بررسی تجهیزات و روش های اندازه گیری دما

ترموکوپل،RTD3، ترمیستور، سنسورهای مدار مجتمع IC

درجه حرارت یکی از معمول ترین و مهم ترین کمیتی است که برای کنترل اکثر فرآیندهای صنعتی باید اندازه گیری شود. در این مقاله قصد داریم به بررسی تجهیزات و روش های اندازه گیری دما بپردازیم.

چهار روش کلی برای اندازه گیری دما وجود دارد که بر اساس چهار اصل اساسی کار می کنند:

  1.  تغییر در ظرفیت اتصال دو فلز غیر مشابه به وسیله دما: در ترموکوپل ها مورد استفاده قرار می گیرد.
  2.  تغییر در مقاومت الکتریکی به وسیله دما: در اندازه گیرهای مقاومتی و ترمیستورها استفاده می شوند.
  3.  انبساط یک ماده به وسیله دما: تغییری در طول، حجم و فشار ایجاد می کند و نمونه بارز آنها ترمومترهای جیوه ای یا الکلی هستند.
  4. تغییر در انرژی تابشی به وسیله دما: در اندازه گیرهای تشعشعی و نوری مورد استفاده قرار می گیرند.

اندازه گیرهای انبساطی دما

قدیمی ترین روش اندازه گیری دما، اندازه گیری انبساط یک کمیت فیزیکی مانند طول، سطح و حجم به وسیله دما است. در این روش، دما به یک کمیت مکانیکی (معمولاً جابجایی) تبدیل می گردد. ترمومتر جیوه ای و الکلی مثال آشنای اندازه گیرهای انبساطی هستند. این اندازه گیرها، دما را به جابه جایی ستون جیوه یا ستون الکل در لوله، تبدیل می کنند.

در بسیاری از موارد برای استفاده از مزایای کمیتهای الکتریکی، کمیت اندازه گیری شده مثلاً تغییر ارتفاع جیوه در لوله را به یک کمیت الکتریکی تبدیل می کنند. اگر به دور لوله ترمومتر جیوه ای یک سیم پیچ بسته شود، آنگاه تغییرات ارتفاع ستون جیوه را می توان به تغییرات ضریب خود القائی سیم پیچ تبدیل نمود و با استفاده از مدارات واسط دیگر، دمای اندازه گیری شده را به یک کمیت الکتریکی تبدیل کرد.

انواع دماسنج ها و طرز کار آن ها

 تعریف دماسنج

دماسنج معمولاً از یک لوله شیشه ای که دو طرف آن بسته و در قسمت پایین آن مخزنی پر از جیوه یا الکل است تشکیل می گردد. برای مدرج ساختن آن، ترمومترهای جیوه ای را در ظرف بخار آبی که در حال جوش است کنار دریا قرار دهید. جیوه بر اساس خاصیت انبساط اجسام در مقابل حرارت در لوله بالا می رود و در نقطه ای که توقف می کند آن نقطه را با عدد ۱۰۰ علامت گذاری نموده سپس مخزن جیوه را در یخ قرار دهید.

جیوه از لوله پایین می آید و در نقطه ای متوقف می شود که نقطه صفر و در حقیقت نقطه انجماد آب یا نقطه ذوب یخ است. آنگاه میان این دو رقم را با اعداد علامت گذاری نمایید که هر قسمت را یک درجه می نامند. این گونه ترمومترها که به صد درجه تقسیم شده اند را ترمومتر سانتیگراد می نامند. غیر از این نوع درجه بندی، انواع دیگری نیز وجود دارد که ترمومتر رئومور و ترمومتر فارنهایت هستند.

محدودۀ کاری دماسنج

باید توجه داشته باشید که با ترمومترهای جیوه ای نمی توانید دماهای کمتر از ۳۵ درجه زیر صفر را اندازه گیری نمایید، زیرا جیوه در ۳۹- درجه سانتی گراد منجمد می شود. به همین دلیل برای اندازه گیری دمای کمتر از ۳۹- درجه سانتی گراد از ترمومترهای الکلی استفاده کنید، زیرا الکل در ۱۲۰ درجه سانتی گراد مایع است و بالعکس در ۷۸ درجه سانتیگراد به جوش می آید از این روی ترمومترها را به صورت ترکیبی از الکل و جیوه می سازند.

این نوع دماسنج می تواند حداکثر درجه حرارت و حداقل آن را در مدت معینی مثلاً یک شبانه روز تعیین کند و برای اینکه جای زیادی را اشغال نکند ساقه آن را دو مرتبه خم می کنند و در قسمت خمیده آن 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 و کمى الکل در آن بخار می شود و طرف چپ آن منتهی به مخزن الکل است. در بالای دو طرف جیوه دو سوزن فولادی موسوم به نشانه قرا دارد.

دماسنج ترمومتری پزشکی

   این دماسنج جهت اندازه گیری حرارت بدن به کار می رود و چون حد متوسط حرارت بدن انسان ۳۷ درجه سانتیگراد (۹۸٫۵ درجه فارنهایت) است، در ترمومترهای پزشکی بر اساس سانتی گراد بین ۳۲ تا ۴۲ می شود. برای اینکه در لحظۀ جدا شدن ترمومتر از بدن انسان (زیر زبان، زیر بغل و…) و برخورد با حرارت یا برودت محیط، جیوه داخل ترمومتر تغییر مکان پیدا نکند، خمیدگی مخصوصی در انتهای لوله ترمومتر نزدیک مخزن جیوه قرار داده شده و هر بار که بخواهید از آن استفاده کنید باید چندین بار ترمومتر را به طرف مخزن تکان شدید بدهید تا جیوه داخل لوله از خمیدگی بگذرد و کامل وارد مخزن گردد.

دماسنج جیوه ای
دماسنج جیوه ای

دماسنج گازی

   جنس، ساختمان و ابعاد دماسنج در ادارات و موسسات مختلف سراسر دنیا که این دستگاه را به کار می برند 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 پلاتینایریدیم (بسته به گستره دمایی که دماسنج در آن بکار می رود) است که به وسیله یک لوله موئین به فشارسنج جیوه ای متصل می شود. این دماسنج براساس دو قانون ذکر شده در مورد گاز کامل کار می کند.

دماسنج گازی
 دماسنج گازی

قوانین گازها

قانون بویل-ماریوت

   حجم مقدار معینی از هر گاز در دمای معین با فشاری که بر آن گاز وارد می شود، رابطه تناسبی معکوس دارد. از سوی دیگر فشار هر گاز موجود در حجم معین، به ازای هر یک درجه سانتی گراد افزایش دما، به اندازه ۱٫۲۷۳ حجم اولیه اش افزایش می یابد. که این دو قانون اساس ساخت دماسنج های گازی هستند.

