درجه حرارت یکی شایع ترین و مهم‌ترین کمیتی میباشد که برای کنترل اکثر فرآیندهای صنعتی باید اندازه گیری گردد. در‌این نوشته ی علمی قصد داریم به رسیدگی امکانات و روش های اندازه گیری دما بپردازیم.
چهار شیوه کلی برای اندازه گیری دما وجود دارااست که بر اساس چهار اصل مهم فعالیت می نمایند:
تغییر تحول در گنجایش اتصال دو فلز غیر شبیه توسط دما: در ترموکوپل ها آیتم استعمال قرار می‌گیرد.
تغییر‌و تحول در مقاومت الکتریکی به وسیله دما: در اندازه گیرهای مقاومتی و ترمیستورها به کارگیری میشوند.
انبساط یک ماده بوسیله دما: تغییری در طی، وسعت و فشار ایجاد کرد می نماید و مثال بارز آنان ترمومترهای جیوه ای یا این که الکلی میباشند.
تغییر و تحول در انرژی تابشی توسط دما: در اندازه گیرهای تشعشعی و نوری آیتم استفاده قرار می‌گیرند.
اندازه گیرهای انبساطی دما
سابق ترین نحوه اندازه گیری دما، اندازه گیری انبساط یک کمیت فیزیکی مانند ارتفاع، سطح و وسعت توسط دما می باشد. درین طرز، دما به یک کمیت مکانیکی (معمولاً انتقال) تبدیل میگردد. ترمومتر جیوه ای و الکلی نمونه آشنای اندازه گیرهای انبساطی میباشند. این اندازه گیرها، دما را به جابه جایی ردیف جیوه یا این که ردیف الکل در لوله، تبدیل می نمایند.
در اکثری از موردها برای استفاده از مزایای کمیتهای الکتریکی، کمیت اندازه گیری گردیده مثلاً تغییر تحول طول جیوه در لوله را به یک کمیت الکتریکی تبدیل می نمایند. در حالتی که بدور لوله ترمومتر جیوه ای یک سیم پیچ بسته گردد، بعد از آن تغییرات طول ردیف جیوه را می شود به تغییرات ضریب خویش القائی سیم پیچ تبدیل نمود و با به کار گیری از مدارات واسط دیگر، دمای اندازه گیری گردیده را به یک کمیت الکتریکی تبدیل کرد.
اشکال دماسنج ها و روش عمل آنان
تعریف دماسنج
دماسنج معمولاً از یک لوله شیشه ای که دو طرف آن بسته و در بخش پایین آن مخزنی پر‌از جیوه یا این که الکل است تشکیل میگردد. برای مدرج ساختن آن، ترمومترهای جیوه ای را در پیاله بخار آبی‌رنگ که در اینک جوش است حاشیه دریا قرار دهید. جیوه بر پایه ی خواص انبساط اجسام در مقابل حرارت در لوله بالا می رود و در نقطه ای که توقف می نماید آن نقطه را با عدد ۱۰۰ نشانه گذاری نموده آن‌گاه مخزن جیوه را در یخ قرار دهید.
جیوه از لوله تحت می‌آید و در نقطه ای متوقف میگردد که نقطه صفر و در واقعیت نقطه انجماد آب یا این که نقطه ذوب یخ هست. آن گاه در میان این دو رقم را با اعداد نشانه گذاری نمائید که هر بخش را یک درجه می نامند. این سیرتکامل ترمومترها که به صد رتبه تقسیم گردیده اند را ترمومتر سانتیگراد می نامند. غیر از این نوع رتبه بندی، انواع دیگری نیز وجود داراست که ترمومتر رئومور و ترمومتر فارنهایت می باشند.
محدودۀ کاری دماسنج
بایستی دقت داشته باشید که با ترمومترهای جیوه ای نمی توانید دماهای کمتر از ۳۵ درجه تحت صفر را اندازه گیری نمائید، چون جیوه در ۳۹- مرتبه سانتی گراد یخ زده می گردد. به همین ادله برای اندازه گیری دمای کمتر از ۳۹- جايگاه سانتی گراد از ترمومترهای الکلی استعمال فرمائید، چون الکل در ۱۲۰ مرتبه سانتی گراد مایع است و بالعکس در ۷۸ رتبه سانتیگراد به جوش می‌آید از این روی ترمومترها را به طور ترکیبی از الکل و جیوه می‌سازند.
