ترمومتر یا دماسنج چیست؟
ترمومتر Thermometer که معادل فارسی آن گیج دما یا دماسنج است از دو کلمه یونانی ترمو Thermo به معنای گرما و متر Meter به معنای اندازه گیری تشکیل شده است.
دماسنج وسیله ای است که برای اندازه گیری دما یا تغییرات آن به کار می رود. امروزه در ساخت دماسنج ها از روش های مختلفی استفاده می شود.
روش های اندازه گیری دما کدام است؟
روش های اندازه گیری دما متفاوت است، و دما را می توان به روش های تماسی و غیرتماسی اندازه گیری کرد. برای اندازه گیری دما به روش تماسی از تماس یک سنسور که می تواند ترموکوپل یا ترمورزیستنس (PT100) باشد، استفاده می شود. اندازه گیری دما به روش تماسی، در مدل های آنالوگ بیشتر به روش بیمتال یا Gas-filled که از یک حباب و لوله موئین تشکیل شده است، انجام می شود. برای اندازه گیری دما به روش غیر تماسی بیشتر بر اساس مقدار تابش فروسرخ که جسم هدف از خود به محیط ساطع می کند، استفاده می شود. دماسنج هایی که برای اندازه گیری دما به روش غیرتماسی به کار گرفته می شوند، به پیرومتر یا ترمومتر تفنگی یا ترمومتر لیزری مشهور هستند. دلیل استفاده از واژه ی لیزری، استفاده از باریکه ی نور لیزر برای مشخص کردن هدف می باشد.
کاربردهای ترمومتر چیست؟
- نظارت روی موتورها یا بارگذاری
- سیستم های تهویه مطبوع
- بررسی سیستم های اتوماتیک
- فرآیندهای آماده سازی غذا
- تشخیص مشکلات پنهان
- نظارت بر رطوبت و نشتی یک ساختمان
- شناسایی اتلاف انرژی و عایق بندی ضعیف
- تشخیص خطاهای الکتریکی و لوله کشی
- نصب در آزمایشگاه ها و انبارها
انواع ترمومترها
ترمومتر لیزری (thermometer)
ترمومتر لیزری یا ترمومتر مادون قرمز می تواند تشعشعات لیزری ساطع شده از سطوح مختلف را دریافت کند و بر اساس دما نمایش دهد. تمام اجسام اشعه ی مادون قرمز منتشر می کنند که میزان و شدت آن با دمای آن جسم متناسب است. اساس کار ترمومترهای لیزری به این شکل است که موجی از پرتو مادون قرمز (IR) را ارسال کرده که با جسم برخورد می کند. در اثر این برخورد، با توجه به دمای جسم، انرژی پرتوهای بازگشتی تغییر می کند که با اندازه گیری این تغییر می توانند دمای جسم را اندازه گیری کنند. ترمومترهای لیزری به دلیل آنکه می توانند از راه دور دمای اجسام را اندازه گیری کنند، کاربردهای زیادی در مواردی که امکان نزدیک شدن به منبع حرارت وجود ندارد، پیدا کرده اند. ترمومترهای لیزری به دلیل همین ویژگی که می توانند از فاصله ی چند متری مورد استفاده قرار بگیرند، بسیار مورد اقبال وارد شده اند. حتی در خیلی از مواردی که محدودیتی برای نزدیک شدن به جسم وجود ندارد هم از این ترمومتر ها استفاده می شود.