دماسنج مایعی

   این نوع دماسنج یکی از رایج ترین انواع دماسنج های مورد استفاده در صنعت و غیره بوده و عمدتاً به عنوان دماسنج های جیوه ای یا الکلی شناخته می شوند. ساختمان این نوع دماسنج ها 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 می دهد. دماسنج جیوه ای را می توان برای اندازه گیری دما از ۳۷٫۸ – تا ۳۱۵ درجه سانتیگراد استفاده نمود. اما اگر فضای بالای سطح جیوه را از گاز ازت پر کنند، می تواند تا دمای ۵۳۸ درجه از آن استفاده نمود.

دماسنج انبساط سیال

   این نوع دماسنج یکی از با صرفه ترین، رایج ترین و تطبیق پذیرترین وسایل اندازگیری دما در صنعت است. اساس کار این دماسنج به این گونه است که با افزایش دما، فشار درون حباب که می تواند محتوی مایع، گاز یا بخار باشد، بالا رفته و توسط فشارسنج اندازه گیری می شود. طول لوله مویین می تواند تا ۶۰ متر باشد؛ اما این مقدار بر دقت اندازه گیری دما تأثیر گذار خواهد بود. بهترین حالت زمانی است که از لوله مویین کوتاه که به یک ترانس دیوسر فشار الکتریکی متصل شده استفاده کنید.

دماسنج الکتریکی

   این نوع دماسنج ها اصولاً کاربردهای فراوانی در صنعت داشته و قادرند از دماهای پایین تا دماهای بسیار بالا را اندازه گیری کنند. بیشتر به صورت مقاومتی و ترموکوپل هستند. دماسنج مقاومتی به صورت یک سیم بلند و ظریف است، معمولاً آنرا به دور یک قاب نازک می پیچند تا از فشار ناشی از تغییر طول سیم که در اثر انقباض آن در موقع سرد شدن پیش می آید، جلوگیری کند.

   در شرایط ویژه می توان سیم را به دور جسمی که قصد اندازه گیری دمای آن است، پیچید یا در داخل آن قرار داد. در گستره دمای خیلی پایین، (دماسنج های مقاومتی) معمولاً از مقاومت های کوچک رادیویی با ترکیب کربن یا بلور ژرمانیوم که ناخالصی آن آرسنیک است استفاده می شود و جسم حاصل در درون یک کپسول مسدود شده پر از هلیوم قرار دارد.

   این دماسنج را می توان بر روی سطح جسمی که قصد اندازه گیری دمای آن است نصب نمود یا در حفره هایی که برای این منظور ایجاد شده است، قرار داد. دماسنج مقاومتی پلاتینی را می توان برای کارهای خیلی دقیق در گستره ۲۵۳ تا ۱۲۰۰ درجه سانتی گراد به کار برد.

دماسنج الکتریکی
دماسنج الکتریکی

مقاله پیشنهادی: اندازه گیری دما با استفاده از انواع سنسورها


مبدل های دما Temperature Transducers

تحقیقات در زمینۀ سوخت، انرژی خورشیدی، موتورهای جدید و نیز صرفه جویی در انرژی از مسائل بسیار مهم و فعال مراکز تحقیقاتی است. در تمامی موارد یاد شده، اندازه گیری دقیق دما از اهمیت خاصی برخوردار است. در کلیۀ کارخانجات تولیدی، مستقل از نوع تولید، نوعی پروسه حرارتی وجود دارد که جهت اندازه گیری، نمایش و نیز کنترل دما نیاز به مبدل های دما است.

انواع-ترموکوپل-و-RTD

در این قسمت چهار نوع مبدل دما که نسبت به دیگر مبدل ها رایج تر هستند 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، سادگی عملکرد و ارزانی، محدودۀ اندازه گیری وسیع
  • معایب: رفتار غیر خطی، ولتاژ پایین، نیاز به نقطه مرجع، پایداری کم، حساسیت کم

مزایا و معایب RTD

  • مزایا: پایداری زیاد، دقت بالا، رفتار خطی بهتر از ترموکوپل
  • معایب: قیمت بیشتر، نیاز به منبع جریان، خود گرمایی

مزایا و معایب ترمیستور

  • مزایا: خروجی زیاد، پاسخ سریع، دوسیمه بودن برای اندازه گیری
  • معایب: رفتار غیر خطی، محدوده اندازه گیری کم، نیاز به منبع جریان، خودگرمایی

مزایا و معایب آی سی های سنسور دما

  • مزایا: رفتار خطی، خروجی بالا، قیمت مناسب
  • معایب: حداکثر دمای اندازه گیری ۲۰۰ درجه، سرعت پاسخ کم، خود گرمایی

ترموکوپل چیست؟

ترموکوپل وسیله ای است که از اتصال دو فلز ناهمسان به یکدیگر تشکیل شده و با حرارت دیدن محل اتصال این دو فلز، به دلیل ضریب انبساط متفاوت آن ها، افزایش تغییر طول متفاوت را می توان به سیگنال الکتریکی تبدیل کرد. حرکت الکترون ها از هادی با چگالی الکترون آزاد بیشتر به سمت هادی با چگالی الکترون آزاد کمتر جریان الکتریکی ایجاد می کند و وجود حفره های مثبت در یک سمت و الکترون های آزاد در سمت دیگر باعث ایجاد ولتاژ می شود.

ترموکوپل ها متداول ترین اندازه گیرهای الکتریکی دما در صنعت هستند. در این نوع دماسنج از خاصیت انبساط و انقباض اجسام جامد استفاده می گردد. گستره یک ترموکوپل بستگی به موادی دارد که ترموکوپل از آن ساخته شده است. گستره یک ترموکوپل پلاتنیوم-ایرودیوم که ۱۰ درصد پلاتینیوم دارد، از صفر تا ۱۶۰۰ درجه است. ترموکوپل به دلیل جرم کوچک، خیلی سریع با سیستمی که اندازه گیری دمای آن مورد نظر است، به حال تعادل گرمایی در می آید و این یکی از مزیت های ترموکوپل است؛ لذا تغییرات دما به آسانی بر آن اثر می کند، ولی دقت دماسنج مقاومتی پلاتین را ندارد.