این نوع دماسنج می تواند حداکثر مرتبه حرارت و دست کم آن را در زمانه معینی برای مثالً یک شبانه روز تعیین نماید و برای اینکه مکان متعددی را اشغال نکند ساقه آن را دو مرتبه خم می نمایند و در قسمت خمیده آن جیوه ریخته گردیده و بنابراین الکل به دو نصیب تقسیم میشود: یک بخش در طرف راست لوله باقی می‌ماند که بالای آن حباب خالی از هواست و ترمومتر کمى الکل در آن بخار می گردد و طرف چپ آن منتهی به مخزن الکل میباشد. در بالای دو طرف جیوه دو سوزن فولادی موسوم به نشانه قرا داراست.
دماسنج ترمومتری پزشکی
این دماسنج جهت اندازه گیری حرارت تن به شغل می رود و زیرا حد میانگین حرارت تن بشر ۳۷ مرتبه سانتیگراد (۹۸٫۵ رتبه فارنهایت) میباشد، در ترمومترهای پزشکی بر پایه ی سانتی گراد میان ۳۲ تا ۴۲ میگردد. برای اینکه در لحظۀ غیر وابسته شدن ترمومتر از تن انسان (ذیل لهجه، ذیل بغل و…) و عکس العمل با حرارت یا این که برودت اطراف، جیوه داخل ترمومتر تغییر‌و تحول جای پیدا نکند، خمیدگی مخصوصی در انتهای لوله ترمومتر مجاورت مخزن جیوه قرار داده گردیده و هر توشه که بخواهید از آن به کار گیری نمایید می بایست یکسری توشه ترمومتر را به طرف مخزن جنبش شدید بدهید تا جیوه باطن لوله از خمیدگی بگذرد و بدون نقص وارد مخزن گردد.
دماسنج جیوه ای
دماسنج گازی
مال، ساختمان و بعد ها دماسنج در اداره ها و شرکت ها متعدد سراسر دانا که‌این دستگاه را به فعالیت می برند تفاوت دارد و به طبیعت گاز و گستره دمایی که دماسنج برای آن در لحاظ دریافت شد‌ه‌میباشد، بستگی دارااست. این دماسنج مشمول حبابی از محصول شیشه، چینی، کوارتز، پلاتین یا این که پلاتینایریدیم (بسته به گستره دمایی که دماسنج در آن بکار می رود) است که توسط یک لوله موئین به فشارسنج جیوه ای پیوند میخورد. این دماسنج براساس دو ضابطه ذکر شده در امر گاز بدون نقص فعالیت می نماید.
دماسنج گازی
قانون ها گازها
ضابطه بویل-ماریوت
وسعت مقدار معینی از هر گاز در دمای معلوم با فشاری که بر آن گاز وارد می گردد، پرشین ابزار دقیق ارتباط تناسبی معکوس دارااست. از سوی دیگر فشار هر گاز موجود در وسعت مشخص و معلوم، به ازای هر کدام رتبه سانتی گراد افزایش دما، به اندازه ۱٫۲۷۳ وسعت اولیه اش ارتقاء می‌یابد. که‌این دو ضابطه اساس تشکیل داد دماسنج های گازی میباشند.
دماسنج مایعی
این نوع دماسنج یکی‌از رایج ترین اشکال دماسنج های آیتم به کار گیری در صنعت و غیره بوده و عمدتاً تحت عنوان دماسنج های جیوه ای یا این که الکلی شناخته میشوند. ساختمان این نوع دماسنج ها از یک مخزن مایع و یک لوله مویین ساخته شده که مایع داخل مخزن در تاثیر انبساط از لوله مویین بالا رفته و دمای متناسب را علامت می‌دهد. دماسنج جیوه ای را می توان برای اندازه گیری دما از ۳۷٫۸ – تا ۳۱۵ رتبه سانتیگراد استفاده کرد. اما در‌صورتی‌که فضای بالای سطح جیوه را از گاز ازت مالامال نمایند، می‌تواند تا دمای ۵۳۸ مرتبه از آن استفاده نمود.
