اندازه گیری دما

اندازه گیری دما (Thermometry)

شاید دما اولین کمیتی باشد که انسان به کنترل آن فکر کردهاست. در اکثر محیط های صنعتی، دما یکی از کمیت هایی است که مایل به کنترل یا اندازه گیری آن می باشیم. اندازه گیری دما را می توان به سه دسته ی کلی، اندازه گیری مکانیکی دما، اندازه گیری الکتریکی دما و اندازه گیری تشعشعی دما تقسیم کرد. البته در بعضی دسته بندی ها اندازه گیری تشعشعی زیر مجموعه ی اندازه گیری الکتریکی جا داده شده است، که دسته بندی نوع اول را انتخاب نمودیم. در زیر هر دسته با توضیح بیشتری آورده شده است.

اندازه گیری مکانیکی دما (mechanical thermometry)

قدیمی ترین نوع اندازه گیری  دما، اندازه گیری از نوع مکانیکی می باشد. در این اندازه گیری ها دما به یک کمیت مکانیکی (معمولا جابجایی) تبدیل می گردد. ترمومتر جیوه ای یکی از آشنا ترین نوع ترمومتر ها است. این اندازه گیر دما را به جابجایی ستون جیوه در لوله تبدیل می کند. در بسیاری از موارد برای استفاده از مزایای کمیت های الکتریکی ، اندازه گیری های مکانیکی را به الکترومکانیکی تبدیل می کنند. حوزه ی اندازه گیری های مکانیکی از C˚50- تا C˚1000+ محدود می گردد. اصل مورد استفاده در اندازه گیری های مکانیکی دما، تغییر حجم اجسام در اثر تغییر دما می باشند. انواع مکانیکی دماسنج ها در زیر آورده شده اند.

-اندازه گیری های مانومتری.

-اندازه گیری های دما از طریق فشار.

-اندازه گیری های دما از طریق فشار بخار.

انبساط فلزات بر اثر حرارت.

اندازه گیری تشعشعی دما(Radiational Thermometry)

اندازه گیری های تشعشعی دما به نام پیرومتر (pyrometer) شناخته می شوند. از ویزگی این اندازه گیر این است که نیاز به تماس با پروسه ی اندازه گیری نیست. بنابراین می توان از این سیستم برای مواردی که پروسه متحرک است و یا دمای آن بسیار بالا است، به گونه ای که هر گونه تماس موجب ذوب شدن و خرابی اندازه گیر می شود و یا هنگامی که پروسه دارای مواد مخرب و زیان بار است استفاده نمود.ابزار های سنجش دما به روش تابش، میزان تشعشع ساطع شده توسط ابزارهای داغ را که به خصوصیات تابشی جسم مورد نظر بستگی دارد، اندازه گیری می کنند. معمولا  تشعشع به دقت اندازه گیری نمی شود و علاوه بر این مقدار آن ممکن است با زمان تغییر کند که سبب ایجاد مشکلاتی در تبدیل میزان تابش به دما می گردد. همچنین، تابش خارج ناحیه ای نیز ممکن است به ابزار اندازه گیری برسد و سبب ایجاد خطای تبدیل شود. ابزار های سنجش دما به روش تابش، این مزیت را دارند که می توان از آن ها برای اندازه گیری دما در محدوده ی وسیعی از دما ها استفاده برد.حد بالای دمای قابل اندازه گیری های تشعشعی به حدود 4000 درجه سانتی گراد می رسد و در محدوده ی دمایی C˚450 تا C˚2000 دارای دقت اندازه گیری ای بیشتر از  0.5 %  می باشند. سنجش دما توسط تابش نیاز به سخت افزار و نرم افزار خاص برای پردازش سیگنال دارد.

اصل فیزیکی مورد استفاده در پیرومتر ها این است که اجسام از خود انرژی تشعشع می کنند. این انرژی به صورت امواج الکترومغناطیسی است که طول موج آن ها از حوزه ی امواج مریی (0.35 تا 0.75 میکرومتر) تا حوزه ی امواج زیر سرخ( 0.75 تا 20 میکرومتر) گسترده شده است. در حوزه امواج مریی انرژی تشعشع شده به صورت رنگ نمایان می شود.برای بیان رابطه بین دمای جسم با طول و شدت موج ساطع شده، مفهومی به نام جسم سیاه (Black Body) را تعریف می شود. رابطه ی بین دما، طول موج و شدت تشعشع توسط رابطه ی پلانک بیان می شود. در حالت کلی می توان گفت انرژی ساطع شده از یک جسم سیاه متناسب با توان چهارم درجه حرارت است. پیرومترهای نوری اگر به خوبی کالیبره و تنظیم شوند، نتایج خوبی خواهند داد. هنگاه استفاده از پیرومترهای نوری باید دقت کرد که گرد و غبار و یا موانعی بین جسم گرم و دوربین اندازه گیری نباشد، چرا که وجود گرد و غبار و بخار موجب نوعی فیلترینگ و حذف یا تضعیف تشعشعات در بعضی طول موج ها می گردد. همچنین تمیز بودن عدسی پیرومتر از اهمیت زیادی برخوردار است.

http://toghiyani.blogfa.com/post-6.aspx

مموری گیج

مموری گیج دستگاهی است که اطلاعات را به صورت دیجیتال ثبت و ذخیره می­کند. اطلاعات ثبت شده شامل فشار، دما، و ثبت گراف (شکل) می باشد و دامنه ثبت اطلاعات قابل تنظیم می باشد. به طور مثال در هر دقیقه 4 فشار و یک دما ثبت می­کند.

