مقياس الحرارة هو جهاز يقيس درجة الحرارة أو درجة حرارة التدرج ، باستخدام مجموعة متنوعة من المبادئ المختلفة. يحتوي مقياس الحرارة على عنصرين مهمين - مستشعر درجة الحرارة الذي يحدث فيه تغير مادي مع درجة الحرارة الفيزيائية ، مثل المصباح الموجود على مقياس حرارة الزئبق والربيع أو بعض الوسائل الأخرى لتحويل هذا التغيير المادي إلى قيمة ، مثل مقياس مقياس الحرارة الزئبقي.
هناك أنواع مختلفة من الحرارة.
السائل في ميزان الحرارة الزجاجي يستخدم التباين في حجم السائل في درجة الحرارة. يستخدمون حقيقة أن معظم السوائل تتوسع في التدفئة. يوجد السائل في لمبة زجاجية محكمة الإغلاق ، ويتم قياس تمدده باستخدام مقياس محفور في جذع مقياس الحرارة. كما نعلم أن ميزان الحرارة لا يتمدد بعد ذلك كخاصية مادية فإنه يستخدم تباين طول السائل مع درجة الحرارة.
السوائل المستخدمة عادة في مقاييس الحرارة السائلة في الزجاج هي الزئبق والكحول. بناءً على السائل المستخدم ، فهي من نوعين: موازين الحرارة الزئبقية ومقاييس حرارة الكحول في الزجاج.
يتكون السائل في ميزان الحرارة الزجاجي من جزأين أساسيين:
مزايا:
سلبيات:
اخترعها عالم الفيزياء الألماني دانييل غابرييل فهرنهايت.
يتكون هذا ميزان الحرارة من الزئبق في أنبوب زجاجي. تسمح العلامات المعايرة الموجودة على الأنبوب بقراءة درجة الحرارة بطول الزئبق داخل الأنبوب. يختلف طول الزئبق داخل الأنبوب حسب درجة الحرارة. لزيادة الحساسية ، عادة ما يكون هناك لمبة من الزئبق في نهاية مقياس الحرارة الذي يحتوي على معظم الزئبق ؛ توسيع وتقلص هذا الحجم من الزئبق هم تضخيمها في تجويف أضيق بكثير من الأنبوب. قد تملأ المساحة الموجودة فوق الزئبق بالنيتروجين أو قد تكون عبارة عن فراغ.
يغطي مقياس الحرارة الزئبقي في الزجاج مجموعة واسعة من درجات الحرارة من - 38 درجة مئوية إلى 356 درجة مئوية ، على الرغم من أن إدخال غاز في الصك يمكن أن يزيد النطاق إلى 600 درجة مئوية أو ما بعدها.
مزايا ميزان الحرارة الزئبقي
عيوب ميزان الحرارة الزئبقي
كسائل ، فإنه يستخدم الكحول الإيثيلي والتولوين والبنتان التقني ، والذي يمكن استخدامه حتى -200 درجة مئوية. يتراوح مداها بين -200 درجة مئوية و 80 درجة مئوية ، على الرغم من أن النطاق يميل إلى أن يعتمد بشكل كبير على نوع الكحول المستخدم.
ميزة: أكبر ميزة هي أنه يمكن قياس درجات الحرارة المنخفضة للغاية.
العيب: بما أن الكحول شفاف ، فإنه يتطلب صبغة لجعله مرئيًا. تميل الأصباغ إلى إضافة الشوائب التي قد لا تحتوي على نفس درجة حرارة الكحول. هذا يجعل القراءة صعبة خاصة في حدود كل سائل. أيضا ، الكحول يبلل الزجاج.
يستخدم مقياس الحرارة المقاومة أو كاشف درجة حرارة المقاومة (RD) مقاومة الموصل الكهربائي لقياس درجة الحرارة. تختلف مقاومة الموصل مع الوقت. هذه الخاصية للموصل تستخدم لقياس درجة الحرارة. تتمثل الوظيفة الرئيسية لـ RTD في إحداث تغيير إيجابي في المقاومة مع درجة الحرارة.