دماسنج انبساط سیال
این نوع دماسنج یکی‌از با صرفه ترین، همه گیرترین و تطبیق پذیرترین وسایل اندازگیری دما در صنعت است. شالوده شغل این دماسنج به‌این سیرتکامل میباشد که با ارتقاء دما، فشار باطن حباب که می تواند محتوی مایع، گاز یا این که بخار باشد، بالا رفته و توسط فشارسنج اندازه گیری میشود. ارتفاع لوله مویین می تواند تا ۶۰ متر باشد؛ البته این مقدار بر توجه اندازه گیری دما تأثیر گذار خواهد بود. شایسته ترین موقعیت زمانی میباشد که از لوله مویین کوتاه که به یک ترانس دیوسر فشار الکتریکی متصل گردیده به کار گیری کنید.
دماسنج الکتریکی
این نوع دماسنج ها اساساً کاربردهای فراوانی در صنعت داشته و قادرند از دماهای پایین تا دماهای بسیار بالا را اندازه گیری نمایند. بیشتر به طور مقاومتی و ترموکوپل می باشند. دماسنج مقاومتی به طور یک سیم بلند و دقیق است، معمولاً آنرا به دور یک فریم نازک می پیچند تا از فشار ناشی از تغییر تحول ارتفاع سیم که در تاثیر انقباض آن در موقع سرد شدن پیش می آید، پرهیز نماید.
در شرایط ویژه می توان سیم را بدور جسمی که قصد اندازه گیری دمای آن میباشد، پیچید یا این که در درون آن قرار بخشید. در گستره دمای خیلی زیر، (دماسنج های مقاومتی) معمولاً از مقاومت های خرد رادیویی با ادغام کربن یا این که بلور ژرمانیوم که ناخالصی آن آرسنیک است به کارگیری می گردد و جسم نتایج در درون یک کپسول مسدود گردیده مملو‌از هلیوم جای دارد.
این دماسنج را می اقتدار بر روی سطح جسمی که قصد اندازه گیری دمای آن است نصب نمود یا این که در حفره هایی که برای این خواسته ساخته شده است، قرار بخشید. دماسنج مقاومتی پلاتینی را می توان برای شغل های خیلی ظریف در گستره ۲۵۳ تا ۱۲۰۰ سکو سانتی گراد به شغل توفیق.
مبدل های دما Temperature Transducers
پژوهش ها در زمینۀ سوخت، انرژی شمسی، موتورهای جدید و نیز صرفه جویی در انرژی از مسائل بسیار اساسی و فعال مرکزها تحقیقاتی می باشد. در همگی مفاد خاطر گردیده، اندازه گیری ظریف دما از مداقه خاصی برخوردار‌است. در کلیۀ کارخانجات تولیدی، غیروابسته از نوع ساخت، نوعی روند حرارتی وجود داراست که جهت اندازه گیری، اکران و نیز در دست گرفتن دما نیاز به مبدل های دما میباشد.
درین بخش چهار نوع مبدل دما که نسبت به دیگر مبدل ها رایج خیس می باشند به ترتیب عبارتند از:
۱- ترموکوپل
۲- RTD
۳- ترمیستور
۴- سنسورهای مدار مجتمع IC
مزایا و معایب کلی این چهار سنسور
مزایا و معایب ترموکوپل
مزایا: عدم نیاز به منبع تغذیه، آسانی کوشش و ارزانی، محدودۀ اندازه گیری کلان
معایب: اخلاق غیر خطی، ولتاژ ذیل، نیاز به نقطه مرجع، پایداری کم، آلرژی نادر
مزایا و معایب RTD
مزایا: پایداری زیاد، توجه بالا، اخلاق خطی بهتر از ترموکوپل
معایب: قیمت بیشتر، نیاز به منبع جریان، خویش گرمایی
مزایا و معایب ترمیستور
مزایا: خروجی زیاد، جواب سریع، دوسیمه بودن برای اندازه گیری
معایب: خلق غیر خطی، محدوده اندازه گیری کم، نیاز به منبع جریان، خودگرمایی
مزایا و معایب آی سی های سنسور دما
مزایا: اخلاق و رفتار خطی، خروجی بالا، قیمت مطلوب
معایب: حداکثر دمای اندازه گیری ۲۰۰ جايگاه، سرعت جواب نادر، خویش گرمایی
درجه حرارت یکی شایع ترین و مهم‌ترین کمیتی میباشد که برای کنترل اکثر فرآیندهای صنعتی باید اندازه گیری گردد. در‌این نوشته ی علمی قصد داریم به رسیدگی امکانات و روش های اندازه گیری دما بپردازیم.