عملکرد-ترموکوپل


مقاله پیشنهادی: اندازه گیری دما با استفاده از مقاومت حرارتی


عملکرد ترموکوپل

با حرارت دادن محل اتصال دو فلز تشکیل دهنده ترموکوپل در دو سر دیگر آن که اتصالی وجود ندارد، اختلاف پتانسیل ایجاد شده و ولتاژ تولید می شود این ولتاژ بسیار ضعیف است و از آن جایی که از طریق حرارت در ترموکوپل ایجاد می شود، کارکرد آن تابع دما است. در نتیجه، ترموکوپل در هر دما ولتاژ مشخصی تولید کرده و با افزایش دما، ولتاژ تولید شده نیز افزایش می یابد. ولتاژی تولید شده توسط ترمومتر به دما تبدیل می شود.

 همچنین رفتار الکتریکی یک ترموکوپل وابسته به آلیاژ مورد استفاده در آن است. از رایج ترین آلیاژهایی که در ترموکوپل ها مورد استفاده واقع می شوند می توان از آلیاژ کروم، نیکل نام برد.

همان گونه که می دانید بعضی از اجسام، الکترون از دست می دهند و بعضی دیگر الکترون جذب می کنند در نتیجه، بین دو جسم غیرمشابه هنگام اتصال، انتقال الکترون صورت می گیرد. فلزات فعال در درجه حرارت معمولی اتاق نیز می توانند الکترون آزاد کنند برای مثال، اگر مس و روی را به یکدیگر متصل کنیم، الکترون ها از اتم مس خارج و به اتم روی وارد می شوند در نتیجه، فلز روی الکترون های اضافی کسب می کند و به طور منفی باردار می شود و مس که الکترون های خود را از دست داده است دارای بار مثبت می شود.

بارهایی که در درجه حرارت اتاق تولید می شوند کم هستند زیرا انرژی حرارتی کافی برای آزاد کردن الکترون های بیشتر وجود ندارد، اما اگر محل اتصال دو فلز را حرارت دهیم انرژی بیشتری تولید می شود و الکترون های بیشتری آزاد می گردند به این روش (ترموالکتریسته) گفته می شود هر چه حرارت بیشتر باشد بار بیشتری تولید می گردد. هنگامی که حرارت قطع شود، فلزها سرد می شوند و بارها از بین می روند به اتصال این دو فلز (ترموکوپل) می گویند.

هنگامی که چندین ترموکوپل به یکدیگر متصل شوند یک ترموبیل (باتری حرارتی) به وجود می آید از ترموکوپل برای اندازه گیری درجه حرارت در کوره ها و برای قطع جریان گاز در موقع خاموش شدن شعله در اجاق گاز استفاده می شود. ترموکوپل ها بر اساس نوع اتصال و رنج دمایی به انواع مختلفی دسته بندی می شوند که در جدول زیر نمایش داده شده اند.

رنج دمایی جنس اتصال نوع
۲۷۰- تا ۴۰۰ مس و آلیاژی از مس T1,2
۲۱۰- تا ۱۲۰۰ آهن و آلیاژی از مس J1,3
۲۷۰- تا ۱۳۷۰ آهن نیکل کرم و آلیاژی از نیکل و کرم K
۲۷۰- تا ۱۰۰۰ آهن نیکل کرم  و آلیاژی از مس E
۵۰- تا ۱۷۶۸ (Pt-10% Rh), Pt S
۰ تا ۱۸۲۰ (Pt-13% Rh), (Pt-6% Rh) B
۵۰- تا ۱۷۶۸ (Pt-13% Rh), Pt R
۲۷۰- تا ۱۳۰۰ (Ni-Cr-Si), (Ni-Si-Mg) N

به طور خلاصه، باید نکات ذیل را در رابطه با سیستم های دارای ترموکوپل رعایت نمایید.

۱- در محدوده اندازه گیری دما، از بزرگترین مقطع ممکن سیم استفاده نمایید تا خطای کمتری داشته باشید.

۲- از سیم معمولی برای اندازه گیری دما استفاده نکنید و حتی الامکان زوج سیم ها شیلد شده باشند تا نویز بر آنها تأثیر نداشته باشد.

٣- از ایجاد تنش و لرزه مکانیکی که باعث فشار در سیم می گردد خودداری کنید.

۴- برای اندازه گیری دما در فواصل طولانی، سیم شیلد را به ترمینال زمین ولتمتر دیجیتالی متصل نمایید و از زوج سیم بهم تابیده جهت اتصال استفاده کنید.

۵- سعی کنید از سیم ترموکوپل در رنج مربوطه استفاده کنید.

۶- از مبدل A/D حفاظت شده داخلی (integrating) استفاده کنید.

۷- سیم معمولی ارتباطی را، فقط در محیط با دمای پایین استفاده کنید.

کاربرد ترموکوپل

این ابزار در کنترل دما و صنایعی که تابع دما هستند بسیار کاربردی است. از جمله کاربردهای آن می توان به اندازه گیری دما در کوره ها، دمای دودکش، قطع کن سیستم گاز شومینه و اجاق گازها، صنایع داروسازی و … اشاره کرد.

مزیت های ترموکوپل

  • سادگی
  • قیمت مناسب
  • استحکام و دوام زیاد در مصارف صنعتی
  • محدودۀ وسیع اندازه گیری آن ها که معمولاً از محدودۀ ۱۸۰- تا ۱۸۰+ را در بر می گیرند، می توان اشاره کرد.

داستان ترموکوپل به کشف Seebeck در سال ۱۸۲۱ در مورد وجود یک جریان الکتریکی در مدار بسته ای از دو فلز غیر هم جنس، در حالی که دو نقطه اتصال در درجه حرارت های مختلف باشند بر می گردد. چنین ترموکوپلی در شکل زیر، نشان داده شده است.

ترموکوپل

در اینجا A و B دو فلز و T1 و T2 درجه حرارت های نقاط اتصال آنها هستند. I نشان دهندۀ جریان ترموالکتریکی است که در مدار جاری است. معمولاً A  نسبت به B در صورتی که اتصال T1 سردتر باشد، از لحاظ ترموالکتریکی مثبت خوانده می شود. وقتی دو سیم فلزی با جنس مختلف از دو انتها به یکدیگر متصل شوند و یک انتهای آن حرارت داده شود، یک جریان پیوسته در مسیر ترموالکتریک این دو سیم به وجود می آید. این پدیده توسط توماس سیبک در سال ۱۸۲۱ کشف شد.

