 15 نقطه‌ای (Medium Chambers)

این روش شامل نقاط اضافی و مرزی است.

---

۵.۳.۳ روش Mapping 27 نقطه‌ای (Large Chambers)

برای چمبرهای صنعتی (۱۰۰۰ لیتر به بالا).

---

🔶 ۵.۴ الزامات اصلی Mapping استاندارد

برای هر نقطه، باید:

• دمای نقطه
• اختلاف نسبت به Setpoint
• Drift زمانی
• نوسانات (σ STD)
• عدم قطعیت اندازه‌گیری

ثبت شود.

---

🔶 ۵.۵ مفاهیم Stability و Uniformity — دو رکن اصلی کالیبراسیون چمبر

✔ Stability (پایداری):

معیار اینکه دما در طول زمان چقدر ثابت می‌ماند.

مثال:

Target: 40°C  
Measured over 30 min: 39.8 → 40.1°C  
Stability = ±0.3°C

استانداردها معمولاً می‌گویند:

Stability ≤ ±0.5°C

---

✔ Uniformity (یکنواختی):

اختلاف دما بین نقاط مختلف چمبر.

مثال:

Max = 40.8°C  
Min = 39.4°C  
Uniformity = ±0.7°C

استاندارد معمول:

Uniformity ≤ ±1°C

---

🔶 ۵.۶ محاسبات عدم قطعیت (Uncertainty of Measurement)

این بخش مهم‌ترین قسمت علمی ISO/IEC 17025 است.

فرمول پایه:

$$
U = k \sqrt{(u_1^2 + u_2^2 + u_3^2 + … + u_n^2)}
$$

• k → ضریب پوشش (معمولاً 2، یعنی 95٪ اطمینان)
• u1 → عدم قطعیت سنسور مرجع
• u2 → عدم قطعیت چمبر
• u3 → عدم قطعیت دیتالاگر
• u4 → اثر نویز و Resolution
• u5 → اثر محیط

---

✔ مثال واقعی از ثامن‌لب

داده‌ها:

• عدم قطعیت سنسور مرجع: ±0.05°C
• عدم قطعیت دیتالاگر: ±0.03°C
• عدم قطعیت چمبر: ±0.20°C
• عدم قطعیت نویز: ±0.02°C

محاسبه:

$$
U = 2 \sqrt{(0.05^2 + 0.03^2 + 0.20^2 + 0.02^2)}
= 2 \sqrt{0.044}
= 2 × 0.209
= ±0.418°C
$$

بنابراین عدم قطعیت نهایی:

±0.42°C

---

🔶 ۵.۷ Bias Adjustment — تنظیم بایاس در کنترلر PID

اگر اختلاف دمایی بین:

• سنسور چمبر
• سنسور مرجع

کمتر از 20٪ محدوده خطای مجاز باشد، نیاز به تعویض سنسور نیست.

بلکه کافیست در کنترلر PID:

• Offset
• Bias
• Input Compensation

را تنظیم کنیم.

مثال:

Setpoint: 25°C
Measured by chamber: 24.0°C
Reference: 25.2°C

اختلاف → +1.2°C

پس Bias باید: +1.2°C تنظیم شود.

---

🔶 ۵.۸ کالیبراسیون سیستم Safety Limit در چمبرها

چمبرهای حرفه‌ای دو سنسور دارند:

1. سنسور اصلی کنترل (Main Sensor)
2. سنسور محدودکننده (Safety Sensor)

سنسور دوم باید:

• ۲ تا ۵ درجه بالاتر از سنسور اصلی باشد
• مستقل تنظیم شود
• به‌عنوان محافظ عمل کند

---

🔶 ۵.۹ الزامات مستندسازی (Documentation) — بخش حیاتی ISO/IEC 17025

گزارش کالیبراسیون باید شامل موارد زیر باشد:

• روش اجرا (SOP)
• تجهیزات مورد استفاده + شماره سریال
• تاریخ کالیبراسیون تجهیزات
• دما، رطوبت، فشار محیط
• نمودارهای Stability و Uniformity
• نقاط Mapping
• محاسبه عدم قطعیت (U)
• مقادیر As Found و As Left
• نام تکنسین مسئول
• امضا و مهر آزمایشگاه

این بخش معمولاً در ممیزی‌ها مورد توجه شدید قرار می‌گیرد.

---

🔷 ۶. اورهال تخصصی سنسورهای دما — یک پروتکل مرحله‌به‌مرحله

اورهال سنسورها در چمبرهای تست محیطی با تعویض ساده قابل‌مقایسه نیست.
در ثامن‌لب، فرآیند اورهال بر اساس پروتکل زیر انجام می‌شود:

🔶 مرحله ۱ — شناسایی نوع سنسور و کلاس آن

چک شدن مشخصات کامل:

• نوع سنسور → RTD / Thermocouple / Thermistor
• کلاس دقت → A, AA, B و …
• استاندارد ساخت → IEC 60751 یا ANSI MC96.1
• طول Probe و قطر
• نوع سیم‌بندی → 2-Wire, 3-Wire, 4-Wire

چرا مهم است؟

زیرا انتخاب اشتباه حتی ۱ کلاس می‌تواند باعث خطای ساختاری و باطل‌شدن تست‌های دارویی یا نظامی شود.

