انواع دماسنج ها و طرز کار آنها

تاریخچه

تعریف دماسنج

محدوده کاری دماسنج

طرز عمل

انواع دما سنج

ترمومتر پزشکی

پیرومتر یا ترموالکتریک

دماسنج گازی

قوانین گازها

دماسنج مایعی

دماسنج انبساط سیال

دماسنج الکتریکی

دماسنج با مقاومت الکتریکی

ترمیستور

 

دماسنج کریستال کوارتز

دمانگاری کریستال مایع

ترموکوپل

انواع دماسنج های مورد استفاده در هواشناسی

دماسنج معمولی استاندارد(Thermometer)

دماسنج حداكثر (Maximum Thermometer)

دماسنج حداقل (Minimum Thermometer)

دماسنج حداقل – حداكثر(Max- Thermometer)

دمانگار (Thermograph)

آذرسنج (Optical Pyrometer)

طرز کار

آذرسنج ثبتگر و کنترلگر

آذرسنج تابشی

آذر سنج نوری

محدودیتهای آنها 

 

 

تاریخچه:

نخستين وسيله واقعي علمي را براي اندازه‌گيري درجه حرارت در سال 1592 گاليله اختراع كرد وي براي اين منظور يك بطري شيشه‌اي گردن باريك انتخاب كرده بود. بطري با آب رنگين تا نيمه پر شده و وارونه در يك ظرف محتوي آب رنگيني قرار گرفته بود. با تغيير دما هواي محتوي بطري منبسط يا منقبض مي‌شد و ستون آب در گردن بطري بالا يا پايين مي‌رفت. وسيله گاليله مقياسي واقعي براي سنجش دما نبود به طوري كه وسيله وي بيشتر جنبه دما نما داشت. تا جنبه دماسنج در سال 1631ري تغييراتي را در دمانگار گاليله پيشنهاد كرد. پيشنهاد وي همان بطري وارونه گاليله بود كه در آن فقط سرد و گرم شدن از روي انقباض و انبساط آب ثبت مي‌شد.

سرانجام در سال 1640 دانشمندان آكادمي لينچي در ايتاليا نمونه‌اي از دماسنج‌هاي جديدي را ساختند كه در آن جيوه به كار برده و هوا را دست كم تا حدودي از قسمت بالاي لوله بسته خارج كرده بودند. توجه به اين نكته جالب است كه در حدود نيم قرن طول كشيد تا دماسنج كاملاً تكامل يافت. 

به دنبال كشف دماسنج گابريل دانيل فارنهايت دانشمند هلندي در قرن هفدهم نوعي دماسنج گازي و الكلي ساخت كه با دقت اندازه‌گيري بيشتري مي‌تواند دماي هوا را اندازه‌گيري كند. او به سال 1714 ميلادي دماسنج جيوه‌اي را طراحي و با ضريب دقت بالايي با شيوه‌اي خاص درجه‌بندي نمود. فارنهايت نتايج تحقيقات خود را در سال 1724 ميلادي منتشر ساخت.

آندرس سيليسيوس دانشمند سوئدي به سال 1723 دماسنج جيوه‌اي را به صد قسمت مساوي تقسيم‌بندي نمود. اندازه‌گيري دماي هوا به روش سانتيگراد، (سيليسيوس) به نام پرافتخار ايشان ثبت شده است.

ژول دانشمند انگليسي با اعتقاد به اين كه گرما نوعي انرژي است آزمايش‌هاي فراواني در اين راستا به انجام رسانيد. او با اندازه‌گيري اختلاف دماي آب در بالا و پايين يك آبشار صد و ده متري روي تبديل انرژي پتانسيل آب به گرما بررسي‌هاي فراواني به انجام رسانيد. پس از انجام اين بررسي‌ها او به اين نتيجه رسيد كه مقدار انرژي در جهان ثابت است فقط مي‌تواند از صورتي به صورت ديگر تبديل شود. پس اجسام مي‌توانند در حالت تعادل گرمايي وجود داشته باشند. ژول در سال 1843 اظهار داشت كه هرگاه مقدار معيني از انرژي مكانيكي به نظر ناپديد آيد، همراه آن مقدار معيني گرما ظاهر شده است و اين دلالت بر پايستگي چيزي دارد كه امروزه آن را انرژي مي‌ناميم. ژول مي‌گويد كه او خشنود است از اينكه عوامل بزرگ طبيعت به فرمان خالق فناناپذير هستند و اينكه هرگاه (انرژي) مكانيكي صرف شود هم ارز گرمايي دقيقي از آن به دست مي‌آيد.

اين گفته را ژول با كار خود در آزمايشگاه به دست آورده بود او اساساً مرد عمل بود و وقتي اندك براي تفكرات فلسفي درباره‌ يافته‌هاي خود داشت. در حالي كه ديگران بر مبناي استدلالهاي ذهني به همان نتيجه رسيده بودند كه مقدار كل انرژي در جهان ثابت است.

اينك پس از سالها گذر از نظريات ارزشمند دانشمندان انسان توانسته است با بكارگيري روابط و قوانين انرژي گرمايي را بيشتر شناخته و در نيروگاههاي توليد برق، كارخانه‌هاي فولاد سازي، نيروگاههاي هسته‌اي، موتور هواپيماي غول پيكر و هزاران هزاران پديده او را مهار ساخته و بكار گيرد.

 

تعریف دماسنج 

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 100 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 80 درجه است چه دانشمند فرانسوی در گرماسنج خود بین نقطه انجماد آب یا ذوب یخ و نقطه غلیان آب را 80 درجه تقسیم کرده و بالنتیجه 80 درجه ترمومتر رئومور برابر با صد درجه ترمتر سانتیگرادمیباشد.

 

محدوده کاری دماسنج

باید توجه داشت که با ترمومترهای جیوه ای نمی توان سرماهای کمتراز 35 درجه زیر صفر را اندازه گیری کرد زیرا جیوه در 39 - درجه سانتی گراد منجمد میشود. از این روی برای اندازه گیری سرماهای شدید از ترمومترهای الکلی استفاده می کنند زیرا الکل در 120 درجه سانتی گراد مایع است و بالعکس در 78 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 5/21 + و حداقل آن 5/10 - و درجه حرارت موقع بازدید 12 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 37 درجه سانتی گراد (5/98 درجه فارنهایت ) است در ترمومترهای پزشکی بر اساس سانتیگراد بین 33 تا 42 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 1597 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.

 

دماسنج 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 273/1 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 37.8- تا315 سانتی گراد استفاده نمود. اما اگرفضای بالای سطح جیوه را از گاز ازت پر نمایند ، می توان تا دمای 538 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 60 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 –253 تا 1200 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 0.01 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 40 درجه تا 230 درجه سانتیگراد ادعا شده است.

 

شما هم می توانید در مورد این فایل نظر دهید.