اگر این مدار از وسط قطع شود، ولتاژ این مدار (ولتاژ سیبک)، (اولین شکل زیر) تابعی از درجه حرارت نقطه تماس و اتصال دو سیم فلزی است. اما نمی توانید این ولتاژ را به طور مستقیم اندازه گیری کنید، چون باید یک ولت متر به ترموکوپل متصل کنید که اتصالات این ولتمتر، خود یک مدار ترموالکتریک (شکل زیر، دومین شکل) ایجاد می کند.

اثر سیبک
مدار ترموالکتریک

اگر یک ولت متر به ترموکوپل مس کنستانتان (نوعT) وصل کنید و ولتاژ خروجی را مشاهده نمایید، خواهید دید که ولتاژ قرائت شده تنها ولتاژ V نیست، بلکه علاوه بر نقطه تماس J1 دو نقطه تماس دیگر ایجاد شده است که این دو اتصال اضافی در شکل زیر، نشان داده شده است. اتصال یک اتصال مس به کنستانتان است که ولتاژ V را در خلاف جهت ولتاژ اضافه می کند، در نتیجه ولتاژ قرائت شده توسط ولتمتر متناسب است با اختلاف دمای بین اتصالات، یعنی تا دمای نقطه J2 معلوم نباشد نمی توانید دمای اتصال J1 را تعیین کنید.

برای تعیین دمای اتصال می توانید این نقطه اتصال را به طور فیزیکی در یک ظرف محتوی آب و یخ قرار دهید. با این روش دمای اتصال را باید صفر قرار دهید که این خود به معنی نقطه مرجع است. (شکل زیر)

ولتاژ مربوط به اتصال در محلول یخ، صفر نیست بلکه تابعی از دمای مطلق است. حال با داشتن اتصال مرجع در محلول یخ، ولتاژ خروجی ولتمتر، نسبت به صفر درجه سانتی گراد خواهد بود. این روش خیلی دقیق است زیرا دمای محلول یخ را به راحتی می توانید همیشه به طور یکسان نگاه دارید. نقطه مرجع محلول یخ توسط سازمان ملی استاندارد(NBS) به عنوان نقطه مرجع پایه، برای تمامی جداول ترموکوپل استفاده می گردد. بنابراین با مراجعه به جداول این سازمان می توانید به راحتی ولتاژ را تبدیل به دمای اتصال مورد نظر نمایید.

با استفاده از یک ترمیستور که مقاومت آن (RT) تابعی از دماست، می توان راهی برای اندازه گیری دمای اتصال به ولتمتر پیدا نمود. همان طور که در شکل زیر مشاهده می کنید، ترمیستور و اتصالات ولتمتر به ترموکوپل، همگی در یک محفظه با دمای یکسان قرار داده شده اند. با استفاده از یک ولتمتر دیجیتالی تحت کنترل کامپیوتر می توانید به راحتی:

 RT -1 را اندازه گرفته و دمای مرجع Tref  را محاسبه نمایید و سپس آن را به ولتاژ معادل نقطه مرجع Vref تبدیل نمایید.

۲- ولتاژ V را اندازه گیری و با کسر Vref از آن، V1 را محاسبه نموده و سپس آنرا به Tj1 تبدیل نمایید.

به دلیل این که این روش براساس یک برنامۀ کامپیوتری که اثر اتصال نقطه مرجع را جبران می کند استوار است، به عنوان تصحیح نرم افزاری شناخته می شود. سنسور دمای به کار رفته در محفظه عایق حرارتی می تواند، هر وسیله ای که با دمای مطلق نسبت مستقیم دارد مانند RTD، ترمیستور و یا سنسور مدار مجتمع باشد.

حال این سؤال مطرح می شود که اگر وسیله ای دارید که می تواند دمای مطلق را اندازه گیری کند، دیگر چه نیازی به استفاده از ترموکوپل است که باید اتصال مرجع آن جبرانسازی گردد؟

جواب سؤال این است که هر سنسور دما در یک محدودۀ دمایی کار می کند، اما ترموکوپل و انواع آن برای رنج وسیعی از دما مناسب هستند. از طرف دیگر، آنها برای شرایط محیطی سخت موجود در اغلب محیط های صنعتی مناسب هستند و نصب آنها نیز با شرایط محیطی سازگار است. به عنوان مثال، شما می توانید ترموکوپل را با جوشکاری به یک قسمت فلزی یا اتصال به یک پیچ مورد استفاده قرار دهید. همچنین می توانید آنها را در محل، توسط جوشکاری و یا لحیم کاری تولید نمایید. به دلیل استفاده وسیع از ترموکوپل و تکنیک های موجود جهت جبران نقطه مرجع، این امر بسیار ساده و عادی به نظر می رسد.

هنگامی که اندازه گیری چندین نقطه مورد نظر باشد، استفاده از ترموکوپل مناسب است و در چنین حالتی تنها یک محفظۀ ضد حرارتی جهت جبران نقطه مرجع مورد نیاز است. همان طور که در شکل زیر مشاهد می نمایید، با استفاده از یک سوئیچ ترتیبی، در هر لحظه تنها یک ترموکوپل به ولتمتر متصل می گردد و تمامی نقاط مرجع درون یک محفظه ایزوترمال قرار گرفته اند و تنها از یک سنسور دمای مطلق که در وسط محفظه نصب گردیده استفاده شده است. در این حالت نیز مستقل از نوع ترموکوپل ها از روش جبران سازی حرارتی نرم افزاری استفاده می شود.

                                                               

انواع ترموکوپل

ترموکوپل ها در انواع مختلفی مطابق با جنس فلز و آلیاژ به کار برده شده در آنها تقسیم می شوند:

۱- ترموکوپل تیپ K

این ترموکوپل یکی از پرکاربردترین و متداول ترین نوع ترکوپل ها شناخته می شود. رنج عملکرد دمایی آن بین ۲۵۰- تا ۱۳۰۰+ درجه سانتی گراد است. ترموکوپل نوع K، از سیم های فلزی کرومل و آلومل ساخته شده است. ترموکوپل نوع K در دماهای بالا مورد استفاده بوده و همچنین خاصیت ضداکسیداسیون دارد.

۲-  ترموکوپل تیپ J

جنس این ترموکوپل از فلز آهن و آلیاژهای مس – نیکل بوده و برای رنج دمایی بین ۱۸۰- تا ۸۰۰+ درجه سانتی گراد مناسب است. از این ترموکوپل به علت آلیاژ به کار رفته در آن و جلوگیری از هرگونه اکسیداسیون در صنایع قالب ریزی پلاستیک استفاده می شود.

