نحوه عملکرد گیج دما

در عصر توسعه فناوری و علمی کنونی، اندازه گیری و کنترل دما یکی از مهم ترین عوامل در بسیاری از صنایع و کاربردهای فناوری است. یکی از پرکاربردترین ابزارها برای اندازه گیری دقیق دما، دماسنج است. گیج دما نوعی سنسور است که تغییرات دما را به تغییرات مقاومت الکتریکی مرتبط می کند و این تغییرات را به عنوان سیگنال خروجی ارائه می دهد.

دانستن دما و تنظیم آن در بسیاری از مکان‌ها مانند صنعت (از صنایع غذایی گرفته تا خطوط تولید خودرو)، آزمایشگاه‌ها، سیستم‌های پزشکی، وسایل نقلیه و حتی خانه اهمیت دارد. دماسنج ها نقش بسیار مهمی در پیشرفت های صنعتی و فناوری مربوط به اندازه گیری دما دارند.

این مقاله عملکرد، انواع و کاربرد دماسنج ها را شرح می دهد. همچنین خواهید آموخت که چگونه دماسنج ها برای اندازه گیری دما و کنترل حرارتی استفاده می شوند و چرا استفاده از آنها در صنایع مختلف ضروری است.

دماسنج چیست؟

دماسنج وسیله ای است که برای اندازه گیری و خواندن دقیق محدوده دما استفاده می شود. اصطلاح دماسنج معمولاً، اگرچه نه همیشه، به دستگاهی اطلاق می‌شود که قرائت‌ها را روی یک صفحه عددی نمایش می‌دهد.

دماسنج های دیجیتال اغلب در محیط های صنعتی و تجاری یافت می شوند. آنها همچنین در برخی تنظیمات و لوازم خانگی رایج هستند. دو نوع رایج دماسنج وجود دارد.

دماسنج های تماسی

دماسنج های غیر تماسی

از نظر علمی و ساده تر، دماسنج سنسوری است که برای اندازه گیری دما استفاده می شود. فرآیند عملکرد آن عموماً بر اساس تغییرات مقاومت الکتریکی است. با افزایش دما، مقاومت الکتریکی دماسنج افزایش می یابد و با کاهش دما، مقاومت کاهش می یابد.

به عنوان مثال در دماسنج های مبتنی بر مقاومت حرارتی از ماده خاصی استفاده می شود که دارای خاصیت تغییر مقاومت الکتریکی با تغییر دما است. به عبارت دیگر با افزایش دما، مقاومت الکتریکی این ماده نیز افزایش می یابد و بالعکس. تغییر در مقاومت الکتریکی مرتبط با دما می تواند به عنوان سیگنال خروجی نشانگر دما مورد استفاده قرار گیرد.

با کمک دماسنج می توان دما را با دقت بالایی اندازه گیری کرد و در صنایع مختلف از آن استفاده کرد. به عنوان مثال، در صنعت خودرو، از گیج های دما برای اندازه گیری دمای موتور، ترمزها یا سیستم خنک کننده استفاده می شود. در صنعت الکترونیک برای کنترل دمای قطعات و دستگاه های الکترونیکی استفاده می شود. از آنجایی که دماسنج دارای دقت بالا و پایداری طولانی مدت است، به عنوان ابزاری مهم برای اندازه گیری دما و تنظیم حرارت شناخته می شود.

دماسنج ها از چه موادی ساخته شده اند؟

دماسنج ها از مواد مختلفی ساخته می شوند و انتخاب مواد مناسب به شرایط عملیاتی، دمای کار، حساسیت و کاربردهای خاص بستگی دارد. در زیر مواد رایج مورد استفاده برای اندازه گیری دما را بررسی می کنیم:

1- فولاد ضد زنگ

فولاد ضد زنگ یکی از رایج ترین مواد برای ساخت دماسنج است. آنها معمولا از فولاد ضد زنگ 316L یا 304 استفاده می کنند که در برابر زنگ زدگی، خوردگی و دمای بالا مقاوم است. به خصوص برای ساخت نقاط فشاری که با مواد خورنده و شیمیایی سروکار دارند از فولاد استفاده می شود.