---

🔶 مرحله ۲ — بررسی آسیب فیزیکی سنسور

در این مرحله بررسی می‌شود:

• شکستگی در junction ترموکوپل
• خوردگی ناشی از رطوبت
• ترک hairline در سنسورهای PT100
• خرابی غلاف (Sheath)
• نفوذ رطوبت به محل اتصال
• دفرمه شدن یا خم‌شدگی غیرمجاز

نکته طلایی:

RTD های Wire-Wound در صورت ضربه کوچک حتی ۱–۲ میلی‌متر، خطای Drift دائمی می‌گیرند.

---

🔶 مرحله ۳ — اندازه‌گیری مقاومت عایقی (Insulation Resistance)

این تست با مگااهم‌متر ۵۰۰ ولت انجام می‌شود.

مقدار مطلوب:

≥ 100 MΩ

اگر کمتر باشد، سنسور باید تعویض شود.

---

🔶 مرحله ۴ — تست حرارتی در Dry-Well

در ۳ نقطه دمایی تست می‌شود:

• 0°C
• 50°C
• 100°C

خروجی باید:

• Drift < ±0.1°C
• Repeatability < ±0.05°C
• Hysteresis < ±0.05°C

اگر بیشتر باشد، سنسور قابل اورهال نیست.

---

🔶 مرحله ۵ — جبران‌سازی و تنظیم (Compensation)

اگر اختلاف دمای سنسور:

✔ کمتر از 25% خطای مجاز استاندارد باشد → Bias Adjustment کافی است
✘ اگر اختلاف بیشتر باشد → تعویض سنسور اجبار است

---

🔷 ۷. معیار تصمیم‌گیری: تعویض یا تعمیر؟

✔ مواردی که حتماً باید سنسور تعویض شود

1. مقاومت عایقی < 100 MΩ
2. Drift بالای ±0.5°C در ۳۰ دقیقه
3. Hysteresis غیرقابل‌قبول
4. خوردگی شدید غلاف سنسور
5. اختلاف فیزیکی طول > 3mm
6. نویز بالا در سیگنال خروجی
7. Error Open/Short مداوم در PLC

در این شرایط، هرگونه تنظیم یا Calibration بی‌فایده است.

---

✔ مواردی که تعمیر (Overhaul) قابل انجام است

1. Offset ثابت و غیرنوسانی
2. جابه‌جایی کوچک Sensor Position
3. عدم اتصال صحیح Shield
4. خطای پس از سرویس چمبر (مثلاً بعد از تعویض فن)
5. عدم تنظیم Cold Junction Compensation

---

🔷 ۸. بررسی‌های تکمیلی در چمبرهای فوق‌سرد و شوک حرارتی

در چمبرهایی با محدوده:

• –70°C
• –40°C
• +180°C
• +200°C
• سیکل‌های شوک حرارتی (TS2 / TSD / Thermal Shock 2-Zone)**

خرابی سنسورها کاملاً متفاوت است.

---

🔶 ۸.۱ مشکلات سنسور در دماهای زیر صفر

در دماهای Very Low Temp، مشکلات رایج باشند:

• انقباض غلاف و گسست اتصالات داخلی
• تغییر مقاومت فلزی Pt
• ایجاد Ice-Crystal در هد سنسور
• کند شدن پاسخ زمانی (Response Time)

---

🔶 ۸.۲ مشکلات سنسور در چمبرهای شوک حرارتی

در چمبرهای دو محفظه، هر سیکل شامل:

• 150°C به –40°C
• و بالعکس
• در کمتر از 10 ثانیه

در این شرایط:

• ترموکوپل بیشترین Drift را پیدا می‌کند
• RTD احتمال شکست داخلی دارد
• Hysteresis به‌شدت بالا می‌رود

در این موارد تعویض معمولاً بهترین گزینه است.

---

🔷 ۹. Case Study واقعی — پروژه صنعتی ثامن‌لب

📌 پروژه: کالیبراسیون و اورهال چمبر تست محیطی ۱۰۰۰ لیتری

کارفرما: شرکت الکترونیک نظامی
محدوده دما: –50 تا +80°C
سنسور: Pt100 کلاس A (ساخت آلمان)
شکایت مشتری: نوسان دمایی ±3°C

🔶 مرحله ۱ — بررسی اولیه

نتیجه:

• سنسور سالم
• خطای یکنواختی بالا (±2.5°C)
• Drift کنترلر PID

🔶 مرحله ۲ — Mapping 15 نقطه‌ای

نتیجه:
هوای داخل چمبر به‌صورت نامتقارن جریان داشت.