۳- ترموکوپل تیپ E

 آلیاژ به کار رفته در این نوع ترموکوپل از فلزات کرومل و کنستانتان بوده و رنج عملکرد دمایی بین ۴۰- تا ۹۰۰+ درجه سانتیگراد را شامل می شود. از این تیپ ترموکوپل به دلیل حساسیت زیاد آن می توان در کاربردهای خلاء و مواردی که سنسور در آن حفاظت نشده استفاده کرد.

۴- ترموکوپل تیپ T

این نوع ترموکوپل از آلیاژهای مس و کنستانتان و با رنج عملکرد دمایی ۲۵۰- تا ۴۰۰+ درجه سانتیگراد ساخته شده است. این نوع ترموکوپل دارای قیمت مناسب و در برابر رطوبت مقاوم است. همچنین در کاربردهای با دمای پایین مناسب است. از این نوع ترموکوپل به علت کارایی، خطی تر بودن، رنج دمایی و همچنین حساسیت مناسب در صنعت بیشتر استفاده می گردد.

۵- ترموکوپل تیپ N

این ترموکوپل از فلزهای نیکروسیل و نیسیل ساخته شده و دارای محدودۀ عملکرد دمایی ۲۷۰- تا ۱۳۰۰+ درجه است. حساسیت این نوع ترموکوپل بالا بوده بنابراین در دماهای بالا مورد استفاده قرار می گیرد. لازم به ذکر است این نوع سنسور دارای مقاومت بیشتری نسبت به نوع تیپ K در برابر اکسید شدن است.

۶- ترموکوپل تیپ S، R و B

آلیاژ به کار رفته در این ترموکوپل ها از نوع پلاتین-رادیوم است و تفاوت این سه تیپ نیز در میزان پلاتین مورد استفاده در آنهاست. محدودۀ عملکرد دمایی آنها بین ۵۰- تا ۱۷۵۰+ درجه سانتیگراد بوده و دارای قیمت بالا و حساسیت کمتر است. از این نوع ترموکوپل ها در صنایع شیشه و فولاد استفاده می گردد.

نمودار-مقایسه-انواع-ترموکوپل

پارامترهای مهم جهت انتخاب ترموکوپل

  • نوع ترموکوپل
  • رنج دمایی
  • تعداد سیم ها
  • خروجی
  • متراژ کابل رابط – پروب
  • قطر و طول المان

غلاف محافظ ترموکوپل یا ترموول

برای جلوگیری از خوردگی و آلودگی که منجر به تغییر مشخصات ترموکوپل و اخلال در کار آن می شود و همچنین حفاظت مکانیکی آن، معمولا ترموکوپل را در یک غلاف محافظ قرار می دهند. این غلاف همچنین امکان نصب ترموکوپل را در محل مورد نظر فراهم می آورد، معمولاً جنس غلاف متناسب با محیطی است که ترموکوپل در آنجا نصب می شود، ولی استفاده از غلاف محافظ موجب افزایش ثابت زمانی ترموکوپل می گردد.

محل و چگونگی نصب ترموکوپل دارای اهمیت فراوانی است، زیرا نقاط مختلف و حتی نزدیک به هم در یک پروسه ممکن است دماهای مختلفی داشته باشند.

ترموول
 نمونه هایی از ترموول

حسگر مقاومتی دما یا RTD چیست؟

همان سالی که سیبک اختراع خود را درباره ترموالکتریک انجام داد، هامفری دیوی  (Sir Humphry Davy) اعلام نمود که مقاومت فلزات وابسته به دما است.

پنجاه سال بعد، ویلیام زیمنس (Sir William Siemens)  استفاده از پلاتینیوم را به عنوان ترمومتر مقاومتی پیشنهاد نمود. این سنسورها از نظر ظاهری به شکل مقاومت های سیمی هستند و غالباً به شکل یک سیم پیچ غیر القائی یا نیکل ساخته می شوند.  RTD مخفف عبارت Resistance Temperature Detector و به معنای حسگر مقاومتی دما است. دقت نمایید که اگر به RTD فلزی با مقاومت سیم فلزی مانند پلاتین و مس با جنس زیاد نیاز باشد، از جنس نیکل آن استفاده نمایید.

RTD-یا-حسگر-مقاومتی- دما-چیست

از مزایای RTD ها می توان رفتار خطی در گستره وسیع، توانایی اندازه گیری و پایداری بهتر در دماهای بالا و دقت اندازه گیری را نام برد.

از معایب RTD ها می توان محدوده اندازه گیری و حساسیت کم، هزینه بالا نسبت به سنسورهای مشابه و خاصیت خود گرمایی را نام برد.

RTD نوع PT100

پایدارترین و دقیق ترین سنسور حرارتی RTD است. مقاومت RTD ها از نوع پلاتین از ۱۰ اهم تا چند کیلو اهم هستند که پرکاربرد ترین آنها PT100 است. PT100 در صفر درجه سانتی گراد دارای مقاومتی برابر ۱۰۰ اهم و در ۱۰۰ درجه مقاومت آن برابر ۱۳۸٫۵ اهم است.

امروزه پلاتین به عنوان یک ماده اولیه در اغلب ترمومترهای مقاومتی با دقت بالا به کار می رود. در حقیقت، آشکارساز دمای مقاومتی پلاتین، یاPRTD برای اندازه گیری محدوده دما از ۱۸۲/۹۶- تا  ۶۳۰/۷۴ درجه سانتیگراد به کار می رود.

RTD-PT100-چیست
 نمونه ای از PT100 سه سیمه

تفاوت استفاده از فلزات مختلف برای RTD

یکی از خواص خیلی خوب پلاتین ضمن قابلیت اندازه گیری دماهای بالا، پایداری بسیار خوب آن است. به عنوان یک فلز خیلی خوب، قابلیت خراب شدن کمی از خود نشان می دهد.

تمام فلزات در قبال تغییر افزایش دما از خود تغییر افزایش مقاومت نشان می دهند که این مطلب مشخصه اصلی یک RTD است. به هر میزان مقدار نامی مقاومت RTD بزرگتر انتخاب شود، خطای سیستم اندازه گیری کمتر خواهد شد؛ به هم دلیل توصیه می شود که از یک سیم فلزی با مقاومت بالا استفاده کنید.

به همین دلیل، طلا و نقره به خاطر مقاومت کم، به ندرت به عنوان RTD استفاده می شوند. تنگستن مقاومت نسبتاً زیادی دارد، اما برای استفاده و اندازه گیری دماهای خیلی بالا استفاده نمی شود، زیرا بسیار شکننده و آسیب پذیر است و کار کردن با آن بسیار سخت است. مس گاهی به عنوان RTD به کار می رود، اما مقاومت کم آن نسبت به پلاتین منجر به خطی بودن و قیمت ارزان آن شده است و از مس به عنوان یک RTD اقتصادی می توان استفاده کرد.

