دماسنج وسیله ای است که دما یا گرادیان دما را با استفاده از اصول مختلف اندازه گیری می کند. یک دماسنج دارای دو عنصر مهم است - حسگر دما که در آن برخی تغییرات فیزیکی با دمای فیزیکی رخ می دهد، به عنوان مثال لامپ روی دماسنج جیوه ای و فنر یا وسیله دیگری برای تبدیل این تغییر فیزیکی به یک مقدار به عنوان مثال مقیاس روی یک دماسنج جیوه ای.
دماسنج انواع مختلفی دارد.
دماسنج مایع در شیشه از تغییر در حجم مایع در دما استفاده می کند. آنها از این واقعیت استفاده می کنند که بیشتر سیالات با گرم شدن منبسط می شوند. سیال در یک حباب شیشه ای مهر و موم شده قرار دارد و انبساط آن با استفاده از مقیاس حک شده در ساقه دماسنج اندازه گیری می شود. همانطور که می دانیم دماسنج منبسط نمی شود و به عنوان ویژگی فیزیکی از تغییر طول مایع با دما استفاده می کند.
مایعاتی که معمولا در دماسنج های مایع در شیشه استفاده می شود جیوه و الکل هستند. بر اساس مایع مورد استفاده، آنها دو نوع هستند: دماسنج های جیوه ای در شیشه و دماسنج های الکلی در شیشه.
دماسنج مایع در شیشه از دو قسمت اصلی تشکیل شده است:
مزایای:
معایب:
اینها توسط یک فیزیکدان آلمانی دانیل گابریل فارنهایت اختراع شد.
این دماسنج از جیوه در یک لوله شیشه ای تشکیل شده است. علائم کالیبره شده روی لوله اجازه می‌دهد که دما با طول جیوه درون لوله خوانده شود. طول جیوه درون لوله بسته به دما متفاوت است. برای افزایش حساسیت، معمولاً یک حباب جیوه در انتهای دماسنج وجود دارد که حاوی بیشتر جیوه است. انبساط و انقباض این حجم جیوه در سوراخ بسیار باریک لوله تقویت می شود. فضای بالای جیوه ممکن است با نیتروژن پر شود یا ممکن است خلاء باشد.
دماسنج جیوه در شیشه محدوده دمایی وسیعی از -38 درجه سانتیگراد تا 356 درجه سانتیگراد را پوشش می دهد، اگرچه ورود گاز به دستگاه می تواند دامنه را تا 600 درجه سانتیگراد یا بیشتر افزایش دهد.
مزایای دماسنج جیوه ای در شیشه
معایب دماسنج جیوه ای در شیشه
به عنوان یک مایع، از الکل اتیل، تولوئن و پنتان فنی استفاده می کند که می تواند تا 200- درجه سانتی گراد استفاده شود. محدوده آن از 200- تا 80 درجه سانتیگراد است، اگرچه محدوده به شدت به نوع الکل مورد استفاده بستگی دارد.
مزیت: بزرگترین مزیت آن این است که می تواند دمای بسیار پایین را اندازه گیری کند.
عیب: از آنجایی که الکل شفاف است، برای نمایان شدن آن نیاز به رنگ دارد. رنگ ها تمایل به اضافه کردن ناخالصی هایی دارند که ممکن است محدوده دمایی مشابه الکل نداشته باشند. این امر خواندن را به خصوص در محدوده هر مایع دشوار می کند. همچنین الکل شیشه را خیس می کند.
دماسنج مقاومتی یا آشکارساز دمای مقاومتی (RTD) از مقاومت یک هادی الکتریکی برای اندازه گیری دما استفاده می کند. مقاومت هادی با زمان تغییر می کند. از این خاصیت هادی برای اندازه گیری دما استفاده می شود. عملکرد اصلی RTD ایجاد تغییر مثبت در مقاومت با دما است.
این فلز دارای ضریب دمای بالا است که به این معنی است که دمای آنها با افزایش دما افزایش می یابد. کربن و ژرمانیوم دارای ضریب دمای پایینی هستند که نشان می دهد مقاومت آنها با دما نسبت معکوس دارد.
