انواع دماسنجها

انواع دماسنجها

قوانين گازها
همان وقت که اسحاق نيوتن در کمبريج درباره نور و جاذبه مي‌انديشيد، يک نفر انگليسي ديگر به نام رابرت بويل ، در آکسفورد سرگرم مطالعه در باب خواص مکانيکي و تراکم پذيري هوا و ساير گازها بود. بويل که خبر اختراع گلوله سربي اوتوفون گريکه را شنيده بود، طرح خويش را تکميل کرد، و دست به کار آزمايشهايي براي اندازه ‌گيري حجم هوا در فشار کم و زياد شد.
نتيجه کارهاي وي چيزي است که اکنون به قانون بويل ماريوت معروف است، و بيان مي‌کند که حجم مقدار معيني از هر گاز در دماي معين با فشاري که بر آن گاز وارد مي‌شود، بطور معکوس ، متناسب است با فشاري که بر آن گاز وارد مي‌شود.

حدود يک قرن بعد ، ژوزف گيلوساک فرانسوي ، در ضمن مطالعه انبساط گازها ، قانون مهم ديگري پيدا کرد که بيان آن اين است: فشار هر گاز محتوي در حجم معين به ازاي هر يک درجه سانتيگراد افزايش دما ، به اندازه 273/1 حجم اوليه‌اش افزايش مي‌يابد. همين قانون را يک فرانسوي ديگر به نام ژاک شارل ، دو سال پيش از آن کشف کرده بود. و از اين رو اغلب آن را قانون شارل گيلوساک مي‌نامند. اين دو قانون مبناي ساخت دماسنجهاي گازي قرار گرفت.

دماسنج گازي:
جنس ، ساختمان ، و ابعاد دماسنج در ادارات و موسسات مختلف سراسر دنيا که اين دستگاه را به کار مي‌برند. تفاوت دارد و به طبيعت گاز و گستره دمايي که دماسنج براي آن در نظر گرفته شده است، بستگي دارد. اين دماسنج شامل حبابي از جنس شيشه ، چيني ، کوارتز ، پلاتين يا پلاتين ـ ايريديم ( بسته به گستره دمايي که دماسنج در آن به کار مي‌رود ) ، که به وسيله يک لوله موئين به فشارسنج جيوه‌اي متصل است، مي باشد. اين دماسنج براساس دو قانون ذکر شده در مورد گاز کامل کار مي‌کند.

دماسنج مايعي

اين نوع دماسنج يکي از رايج ترين انواع دماسنجهاي مورد استفاده در صنعت و غيره مي باشد. عمدتا اين نوع دماسنج را بعنوان دماسنجهاي جيوه اي يا الکلي مي شناسيم. ساختمان اين نوع دماسنجها از يک مخزن مايع و يک لوله مويين تشکيل شده که مايع درون مخزن در اثر انبساط از لوله مويين بالا رفته و دماي متناسب را نشان ميدهد.

دماسنج جيوه اي را مي توان براي اندازگيري دما از 37.8- تا315 سانتي گراد استفاده نمود. اما اگرفضاي بالاي سطح جيوه را از گاز ازت پر نمايند ، مي توان تا دماي 538 درجه از آن استفاده نمود.

دماسنج انبساط سيال

اين نوع دماسنج يکي از باصرفه ترين ، رايج ترين و تطبيق پذير ترين  وسايل اندازگيري دما در صنعت مي باشد.اساس کار اين دماسنج در شکل مقابل نشان داده شده است.همانگونه که ملاحظه مي شود با افزايش دما فشار درون حباب که مي تواند محتوي مايع ، گاز  يا بخار باشد ، بالا رفته و توسط فشار سنج اندازه گيري مي شود. طول لوله مويين مي تواند تا 60 متر باشد ؛ اما اين مقدار بر دقت اندازه گيري دما تاثير گذار خواهد بود.بهترين حالت زماني است که از لوله مويين کوتاه که به يک ترانس ديوسر فشار الکتريکي متصل شده استفاده گردد.

دماسنجهاي الکتريکي
اين نوع دماسنجها اصولا کاربردهاي فراواني در صنعت داشته و قادرند از دماهاي پايين تا دماهاي بسيار بالا را اندازه گيري نمايند.که عمدتا بصورت مقاومتي و ترموکوپل هستند.
– دماسنج با مقاومت الکتريکي:
دماسنج مقاومتي به صورت يک سيم بلند و ظريف است، معمولا آن را به دور يک قاب نازک مي‌پيچند تا از فشار ناشي از تغيير طول سيم که در اثر انقباض آن در موقع سرد شدن پيش مي‌آيد، جلوگيري کند. در شرايط ويژه مي‌توان سيم را به دور جسمي که منظور اندازه گيري دماي آن است پيچيد يا در داخل آن قرار داد. در گستره دماي خيلي پايين ، ( دماسنجهاي مقاومتي معمولا از مقاومتهاي کوچک راديويي باترکيب کربن يا بلور ژرمانيوم که ناخالصي آن آرسنيک است و جسم حاصل در درون يک کپسول مسدود شده پر از هليوم قرار دارد، تشکيل مي‌شوند. اين دماسنج را مي‌توان بر روي سطح جسمي که منظور اندازه گيري دماي آن است سوار کرد يا در حفرهاي که براي اين منظور ايجاد شده است، قرار داد. دماسنج مقاومتي پلاتين را مي‌توان براي کارهاي خيلي دقيق در گستره –253 تا 1200 درجه سانتيگراد به کار برد.