محدودۀ دمای قابل اندازه گیری با مس فقط ۱۲۰ درجه سانتی گراد است. متداولترین RTD ها از پلاتین، نیکل یا آلیاژ نیکل هستند که بهترین نوع RTD برای اندازه گیری دما نوع پلاتینی آن است. ضریب حرارت سیم پلاتین طبق استاندارد۴۳۷۶۰-DIN برابر ۰٫۰۰۳۸۵=α است. این ضریب برای سیم ۱۰۰ اهمی معادل Ω/C° ۰٫۳۸۵ است.

سیم خالص تر پلاتینی استاندارد، با ضریب حرارتی ۰۰٫۰۰۳۹۲+ نیز مورد استفاده قرار می گیرد. با در نظر گرفتن این واقعیت که سیم ارتباطی جهت اتصال به سنسور ممکن است دارای چندین اهم و یا حتی ده ها اهم باشد، شیب و مقدار مطلق سیم RTD نسبت به آنها مقادیر کوچکی هستند. این امپدانس کم سیم اتصالی، می تواند خطای قابل توجهی را به سیستم اندازه گیری دما اضافه کند.

در این روش، یک منبع جریان به طوری که در شکل زیر مشاهده می گردد مورد استفاده قرار می گیرد و ولتمتر دیجیتالی جهت قرائت ولتاژ دو سر مقاومت RTD به کار می رود.

در این روش ولتاژ اندازه گیری شده، دیگر ارتباطی با طول سیم اتصالی نداشته و مشکلات موجود در پل وتستون وجود ندارد و فقط نسبت به آن از یک سیم اضافه تر باید استفاده نمود که در مقابل دقت خوب اندازه گیری، قابل صرفه نظر کردن است.

علی رغم ترموکوپل که نیازی به منبع تغذیه ندارد، RTD نیاز به تغذیه و عبور جریانی از مقاومت آن دارد تا ولتاژ آن قابل اندازه گیری باشد. عبور این جریان در مقاومت RTD باعث ایجاد گرما شده و به نوعی ایجاد خطا می کند. برای کاهش اثر گرمایی، باید تا حد امکان از مقاومت کوچکتری برای RTD استفاده نمایید؛ اما این مسئله نباید باعث کاهش دقت گردد.

مشکلات سنسورهای RTD  

– یکی از مشکلات این نوع سنسورها در زمانی است که ارتباط بین سنسور و کنترلر با دو سیم برقرار شود. مقدار مقاومت مسیر ارتباطی نیز به عنوان مقاومت، با مقاومت سنسور جمع شده و باعث ایجاد خطا در اندازه گیری می شود.

البته چون این خطا، خطای ثابت جمع شونده است می توانید این خطا را برطرف نمایید. یکی از راه های کالیبره کردن کنترلر برای یک مسیر ارتباطی خاص، این است که یک مقاومت ۱۰۰ اهم به جای سنسور وصل نمایید، در این حالت باید کنترلر مقدار صفر را نشان دهد در غیر این صورت باید کنترلر را کالیبره نمایید. راه دیگر از بین بردن این اثر، استفاده از سنسورهای سه سیمه است که از سیم سوم جریانی نمی گذرد و فقط برای اندازه گیری ولتاژ استفاده می شود.

– مشکل دیگر که در ارتباط با استفاده از سنسورهای مقاومت متغیر وجود دارد این است که، تنها راه اندازه گیری دما این است که منبع جریان ثابتی داشته باشید و از مقاومت جریان ثابتی را عبور داده و ولتاژ دو سر سنسور را اندازه گیری نمایید. عبور جریان از سنسور باعث مسئله Self-heating یا خود گرمایی می شود و این مسئله باعث ایجاد خطا در اندازه گیری می شود.

– توان تلف شده در سنسور که باعث گرم شدن سنسور می شود از رابطه P=RI2 بدست می آید. با توجه به این رابطه و مقایسه سنسورهای PT500 ،PT100 و PT1000 می بینید که این مسئله در سنسورهای PT500 و PT1000 شدیدتر است و باعث خطای بیشتری می گردد و مزیت این دو نوع سنسور را که حساسیت بیشتر بود، از بین می برد.

با قرار دادن PT100 در مدار پل وتستون، ولتاژ خروجی با مقادیر مختلف متناسب با دما قابل اندازه گیری است. PT100 را می توانید به صورت دو و سه یا چهار سیمه اتصال دهید. زمانی که کابل ارتباطی PT100 طولانی باشد، برای جبران مقاومت مسیر از اتصال سه سیمه استفاده می شود.

انواع پیکربندی RTD

روش پل وتستون برای RTD کاربرد دارد و بدین ترتیب مقاومت های سیم ارتباطی به دو نیم شده و در دو قسمت پل وتستون قرار می گیرند و اثر آنها حذف می گردد.

انواع-RTD

 شکل (A) در تصویر بالا نشان دهنده RTD نوع دو سیمه، شکل (B) نشان دهنده RTD نوع سه سیمه و شکل (C) پیکربندی RTD نوع چهار سیمه را نشان می دهد.

RTD نوع ۲ سیمه

در مدل دو سیمه، L1 و L2 مقاومت های سیم های رابط هستند. وقتی که مقاومت های R3 ،Rt+L1+L2 ،R1 و R2 برابر باشند و ولتاژ Vout برابر با صفر باشند آن گاه پل وتستون در شرایط تعادل است.

در صورتی که تغییر دمای محیط از چند درجه سانتی گراد بیشتر نباشد، امکان اضافه کردن مقدار ثابت به مقاومت R3 وجود دارد و بدین ترتیب اثر مقاومت های سیم های رابط در RTD جبران می شود. معمولاً در صنعت از اتصال دو سیم RTD کمتر استفاده می شود.

RTD نوع ۳ سیمه

در اتصال سه سیمه، جبران خطای به دست آمده از طریق مقاومت L1 به وسیله مقاومت L2 صورت می گیرد و مقاومت L3 فقط برای برقراری پل وتستون است که عملاً در حال تعادل از آن جریان عبور نمی کند. اتصال سه سیمه به دلیل این که روشی راحت و متناسب است، در صنعت زیاد به کار گرفته می شود.