دماسنج مقاومتی از یک عنصر حساس ساخته شده از فلزات بسیار خالص مانند پلاتین، مس یا نیکل استفاده می کند. مقاومت فلز با دما نسبت مستقیم دارد. بیشتر از پلاتین در دماسنج مقاومتی استفاده می شود. پلاتین از ثبات بالایی برخوردار است و می تواند دمای بالا را تحمل کند.
طلا و نقره برای RTD استفاده نمی شوند زیرا مقاومت کمی دارند. تنگستن مقاومت بالایی دارد اما بسیار شکننده است و از مس برای ساخت عنصر RTD استفاده می شود زیرا مقاومت کمی دارد و همچنین هزینه کمتری دارد. تنها عیب مس این است که خطی پایینی دارد. حداکثر دمای مس حدود 120 درجه سانتیگراد است.
مواد RTD از پلاتین، نیکل یا آلیاژهای نیکل ساخته شده است. سیم های نیکل برای محدوده دمایی محدود استفاده می شوند، اما کاملا غیر خطی هستند.
موارد زیر الزامات هادی مورد استفاده در RTD ها است
مقاومت ماده بالا است به طوری که از حداقل حجم هادی برای ساخت استفاده می شود
تغییر مقاومت ماده نسبت به دما باید تا حد امکان زیاد باشد.
مقاومت مواد به دما بستگی دارد
دماسنج مقاومتی برای محافظت در برابر آسیب در داخل لوله محافظ قرار می گیرد. عنصر مقاومتی با قرار دادن سیم پلاتین روی ماسوره سرامیکی تشکیل می شود. این عنصر مقاومتی در داخل لوله ای قرار می گیرد که از فولاد ضد زنگ یا فولاد مس ساخته شده است.
سیم سرب برای اتصال عنصر مقاومت با سرب خارجی استفاده می شود. سیم سرب توسط لوله عایق پوشانده شده است که از اتصال کوتاه محافظت می کند. مواد سرامیکی به عنوان عایق برای مواد با دمای بالا و برای الیاف یا شیشه با دمای پایین استفاده می شود.
دماسنج های مقاومتی به آرامی جایگزین ترموکوپل ها در کاربردهای صنعتی با دمای بسیار پایین تر (زیر 600 درجه سانتیگراد) می شوند. دماسنج های مقاومتی به اشکال مختلف ساخته می شوند و پایداری، دقت و تکرارپذیری بیشتری را ارائه می دهند. مقاومت با دما تقریباً خطی است.
مزایای
معایب:
ترموکوپل‌ها حسگرهایی هستند که از دو فلز تشکیل شده‌اند که در صورت وجود اختلاف دما بین آنها نیروهای الکتروموتور (EMF) یا ولتاژ ایجاد می‌کنند. مقدار ولتاژ تولید شده به این تفاوت ها بستگی دارد. ترموکوپل ها بر اساس اصل اثر Seebeck عمل می کنند.
اثر Seeback توسط توماس یوهان سیبک، فیزیکدان آلمانی، کشف شد. او متوجه شد که وقتی یک سری مدارها را با ایجاد اتصالی از دو فلز مختلف، با یک فلز در دمای بالاتر از دیگری، تولید کرد، توانست ولتاژ ایجاد کند. هرچه این اختلاف بزرگتر باشد، ولتاژ بیشتر می شود و او دریافت که نتایج مستقل از شکل فلز است.
ترموکوپل از یک اتصال تشکیل شده توسط دو آلیاژ فلزی تشکیل شده است. یک قسمت از اتصال بر روی منبعی قرار می گیرد که دمای آن اندازه گیری می شود، در حالی که انتهای دیگر در دمای مرجع ثابت مطابق با قانون صفر ترمودینامیک حفظ می شود. ترموکوپل‌های قدیمی‌تر از حمام‌های یخ به عنوان منبع دمایی خود استفاده می‌کنند، اما مدل‌های امروزی از حسگر دمای حالت جامد استفاده می‌کنند.