در چاه های نفت و گاز از مخزن یا درون چاه اطلاعات کسب شده بوسیله مموری گیج با ابزار مخصوص رانده می­شود. قبل از آغاز عملیات کارشناس مربوطه می­بایست مموری گیج را بوسیله لب تاب یا کامپیوتر با نرم افزار مخصوص برسی، تست، و آماده عملیات می­نماید. و همچنین از سالم بودن باطری که نقش اصلی را دارد اطمینان حاصل کند، بعد از تمام این کارها مموری گیج را به میزان لازم بوسیله آچار ترک مخصوص سفت می­کنیم و بعد درون کیس مخصوص که با ابزار DST به لوله های حفاری بسته شده و ترک داده می شود و درون چاه جهت عملیات رانده می شود.

از لحظه بستن مموری گیج تا زمانی که عملیات به اتمام می­رسد و اطلاعات توسط کارشناس، به همراه گراف از مموری گیج استخراج و به لب تاب یا کامپیوتر انتقال داده شود همه اطلاعات ذخیره می­گردد.

دامنه مموری گیج (فشار) psi15000 و psi20000 می­باشد. تمام اطلاعات  بوسیله کارشناس به واحد متقاضی یا کمپانی من داده می شود که با اطلاعات  بدست آمده (1- اگر اطلاعات ثبت شده مشکلی نداشت برنامه­های بعدی طبق زمان­بندی انجام می­گردد 2- اگر مشکلی ثبت شد، براساس اطلاعات و گزارش کارشناس و مشاهدات در تمام زمان عملیات تصمیم­گیری توسط واحد متقاضی انجام می­گیرد).

در هنگام حمل و نقل و عملیات باید نکات ایمنی در مورد مموری گیج طبق کاتالوگ و سفارش سازنده انجام گیرد، مموری گیج بسیار حساس می باشد و از تراشه و قطعات الکترونیکی تشکیل شده است و حافظه مموری گیج تا زمان اتمام باطری آن قابل ذخیره کردن اطلاعات را دارد و قبل از هر عملیات اطلاعات قبلی را پاک و برای عملیات جدید آماده می­کنیم.

سنسورهای حرارتی و چگونگی عملکرد آن

سنسورهای حرارتی و چگونگی عملکرد آن

سنسورهای حرارتی چگونه کار می کنند:

هدف از سنسورهای حرارتی این است که میزان گرم یا سرد بودن چیزی را توصیف کنند، اما این توصیف خوبی برای نحوه کار آنها نیست. آنچه سنسورها در واقع اندازه گیری میکنند میزان فعالیت اتمی درون یک جسم است. این همان چیزی است که ما به عنوان دمای یک جسم در نظر میگیریم.

ذرات و گرما

اندازه گیری معروف به صفر مطلق حالتی از ماده را توصیف می کند که در آن هیچ حرکتی حتی در سطح زیر اتمی وجود نداشته باشد. این سردترین حالت ماده است.به محض گرم شدن یک جسم، ذرات داخل آن شروع به حرکت می کنند. سنسورهای گرما میتوانند این حرکت را تحمل کرده و اندازه بگیرند، که می تواند به دما تبدیل شود.

انواع سنسورهای حرارتی:

دو نوع اصلی سنسورهای حرارتی سنسورهای سنتی و سنسورهای مدرن تر مبتنی بر سیلیکون هستند. سنسورهای قدیمی اغلب از دستگاه هایی تشکیل می شوند که به ترموکوپل معروف هستند. یک ترموکوپل از دو فلز ساخته شده است که با هم جوش داده می شوند. به هر قسمت جوش خرده اتصال می گویند. سپس یک اتصال از دو فلز غیر مشابه در دمای مرجع مانند صفر درجه سنتیگراد قرار می گیرد. محل اتصال دیگر فلزات در دمایی است که می خواهید اندازه بگیرید.تفاوت بین میزان هیجان ذرات در هر فلز باعث ایجاد جریان الکتریکی می شود. سپس می توانید میدان الکتریکی را اندازه گیری کنید تا دما را تعیین کند زیرا ولتاژ وابسته به دما خواهد بود. این اثر SEEBECK نامیده می شود.

مزایای سنسورهای حرارت سیلیکونی:

سنسورهای دمای سیلیکون مدارهای مجتمع هستند.سنسورهای قدیمی برای کار کردن اغلب به جبران خسارت یا بافر احتیاج دارند. سنسورهای سیلیکون می توانند سیگنال ها را در یک واحد ادغام شده با سنسور پردازش کنند. برق از طریق سیلیکون ارسال می شود و برهم کنش بین الکتریسیته و ذرات فلز نشان دهنده درجه حرارت است. این بدان معنی است که آنها می توانند در طیف دمایی بسیار گسترده از سنسور های سنتی که به جبران کننده نیاز دارند، از 155 تا -55 درجه سانتیگراد کار کنند.

کاربرد سنسورهای حرارتی:

از آنجا که این سنسورها گرمای ساطع شده از یک جسم را اندازه گیری می کنند، که به عنوان امضای مادون قرمز آن نیز شناخته می شود، مزایای آنها نسبت به سایر ابزارهای تشخیص است. این به این دلیل است که همه اشیا امضای گرما می دهند. این بدان معناست که برای تشخیص آن لازن نیست نور از جسم منعکس شود. در نتیجه؛ از سنسورهای مادون قرمز در عینک دید در شب برای کمک به شما در دیدن تاریکی استفاده می شود.

انواع دماسنج ها

انواع دماسنج ها و طرز کار آنها ( Thermometer  )

تاریخچه:

نخستین وسیله واقعی علمی را برای اندازه‌گیری درجه حرارت در سال ۱۵۹۲ گالیله اختراع کرد وی برای این منظور یک بطری شیشه‌ای گردن باریک انتخاب کرده بود. بطری با آب رنگین تا نیمه پر شده و وارونه در یک ظرف محتوی آب رنگینی قرار گرفته بود. با تغییر دما هوای محتوی بطری منبسط یا منقبض می‌شد و ستون آب در گردن بطری بالا یا پایین می‌رفت. وسیله گالیله مقیاسی واقعی برای سنجش دما نبود به طوری که وسیله وی بیشتر جنبه دما نما داشت. تا جنبه دماسنج در سال ۱۶۳۱ری تغییراتی را در دمانگار گالیله پیشنهاد کرد. پیشنهاد وی همان بطری وارونه گالیله بود که در آن فقط سرد و گرم شدن از روی انقباض و انبساط آب ثبت می‌شد.