🔶 مرحله ۳ — بررسی الکترونیکی

مشخص شد:

• فن سیرکولاسیون ۱۰٪ کاهش سرعت داشته
• دمپر هوای برگشت قفل شده

🔶 مرحله ۴ — اصلاح

• تعویض فن
• تنظیم دمپر
• تنظیم PID
• کالیبراسیون نهایی سنسور

🔶 نتیجه نهایی

• Uniformity از ±2.5°C → ±0.4°C
• Stability از ±1.2°C → ±0.2°C
• Sensor Deviation بعد از تغییرات → +0.08°C

---

🔷 ۱۰. Validation کامل چمبر — ICH / MIL / IEC

Validation سه بخش دارد:

1. IQ — Installation Qualification
   تأیید صحت نصب مکانیکی و الکتریکی
2. OQ — Operational Qualification
   تأیید عملکرد اولیه (مثلاً Setpoint Response)
3. PQ — Performance Qualification
   تست واقعی با بار (Load) و در سیکل‌های کاری

🔶 Validation دما شامل:

• تست Recovery Time
• تست Overshoot & Undershoot
• تست Stability
• تست Uniformity
• تست Ramp Rate
• تست Real Load Behavior

این تست‌ها برای صنایع:

• دارویی
• پزشکی
• هوافضا
• خودرو
• الکترونیک

اجباری هستند.

---

واهی و توانایی Validation انجام شود.

---

🔷 ۱۳. CTA نهایی — دعوت به خدمات تخصصی ثامن‌لب

اگر چمبر شما:

• نوسان دمایی دارد
• سنسور Drift دارد
• کنترلر خطا می‌دهد
• تست‌ها Fail می‌شوند
• نیاز به Validation دارد
• یا نیاز به Mapping استاندارد دارد

تیم فنی ثامن‌لب | Samen Lab می‌تواند:

• کالیبراسیون ISO/IEC 17025
• Mapping 9/15/27 نقطه‌ای
• اورهال کامل سنسورها
• تنظیم PID
• تعمیر تخصصی چمبر
• Validation IQ/OQ/PQ

را برای شما انجام دهد.

---

این مقاله جامع تمامی جنبه‌های فنی عیب‌یابی، تست، کالیبراسیون و اورهال سنسورهای دما در چمبرهای تست محیطی را پوشش می‌دهد و به‌عنوان یک مرجع تخصصی برای مهندسان و تکنسین‌های این حوزه قابل استفاده است.

🔗 لینک‌های مرتبط و منابع تخصصی

📚 برای مطالعه بیشتر و خدمات تخصصی

🛠️ خدمات تخصصی ما

• کالیبراسیون حرفه‌ای سنسورهای دما – کالیبراسیون مطابق استانداردهای بین‌المللی
• تعمیر و اورهال کنترلرهای PID – تعمیر تخصصی کنترلرهای صنعتی
• نگهداری پیشگیرانه چمبرها – برنامه‌ریزی نگهداری دوره‌ای
• سرویس کامل چمبرهای تست محیطی – تعمیر و کالیبراسیون انواع چمبر

🎓 آموزش و دانش تخصصی

• دوره‌های آموزشی عیب‌یابی پیشرفته – آموزش عملی برای متخصصان
• کارگاه‌های آموزشی سنسورهای دما – آموزش تخصصی سنسورها
• مقالات تخصصی کالیبراسیون – جدیدترین مطالب آموزشی

🔬 تجهیزات و استانداردها

• انواع سنسورهای دمای دقیق – معرفی سنسورهای صنعتی
• استاندارد ISO/IEC 17025 – الزامات کالیبراسیون معتبر
• استانداردهای نظامی MIL-STD – استانداردهای تست محیطی

📋 عیب‌یابی و راهنمایی

• راهنمای عیب‌یابی سنسورها و کنترلرها – پروتکل‌های تشخیص خطا
• سیستم‌های کنترل پیشرفته – آشنایی با تکنولوژی‌های کنترل

---

💡 پیشنهاد می‌کنیم مطالعه کنید:

اگر با مشکلات زیر مواجه هستید، مطالعه این منابع به شما کمک می‌کند:

• نوسانات دمایی در چمبر – راهکارهای رفع نوسان
• خطاهای کنترلر PID – تشخیص و رفع خطاهای کنترل
• کالیبراسیون دوره‌ی چمبر – برنامه‌ریزی کالیبراسیون منظم

---

🎯 جهت دریافت خدمات تخصصی:

تیم فنی ثامن لب آماده ارائه خدمات زیر است:

• درخواست خدمات کالیبراسیون
• مشاوره تخصصی عیب‌یابی
• برنامه‌ریزی نگهداری پیشگیرانه

---

این لینک‌ها شما را به صفحات تخصصی مرتبط هدایت می‌کنند تا اطلاعات کامل‌تری در هر زمینه دریافت کنید.