چهار شیوه کلی برای اندازه گیری دما وجود دارااست که بر اساس چهار اصل مهم فعالیت می نمایند:
تغییر تحول در گنجایش اتصال دو فلز غیر شبیه توسط دما: در ترموکوپل ها آیتم استعمال قرار می‌گیرد.
تغییر‌و تحول در مقاومت الکتریکی به وسیله دما: در اندازه گیرهای مقاومتی و ترمیستورها به کارگیری میشوند.
انبساط یک ماده بوسیله دما: تغییری در طی، وسعت و فشار ایجاد کرد می نماید و مثال بارز آنان ترمومترهای جیوه ای یا این که الکلی میباشند.
تغییر و تحول در انرژی تابشی توسط دما: در اندازه گیرهای تشعشعی و نوری آیتم استفاده قرار می‌گیرند.
اندازه گیرهای انبساطی دما
سابق ترین نحوه اندازه گیری دما، اندازه گیری انبساط یک کمیت فیزیکی مانند ارتفاع، سطح و وسعت توسط دما می باشد. درین طرز، دما به یک کمیت مکانیکی (معمولاً انتقال) تبدیل میگردد. ترمومتر جیوه ای و الکلی نمونه آشنای اندازه گیرهای انبساطی میباشند. این اندازه گیرها، دما را به جابه جایی ردیف جیوه یا این که ردیف الکل در لوله، تبدیل می نمایند.
در اکثری از موردها برای استفاده از مزایای کمیتهای الکتریکی، کمیت اندازه گیری گردیده مثلاً تغییر تحول طول جیوه در لوله را به یک کمیت الکتریکی تبدیل می نمایند. در حالتی که بدور لوله ترمومتر جیوه ای یک سیم پیچ بسته گردد، بعد از آن تغییرات طول ردیف جیوه را می شود به تغییرات ضریب خویش القائی سیم پیچ تبدیل نمود و با به کار گیری از مدارات واسط دیگر، دمای اندازه گیری گردیده را به یک کمیت الکتریکی تبدیل کرد.
اشکال دماسنج ها و روش عمل آنان
تعریف دماسنج
دماسنج معمولاً از یک لوله شیشه ای که دو طرف آن بسته و در بخش پایین آن مخزنی پر‌از جیوه یا این که الکل است تشکیل میگردد. برای مدرج ساختن آن، ترمومترهای جیوه ای را در پیاله بخار آبی‌رنگ که در اینک جوش است حاشیه دریا قرار دهید. جیوه بر پایه ی خواص انبساط اجسام در مقابل حرارت در لوله بالا می رود و در نقطه ای که توقف می نماید آن نقطه را با عدد ۱۰۰ نشانه گذاری نموده آن‌گاه مخزن جیوه را در یخ قرار دهید.
جیوه از لوله تحت می‌آید و در نقطه ای متوقف میگردد که نقطه صفر و در واقعیت نقطه انجماد آب یا این که نقطه ذوب یخ هست. آن گاه در میان این دو رقم را با اعداد نشانه گذاری نمائید که هر بخش را یک درجه می نامند. این سیرتکامل ترمومترها که به صد رتبه تقسیم گردیده اند را ترمومتر سانتیگراد می نامند. غیر از این نوع رتبه بندی، انواع دیگری نیز وجود داراست که ترمومتر رئومور و ترمومتر فارنهایت می باشند.
محدودۀ کاری دماسنج
بایستی دقت داشته باشید که با ترمومترهای جیوه ای نمی توانید دماهای کمتر از ۳۵ درجه تحت صفر را اندازه گیری نمائید، چون جیوه در ۳۹- مرتبه سانتی گراد یخ زده می گردد. به همین ادله برای اندازه گیری دمای کمتر از ۳۹- جايگاه سانتی گراد از ترمومترهای الکلی استعمال فرمائید، چون الکل در ۱۲۰ مرتبه سانتی گراد مایع است و بالعکس در ۷۸ رتبه سانتیگراد به جوش می‌آید از این روی ترمومترها را به طور ترکیبی از الکل و جیوه می‌سازند.