در سال ۱۶۳۵ دوک فردینالند توسکانی، که به علوم علاقه‌مند بود دماسنجی ساخت که در آن از الکل (که در دمایی خیلی پایین‌تر از دمای آب یخ می‌بندد.) استفاده کرد. و سر لوله را چنان محکم بست که الکل نتواند تبخیر شود.سرانجام در سال ۱۶۴۰ دانشمندان آکادمی لینچی در ایتالیا نمونه‌ای از دماسنج‌های جدیدی را ساختند که در آن جیوه به کار برده و هوا را دست کم تا حدودی از قسمت بالای لوله بسته خارج کرده بودند. توجه به این نکته جالب است که در حدود نیم قرن طول کشید تا دماسنج کاملاً تکامل یافت.

به دنبال کشف دماسنج گابریل دانیل فارنهایت دانشمند هلندی در قرن هفدهم نوعی دماسنج گازی و الکلی ساخت که با دقت اندازه‌گیری بیشتری می‌تواند دمای هوا را اندازه‌گیری کند. او به سال ۱۷۱۴ میلادی دماسنج جیوه‌ای را طراحی و با ضریب دقت بالایی با شیوه‌ای خاص درجه‌بندی نمود. فارنهایت نتایج تحقیقات خود را در سال ۱۷۲۴ میلادی منتشر ساخت.

آندرس سیلیسیوس دانشمند سوئدی به سال ۱۷۲۳ دماسنج جیوه‌ای را به صد قسمت مساوی تقسیم‌بندی نمود. اندازه‌گیری دمای هوا به روش سانتیگراد، (سیلیسیوس) به نام پرافتخار ایشان ثبت شده است.

ژول دانشمند انگلیسی با اعتقاد به این که گرما نوعی انرژی است آزمایش‌های فراوانی در این راستا به انجام رسانید. او با اندازه‌گیری اختلاف دمای آب در بالا و پایین یک آبشار صد و ده متری روی تبدیل انرژی پتانسیل آب به گرما بررسی‌های فراوانی به انجام رسانید. پس از انجام این بررسی‌ها او به این نتیجه رسید که مقدار انرژی در جهان ثابت است فقط می‌تواند از صورتی به صورت دیگر تبدیل شود. پس اجسام می‌توانند در حالت تعادل گرمایی وجود داشته باشند. ژول در سال ۱۸۴۳ اظهار داشت که هرگاه مقدار معینی از انرژی مکانیکی به نظر ناپدید آید، همراه آن مقدار معینی گرما ظاهر شده است و این دلالت بر پایستگی چیزی دارد که امروزه آن را انرژی می‌نامیم. ژول می‌گوید که او خشنود است از اینکه عوامل بزرگ طبیعت به فرمان خالق فناناپذیر هستند و اینکه هرگاه (انرژی) مکانیکی صرف شود هم ارز گرمایی دقیقی از آن به دست می‌آید.

این گفته را ژول با کار خود در آزمایشگاه به دست آورده بود او اساساً مرد عمل بود و وقتی اندک برای تفکرات فلسفی درباره‌ یافته‌های خود داشت. در حالی که دیگران بر مبنای استدلالهای ذهنی به همان نتیجه رسیده بودند که مقدار کل انرژی در جهان ثابت است.

اینک پس از سالها گذر از نظریات ارزشمند دانشمندان انسان توانسته است با بکارگیری روابط و قوانین انرژی گرمایی را بیشتر شناخته و در نیروگاههای تولید برق، کارخانه‌های فولاد سازی، نیروگاههای هسته‌ای، موتور هواپیمای غول پیکر و هزاران هزاران پدیده او را مهار ساخته و بکار گیرد.

تعریف دما سنج

میزان الحراره که سرما و گرما را نشان میدهد، این لفظ فرانسوی است و در فارسی مستعمل است لیکن هنوز جزء زبان نشده است(فرهنگ نظام). ماخوذ از ترموس بمعنی گرما و مترون بمعنی اندازه یونانی و آلتی است که از روی آن میزان گرما اندازه گیری میشود و معمولا از یک لوله شیشه ای که دو طرف آن بسته و در قسمت پایین آن مخزنی پر از جیوه یا الکل تعبیه شده است تشکیل می گردد برای مدرج ساختن آن ، ترمومترهای جیوه ای را در ظرف بخار آبی که در حال جوش است (کنار دریا) قرار میدهند، جیوه بر اساس خاصیت انبساط اجسام در مقابل حرارت در لوله بالا میرود ودر نقطه ای که توقف می کند آن نقطه را با عدد ۱۰۰ علامت می گذارند. سپس مخزن جیوه را در خرده یخ در حال گداز می گذارند. جیوه از لوله پائین می آید و در نقطه ای متوقف می شود که آن را، نقطه صفر میزان الحراره فرض می کنند و در حقیقت نقطه انجماد آب یا نقطه ذوب یخ است . آنگاه میان این دو رقم را با اعداد علامت گذاری نموده که هر قسمت را یک درجه نامند. و اینگونه ترمومترها که بصد درجه تقسیم شده اند ترمومتر سانتی گراد می نامند. چه غیر از این درجه بندی انواع دیگری نیز وجود داردکه از آنجمله است ترمومتر رئومور و ترمومتر فارنهایت . ترمومتر رئومور – در این گرماسنج نقطه یخ یا صفر درجه سانتی گراد برابر است ولی نقطه غلیان آب در این گرماسنج ۸۰ درجه است چه دانشمند فرانسوی در گرماسنج خود بین نقطه انجماد آب یا ذوب یخ و نقطه غلیان آب را ۸۰ درجه تقسیم کرده و بالنتیجه ۸۰ درجه ترمومتر رئومور برابر با صد درجه ترمتر سانتیگرادمیباشد.

