نحوه عملکرد گیج دما

در عصر پیشرفت فناوری و علمی کنونی، اندازه گیری و کنترل دما یکی از مهمترین عناصر در بسیاری از صنایع و کاربردهای فنی محسوب می شود. یکی از ابزارهایی که برای اندازه گیری دقیق دما بسیار مورد استفاده قرار می گیرد، دماسنج است. دماسنج نوعی سنسور است که تغییرات دما را به تغییر مقاومت الکتریکی مرتبط می کند و این تغییرات را به عنوان سیگنال خروجی ارائه می دهد.

دانستن دما و تنظیم آن در حوزه‌های مختلفی مانند صنعت (از صنایع غذایی گرفته تا خطوط تولید خودرو)، آزمایشگاه‌ها، سیستم‌های پزشکی، وسایل نقلیه و حتی در منزل ضروری است. دماسنج نقش بسیار مهمی در توسعه صنایع و فناوری های مرتبط با اندازه گیری دما دارد.

در این مقاله به بررسی عملکرد، انواع و کاربردهای دماسنج می پردازیم. علاوه بر این، یاد خواهید گرفت که چگونه از شاخص های دما برای اندازه گیری دما و کنترل گرما استفاده می شود و چرا استفاده از آنها در صنایع مختلف ضروری است.

محدوده دما چقدر است؟

دماسنج وسیله ای است که برای اندازه گیری و خواندن دقیق گرادیان دما استفاده می شود. دماسنج معمولا، اما نه همیشه، به دستگاهی اطلاق می شود که قرائت ها را در مقیاس شماره گذاری نشان می دهد.

دماسنج های صفحه ای معمولا در محیط های صنعتی و تجاری یافت می شوند. آنها همچنین در برخی تنظیمات و وسایل روزمره رایج هستند. دماسنج ها به دو دسته کلی تقسیم می شوند:

دماسنج غیر تماسی

در علم به زبان ساده ترمومتر یک سنسور دما است. فرآیند عملیاتی معمولا بر اساس تغییرات در مقاومت الکتریکی است. با افزایش دما، مقاومت الکتریکی دماسنج افزایش می یابد و با کاهش دما، مقاومت کاهش می یابد.

برای مثال در اندازه گیری دما بر اساس مقاومت حرارتی از مواد خاصی استفاده می شود که دارای خواصی هستند که با تغییرات دما مقاومت الکتریکی را تغییر می دهند. به عبارت دیگر با افزایش دما، مقاومت الکتریکی این ماده نیز افزایش می یابد و بالعکس. این تغییر دما نسبت به مقاومت الکتریکی می تواند به عنوان سیگنال خروجی دماسنج استفاده شود.

با استفاده از دماسنج می توان دما را به دقت اندازه گیری کرد و برای مصارف مختلف از آن استفاده کرد. به عنوان مثال در صنعت خودرو از دماسنج برای اندازه گیری دمای موتور، ترمز یا سیستم خنک کننده استفاده می شود. در صنعت الکترونیک از آنها برای کنترل دما در دستگاه ها و تجهیزات الکترونیکی استفاده می شود. از آنجایی که دماسنج دقت و دوام بالایی دارد، به عنوان ابزاری مهم برای اندازه گیری دما و کنترل دما شناخته می شود.

گیج دما از چه اجزایی تشکیل شده است؟

دماسنج ها از مواد مختلفی ساخته می شوند و انتخاب مواد مناسب به شرایط کار، دمای کار، حساسیت و کاربرد خاص بستگی دارد. در زیر به بررسی مواد رایج مورد استفاده در ساخت دماسنج می پردازیم:

1- فولاد ضد زنگ

فولاد یک ماده خام رایج برای ساخت دماسنج است. آنها معمولا از فولاد ضد زنگ 316L یا 304 استفاده می کنند که در برابر زنگ زدگی، خوردگی و دماهای بالا مقاوم است. به ویژه برای ساخت گیج هایی که در معرض مواد خورنده و مواد شیمیایی فلزی قرار دارند استفاده می شود.

2- نیکل

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

3- پلاتین

ابزارهای پلاتینیوم بسیار بادوام و دقیق هستند و برای کاربردهایی که نیاز به دقت و پایداری بالا در دماهای بالا دارند استفاده می شود.

4- مس

اندازه گیری دمای مس بسیار متنوع است و کاربردهای گسترده ای دارد. آنها ارزان هستند و می توانند در بسیاری از کاربردهای عمومی استفاده شوند.

ترموکوپل ها که گاهی همراه با دماسنج استفاده می شوند، از نیکل، آهن، آلومینیوم، کروم و آلیاژهای مختلف ساخته می شوند. قبل از انتخاب یک دستگاه اندازه گیری دما، باید نوع ماده ای را که قصد اندازه گیری آن را دارید تعیین کنید.