این نوع دماسنج می تواند حداکثر مرتبه حرارت و دست کم آن را در زمانه معینی برای مثالً یک شبانه روز تعیین نماید و برای اینکه مکان متعددی را اشغال نکند ساقه آن را دو مرتبه خم می نمایند و در قسمت خمیده آن جیوه ریخته گردیده و بنابراین الکل به دو نصیب تقسیم میشود: یک بخش در طرف راست لوله باقی می‌ماند که بالای آن حباب خالی از هواست و ترمومتر کمى الکل در آن بخار می گردد و طرف چپ آن منتهی به مخزن الکل میباشد. در بالای دو طرف جیوه دو سوزن فولادی موسوم به نشانه قرا داراست.
دماسنج ترمومتری پزشکی
این دماسنج جهت اندازه گیری حرارت تن به شغل می رود و زیرا حد میانگین حرارت تن بشر ۳۷ مرتبه سانتیگراد (۹۸٫۵ رتبه فارنهایت) میباشد، در ترمومترهای پزشکی بر پایه ی سانتی گراد میان ۳۲ تا ۴۲ میگردد. برای اینکه در لحظۀ غیر وابسته شدن ترمومتر از تن انسان (ذیل لهجه، ذیل بغل و…) و عکس العمل با حرارت یا این که برودت اطراف، جیوه داخل ترمومتر تغییر‌و تحول جای پیدا نکند، خمیدگی مخصوصی در انتهای لوله ترمومتر مجاورت مخزن جیوه قرار داده گردیده و هر توشه که بخواهید از آن به کار گیری نمایید می بایست یکسری توشه ترمومتر را به طرف مخزن جنبش شدید بدهید تا جیوه باطن لوله از خمیدگی بگذرد و بدون نقص وارد مخزن گردد.
دماسنج جیوه ای
دماسنج گازی
مال، ساختمان و بعد ها دماسنج در اداره ها و شرکت ها متعدد سراسر دانا که‌این دستگاه را به فعالیت می برند تفاوت دارد و به طبیعت گاز و گستره دمایی که دماسنج برای آن در لحاظ دریافت شد‌ه‌میباشد، بستگی دارااست. این دماسنج مشمول حبابی از محصول شیشه، چینی، کوارتز، پلاتین یا این که پلاتینایریدیم (بسته به گستره دمایی که دماسنج در آن بکار می رود) است که توسط یک لوله موئین به فشارسنج جیوه ای پیوند میخورد. این دماسنج براساس دو ضابطه ذکر شده در امر گاز بدون نقص فعالیت می نماید.
دماسنج گازی
قانون ها گازها
ضابطه بویل-ماریوت
وسعت مقدار معینی از هر گاز در دمای معلوم با فشاری که بر آن گاز وارد می گردد، پرشین ابزار دقیق ارتباط تناسبی معکوس دارااست. از سوی دیگر فشار هر گاز موجود در وسعت مشخص و معلوم، به ازای هر کدام رتبه سانتی گراد افزایش دما، به اندازه ۱٫۲۷۳ وسعت اولیه اش ارتقاء می‌یابد. که‌این دو ضابطه اساس تشکیل داد دماسنج های گازی میباشند.
دماسنج مایعی
این نوع دماسنج یکی‌از رایج ترین اشکال دماسنج های آیتم به کار گیری در صنعت و غیره بوده و عمدتاً تحت عنوان دماسنج های جیوه ای یا این که الکلی شناخته میشوند. ساختمان این نوع دماسنج ها از یک مخزن مایع و یک لوله مویین ساخته شده که مایع داخل مخزن در تاثیر انبساط از لوله مویین بالا رفته و دمای متناسب را علامت می‌دهد. دماسنج جیوه ای را می توان برای اندازه گیری دما از ۳۷٫۸ – تا ۳۱۵ رتبه سانتیگراد استفاده کرد. اما در‌صورتی‌که فضای بالای سطح جیوه را از گاز ازت مالامال نمایند، می‌تواند تا دمای ۵۳۸ مرتبه از آن استفاده نمود.