محدوده کاری دما سنج

باید توجه داشت که با ترمومترهای جیوه ای نمی توان سرماهای کمتراز ۳۵ درجه زیر صفر را اندازه گیری کرد زیرا جیوه در ۳۹ – درجه سانتی گراد منجمد میشود. از این روی برای اندازه گیری سرماهای شدید از ترمومترهای الکلی استفاده می کنند زیرا الکل در ۱۲۰ درجه سانتی گراد مایع است و بالعکس در ۷۸ درجه سانتی گراد بجوش می آید از این روی ترمومتر ماگزیما و منیما را بطور مرکب بکار می برند که از الکل و جیوه تشکیل می یابد این نوع میزان الحراره می تواند حداکثر درجه حرارت و حداقل آنرا در مدت معینی مثلا یک شبانه روز تعیین کند و از یک میزان الحراره الکلی دراز تشکیل شده است و برای اینکه جای زیاد نگیرد ساقه آنرا دو مرتبه خم کرده اند و در قسمت خمیده آن که بشکل «ایو»ی فرانسه می باشد جیوه ریخته شده و بدین ترتیب الکل به دو قسمت تقسیم می شود: یک قسمت در طرف راست لوله باقی می ماند که بالای آن حباب خالی از هواست کمی الکل در آن بخار می شود و طرف چپ آن منتهی به مخزن الکل است . در بالای دو طرف جیوه دوسوزن فولادی موسوم به نشانه قرا دارد.

طرز عمل

طرز عمل – وقتی هوا گرم میشود الکل مخزن وسطی منبسط می گردد و جیوه را در شاخه چپ بطرف پائین میراند و در نتیجه جیوه در شاخه دومی بالا می رود و نشانه راهمراه می برد. وقتی هوا سرد میشود الکل منقبض می شود و بجای خود برمی گردد. ولی نشانه طرف راست بکنار لوله می چسبد و پائین نمی آید. در صورتی که جیوه در طرف چپ ، نشانه را بالا می برد و اگر دو مرتبه هوا گرم شود این نشانه به کنار لوله می چسبد و این عمل در مدت معینی چندین بار ممکن است تکرار شود. هنگام بازدید ترمومتر نشانه طرف راست حداکثر درجه حرارت و نشانه طرف چپ حداقل آن را نشان میدهد در صورتی که سطح جیوه در این موقع در هر شاخه را که بگیریم درجه حرارت همان زمان را تعیین میکند. مثلا در حداعلای درجه حرارت ۵/۲۱ + و حداقل آن ۵/۱۰ – و درجه حرارت موقع بازدید ۱۲ درجه است و برای باز گرداندن نشانه های آهنی تا سطح جیوه از یک آهن ربای نعلی شکل استفاده میشود.

انواع دما سنج

ترمومتر پزشکی

ترمومتر پزشکی ، این گرماسنج جهت اندازه گرفتن حرارت بدن بکار می رود و چون حد متوسط حرارت بدن انسان ۳۷ درجه سانتی گراد (۵/۹۸ درجه فارنهایت ) است در ترمومترهای پزشکی بر اساس سانتیگراد بین ۳۳ تا ۴۲ در میشود .و برای اینکه بمجرد جدا شدن ترمومتر از بدن انسان (زیر زبان – زیر بغل داخل مقعد…) و برخورد با حرارت یا برودت محیط، جیوه داخل ترمومتر تغییر مکان پیدا نکند، خمیدگی مخصوصی در انتهای لوله ترمومتر نزدیک مخزن جیوه قرار میدهند و هر بار که بخواهند آنرا بکار برند چندین بار ترمومتر را بطرف مخزن تکان شدید میدهند تا جیوه داخل لوله از خمیدگی بگذرد و کاملا وارد مخزن گردد.

پیرومتر یا ترموالکتریک

ترمومتر دیگری در صنایع بکار میرود بنام : پیرومتر یا ترموالکتریک – اساس این ترمومتر بر این خاصیت است که اگر فصل مشترک دو سیم فلزی مختلف را حرارت دهیم جریان برق در آنها برقرار میشود و بوسیله یک «میلی آمپرمتر» دقیق میتوان ثابت کرد که هرچه درجه حرارت زیادتر شود شدت جریان حاصل نیز بیشتر خواهد شد و با اندازه گرفتن شدت جریان درجه حرارت را معلوم میسازند. باید دانست که اختراع ترمومتر را به بسیاری از دانشمندان نسبت میدهند ولی حقیقت آن است که گالیله دانشمند ایتالیایی پیش از سال ۱۵۹۷ م . این ابزار را اختراع کرده و سپس تکامل یافته است . (از لاروس قرن بیستم و کتاب فیزیک تالیف رهنما). و رجوع به گرماسنج و میزان الحراره شود.

دما سنج گازی

جنس ، ساختمان ، و ابعاد دماسنج در ادارات و موسسات مختلف سراسر دنیا که این دستگاه را به کار می‌برند. تفاوت دارد و به طبیعت گاز و گستره دمایی که دماسنج برای آن در نظر گرفته شده است، بستگی دارد. این دماسنج شامل حبابی از جنس شیشه ، چینی ، کوارتز ، پلاتین یا پلاتین ـ ایریدیم ( بسته به گستره دمایی که دماسنج در آن به کار می‌رود ) ، که به وسیله یک لوله موئین به فشارسنج جیوه‌ای متصل است، می باشد. این دماسنج براساس دو قانون ذکر شده در مورد گاز کامل کار می‌کند.

قوانین گازها

همان وقت که اسحاق نیوتن در کمبریج درباره نور و جاذبه می‌اندیشید، یک نفر انگلیسی دیگر به نام رابرت بویل ، در آکسفورد سرگرم مطالعه در باب خواص مکانیکی و تراکم پذیری هوا و سایر گازها بود. بویل که خبر اختراع گلوله سربی اوتوفون گریکه را شنیده بود، طرح خویش را تکمیل کرد، و دست به کار آزمایشهایی برای اندازه ‌گیری حجم هوا در فشار کم و زیاد شد.