ترميستور

ترميستور يک وسيله نيمه رساناست که برخلاف فلزات ، داراي ضريب دماي مقاومت منفي است . بعلاوه مقاومت آن بصورت نمايي با دما تغيير مي کند. ترميستور يک وسطله بسيار حساس است و انتظار مي رود که با درجه بندي مناسب ، داراي عملکرد ثابتي تا 0.01 سانتي گراد باشد.يکي از ويژگي هاي جالب آن اينستکه مي توان از آن بعنوان جبران کننده دماي مدار هاي الکتريکي استفاده نمود.

دماسنج کريستال کوارتز

يک روش جديد و بسيار دقيق اندازه گيري دما بر مبناي حساسيت فرکانس تشديد کريستال کوارتز به تغيير دما استوار است .وقتي از زاويه برش مناسب براي کريستال استفاد شود، يک تطابق کاملا خطي ميان فرکانس و دما برقرار ميگردد. مدلهاي تجاري اين وسيله از شمارنده هاي الکترونيکي و دستگاه قرائت رقم نما براي اندازه گيري فرکانس استفاده مي کنند. با اين وسيله تا حساسيت 0.001 C ادعا شده است.گستره دمايي کار کرد اين دستگاه از منفي 40 درجه تا 230 درجه سانتي گراد ادعا شده است.

دمانگاري کريستال مايع

کريستالهاي مايع خميري ، که از استرهاي کلسترول ساخته شده اند پاسخ جالبي به دما از خود نشان مي دهند . در يک گستره تکرار پذير دما ، کريستال مايع همه رنگهاي طيف رنگي را از خود آشکار مي سازد.اين پديده بازگشت پذير و تکرار پذير است . با تغيير دادن فرمول مورد نظر مي توان از کريستالهاي مايع از کمتر از صفر درجه تا چند صد درجه سانتي گراد استفاده نمود.
 ترموکوپل
ترموکوپل وسيله ديگري است که براي اندازه‌ گيري دما مورد استفاده قرار مي‌گيرد. در اين نوع دماسنج از خاصيت انبساط و انقباض اجسام جامد استفاده مي‌گردد. گستره يک ترموکوپل بستگي به موادي دارد که ترموکوپل از آن ساخته شده است. گستره يک ترموکوپل پلاتنيوم ـ ايروديوم که 10 درصد پلاتينيوم دارد از صفر تا C 1600 است. مزيت ترموکوپل در اين است که بخاطر جرم کوچک ، خيلي سريع با سيستمي که اندازه‌ گيري دماي آن مورد نظر است، به حال تعادل گرمايي در مي‌آيد. لذا تغييرات دما به آساني بر آن اثر مي‌کند، ولي دقت دماسنج
مقاومتي پلاتين را ندارد.

آذرسنج (Optical Pyrometer)
اين نوع دماسنج که به آن دماسنج غير تماسي هم گفته مي شود ، بر پايه رنگ نور انتشار يافته از جسم بوده که در نهايت دماي جسم مورد نظر را اندازه گيري مي کند. براساس اين حقيقت که تمامي اجسام سياه يک اندازه دمايي را نشان خواهند داد ، نتيجه ميگيريم که دامنه کاربردي اين نوع دماسنج در دماهاي بالاي سرخ بوده و براي آهن تقريبا بالاي 500 درجه سانتي گراد مي باشد.

طرز کار:

 نور ايجاد شده توسط جسم  از درون يک سيستم اپتيکال (با بزرگ نمايي معين) که در درون آن يک لامپ گداخته کوچک فرار داده شده ، گذرانده مي شود . (بدين ترتيب اگر  کسي  از درون چشمي بدرون اين سيستم نگاه مي کند ، نوري بسيار باريکي را ملاحظه خواهد کرد.) در برخورد اين نور با فيلمان لامپ ، جرياني را از فيلمان عبور خواهد داد که تعيين کننده ميزان دماي جسم است. اين جريان توسط پتانسيومتري که بين منبع تغذيه (يک باطري) و لامپ قرار داده شده کنترل ميگردد.  براي نمايش دما از يک آم متر (ammeter ) استفاده ميگردد. دامنه آم متر از 900F براي دماي 500 درجه سانتي گراد تا 3000F براي دماي 1600 درجه سانتي گراد متغيير است.

