واحد های اندازه گیری دما

روش های اندازه گیری دما:

1- دماسنج های شیشه ای:

این نوع دماسنج همانند دماسنج هایی می باشد که در بعضی منازل وجود دارد و به شکل یک استوانه است. در انتهای آن یک مخزن کوچک وجود دارد که با افزایش یا کاهش دما انبساط یا انقباض یافته و میزان آن در استوانه بالا یا پایین می رود. درجه بندی روی آن بر حسب واحد های دما بوده و میزان دما را نشان می دهد.

دماسنج شیشه ای

2- ترموکوپل:

ترموکوپل از دو فلز غیر همجنس تشکیل شده است که انتهای آن ها به هم وصل است. انتهای جوش داده شده را پیوستگی داغ یا نقطه اتصال گرم (Hot junction) می گویند. این قسمت محلی است که درجه آن بایستی اندازه گیری شود.

دو سر ترموکوپل را نقطه اتصال سرد (Cold junction) می نامند. سیم های ترموکوپل به وسیله عایق از هم جدا شده که فقط در نقطه جوش داده و پس از عبور از مدار الکتریکی دستگاه در نقطه اتصال سرد به یکدیگر متصل می شوند.

ترموکوپل ها متداول ترین اندازه گیر های الکتریکی دما در صنعت می باشند. از مزایای آن ها می توان به سادگی، ارزانی استحکام، دوام و دقت مناسب اشاره نمود. از ترموکوپل می توان در حوزه اندازه گیری نسبتا وسیع (1500+ تا 200- درجه سانتی گراد) و شرایط محیطی گوناگون استفاده نمود. ترموکوپل ها دارای سرعت پاسخ دهی نسبتا خوب (ثابت زمانی کوچک) می باشند اما به خاطر رعایت مواردی در محل نصب آن ها، این سرعت پاسخ دهی تا حد زیادی کاهش می یابد.

دماسنج ترموکوپل

ترموکوپل ها براساس پدیده ترموالکتریک (Seeback-effect) کار می کنند. مطابق شکل زیر هر گاه دو فلز غیر یکسان تشکیل یک مدار بسته دهند و دو محل اتصال آن ها در دو دمای مختلف نگه داشته شود، جریان الکتریکی در مدار ایجاد می شود. این اثر را به افتخار اولین کسی که به این مطلب پی برد Seeback یا پدیده ترموالکتریک نامیده می شود.

خروجی اتصال سرد که با یک میلی ولت متر قابل اندازه گیری است، دارای ولتاژ بسیار کمی است که بسته به جنس اتصالات ولتاژ آن با تغییر دما متغیر می باشد. نوع J.,T,K...

3-مقاومت حرارت (RTD):

اساس کار RTD تغییر مستقیم مقاومت فلزات با دماست، که با قرار دادن RTD درون یک مدار پل و محاسبه مقاومت RTD با توجه به مدار پل از روی جدول، دمای مقاومت مربوط را پیدا می کنند. به منظور جلوگیری از خطاهای مربوط به مقاومت، سیم های رابط RTD را به صورت 2 یا 3 سیمه استفاده می کنند.

دماسنج های از نوع RTD معمولا از جنس پلاتین، مس و نیکل ساخته می شوند. تغییرات مقاومت این فلز ها با دما خطی است. پاسخ RTD به دما نسبت به ترموکوپل سریع تر می باشد. شکل زیر یک RTD از نوع دو سیمه را نشان می دهد:

دما سنج RTD دو سیمه

برای جبران مقاومت سیم های رابط سنسور RTD های از نوع سه سیمه و چهار سیمه استفاده می گردد. شکل زیر RTD از نوع سه سیمه را نشان می دهد:

دما سنج RTD سه سیمه

4-ترمیستور (Thermistor):

ترمیستور از مواد نیمه هادی و اکسید فلزاتی چون منگنز، نیکل، کبالت، مس و یا آهن همراه با سیلیکون ساخته می شود. مقدار مقاومت اتصال P-N (دیود) با تغییر دما رابطه دارد. ترمیستور ها به دو نوع تقسیم می شوند:

1- نوع NTC: که با افزایش دما مقاومت آن کاهش می یابد.