نتیجه کارهای وی چیزی است که اکنون به قانون بویل ماریوت معروف است، و بیان می‌کند که حجم مقدار معینی از هر گاز در دمای معین با فشاری که بر آن گاز وارد می‌شود، بطور معکوس ، متناسب است با فشاری که بر آن گاز وارد می‌شود.

حدود یک قرن بعد ، ژوزف گیلوساک فرانسوی ، در ضمن مطالعه انبساط گازها ، قانون مهم دیگری پیدا کرد که بیان آن این است: فشار هر گاز محتوی در حجم معین به ازای هر یک درجه سانتیگراد افزایش دما ، به اندازه ۲۷۳/۱ حجم اولیه‌اش افزایش می‌یابد. همین قانون را یک فرانسوی دیگر به نام ژاک شارل ، دو سال پیش از آن کشف کرده بود. و از این رو اغلب آن را قانون شارل گیلوساک می‌نامند. این دو قانون مبنای ساخت دماسنجهای گازی قرار گرفت.

دماسنج مایعی

این نوع دماسنج یکی از رایج ترین انواع دماسنجهای مورد استفاد درصنعت و غیره می باشد. عمدتا این نوع دماسنج را بعنوان دماسنجهای جیوه ای یا الکلی می شناسیم. ساختمان این نوع دماسنجها از یک مخزن مایع و یک لوله مویین تشکیل شده که مایع درون مخزن در اثر انبساط از لوله مویین بالا رفته و دمای متناسب را نشان میدهد.

دماسنج جیوه ای را می توان برای اندازگیری دما از ۳۷/۸- تا۳۱۵ سانتی گراد استفاده نمود. اما اگرفضای بالای سطح جیوه را از گاز ازت پر نمایند ، می توان تا دمای ۵۳۸ درجه از آن استفاده نمود.

دماسنج انبساط سیال

این نوع دماسنج یکی از باصرفه ترین ، رایج ترین و تطبیق پذیر ترین وسایل اندازگیری دما در صنعت می باشد.اساس کار این دماسنج در شکل مقابل نشان داده شده است.همانگونه که ملاحظه می شود با افزایش دما فشار درون حباب که می تواند محتوی مایع ، گاز یا بخار باشد ، بالا رفته و توسط فشار سنج اندازه گیری می شود. طول لوله مویین می تواند تا ۶۰ متر باشد ؛ اما این مقدار بر دقت اندازه گیری دما تاثیر گذار خواهد بود.بهترین حالت زمانی است که از لوله مویین کوتاه که به یک ترانس دیوسر فشار الکتریکی متصل شده استفاده گردد.

دماسنج الکتریکی

این نوع دماسنجها اصولا کاربردهای فراوانی در صنعت داشته و قادرند از دماهای پایین تا دماهای بسیار بالا را اندازه گیری نمایند.که عمدتا بصورت مقاومتی و ترموکوپل هستند.

– دماسنج با مقاومت الکتریکی:

دماسنج مقاومتی به صورت یک سیم بلند و ظریف است، معمولا آن را به دور یک قاب نازک می‌پیچند تا از فشار ناشی از تغییر طول سیم که در اثر انقباض آن در موقع سرد شدن پیش می‌آید، جلوگیری کند. در شرایط ویژه می‌توان سیم را به دور جسمی که منظور اندازه گیری دمای آن است پیچید یا در داخل آن قرار داد. در گستره دمای خیلی پایین ، ( دماسنجهای مقاومتی معمولا از مقاومتهای کوچک رادیویی باترکیب کربن یا بلور ژرمانیوم که ناخالصی آن آرسنیک است و جسم حاصل در درون یک کپسول مسدود شده پر از هلیوم قرار دارد، تشکیل می‌شوند. این دماسنج را می‌توان بر روی سطح جسمی که منظور اندازه گیری دمای آن است سوار کرد یا در حفرهای که برای این منظور ایجاد شده است، قرار داد. دماسنج مقاومتی پلاتین را می‌توان برای کارهای خیلی دقیق در گستره –۲۵۳ تا ۱۲۰۰ درجه سانتیگراد به کار برد.

ترمیستور

ترمیستور یک وسیله نیمه رساناست که برخلاف فلزات ، دارای ضریب دمای مقاومت منفی است . بعلاوه مقاومت آن بصورت نمایی با دما تغییر می کند. ترمیستور یک وسطله بسیار حساس است و انتظار می رود که با درجه بندی مناسب ، دارای عملکرد ثابتی تا ۰/۰۱ سانتی گراد باشد.یکی از ویژگی های جالب آن اینستکه می توان از آن بعنوان جبران کننده دمای مدار های الکتریکی استفاده نمود.

دماسنج کریستال کوارتز

یک روش جدید و بسیار دقیق اندازه گیری دما بر مبنای حساسیت فرکانس تشدید کریستال کوارتز به تغییر دما استوار است .وقتی از زاویه برش مناسب برای کریستال استفاد شود، یک تطابق کاملا خطی میان فرکانس و دما برقرار میگردد. مدلهای تجاری این وسیله از شمارنده های الکترونیکی و دستگاه قرائت رقم نما برای اندازه گیری فرکانس استفاده می کنند.گستره دمایی کار کرد این دستگاه از منفی ۴۰ درجه تا ۲۳۰ درجه سانتیگراد ادعا شده است.

دمانگاری کریستال مایع

کریستالهای مایع خمیری ، که از استرهای کلسترول ساخته شده اند پاسخ جالبی به دما از خود نشان می دهند . در یک گستره تکرار پذیر دما ، کریستال مایع همه رنگهای طیف رنگی را از خود آشکار می سازد.این پدیده بازگشت پذیر و تکرار پذیر است . با تغییر دادن فرمول مورد نظر می توان از کریستالهای مایع از کمتر از صفر درجه تا چند صد درجه سانتی گراد استفاده نمود.