انواع دماسنج هاي مورد استفاده در هواشناسي

1 – دماسنج معمولي (استاندارد Thermometer)

اين دماسنج يك لوله بسيار باريك شيشه اي مسدود است كه در انتهاي آن محفظه اي تعبيه و از جيوه يا الكل پر شده است. در داخل لوله دماسنج خلاء كامل وجود دارد. گرم و سرد شدن مخزن باعث گرم و سردشدن مايع درون مخزن شده و متعاقب آن باعث بالا و پايين رفتن مايع در داخل مخزن شيشه اي مي شود، با مشاهده سطح مايع در داخل لوله دماسنج و قرائت عددي كه روي بدنه شيشه نوشته شده است دماي هوا در آن لحظه مشخص مي شود.

2 – دماسنج حداكثر (Max-Thermometer)

اغلب نياز است علاوه بر دماي معمولي هوا حداكثر دمايي كه در طول يك دوره معين مثلاً يك شبانه روز اتفاق افتاده است نيز اندازه گيري و تثبيت شود به اين منظور از دماسنج حداكثر استفاده مي كنند. اين نوع دماسنج با يك تفاوت جزيي تقريبا مشابه دماسنج هاي معمولي است به اين صورت كه لوله مويين آن در محلي كه به مخزن منتهي مي شود بسيار باريك شده است. هنگامي كه دما زياد مي شود جيوه داخل مخزن منبسط شده و نيروي حاصل مي تواند باعث راندن جيوه از داخل مجراي باريك بالاي مخزن به قسمت بالاي لوله گردد به اين ترتيب ارتفاع جيوه در داخل مخزن بالا مي رود و با كاهش دما مايع داخل مخزن منقبض مي شود ولي باريك بودن لوله از برگشت مايع به داخل مخزن جلوگيري مي كند و سطح مايع در داخل لوله در محلي كه بالاترين دماي قبلي اتفاق افتاده است باقي مي ماند بنابراين سطح فوقاني جيوه نشان دهنده حداكثر دماي اتفاق افتاده است.

3 – دماسنج حداقل (Minimum Thermometer)

دماسنج هاي حداقل براي تثبيت پايين ترين دماي اتفاق افتاده در يك دوره معين به كار مي رود دماسنج هاي حداقل مشابه دماسنج هاي معمولي است با اين تفاوت كه مايع داخل مخزن اين نوع دماسنج به جاي جيوه از مايعات رقيق تر مانند الكل استفاده مي شود. به علاوه در داخل لوله مويين يك سوزن شيشه اي كه دو سر آن گرد مي باشد رها گرديده كه به عنوان شاخص از آن استفاده مي شود، وقتي دماي هوا كاهش مي يابد با انقباض مايع سطح بالاي الكل در داخل لوله مويين با اعمال نيروي كشش سطحي شاخص سوزني را نيز به طرف پايين مخزن حركت مي دهد با افزايش دما مجدداً الكل در داخل لوله مويين از اطراف سوزن عبور كرده و به طرف بالا صعود مي كند اما سوزن در پايين ترين محلي كه قبلا در اثر كشش سطحي پايين آمده بود باقي مي ماند. بنابراين قسمت بالايي شاخص شيشه اي پايين ترين دمايي را كه اتفاق افتاده است نشان مي دهد در حالي كه انتهاي سطح الكل در بالاي لوله دماي لحظه اي هوا را نشان مي دهد.

4 – دماسنج حداقل – حداكثر (Min-Max Thermometer)

اين دماسنج تركيبي از دو دماسنج حداقل و حداكثر مي باشد، اين دماسنج از يك لوله شيشه اي U شكل ساخته شده است كه دو انتهاي آن مسدود مي باشد. قسمت پاييني لوله U شكل با جيوه پر شده است. علاوه بر جيوه قسمت بالايي لوله قسمت چپ به طور كامل از الكل پر شده است اما نصف حجم لوله سمت راست كه انتهاي آن به صورت يك مخزن گشاد شده مي باشد از الكل پر شده است و نصف ديگر آن از يك نوع گاز پر شده است. در بالاترين سطح جيوه و در داخل الكل در هر دو ستون شاخص هاي شيشه اي رنگي كه يك سوزن در وسط آن تعبيه شده است وجود دارد در اثر گرم و سرد شدن و متعاقب آن انبساط و انقباض سطح جيوه بالا و پايين مي رود. بالاترين حدي كه جيوه در شاخه سمت چپ بالا رفته است دماي حداقل و بالاترين حدي كه جيوه در شاخه سمت راست بالا رفته دماي حداكثر را نشان مي دهد.

5 – دمانگار (Thermograph)

دمانگار يك وسيله كاملاً مكانيكي است و با استفاده از يك عنصر فلزي كه انحناي آن با دما تغيير مي كند ساخته شده است يك طرف عنصر فلزي حساس به تغييرات دما كه داراي انحنا مي باشد به بازوي اهرم طويل و متحركي بسته شده است كه اين بازو ممكن است مستقيماً دما را از روي يك مقياس ساده درجه بندي شده نشان دهد و يا اينكه انتهاي بازو به يك قلم ثبات متصل گردد. با تغيير دماي هوا انحناي فلز تغيير مي كند و اين امر با توجه به نحوه تغييرات دما باعث انحراف قلم در انتهاي بازوي مكانيكي به طرف بالا و پايين در روي كاغذ گراف مي گردد و دماها ثبت مي شوند.