RTD نوع ۴ سیمه

روش دیگری که به نام wire ohms-4 معروف است نیز برای اندازه گیری ولتاژ دو سر RTD که به طور مستقیم متناسب با مقاومت آن است به کار می رود. در این روش دو سیم به طور موازی با سیم های رابط RTD که با هم سری شده اند در مسیر مقاومت Rt قرار می گیرد. روش ۴ سیمه موجب دقت بیشتری می شود، اما به دلیل این که تنظیم و کالیبراسیون آن مشکلاتی را به همراه دارد، استفاده از آن کمتر صورت می گیرد.

در اتصال چهار سیمه همان طور که در شکل زیر مشاهده می ;kdn، جریان از دو سیم وارد PT100 شده و ولتاژ خروجی نیز از سر دو سیم دیگر اندازه گیری می شود.

  ضریب خودگرمایی یا Self- heating در ترمومتر                                                                                                                     

سازندگان ترمومتر معمولاً عددی را به عنوان ضریب Self-heating تعریف می کنند که نشان می دهد این سنسور خاص به ازای چه مقدار تلفات توان، چقدر افزایش درجه حرارت دارد. ولی به علت تغییر شرایط آزمایش بهتر است که این ضریب در محل تعیین شود.

راه بدست آوردن این ضریب این است که از رابطه (E=∆t (R×I2 استفاده نمایید. در این رابطه، t∆ اختلاف بین دمای اندازه گیری شده و دمای واقعی است. R مقاومت اهمی سنسور و I جریان عبوری از سنسور است و E ضریب خودگرمایی (Self-heating) است. با داشتن ضریب Self-heating می توان حداکثر جریان مجاز را که می توانید از سنسور عبور دهید تا خطا از t∆ بیشتر نشود از رابطۀ I=(∆t/E×R)1/2 به دست آورید.

مقایسه-RTD-نوع-دو-سیمه-سه-سیمه-و-چهار-سیمه


مقاله پیشنهادی: آشنایی با سیستم ها و تجهیزات ابزار دقیق


اندازه گیری دما با فشار

یکی از مهم ترین مشخصه های الکتریکی که متناسب با فشار تغییر می کند مقاومت الکتریکی است. ادواتی که خروجی آنها براساس این مشخصه الکتریکی است شامل:

  • مقاومت های پیزو Piezoresistive
  • گیج های نیمه هادی Semiconductor Gage
  • گیج های مقاومت کربنی Carbon – Resistor Gage
  • سیم در هم پیچیده فلزی Bonded Metallic Wire Gage
  • گیج های مقاومتی فویلی Bonded Foil Resistance

گیج های کربنی

گیج های کربنی، گیج های سیم پیچی شده مقاومتی هستند که کم قیمت و بسیار حساس به فشار هستند. اما شدیداً حساس به دما و رطوبت محیط هستند، که این موضوع از معایب گیج های کربنی و مقاومتی است. گیج های نیمه هادی بر اساس اثر پیزو در برخی مواد نیمه هادی مثل سیلیکون و ژرمانیوم هستند.

این گیج ها دارای خاصیت الاستیکی هستند و می توانند به گونه ای ساخته شوند که وقتی تحت فشار قرار گیرند، تغییرات مثبت و منفی در مقاومت آن ایجاد شود. آنها می توانند در ابعاد بسیار کوچک ساخته شوند در حالی که مقاومت نامی بالایی داشته باشند.

حساسیت این نوع گیج ها در مقابل فشار بسیار زیاد و غیرخطی است و به دمای محیط حساس است. خروجی بالای این نوع گیج ها در اثر تغییرات بالای مقاومت، در حدود ۱۰ تا ۲۰ درصد وقتی که در یک پل مقاومتی مورد استفاده قرار گیرند، باعث ایجاد مشکل می گردند.

فشار سنج های مقاومت نواری

فشارسنج های مقاومت نواری از عمده ترین نوع و رایج ترین نوع فشارسنج ها هستند که امروزه در کاربردهای عملی مورد استفاده قرار می گیرد. این نوع فشارسنج ها شامل یک شبکه از سیم های خیلی ظریف و یا ورقه های فویل هستند که به یک ورقه نازک عایق بنام ماتریس حمل کننده (Carrier Matrix) متصل شده است. مقاومت الکتریکی این نوع فشارسنج به طور خطی با فشار تغییر می کند.

هنگام استفاده از فشارسنج، ماتریس حمل کننده توسط چسب به بدنه مورد آزمایش متصل می گردد. وقتی که بدنه مورد آزمایش تحت بار قرار می گیرد، فشار در سطح آن از طریق چسب به ماتریس حمل کننده منتقل می گردد. این فشار با استفاده از تغییر مقاومت الکتریکی در مواد به کار رفته اندازه گیری می شود.

فشارسنج مقاومت نواری
 فشارسنج مقاومت نواری

مشخصات فشارسنج های مقاومت نواری

فشارسنج های مقاومت نواری مشخصات زیر را دارد:

قیمت ارزان -طول کوتاه گیج نسبت به دما حساسیت کمی دارند ابعاد کوچک-جرم کم نسبت به فشار حساسیت بالایی دارند مناسب برای اندازه گیری فشارهای استاتیک و دینامیک.  زمانی که یک هادی فلزی تحت فشار قرار گیرد، مقاومت آن تغییر می کند و این تغییر مقاومت است که در فشار سنج مورد استفاده قرار می گیرد. اندازه گیری این تغییر مقاومت با فشار، ضریب نمایش (Gage Factor) نامیده می شود.

 GF عبارت است از نسبت تغییرات جزئی مقاومت به تغییرات جزئی طول در راستای محور فشارسنج. یک کمیت بدون دیمانسیون است و هر مقدار بزرگتر باشد، نشان دهنده حساسیت بیشتر فشارسنج است. شما به طور ایده آل ترجیح می دهید که مقاومت فشارسنج ها تنها در پاسخ به تنشی که باعث کشش در جسم مورد آزمایش می شود، تغییر نماید. اما مقاومت و حساسیت کشش تمام موادی که به کشش حساس هستند، با تغییر دما نیز تغییر می کنند.


مقاله پیشنهادی: روش های اندازه گیری فشار


 

اندازه گیرهای دما از طریق فشار گاز

 در اندازه گیرهای دما از طریق فشار گاز، از قانون گازهای ایده آل (کامل) استفاده می شود. بر اساس قانون گازهای ایده آل (کامل) در صورت ثابت بودن حجم، افزایش دما موجب افزایش فشار می گردد. این اندازه گیر از یک مخزن و یک لوله مسدود (لوله بوردن) که با یک گاز کامل (معمولا نیتروژن) پر شده، تشکیل شده است.