ترموکوپل

ترموکوپل وسیله دیگری است که برای اندازه‌ گیری دما مورد استفاده قرار می‌گیرد. در این نوع دماسنج از خاصیت انبساط و انقباض اجسام جامد استفاده می‌گردد. گستره یک ترموکوپل بستگی به موادی دارد که ترموکوپل. از ان ساخته شده است گستره یک ترموکوپل پلاتنیوم ـ ایرودیوم که ۱۰ درصد پلاتینیوم دارد از صفر تا ۱۶۰۰ درجه است است. مزیت ترموکوپل در این است که بخاطر جرم کوچک ، خیلی سریع با سیستمی که اندازه‌ گیری دمای آن مورد نظر است، به حال تعادل گرمایی در می‌آید. لذا تغییرات دما به آسانی بر آن اثر می‌کند، ولی دقت دماسنج مقاومتی پلاتین را ندارد.

انواع دماسنج های مورد استفاده در هواشناسی

-دماسنج معمولی استاندارد(Thermometer)

این دماسنج یک لوله بسیار باریک شیشه ای مسدود است که در انتهای آن محفظه ای تعبیه و از جیوه یا الکل پر شده است. در داخل لوله دماسنج خلاء کامل وجود دارد. گرم و سرد شدن مخزن باعث گرم و سردشدن مایع درون مخزن شده و متعاقب آن باعث بالا و پایین رفتن مایع در داخل مخزن شیشه ای می شود، با مشاهده سطح مایع در داخل لوله دماسنج و قرائت عددی که روی بدنه شیشه نوشته شده است دمای هوا در آن لحظه مشخص می شود.

-دماسنج حداکثر(Maximum Thermometer)

اغلب نیاز است علاوه بر دمای معمولی هوا حداکثر دمایی که در طول یک دوره معین مثلاً یک شبانه روز اتفاق افتاده است نیز اندازه گیری و تثبیت شود به این منظور از دماسنج حداکثر استفاده می کنند. این نوع دماسنج با یک تفاوت جزیی تقریبا مشابه دماسنج های معمولی است به این صورت که لوله مویین آن در محلی که به مخزن منتهی می شود بسیار باریک شده است. هنگامی که دما زیاد می شود جیوه داخل مخزن منبسط شده و نیروی حاصل می تواند باعث راندن جیوه از داخل مجرای باریک بالای مخزن به قسمت بالای لوله گردد به این ترتیب ارتفاع جیوه در داخل مخزن بالا می رود و با کاهش دما مایع داخل مخزن منقبض می شود ولی باریک بودن لوله از برگشت مایع به داخل مخزن جلوگیری می کند و سطح مایع در داخل لوله در محلی که بالاترین دمای قبلی اتفاق افتاده است باقی می ماند بنابراین سطح فوقانی جیوه نشان دهنده حداکثر دمای اتفاق افتاده است.

-دماسنج حداقل(Minimum Thermometer)

دماسنج های حداقل برای تثبیت پایین ترین دمای اتفاق افتاده در یک دوره معین به کار می رود دماسنج های حداقل مشابه دماسنج های معمولی است با این تفاوت که مایع داخل مخزن این نوع دماسنج به جای جیوه از مایعات رقیق تر مانند الکل استفاده می شود. به علاوه در داخل لوله مویین یک سوزن شیشه ای که دو سر آن گرد می باشد رها گردیده که به عنوان شاخص از آن استفاده می شود، وقتی دمای هوا کاهش می یابد با انقباض مایع سطح بالای الکل در داخل لوله مویین با اعمال نیروی کشش سطحی شاخص سوزنی را نیز به طرف پایین مخزن حرکت می دهد با افزایش دما مجدداً الکل در داخل لوله مویین از اطراف سوزن عبور کرده و به طرف بالا صعود می کند اما سوزن در پایین ترین محلی که قبلا در اثر کشش سطحی پایین آمده بود باقی می ماند. بنابراین قسمت بالایی شاخص شیشه ای پایین ترین دمایی را که اتفاق افتاده است نشان می دهد در حالی که انتهای سطح الکل در بالای لوله دمای لحظه ای هوا را نشان میدهد.

–دماسنج حداقل –حداکثر(Max- Thermometer)

این دماسنج ترکیبی از دو دماسنج حداقل و حداکثر می باشد، این دماسنج از یک لوله شیشه ای U شکل ساخته شده است که دو انتهای آن مسدود می باشد. قسمت پایینی لوله U شکل با جیوه پر شده است. علاوه بر جیوه قسمت بالایی لوله قسمت چپ به طور کامل از الکل پر شده است اما نصف حجم لوله سمت راست که انتهای آن به صورت یک مخزن گشاد شده می باشد از الکل پر شده است و نصف دیگر آن از یک نوع گاز پر شده است. در بالاترین سطح جیوه و در داخل الکل در هر دو ستون شاخص های شیشه ای رنگی که یک سوزن در وسط آن تعبیه شده است وجود دارد در اثر گرم و سرد شدن و متعاقب آن انبساط و انقباض سطح جیوه بالا و پایین می رود. بالاترین حدی که جیوه در شاخه سمت چپ بالا رفته است دمای حداقل و بالاترین حدی که جیوه در شاخه سمت راست بالا رفته دمای حداکثر را نشان می دهد.