ترموکوپل ها به دلیل دقت، زمان واکنش سریع، اندازه کوچک و توانایی اندازه گیری دماهای شدید در علم و مهندسی ارزشمند هستند. توانایی دوم بر اساس ترکیبات فلزی استفاده شده است. یک ترکیب نیکل و نیکل می تواند دمای -50 درجه سانتی گراد تا 1410 درجه سانتی گراد را اندازه گیری کند، در حالی که یک ترکیب رنیوم-رنیم می تواند از 0 درجه سانتی گراد تا 2315 درجه سانتی گراد اندازه گیری کند. رایج ترین ترکیبات آهن-کنستانتان، مس-کنستانتان و کرومل-آلومل هستند. معایب ترموکوپل ها این است که سیگنال های تولید شده ممکن است غیر خطی نباشند و بنابراین باید به دقت کالیبره شوند.
دماسنج گازی دما را با تغییر حجم یا فشار گاز اندازه گیری می کند. دماسنج های گازی در دمای بسیار پایین بهترین عملکرد را دارند.
دو نوع اصلی دماسنج گازی وجود دارد - یکی با حجم ثابت و دیگری با فشار ثابت کار می کند.
پیرومتر نوعی دماسنج است که برای اندازه گیری دماهای بالا استفاده می شود. برای اندازه گیری دما بدون تماس فیزیکی استفاده می شود. برای اندازه گیری دمای بدن با اندازه گیری تابش الکترومغناطیسی آن استفاده می شود.
اصل آن به رابطه بین دمای یک جسم داغ و تابش الکترومغناطیسی ساطع شده از بدن بستگی دارد. هنگامی که یک جسم گرم می شود، انرژی گرمایی به نام تابش گرمایی ساطع می کند. این تکنیکی برای تعیین دمای بدن با اندازه گیری تابش الکترومغناطیسی آن است.
پیرومتر نوری - پیرومتر نوری یک دستگاه اندازه گیری دما از نوع غیر تماسی است. بر اساس اصل تطبیق روشنایی یک جسم با روشنایی رشته ای که در داخل پیرومتر قرار می گیرد کار می کند. پیرومتر نوری برای اندازه گیری دمای کوره ها، فلزات مذاب و سایر مواد یا مایعات بیش از حد گرم شده استفاده می شود. اندازه گیری دمای بدنه بسیار گرم شده با کمک ابزار نوع تماسی امکان پذیر نیست. از این رو از پیرومتر غیر تماسی برای اندازه گیری دمای آنها استفاده می شود.
مزایای یک پیرومتر نوری
معایب پیرومتر نوری
دماسنج بالینی | دماسنج آزمایشگاهی |
دماسنج بالینی از 35 درجه سانتی گراد تا 42 درجه سانتی گراد یا از 94 درجه فارنهایت تا 108 درجه فارنهایت مقیاس بندی می شود. | دماسنج آزمایشگاهی معمولاً از -10 درجه سانتیگراد تا 110 درجه سانتیگراد مقیاس بندی می شود. |
سطح جیوه به خودی خود سقوط نمی کند، زیرا یک پیچ خوردگی در نزدیکی لامپ وجود دارد تا از کاهش سطح جیوه جلوگیری شود. | سطح عطارد به خودی خود کاهش می یابد زیرا هیچ پیچ خوردگی وجود ندارد. |
بعد از برداشتن دماسنج از زیر بغل یا دهان می توان دما را خواند. | دما با نگه داشتن دماسنج در منبع دما خوانده می شود، مثلاً یک مایع یا هر چیز دیگری. |
برای پایین آوردن سطح جیوه تکان هایی داده می شود. | برای پایین آوردن سطح جیوه نیازی به تکان دادن نیست. |
برای اندازه گیری دمای بدن استفاده می شود. | برای اندازه گیری دما در آزمایشگاه استفاده می شود. |