2 – نیکل

دماسنج های نیکل بسیار بادوام و پایدار هستند و در دماهای بالا به خوبی کار می کنند. آنها معمولاً از نیکل-کروم و نیکل-آلومینیوم تشکیل شده اند.

3- پلاتین

آلیاژهای پلاتین بسیار پایدار و دقیق هستند و برای کاربردهایی که نیاز به دقت و پایداری فوق العاده در دماهای بالا دارند استفاده می شوند.

4- مس

دماسنج های مسی بسیار رایج هستند و در طیف وسیعی از دماها استفاده می شوند. آنها هزینه کمتری دارند و می توانند در بسیاری از کاربردهای عمومی استفاده شوند.

ترموکوپل ها گاهی همراه با دماسنج استفاده می شوند و از نیکل، آلومینیوم، کروم و آلیاژهای مختلف ساخته می شوند. قبل از انتخاب دماسنج، باید تصمیم بگیرید که چه نوع دستگاهی را می خواهید اندازه گیری کنید.

انواع فناوری ساخت دماسنج

برای اندازه گیری دما می توان از دو فناوری اساسی استفاده کرد:

بدون فلز

پر از روغن

هر یک از این فناوری ها دارای مزایا و محدودیت هایی هستند و برای انتخاب دمای مناسب باید محیط کار، دقت مورد نیاز و سایر شرایط مرتبط را در نظر گرفت.

با این حال، باید به یاد داشته باشید که توضیحاتی که در زیر خواهیم داد، توضیحات کلی برای هر فناوری است و جزئیات زیادی برای هر یک از آنها وجود دارد.

سنسور دمای بدون فلز

نوعی دماسنج است که از مواد غیرفلزی استفاده می کند که توانایی تغییر مقاومت الکتریکی با تغییرات دما را دارند. این مواد می توانند سرامیک، نیمه هادی یا پلیمر باشند. مقاومت الکتریکی این مواد با تغییرات دما افزایش یا کاهش می یابد و به عنوان سیگنال خروجی برای اندازه گیری دما استفاده می شود. دو فلزی می توانند به عنوان تعلیق الکتریکی با خواص ترموالکتریک عمل کنند.

نمونه هایی از مواد غیر فلزی عبارتند از: سرامیک ها، نیمه هادی ها و پلیمرها. این مواد خواص الکتریکی منحصر به فردی دارند که با دما تغییر می کند. مقاومت الکتریکی این مواد معمولاً با تغییر دما کم یا زیاد می شود و از این تغییر مقاومت الکتریکی به عنوان سیگنال خروجی برای اندازه گیری دما استفاده می شود.

مزیت اصلی دماسنج های غیر فلزی عملکرد دقیق و پایدار در دماهای مختلف است. آنها واکنش سریعی به تغییرات دما دارند و می توانند در دماهای بسیار بالا یا پایین کار کنند. همچنین، بر خلاف برخی از سنجنده‌های دما، دو فلزات فاقد مقاومت بالقوه در برابر تغییرات الکتریکی ناشی از رطوبت هستند و این ممکن است در برخی کاربردها نگران‌کننده باشد.

از جمله کاربردهای دماسنج غیرفلزی می توان به اندازه گیری دما در صنایع مختلف از جمله خودروسازی، الکترونیک، صنعتی و پزشکی اشاره کرد. شرایط محیطی و الزامات خاص هر برنامه باید در هنگام انتخاب نشانگر دمای دو فلزی در نظر گرفته شود.