دماسنج انبساط سیال
این نوع دماسنج یکی‌از با صرفه ترین، همه گیرترین و تطبیق پذیرترین وسایل اندازگیری دما در صنعت است. شالوده شغل این دماسنج به‌این سیرتکامل میباشد که با ارتقاء دما، فشار باطن حباب که می تواند محتوی مایع، گاز یا این که بخار باشد، بالا رفته و توسط فشارسنج اندازه گیری میشود. ارتفاع لوله مویین می تواند تا ۶۰ متر باشد؛ البته این مقدار بر توجه اندازه گیری دما تأثیر گذار خواهد بود. شایسته ترین موقعیت زمانی میباشد که از لوله مویین کوتاه که به یک ترانس دیوسر فشار الکتریکی متصل گردیده به کار گیری کنید.
دماسنج الکتریکی
این نوع دماسنج ها اساساً کاربردهای فراوانی در صنعت داشته و قادرند از دماهای پایین تا دماهای بسیار بالا را اندازه گیری نمایند. بیشتر به طور مقاومتی و ترموکوپل می باشند. دماسنج مقاومتی به طور یک سیم بلند و دقیق است، معمولاً آنرا به دور یک فریم نازک می پیچند تا از فشار ناشی از تغییر تحول ارتفاع سیم که در تاثیر انقباض آن در موقع سرد شدن پیش می آید، پرهیز نماید.
در شرایط ویژه می توان سیم را بدور جسمی که قصد اندازه گیری دمای آن میباشد، پیچید یا این که در درون آن قرار بخشید. در گستره دمای خیلی زیر، (دماسنج های مقاومتی) معمولاً از مقاومت های خرد رادیویی با ادغام کربن یا این که بلور ژرمانیوم که ناخالصی آن آرسنیک است به کارگیری می گردد و جسم نتایج در درون یک کپسول مسدود گردیده مملو‌از هلیوم جای دارد.
این دماسنج را می اقتدار بر روی سطح جسمی که قصد اندازه گیری دمای آن است نصب نمود یا این که در حفره هایی که برای این خواسته ساخته شده است، قرار بخشید. دماسنج مقاومتی پلاتینی را می توان برای شغل های خیلی ظریف در گستره ۲۵۳ تا ۱۲۰۰ سکو سانتی گراد به شغل توفیق.
مبدل های دما Temperature Transducers
پژوهش ها در زمینۀ سوخت، انرژی شمسی، موتورهای جدید و نیز صرفه جویی در انرژی از مسائل بسیار اساسی و فعال مرکزها تحقیقاتی می باشد. در همگی مفاد خاطر گردیده، اندازه گیری ظریف دما از مداقه خاصی برخوردار‌است. در کلیۀ کارخانجات تولیدی، غیروابسته از نوع ساخت، نوعی روند حرارتی وجود داراست که جهت اندازه گیری، اکران و نیز در دست گرفتن دما نیاز به مبدل های دما میباشد.
درین بخش چهار نوع مبدل دما که نسبت به دیگر مبدل ها رایج خیس می باشند به ترتیب عبارتند از:
۱- ترموکوپل
۲- RTD
۳- ترمیستور
۴- سنسورهای مدار مجتمع IC
مزایا و معایب کلی این چهار سنسور
مزایا و معایب ترموکوپل
مزایا: عدم نیاز به منبع تغذیه، آسانی کوشش و ارزانی، محدودۀ اندازه گیری کلان
معایب: اخلاق غیر خطی، ولتاژ ذیل، نیاز به نقطه مرجع، پایداری کم، آلرژی نادر
مزایا و معایب RTD
مزایا: پایداری زیاد، توجه بالا، اخلاق خطی بهتر از ترموکوپل
معایب: قیمت بیشتر، نیاز به منبع جریان، خویش گرمایی
مزایا و معایب ترمیستور
مزایا: خروجی زیاد، جواب سریع، دوسیمه بودن برای اندازه گیری
معایب: خلق غیر خطی، محدوده اندازه گیری کم، نیاز به منبع جریان، خودگرمایی
مزایا و معایب آی سی های سنسور دما
مزایا: اخلاق و رفتار خطی، خروجی بالا، قیمت مطلوب
معایب: حداکثر دمای اندازه گیری ۲۰۰ جايگاه، سرعت جواب نادر، خویش گرمایی
ترمومتر مادون قرمز و کاربردهای آن