ترمومتر دیجیتال (Digital Thermometer)
ترمومترهای دیجیتالی پرتابل (Portable Digital Thermometer) جهت اندازه گیری و تست دما استفاده می شود. ترمومتر دیجیتال در نگاه اول مشابه مولتی متر می باشند. این ترمومتر ها مجهز به یک یا چند ورودی برای سنسور دما (ترموکوپل نوع K، J، Pt100و…) می باشند و دارای صفحه نمایشگر دیجیتال برای نمایش دما به درجه سانتیگراد یا فارنهایت می باشند. ویژگی این مدل از ترمومترها قابل حمل بودن و امکان تست چندین نمونه دما در مکان ها و زمان های مختلف می باشد. در حالی که سنسورهای دمایی مانند Pt100 به تنهایی در مکانی ثابت می شوند و تنها دمای همان نقطه را می دهند. این ترمومترها قابلیت اندازه گیری دما هم زمان از دو نقطه تا 12 نقطه را دارد. ترمومتر دیجیتال کاربردهای زیادی دارد و تقریبا در تمامی صنایع مورد استفاده قرار می گیرد. اساس کار این نوع ترمومترها از طریق نیمه رسانا ها است. سنسور این ترمومترها نوعی نیمه رسانا است که درصورت تغییر دمای آن، مقاومتش تغییر کرده و در نتیجه ی این تغییر مقاومت، جریان عبوری از آن نیز تغییر می کند که با کمک آن، می توان دمای محیط را اندازه گیری کرد. ترمومترهای دیجیتال در یخچال ها، اتو خانه، کولرهای جدید و غیره کاربرد دارند.
دماسنج معمولی یا ترمومتر انبساطی (expansion thermometer)
ترمومتر انبساطی معمولا با عنوان دماسنج جیوه ای (mercury thermometer) گفته می شود و عمدتا ترمومتر محیطی محسوب می شود. این نوع ترمومتر ها از يك لوله باریک مخزن به شکل كروی يا استوانه ای تشکيل شده است كه درون آن با مايعی عمدتا از جنس جيوه يا الکل پر شده است. این مایع که به آن مايع دماسنجی گفته می شود، در اثر گرما منبسط شده و سطح آن درون لوله مطابق با قانون انبساط سطحی مایعات بالا می رود. در این نوع ترمومترها دیواره ی مخزن دماسنج را عمدتا بسيار نازک می سازند تا تبادل گرما بين مايع با محيط بيرون به آسانی و به سرعت صورت گیرد. هر چه لوله ی دماسنج باريك تر، ضخامت ديواره ی مخزن آن نازک تر و حجم مخزن و مايع درون دماسنج بيشتر باشد، دماسنج دقيق تر خواهد بود.
ترمومتر الکلی
اساس کار این نوع ترمومتر ها هم مانند ترمومتر جیوه ای است، اما با این تفاوت که به جای جیوه از الکل استفاده می کند. ترمومتر الکلی بیشتر در آزمایشگاه ها مورد استفاده قرار می گیرد. معمولا این دماسنج ها برای بازه ی دمایی 0 تا 100 درجه سانتی گراد مورد استفاده قرار می گیرند. دماسنج های الکلی خطر کمتری از نظر سمیت نسبت به دماسنج های جیوه ای دارند و همین هم آنها را به گزینه مناسبی برای این کار تبدیل کرده است.
ترمومتر گازی یا دماسنج گازی (gas thermometer)
در ترمومترهای گازی، مقداری گاز در مخزنی با حجم ثابت قرار دارد و فشار این گاز توسط يك فشارسنج به صورت مداوم اندازه گيری و كنترل می شود. با افزايش دمای گاز، به صورت مستقیم فشار گاز هم افزايش پیدا می کند. اگر اين دماسنج به خوبی درجه بندی شود، با اندازه گيری فشار در هر لحظه، می توان میزان دما را در آن لحظه نیز اندازه گیری کرد.
دماسنج ترموکوپلی یا ترمومتر ترموکوپلی (thermocouple thermometer)
ترمومتر ترموکوپلی در دسته ی ترمومتر تماسی قرار می گیرد. این دماسنج تماسی كه بر اساس پديده ی ترموالکتريک ساخته شده است. طبق اين پديده، اگر دو سر دو رشته ی سيم هادی نازک غير هم گون مانند مس و آهن را به يکديگر متصل كنيم و دو سر انتهايی سیم ها را به يك ميلی آمپرمتر متصل کنیم، با گرم كردن نقطه ی مشترک اتصال دو سيم، در مدار جريان الکتريکی کوچک و اختلاف پتانسیل به وجود می آيد كه مقدار این جریان به جز مقاومت مدار و جنس سيم ها به دمای اعمالی به محل اتصال مشترک آن دو نیز وابسته است. برای اندازه گيری دقيق تر دما می توان دو ميله ی فلزی غير هم گون را از يك سر به هم جوش داد، سپس يكی از سرهای انتهایی مجموعه را به يك دمای ثابت مثلاً دمای صفر درجه مخلوط آب و يخ در حال تعادل و سر انتهایی ديگر را به دمای مجهول تحت اندازه گیری متصل كرد.