-دمانگار(Thermograph)

دمانگار یک وسیله کاملاً مکانیکی است و با استفاده از یک عنصر فلزی که انحنای آن با دما تغییر می کند ساخته شده است یک طرف عنصر فلزی حساس به تغییرات دما که دارای انحنا می باشد به بازوی اهرم طویل و متحرکی بسته شده است که این بازو ممکن است مستقیماً دما را از روی یک مقیاس ساده درجه بندی شده نشان دهد و یا اینکه انتهای بازو به یک قلم ثبات متصل گردد. با تغییر دمای هوا انحنای فلز تغییر می کند و این امر با توجه به نحوه تغییرات دما باعث انحراف قلم در انتهای بازوی مکانیکی به طرف بالا و پایین در روی کاغذ گراف می گردد و دماها ثبت می شوند

آذرسنج(Optical Pyrometer)

این نوع دماسنج که به آن دماسنج غیر تماسی هم گفته می شود ، بر پایه رنگ نور انتشار یافته از جسم بوده که در نهایت دمای جسم مورد نظر را براساس را اندازه گیری میکنیم این حقیقت که تمامی اجسام سیاه یک اندازه دمایی نور نشان خواهند داد ، نتیجه میگیریم که دامنه کاربردی این نوع دماسنج در دماهای بالای سرخ بوده و برای آهن تقریبا بالای ۵۰۰ درجه سانتی گراد می باشد.

طرز کار:

نور ایجاد شده توسط جسم از درون یک سیستم اپتیکال (با بزرگ نمایی معین) که در درون آن یک لامپ گداخته کوچک فرار داده شده ، گذرانده می شود . (بدین ترتیب اگر کسی از درون چشمی بدرون این سیستم نگاه می کند ، نوری بسیار باریکی را ملاحظه خواهد کرد.) در برخورد این نور با فیلمان لامپ ، جریانی را از فیلمان عبور خواهد داد که تعیین کننده میزان دمای جسم است. این جریان توسط پتانسیومتری که بین منبع تغذیه (یک باطری) و لامپ قرار داده شده کنترل میگردد. برای نمایش دما از یک آم متر (ammeter ) استفاده میگردد. دامنه آم متر از ۹۰۰F برای دمای ۵۰۰ درجه سانتی گراد تا۳۰۰۰F برای دمای ۱۶۰۰ درجه سانتی گراد متغییر است.

آذرسنج ثبتگر و کنترلگر

در اغلب تأسیسات صنعتی، تنها نشان دادن دما توسط دستگاه کافی نیست و باید با قراردادن یک قلم متحرک به جای عقربه پتانسیل سنج دما را ثبت کرد. این دستگاه آذرسنج ثبتگر نام دارد. همچنین با استفاده از مدارهای الکتریکی در دستگاه میتوان جریان گاز به مشعلها یا جریان برق به عنصرهای گرمایی را کنترل و دمای کوره را در مقدار مورد نظر ثبت کرد. این دستگاه آذرسنج کنترل گرنام دارد. امکان طراحی وسیله ای برای ثبت و کنترل دما متشکل از یک یا چند ترموکوپل نیز هست.

آذرسنج تابشی

اصول کارکرد آذرسنج تابشی بر پایه یک منبع تابشی استاندارد به نام جسم سیاه یا تابشگر کامل قرار دارد. تابشگر کامل، جسمی فرضی است که کلیه پرتوهای تابیده به خود را جذب می کند. در دمایی یکسان، چنین جسمی سریعتر از هر جسم دیگر از خود انرژی می تابد. آذرسنج های تابشی، عموماً برای نشان دادن دمای تابشگر کامل یا دمای حقیقی درجه بندی می شوند. قانون استفان-بولتزمن که مبنای مقیاس دمای آذرسنج های تابشی است، نشان می دهد که آهنگ تابش انرژی از یک تابشگر کامل متناسب با توان چهارم دمای مطلق آن است:

که در اینجا:

آهنگ تابش انرژی = W

ثابت تناسب =K

دمای مطلق تابشگر کامل= T

آذر سنج نوری

ابزار تشریح شده در قسمت قبل که به تمام طول موجهای تابش پاسخ می دهد آذر سنج تابشی نام دارد. با اینکه اصول کارکرد آذر سنج نوری با اذر سنج تابشی یکسان است اما آذر سنج نوری با طول موج منفرد یا نوار باریکی از طول موج طیف مرئی کار میکند. آذر سنج نوری، دما را از طریق مقایسه درخشندگی نور گسیل شده توسط منبع، با نور گسیل شده از یک منبع استاندارد، اندازه می گیرد. برای سهولت مقایسه رنگها، یک فیلتر قرمز که تنها طول موج پرتو قرمز را عبور میدهد به کار می رود.

متداول ترین نوع آذرسنج نوری که در صنعت به کار می رود، نوع رشته پنهان شونده است. این آذرسنج شامل دو قسمت، یک تلسکوپ و یک جعبه کنترل است. تلسکوپ شامل یک فیلتر شیشه ای قرمز که جلوی چشمی نصب شده و یک لامپ با رشته درجه بندی شده است که عدسی های شیء تصویر از جسم مورد آزمایش را بر آن متمرکز می کند. این دستگاه دارای یک کلید برای بستن مدار الکتریکی لامپ و یک پرده جاذب برای تغییر گستره اندازه گیری دما توسط آذرسنج است.

گستره کاری آذرسنج نوری مورد بحث، از˚۷۶۰ تا C˚۱۳۱۵ است. حد بالایی دما تا اندازه ای بستگی به خطر خراب شدن رشته و میزان خیره کنندگی ناشی از درخشش در دماهای بالاتر دارد. گستره دما ممکن است با به کارگیری پرده جاذب بین عدسی شیء و شبکه رشته به حد بالاتری افزایش یابد و به این وسیله سازگاری درخشش در دماهای پایینتر رشته ممکن می شود.بدین ترتیب با استفاده از دماهای پایینتر رشته، میتوان آذرسنج را برای دماهای بالاتر درجه بندی کرد. با به کارگیری پرده های جاذب مختلف، حد بالایی آذرسنج نوری را میتوان تا C˚۵۵۰۰ (C˚۱۰۰۰۰) یا بیشتر افزایش داد.