پر کردن دماسنج

در خرید گیج دما باید به این نکته توجه کنید که سنسور دما حاوی ماده روغنی (مانند سیلیکون یا گلیسیرین) مشابه روغن است. با تغییر حجم روغن با تغییر دما، فشار گیج افزایش می یابد. این فشار باعث تغییر مقاومت الکتریکی سنسور می شود که به عنوان سیگنال خروجی برای اندازه گیری دما استفاده می شود.

دماسنج پر از روغن نوع دیگری از دماسنج است که از مواد روغنی مانند سیلیکون یا گلیسیرین در داخل دماسنج استفاده می کند. این روغن به عنوان یک ماده تعلیق (مایع که حجم داخل کنتور را اشغال می کند) عمل می کند. هنگامی که دما تغییر می کند، حجم روغن نیز تغییر می کند و باعث می شود فشار داخل گیج فشار افزایش یابد. این فشار باعث تغییر در مقاومت الکتریکی کنتور می شود و به عنوان سیگنال خروجی برای اندازه گیری دما استفاده می شود.

گیج های دما پر از روغن دارای مزایایی مانند قابلیت اندازه گیری در دماهای بسیار بالا یا پایین، مقاومت در برابر ضربه و لرزش و قابلیت تنظیم دقت هستند. همچنین، آنها به طور کلی دارای خواص عایق الکتریکی هستند، که آنها را در برخی از کاربردهایی که نیاز به عایق الکتریکی دارند، ایده آل می کند.

دماسنج های روغنی در صنایع مختلف از جمله خودروسازی، تجهیزات آزمایشگاهی، آشپزخانه های صنعتی، یخچال ها، تهویه مطبوع و سیستم های گرمایشی و سرمایشی کاربرد دارند. برای انتخاب دماسنج روغن مناسب باید محیط کار، دقت مورد نیاز و سایر شرایط را در نظر بگیرید.

انواع نمایشگر دما

نمایشگرهای اندازه گیری دما می توانند انواع مختلفی داشته باشند. در اینجا چند نوع متداول مانیتور دما آورده شده است:

صفحه نمایش آنالوگ

این نوع نمایشگرها معمولاً دارای سوزن و ترازو بر روی صفحه نمایش هستند. فلش با تغییر مقدار دمای خروجی، در امتداد مقیاس حرکت می کند و مقدار دما را نشان می دهد. این نمایشگرها معمولا دقت خوبی دارند و برای کاربردهای ساده مناسب هستند. دستگاه های نمایشگر دمای آنالوگ نیازی به برق یا باتری ندارند. آنها خوانش دما را در مقیاس یا مقیاس شماره گذاری نشان می دهند. دایل ها نسبت به فشارسنج های معمولی رایج تر هستند.

نمایشگر دیجیتال

این نوع مانیتورها از یک نمایشگر دیجیتال برای نمایش دما و نمایش داده های خود به صورت یک نمایش عددی ساده بر روی یک اشاره گر یا صفحه نمایش LCD استفاده می کنند. نمایشگرهای دیجیتال دقیق هستند و معمولا دارای واحدهای قابل تنظیم هستند. آنها معمولا با میکروکنترلرها و مبدل های سیگنال کار می کنند.

نمایشگر LED: این نمایشگرها از چراغ های LED برای نمایش دما استفاده می کنند. هر LED معمولا یک واحد دما را نشان می دهد و دما به صورت عددی نمایش داده می شود. نمایشگرهای LED مصرف انرژی پایین، روشنایی و قابلیت بصری بالا دارند.

نمایشگر کریستال مایع (LCD): این نمایشگر از صفحه نمایش LCD برای نمایش دما استفاده می کند. آنها صفحه ای از سلول های کریستال مایع دارند که با تغییر ولتاژ، نور را متراکم یا پراکنده می کنند. صفحه نمایش های LCD دقت بالاتری دارند و برای تجهیزات حساس و دقیق استفاده می شوند.

دماسنج چگونه کار می کند؟

درک صحیح از نحوه عملکرد یک سنج دما مستلزم آگاهی از قوانین ترمودینامیک است.