يحتوي المعدن على معامل درجة حرارة عالية مما يعني زيادة درجة الحرارة مع زيادة درجة الحرارة. يحتوي الكربون والجرمانيوم على معامل درجة حرارة منخفضة مما يدل على أن مقاومتهما تتناسب عكسيا مع درجة الحرارة.
يستخدم مقياس الحرارة المقاومة عنصرًا حساسًا مصنوعًا من معادن نقية للغاية مثل البلاتين أو النحاس أو النيكل. مقاومة المعدن تتناسب مباشرة مع درجة الحرارة. في الغالب ، يتم استخدام البلاتين في ميزان الحرارة المقاومة. يتمتع البلاتين بثبات عالٍ ويمكنه تحمل درجات الحرارة العالية.
لا يتم استخدام الذهب والفضة في RTD لأنهما يتمتعان بمقاومة منخفضة. التنغستن لديه مقاومة عالية ، لكنه هش للغاية يستخدم النحاس لصنع عنصر RTD لأنه يحتوي على مقاومة منخفضة وأيضا هو أقل تكلفة. العيب الوحيد للنحاس هو أنه يحتوي على خطي منخفض. درجة الحرارة القصوى للنحاس حوالي 120 درجة مئوية.
تتكون مادة RTD من البلاتين أو النيكل أو سبائك النيكل. تُستخدم أسلاك النيكل في نطاق محدود من درجات الحرارة ، لكنها غير خطية تمامًا.
فيما يلي متطلبات الموصل المستخدمة في RTDs
مقاومة المواد عالية بحيث يتم استخدام الحد الأدنى لحجم الموصل للبناء
يجب أن يكون التغير في مقاومة المواد المتعلقة بدرجة الحرارة مرتفعًا قدر الإمكان.
مقاومة المواد تعتمد على درجة الحرارة
يتم وضع ميزان الحرارة المقاومة داخل الأنبوب الواقي لتوفير الحماية ضد التلف. يتم تشكيل العنصر المقاوم عن طريق وضع الأسلاك البلاتينية على بكرة السيراميك. يتم وضع عنصر المقاومة هذا داخل الأنبوب الذي يتكون من الفولاذ المقاوم للصدأ أو الفولاذ النحاسي.
يستخدم سلك الرصاص لربط عنصر المقاومة بالرصاص الخارجي. سلك الرصاص مغطى بالأنبوب المعزول الذي يحميه من ماس كهربائى. يتم استخدام مادة السيراميك كعازل للمواد ذات درجة الحرارة العالية والألياف الزجاجية المنخفضة الحرارة أو الزجاج.
تستبدل موازين الحرارة المقاومة ببطء المزدوجات الحرارية في التطبيقات الصناعية بدرجة حرارة أقل بكثير (أقل من 600 درجة مئوية). تأتي موازين الحرارة المقاومة في عدد من أشكال البناء وتوفر ثباتًا ودقة وتكرارًا أكبر. تميل المقاومة إلى أن تكون خطية تقريبًا مع درجة الحرارة.
مزايا
سلبيات:
المزدوجات الحرارية هي مجسات تتكون من معادن تولد قوى الدافع الكهربائي (EMFs) أو الفولتية عند وجود اختلافات في درجة الحرارة بينهما. كمية الجهد المنتجة تعتمد على هذه الاختلافات. المزدوجات الحرارية تعمل على أساس مبدأ تأثير Seebeck.
تم اكتشاف تأثير Seeback من قبل الطبيب الألماني الذي تحول إلى عالم الفيزياء Thomas Johann Seebeck. وجد أنه عندما أنتج سلسلة من الدوائر من خلال تشكيل تقاطع اثنين من المعادن المختلفة ، مع معدن واحد في درجة حرارة أعلى من الآخر ، أنه كان قادرا على توليد الجهد. كلما زاد الفارق ، زاد الجهد الكهربائي ، ووجد أن النتائج كانت مستقلة عن شكل المعدن.