برخی مزایای آذرسنجهای نوری و تابشی عبارتند از:

۱/ اندازه گیری دماهای بالا؛

۲/ اندازه گیری دمای اجسام دور از دسترس؛

۳/ اندازه گیری دمای اجسام کوچک یا متحرک؛

۴/ هیچ یک از قسمتهای دستگاه در معرض آثار مخرب گرما نیست.

محدودیتهای آنها عبارتند از:

چون سازگاری نورسنجی بستگی به قضاوت فردی دارد، خطاهایی روی می دهد؛

به خاطر وجود دود یا گاز بین ناظر و منبع اشتباهاتی پدید می آید؛

بسته به میزان انحراف از شرایط تابشگر کامل خطا ایجاد می شود.

کالیبراسیون دما

دستگاهای کالیبراسیون دما:

دستگاه های کالیبراسیون دما به طور کلی به سه گروه تقسیم میشوند.عملا این دستگاها از طریق مقایسه ای عمل کالیبراسیون را انجام میدهند بدین طریق که منبعی را برابر مقدار مورد نظر حرارت داده و ثابت نگه میداریم انگاه ان مقدار را با دستگاه مورد ازمایش مقایسه کرده و به صحت و سقم ان پی میبریم و در صورت اختلاف و امکان تنظیم ان را تصحیح مینماییم در غیر اینصورت از رده خارج میشود.

·         حمام مایع:

این حمام ها بستگی به نوع مایعی که درون انها وجود دارد میتوانند از ۱۰۰- تا۳۰۰ درجه سیلسیوس کاردهی داشته باشد.

متانول                 ۱۰۰- تا ۵۰ درجه سیلسیوس

اب مقطر                 ۰تا ۹۵ درجه سیلسیوس

روغن سیلیکون          ۱۰۰ تا۳۰۰ درجه سیلسیوس

این دستگاها بایستی مجهز به سیستم کنترل کننده دمای دقیق همراه نشان دهنده دیجیتالی و همچنین همزن مایع باشد.در این دسستگاها ثابت ماندن دما در نقطه تنظیم بسیار بااهمیت است و در بعضی موارد تا صحت ۰.۰۰۵ درجه سیلسیوس ساخته و مورد استفاده قرار میگیرد.ظرفی که مایع درون ان قرار دارد معمولا از جنس فولاد زنگ نزن با حجم های مختلف ساخته میشوند.

داشتن همزن مایع کمک بسزایی در یکنواخت نمودن دمای مایع مینماید که تاثیر خوبی در کالیبراسیون خواهد داشت. در بعضی موارد به جای همزن از پمپ جهت به گردش در اوردن مایع درون مخزن استفاده میشود.

·         کوره الکتریکی:

این دستگاه قادر است از دمای ۳۰- تا۱۳۰۰ درجه سیلسیوس را به خوبی و با دقت بالا ایجاد نمایید. وسیله بسیار ساده و قابل حملی است که در صنایع بسیار متداول و مورد استفاده قرار میگیرد.

این دستگاه دارای محفظه استوانه شکل فلزی میباشد که توسط یک گرم کن الکتریکی گرم میشود و دمای ان به وسیله یک دستگاه کنترلر دمای بسیار دقیق کنترل خواهد شد. وسیله مورد ازمایش درون محفظه فلزی و در کنار سنسور مرجع دمای نشاندهنده دیجیتالی مخصوص کالیبراسیون نصب خواهد شد و با تنظیم دستگاه و مقایسه دمای وسیله ازمایش با نشان دهنده کالیبراتور در چندین نقطه از اختلاف دمای ان مطلع و درصورت نیاز اقدامات ضروری جهت تنظیم ان به عمل خواهد امد.

این دستگاها تقریبا بداز مدت ۲۰ دقیقه به دمای نهایی ثابت میرسند و در ان نقطه معمولا با صحت۰.۰۲ در جه سیلسیوس دما را نگه میدارد تا عمل مقایسه انجام شود.

·         حمام پودر سیال:

این کوره دارای مخزنی میباشد که درون ان ماسه یا اکسید الومینیوم که کاملا به صورت پودر درامده باشد ریخته میشود و توسط یک گرمکن برقی دمای پودرها بااندازه مورد دلخواه تنظیم میشود. این دستگاه دمای از ۵۰تا۷۰۰ درجه سیلسیوس را میتواند ایجاد نماید. به خاطر اینکه دما درون پودرها یک نواخت باشد و حالت چسبندگی ایجاد ننماید. هوا یا نیتروژن با فشار ۳ پوند بر اینچ مربع با جریان ثابت ۳ فوت مکعب در دقیقه به درون پودرها تزریق میشود.

از طرف دیگر یک دستگاه کنترل کننده دما دقیق نیز حرارت کوره را بااندازه مورد درخواست تنظیم مینماید. دستگاه با صحت۰.۲ درجه سیلسیوس کار میکند و در درجه بالا فقط ۱ درجه سیلسیوس ممکن است خطا ایجاد نماید.بخارات تولید شده بعداز گرم شدن پودرهای سیال توسط صافی های مخصوص جمع اوری میشوند.

علیرغم اینگه شرکت های سازنده از ایمن بودن این دستگاه و حمام روغن برای نفرات و محیط کار عموان میکنند ولی عملا در هنگام گرم شدن روغن و پودر سیال بخاراتی در فضای کارگاه تولید میشود که نفرات بایستی به ابزار ایمنی مجهز شوند وگرنه دچار صدماتی خواهند شد.

لازم به توضیح میباشد که در ازای هر پله تغیر دما باید وقت کافی برای ایجاد تعادل حرارت در نظر گرفته شود در غیر اینصورت نتیجه مطلوب حاصل نخواهد شد. چنانچه برای کالیبراسیون از دستگاه میلی ولت استفاده شود باید از جدول مناسب ترموکوپل مورد ازمایش استفاده شود. درصورتیکه از دستگاه نشان دهنده استفاده میشود باید مشخصات ان با ترموکوپل و شرایط ازمایش همخونی داشته باشد