2- نوع PTC: که با افزایش دما مقاومت آن افزایش می یابد.

ترمیستور نوع NTC حساسیت 3%- تا 6%- دارد، که در مقایسه با RTD خیلی بالاتر است. همین باعث شده سیگنال پاسخ بهتری نسبت به ترموکوپل و RTD داشته باشد، از جهت دیگر حساسیت پایین RTD و ترموکوپل آن ها را انتخاب خوبی برای دماهای بیش از 260 درجه سانتی گراد کرده است و این محدودیتی برای ترمیستور است.

5- بی متال (Bimetal):

بی متال از دو فلز متصل به هم با دو جنس و ضریب انبساط طولی مختلف تشکیل شده است. طول دو فلز در اثر حرارت تغییر می کند که این تغییر طول برای دو فلز متفاوت می باشد. شکل زیر نحوه ی عملکرد بی متال را به صورت شماتیک نشان می دهد:

شماتیک دماسنج بی متال یا دو فلزی

یک دماسنج بی متال شامل دو فلز از جنس یا آلیاژ متفاوت می باشد که به صورت مارپیچ به هم تابیده شده اند و انتهای مشترک آن ها به یک عقربه متصل می باشد. از بی متال ها جهت ساخت سوئیچ های دما نیز استفاده می گردد. شکل زیر یک دماسنج از نوع بی متال را نشان می دهد:

دماسنج بی متال یا دو فلزی

6-سیستم های گرمایی پر شده (Filled Type):

این روش مبتنی بر رابطه بین فشار، دما و حجم گاز ها است. تمام اندازه گیرهایی که بر این اساس کار می کنند سیستم های گرمایی پر شده نام دارند. طبق قانون گاز کامل داریم:

P1.V1/T1 = P2.V2/T2

که در آن Pn فشار مطلق گاز بر حسب پاسکال، Vn حجم گاز بر حسب 3m و Tn دمای مطلق گاز بر حسب کلوین است. یک سیستم گرمایی پر شده از یک حباب (Bulb)، یک لوله ی رابط (Capillary Tube) و یک عنصر اندازه گیر فشار تشکیل شده است. با این روش از روی فشار اندازه گیری شده دما را به دست می آوریم. سه راه برای پر کردن چنین سیستم هایی وجود دارد: مایع، گاز و بخار (گاز عنصر یا ترکیبی ست که در شرایط متعارف به شکل گاز وجود دارد اما بخار در این شرایط مایع است و براساس افزایش دما و تبخیر به شکل گاز در آمده است). حباب هم به عنوان عنصر حسگر و هم به عنوان مخزن سیال درون سیستم به کار می رود. لوله ی رابط تغییرات فشار سیستم را به عنصر اندازه گیر منتقل می کند. شکل زیر یک نحوه ی عملکرد یک دماسنج از نوع پر شده را نشان می دهد:

دما سنج از نوع پر شده

انواع گوناگونی از سه دسته اصلی نامبرده شده (مایع، گاز و بخار آب) وجود دارد که براساس چگونگی جبران دمای محیط و دامنه ی اندازه گیری دما تقسیم می شوند:

گروه I: سیستم های پر شده با مایع

نوع I A: جبران کننده ی کامل دمای محیط.

نوع I B: جبران کننده ی دمای محیط در بدنه دستگاه.

گروه II: سیستم های پر شده با بخار

نوع II A: مناسب برای اندازه گیری دمای بالاتر از دمای قطعات سیستم اندازه گیر.

نوع II B: مناسب برای اندازه گیری دمای پایین تر از دمای قطعات سیستم اندازه گیر.

نوع II C: مناسب برای اندازه گیری دمای هم بالاتر و هم پایین تر از قطعات سیستم اندازه گیری.

نوع II D: مناسب برای اندازه گیری دمای پایین تر یا برابر قطعات سیستم اندازه گیر.

گروه III: سیستم های پر شده با گاز

نوع III A: جبران کننده کامل دمای محیط.

نوع III B: جبران کننده دمای محیط در بدنه دستگاه.