با توجه به ثابت بودن حجم، در اثر افزایش دما، فشار گاز افزایش یافته و موجب جابه جایی انتهای لوله می گردد. جابه جایی انتهای لوله را می توان توسط مبدل های مخصوص، به هر کمیت دلخواه دیگر تبدیل نمود. این اثر به پدیده لوله بوردن مشهور است.  جابه جایی در لوله بوردن می تواند به عنوان دمای اندازه گیری شده مقیاس گردد. در عمل برای افزایش جابه جایی، لوله بوردن را به صورت مارپیچ و یا به شکل های دیگر می سازند.

مدل های مختلف لوله بوردون
مدل های مختلف لوله بوردون

مقاله پیشنهادی: روش های اندازه گیری سطح مایعات و رله کنترل سطح


اندازه گیری های دما با فشار بخار

اندازه گیرهای دما از طریق فشار بخار از لحاظ ساختمان و قطعات، شبیه اندازه گیر دما از طریق فشار گاز است، با این تفاوت که اولاً به جای گاز از مایع فرار مانند اتر استفاده می شود، ثانیاً تمام حجم مخزن از مایع پر نمی شود بلکه در شرایط عادی در بالای مخزن و در لوله ها بخار وجود دارد و در واقع فشار توسط بخار به قسمت انتهایی لوله بوردن منتقل می گردد.

 برای انتخاب نوع مایع این گونه اندازه گیرها باید به نکات زیر توجه کنید:

  • نقطه جوش مایع باید کمتر از کمترین دمایی باشد که می خواهید اندازه گیری نمایید.
  • مایع مورد استفاده باید از لحاظ شیمیایی بی اثر باشد تا موجب خوردگی مخزن و لوله ها نگردد.
  • برای اندازه گیری دماهای نزدیک به دمای محیط باید از این نوع اندازه گیری اجتناب کرد.

اندازه گیری-دما-از-طریق-فشار-بخار

اندازه گیری-دما-از-طریق-سیستم های-گرمایی-پر-شده

اندازه گیرهای دو فلزی دما یا بی متال

اندازه گیرهای دما توسط دو فلز، بر اساس خاصیت متفاوت بودن ضریب انبساط اجسام ساخته می شوند. ضریب انبساط یک جسم به گونه ای بیانگر افزایش طول جسم، ناشی از افزایش دما است. در اندازه گیرهای دو فلزی دما دو فلز مختلف که در دمای محیط هم طول هستند، به یکدیگر متصل می نمایند. فرض کنید انبساط فلز A بیشتر از ضریب انبساط فلز B باشد.

با افزایش دما، طول هر دو فلز افزایش می یابد، اما چون ضریب انبساط فلز A بیشتر از فلز B است، بنابراین تغییر طول فلز A بیشتر بوده  از این پدیده در ساخت اندازه گیرهای دمای بی متال استفاده می شود.در عمل برای افزایش تغییرات طول در اثر تغییرات دما، بی متال را به صورت حلزونی و یا مارپیچ می سازند. تغییرات طول را می توان مستقیم به عنوان دمای اندازه گیری شده مقیاس نمود و یا آن را به سیگنال های الکتریکی و غیره تبدیل کرد. فلزهای مورد استفاده معمولاً از آلیاژهای آهن – نیکل هستند.

اندازه گیرهای بی متال ارزان، ساده، محکم و بادوام هستند و معمولاً برای کنترل های خاموش-روشن،حفاظت و هشدار دهنده ها در ترموستات مورد استفاده قرار می گیرند.


مقاله پیشنهادی: ۱۰ دستگاه اندازه گیری پرکاربرد در برق

 

در صورتی که سوالی در خصوص مطالب بیان شده دارید می توانید در قسمت نظرات از ما بپرسید یا با ارائه پیشنهادات خود، ما را در بالا بردن کیفیت مقالات یاری کنید. 

میانگین امتیازات ۵ از ۵
از مجموع ۶ رای

سوالات متداول

اندازه گیری دما با استفاده از بی متال چطور انجام می شود؟

اندازه گیرهای دما توسط دو فلز، بر اساس خاصیت متفاوت بودن ضریب انبساط اجسام ساخته می شوند. ضریب انبساط یک جسم به گونه ای بیانگر افزایش طول جسم، ناشی از افزایش دما است. در اندازه گیرهای دو فلزی دما دو فلز مختلف که در دمای محیط هم طول هستند، به یکدیگر متصل می نمایند. فرض کنید انبساط فلز A بیشتر از ضریب انبساط فلز B باشد. با افزایش دما، طول هر دو فلز افزایش می یابد، اما چون ضریب انبساط فلز A بیشتر از فلز B است، بنابراین تغییر طول فلز A بیشتر بوده  از این پدیده در ساخت اندازه گیرهای دمای بی متال استفاده می شود.در عمل برای افزایش تغییرات طول در اثر تغییرات دما، بی متال را به صورت حلزونی و یا مارپیچ می سازند. تغییرات طول را می توان مستقیم به عنوان دمای اندازه گیری شده مقیاس نمود و یا آن را به سیگنال های الکتریکی و غیره تبدیل کرد. فلزهای مورد استفاده معمولاً از آلیاژهای آهن - نیکل هستند.

چطور می توان با استفاده از فشار گاز، دما را اندازه گرفت؟

 در اندازه گیرهای دما از طریق فشار گاز، از قانون گازهای ایده آل (کامل) استفاده می شود. بر اساس قانون گازهای ایده آل (کامل) در صورت ثابت بودن حجم، افزایش دما موجب افزایش فشار می گردد. این اندازه گیر از یک مخزن و یک لوله مسدود (لوله بوردن) که با یک گاز کامل (معمولا نیتروژن) پر شده، تشکیل شده است. با توجه به ثابت بودن حجم، در اثر افزایش دما، فشار گاز افزایش یافته و موجب جابه جایی انتهای لوله می گردد. جابه جایی انتهای لوله را می توان توسط مبدل های مخصوص، به هر کمیت دلخواه دیگر تبدیل نمود. این اثر به پدیده لوله بوردن مشهور است.  جابه جایی در لوله بوردن می تواند به عنوان دمای اندازه گیری شده مقیاس گردد. در عمل برای افزایش جابه جایی، لوله بوردن را به صورت مارپیچ و یا به شکل های دیگر می سازند.

یک دیدگاه

  1. با سلام .نیاز به دماسنجی دارم که دمای آب یک مخزن را اندازه گیری کند. داده ها را هم به کمک رزبری پای دریافت و ارسال کند.
    چه دماسنجی مناسب است؟

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

دکمه بازگشت به بالا