یک دماسنج معمولا دارای دو سیم مجزا به نام ترموکوپل است که در یک انتها نقطه جوش ثابتی دارند. ترموکوپل ها از دو جفت فلز مختلف تشکیل شده اند که در معرض تغییرات دما هستند.

هنگامی که ترموکوپل ها در معرض دمای مورد اندازه گیری قرار می گیرند، تغییر در پتانسیل الکتریکی رخ می دهد. این پتانسیل الکتریکی به عنوان سیگنال خروجی ترموکوپل استفاده می شود و دمای مورد نظر را با توجه به نسبت خاص نمایش می دهد. با این حال، درک این نکته مهم است که انواع مختلف دماسنج ها و سنسورهای حرارتی به روش های مختلفی کار می کنند.

ترمیستورهای الکترونیکی یا باتری دار، ترموکوپل ها و سنسورهای دما، از جمله دماسنج های دیجیتال، به سیگنال الکتریکی متکی هستند. یک پروب سنسور دیجیتال از دو فلز ساخته شده است که ولتاژ یا مقاومت متفاوتی در دماهای مختلف تولید می کنند. یک تراشه حسگر حرارتی در دستگاه می‌تواند این تغییرات سیگنال را به‌عنوان خوانش دقیق گرما در فارنهایت یا سانتی‌گراد (اغلب هر دو) بخواند.

دماسنج های صفحه آنالوگ بر اساس یک اصل مشابه کار می کنند. با این حال، تغییر گرما به جای ایجاد سیگنال الکتریکی، موقعیت و خواص اجزای فلزی ریز را در حسگر ابزار به طور فیزیکی تغییر می‌دهد. سوزن شماره گیری تنظیم شده است تا این تغییرات را به صورت یک مقدار عددی نمایش دهد.

سنسورهای دمای مادون قرمز دوباره کاملاً متفاوت عمل می کنند، اما این سنسورها در دستگاه ها و تنظیمات تخصصی تر استفاده می شوند. آنها معمولاً در گیج های استاندارد و کم هزینه برای اندازه گیری دمای هوا یا مایع معمولی یافت نمی شوند.

کاربردهای دماسنج چیست؟

صدها کاربرد ممکن برای این محصول وجود دارد – آنها در هر کجا که نیاز به نظارت و نمایش اطلاعات دقیق دما داشته باشید مفید هستند. تقریباً همیشه حداقل یک نوع دماسنج را روی داشبورد خودرو برای نظارت بر دمای مایع خنک‌کننده می‌بینید. خدمات بهداشتی به طیف وسیعی از دماسنج ها دسترسی دارند. کنتورهای دمای آب برای استفاده در لوله ها و لوله ها (شامل دبی و دماسنج) از لوله کش های حرفه ای در دسترس هستند.

شما می توانید گیج های دمای ساختمان های داخلی و تجاری و سنج های دمای هوای بیرون را در طرح ها و سبک های مختلف خریداری کنید. آنها می توانند به اندازه یک دماسنج اجاقی هیزمی مغناطیسی کوچک و نامحسوس باشند، در حالی که یک دماسنج صنعتی سنگین، HVAC یا انبساط اغلب بسیار بزرگتر و قدرتمندتر است.

دماسنج ها و دماسنج های با کیفیت توسط بسیاری از برندهای مطرح تولید می شوند. برخی از مدل ها می توانند انواع دیگری از خوانش های دیجیتال مانند رطوبت سنج ها (نم سنج ها)، آمپرمترها، اتومترها، پیرومترها یا سرعت سنج ها را در یک دستگاه واحد ترکیب کنند.

ترموول چیست؟

پوشش حساس به حرارت که روی سلفون یا سیم قرار می گیرد و برای اندازه گیری دما استفاده می شود ترموول نامیده می شود. ترموکوپل ها برای محافظت از سنسورهای دما مانند ترموکوپل ها، ترمیستورها و گیج های دما در برابر آسیب های ناشی از فشار بالا، سرعت مواد و خوردگی استفاده می شوند. آنها همچنین عمر سنسور را افزایش می دهند، امکان تعویض سنسور را بدون تخلیه سیستم فراهم می کنند و احتمال آلودگی را کاهش می دهند.