يتكون الحرارية من تقاطع يتكون من سبائك معدنية اثنين. يتم وضع جزء واحد من الوصلة على مصدر تقاس درجة حرارته ، بينما يتم الحفاظ على الطرف الآخر عند درجة حرارة مرجعية ثابتة وفقًا لقانون الصفر للديناميكا الحرارية. تستخدم المزدوجات الحرارية القديمة الحمامات الجليدية كمصدر لدرجة حرارتها ، لكن الحمامات الحديثة تستخدم مستشعر درجة حرارة الحالة الصلبة.
تعتبر الثنائيات الحرارية ذات قيمة في العلوم والهندسة بسبب دقتها ووقت رد الفعل السريع وصغر حجمها وقدرتها على قياس درجات الحرارة القصوى. تستند القدرة الأخيرة على مجموعات المعادن المستخدمة ؛ مزيج من النيكل والنيكل يمكن قياس -50 درجة مئوية إلى 1410 درجة مئوية ، في حين أن مزيج الرينيوم والرينيوم يمكن قياس 0 درجة مئوية إلى 2315 درجة مئوية. أكثر المجموعات شيوعًا هي: حديد كونستانت ، ونحاس كونستانت ، وكروم ألوميل. مساوئ المزدوجات الحرارية هي أن الإشارات الناتجة قد لا تكون غير خطية ، وبالتالي فهي تحتاج إلى معايرة بعناية.
مقياس حرارة الغاز يقيس درجة الحرارة عن طريق التباين في حجم أو ضغط الغاز. تعمل موازين الحرارة للغاز بشكل أفضل في درجات حرارة منخفضة للغاية.
هناك نوعان رئيسيان من مقياس حرارة الغاز - أحدهما يعمل بحجم ثابت والآخر تحت ضغط ثابت.
البيرومتر هو نوع من الحرارة يستخدم لقياس درجات الحرارة العالية. يتم استخدامه لقياس درجة الحرارة دون أي اتصال جسدي. يتم استخدامه لقياس درجة حرارة الجسم عن طريق قياس الإشعاع الكهرومغناطيسي.
يعتمد مبدأه على العلاقة بين درجة حرارة الجسم الساخن والإشعاع الكهرومغناطيسي المنبعث من الجسم. عندما يتم تسخين الجسم فإنه ينبعث الطاقة الحرارية المعروفة باسم الإشعاع الحراري. إنها تقنية لتحديد درجة حرارة الجسم عن طريق قياس الإشعاع الكهرومغناطيسي.
البيرومتر البصري - البيرومتر البصري هو جهاز لقياس درجة حرارة نوع عدم الاتصال. إنه يعمل على مبدأ مطابقة سطوع جسم ما مع سطوع الشعيرة الموضوعة داخل البيرومتر. يتم استخدام البيرومتر البصري لقياس درجة حرارة الأفران والمعادن المنصهرة وغيرها من المواد أو السوائل المحمومة. لا يمكن قياس درجة حرارة الجسم شديد التسخين بمساعدة أداة نوع الاتصال. وبالتالي يتم استخدام البيرومتر عدم الاتصال لقياس درجة الحرارة.
مزايا البيرومتر البصري
عيوب البيرومتر البصري
محرار طبي | مختبر الحرارة |
يتم قياس ميزان الحرارة السريري من 35 درجة مئوية إلى 42 درجة مئوية أو من 94 درجة فهرنهايت إلى 108 درجة فهرنهايت. | يتم قياس مقياس الحرارة في المختبر عمومًا من -10 درجة مئوية إلى 110 درجة مئوية. |
لا ينخفض مستوى الزئبق من تلقاء نفسه ، حيث يوجد بالقرب من المصباح لمنع هبوط مستوى الزئبق. | ينخفض مستوى الزئبق من تلقاء نفسه نظرًا لعدم وجود رابط. |
يمكن قراءة درجة الحرارة بعد إزالة ميزان الحرارة من الإبط أو الفم. | تتم قراءة درجة الحرارة مع الحفاظ على مقياس الحرارة في مصدر درجة الحرارة ، مثل السائل أو أي شيء آخر. |
لخفض الهزات مستوى الزئبق وترد. | لا حاجة لإعطاء رعشة لخفض مستوى الزئبق. |
يتم استخدامه لأخذ درجة حرارة الجسم. | يتم استخدامه لاتخاذ درجة الحرارة في شفهي labo . |