انواع فناوری ساخت اندازه گیری دما

دماسنج ها را می توان با استفاده از دو فناوری اصلی ساخت:

فلزی باشد

پر از روغن

هر کدام از این فناوری ها مزایا و محدودیت هایی دارند و برای انتخاب دماسنج مناسب باید محیط کار، دقت مورد نیاز و سایر شرایط مرتبط را در نظر بگیرید.

با این حال، باید به یاد داشته باشید که توضیحاتی که در زیر ارائه می دهیم، توضیحات کلی در مورد هر تکنیک است و جزئیات زیادی در مورد هر یک وجود دارد.

دماسنج بدون فلز

نوعی دماسنج است که از ماده غیرفلزی استفاده می کند که با تغییرات دما مقاومت الکتریکی دارد. این مواد سرامیک هستند، می توانند نیمه هادی یا پلیمری 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 با تغییرات دما تمایل به افزایش یا کاهش دارد و از این تغییر مقاومت الکتریکی به عنوان سیگنال خروجی برای اندازه گیری دما استفاده می شود.

مزیت اصلی سنسورهای دمای غیرفلزی عملکرد دقیق و پایدار آنها در طیف وسیعی از دماها است.

در کاربردهای دماسنج غیر فلزی ما می توانیم در مورد اندازه گیری دما در صنایعی مانند خودروسازی، الکترونیک، صنعتی و پزشکی صحبت کنیم.الزامات خاص و شرایط محیطی هر کاربرد باید در انتخاب دماسنج دو فلزی در نظر گرفته شود.

دماسنج روغنی

دماسنج های پر از روغن دارای یک ماده روغنی (مانند سیلیکون یا گلیسیرین) در داخل گیج هستند. این روغن با تغییرات دما تغییر حجم داده و بر روی مانومتر فشار ایجاد می کند. این فشار باعث تغییر مقاومت الکتریکی کنتور 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 ماده روغنی مانند سیلیکون یا گلیسیرین در دماسنج استفاده می کند. این روغن به عنوان یک عامل تعلیق کننده (مایع نگهدارنده دوز) عمل می کند. با تغییر دما، مقدار روغن نیز تغییر می کند و فشار در گیج افزایش می یابد. این فشار مقاومت الکتریکی ترازو را تغییر می دهد و به عنوان سیگنال خروجی برای اندازه گیری دما استفاده می شود.

دماسنج های روغنی دارای مزایایی مانند قابلیت اندازه گیری دمای بالا یا پایین، مقاومت در برابر ضربه و لرزش و قابلیت تنظیم دقت هستند. علاوه بر این، آنها معمولاً دارای عایق الکتریکی هستند که باعث می شود در برخی از کاربردهایی که نیاز به عایق الکتریکی دارند، مفید باشند.

دماسنج های روغنی در صنایع مختلفی از جمله خودروسازی، تجهیزات آزمایشگاهی، آشپزخانه های صنعتی، یخچال ها، تهویه مطبوع و سیستم های گرمایشی و سرمایشی استفاده می شود. برای انتخاب صحیح دمای پر شدن روغن، باید شرایط کار، دقت مورد نیاز و سایر شرایط را در نظر گرفت.

انواع نمایشگر دماسنج

صفحه نمایشگرهای حرارتی می توانند انواع مختلفی داشته باشند. در زیر به چند نوع متداول نمایشگر دماسنج می پردازیم:

نشان دهد

این نوع نمایشگرها معمولاً دارای سوزن و ترازو بر روی صفحه نمایش هستند. سوزن با تغییر مقدار خروجی دماسنج، در امتداد مقیاس حرکت می کند و میزان دمای اندازه گیری شده را نشان می دهد. این نمایشگرها معمولا بسیار دقیق و مناسب برای کاربردهای ساده هستند. سنسورهای دمای آنالوگ نیازی به برق یا باتری ندارند. نمایش خوانش دما بر روی یک مقیاس یا نمودار. صفحه در گیج های سنتی بسیار رایج است.

نمایشگر دیجیتال

این نوع مانیتورها از یک نمایشگر دیجیتال برای نمایش دما استفاده می کنند و خوانش های خود را به صورت یک نمایشگر عددی ساده بر روی یک اشاره گر یا صفحه LCD نمایش می دهند. نمایشگرهای دیجیتال دقت بیشتری دارند 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 با یک عدد نشان داده می شود. نمایشگرهای LED مصرف انرژی پایین، روشنایی بالا و کارایی بصری دارند.

نمایشگر کریستال مایع (LCD): این نمایشگرها از صفحه نمایش LCD برای نمایش دما استفاده می کنند. آنها صفحه‌هایی از سلول‌های کریستال مایع دارند که با تغییر ولتاژ، نور را متمرکز یا پخش می‌کنند. صفحه نمایش های LCD دقت بالایی دارند و به عنوان دستگاه های حساس و دقیق مورد استفاده قرار می گیرند.