ترموکوپل ها از مواد مختلفی از جمله نیکل، پلاتین، کروم و آلومینیوم ساخته می شوند. ضخامت و رنگ پوشش ترموول متناسب با دمای مورد نظر تنظیم می شود. هنگامی که یک ترموکوپل در معرض تغییر دمای محیط قرار می گیرد، مقاومت الکتریکی آن تغییر می کند. این تغییر مقاومت به عنوان نشانگر دما مورد استفاده قرار می گیرد و با استفاده از مبدل ها قابل تفسیر و نمایش است.

کلاهک های محافظ دستگاه های قابل اطمینان اندازه گیری دما هستند و در بسیاری از صنایع و کاربردها از جمله خودروسازی، صنایع غذایی، پزشکی و پتروشیمی استفاده می شوند. آنها دقت، پاسخ سریع و محدوده دمایی گسترده ای دارند که طیف وسیعی از کاربردهای کنترل و نظارت دما را ارائه می دهند.

چگونه دماسنج نصب کنیم؟

نصب صحیح و دقیق دماسنج برای حفظ دقت و قابلیت اطمینان اندازه گیری بسیار مهم است. در زیر به روش‌های رایج نصب ترموستات می‌پردازیم، اما همیشه بهتر است دستورالعمل‌های سازنده را برای ترموستات خاصی که با آن کار می‌کنید دنبال کنید:

1- انتخاب مکان مناسب

ابتدا باید مکانی را برای نصب دماسنج انتخاب کنید، جایی که نشانگر دما نزدیکترین مقدار دما را به دقت اندازه گیری می کند. همچنین مطمئن شوید که گیج دما به راحتی نصب، تعمیر و تعویض می شود.

2- آماده سازی سطح دما

سطح گرمایشی که کنتور روی آن قرار می گیرد باید صاف و تمیز باشد. در برخی موارد، استفاده از شیشه کوارتز یا سایر مواد عایق برای محافظت از دماسنج در برابر تغییرات دمای محیط توصیه می شود.

3- نصب دماسنج

دماسنج را با استفاده از سخت افزار نصب مخصوص سطح دما یا تجهیزات موجود در دستگاه یا سیستم مورد استفاده نصب کنید. برخی از دماسنج ها پیچ می شوند، در حالی که برخی از مدل ها به جوش، لحیم کاری یا اتصال لوله نیاز دارند.

4- اتصال برق

سیم های ترموکوپل یا ترموول در یک سیستم برای یک هدف خاص (نمایشگر دما، کنترل کننده و غیره) استفاده می شوند. با پیروی از دستورالعمل های سازنده، توصیه می شود که اتصالات الکتریکی با دقت طراحی شوند تا دقت اندازه گیری و عملکرد صحیح حفظ شود.

5- کنترل و کالیبراسیون

پس از نصب، اطمینان حاصل کنید که گیج دما به درستی کار می کند و اندازه گیری دما را درست نمایش می دهد. در صورت لزوم، نشانگر دما را کالیبره و تنظیم مجدد کنید.

بسیار مهم است که دستورالعمل های سازنده را به دقت دنبال کنید تا از دقت اندازه گیری دما اطمینان حاصل کنید. در صورت لزوم، با یک تکنسین یا متخصص واجد شرایط تماس بگیرید.

کدام دماسنج صنعتی دقیق تر است؟

دقیق ترین نوع سنج دما، دماسنج دیجیتالی است.

در انتخاب دماسنج به چه نکاتی باید توجه کرد؟

هنگام انتخاب باید به این نکات توجه کنیم: محدوده دما، محل نصب، سرعت پاسخگویی، پایداری و تکرار و هزینه.