پیرومتر یا آذرسنج
ترمومتر غیر تماسی برای اندازه گيرى دمای فراتر از گستره ی دمايی دماسنج های ترموكوپلی به کار گرفته می شود. ترمومتر غیر تماسی معمولا برای اندازه گیری دمای كوره های ذوب فلزات استفاده می شود. پایرومترها یا پیرومترها با اسامی دیگری همچون دماسنج غير تماسی، آذرسنج نیز شناخته می شوند. ساده ترین نوع پیرومترها از يك تلسکوپ مخصوص ساخته شده اند كه درون آن يک لامپ رشته ای (لامپ تنگستنی) كوچک و فيلتری به رنگ قرمز قرار داده شده است. نحوه ی استفاده از پیرومتر به این شکل است که آن را به طرف كوره يا هر جسم ديگری كه قصد اندازه گيری دمای آن را دارند، نشانه گیری می کنند و از پشت لنز تلسکوپ به آن جسم نگاه می كنند. در ابتدا رشته ی درون لامپ با رنگ تیره بر روی زمينه ی روشن كوره دیده می شود، با عبور جريان برق از درون رشته ی تنگستنی لامپ و تنظيم آن به وسيله ی تغيير مقاومت پتانسیومتر، رنگ و روشنایی رشته را با روشنايی زمينه کوره طبیق داده تا رشته از ديد ناظر ناپديد گردد.
با یک درجه بندی متناسب بر روی رئوستا می توان از اين نوع ترمومترها برای اندازه گيری دماهای بسيار زياد در حد ذوب و حتی بالاتر بدون نياز به تماس مستقيم استفاده كرد. ترموویژن ها یا همان ترمومتر های تصویری نیز از همین خاصیت برای اندازه گیری دما استفاده می کنند.
واحدهای اندازه گیری دما
دما بر حسب درجه فارنهایت (F)، درجه سلسیوس (C)، کلوین (K)، درجه رانکین (R)، درجه دلزیل (D) و درجه نیوتن (N) بیان می شود
انواع واحدهای اندازه گیری دما و رابطه آنها با یکدیگر
| فارنهایت (F) | سلسیوس (C) | کلوین (K) | رانکین (R) | دلزیل (D) | نیوتن (N) |
| 1∘F | −17.222222∘C | 255.927778K | 460.67∘R | 175.833333∘De | −5.683333∘N |
| 33.8∘F | 1∘C | 274.15K | 493.47∘R | 148.5∘De | 0.33∘N |
| −457.87∘F | −272.15∘C | 1K | 1.8∘R | 558.225∘De | −89.8095∘N |
| −458.67∘F | −272.594444∘C | 0.555556K | 1∘R | 558.891667∘De | −89.956167∘N |
| 210.8∘F | 99.333333∘C | 372.483333K | 670.47∘R | 1∘De | 32.78∘N |
| 37.454545∘F | 3.030303∘C | 276.180303K | 497.124545∘R | 145.454545∘De | 1∘N |
جدول رابطه بین واحد های اندازه گیری و تبدیل واحدها به یکدیگر
| واحد اندازه گیری | سلسیوس | فارنهایت | کلوین | رانکین | دلزیل | نیوتن |
| سلسیوس | [∘C]=[∘C] | [∘C]=([∘F]−32)×5/9 | [∘C]=[K]−273.15 | [∘C]=([∘R]–491.67)×5/9 | [∘C]=100–[∘De]×2/3 | [∘C]=[∘N]×100/33 |
| فارنهایت | [∘F]=[∘C]×9/5+32 | [∘F]=[∘F] | [∘F]=[K]×9/5−459.67 | [∘F]=[∘R]–491.67 | [∘F]=212–[∘De]×6/5 | [∘F]=[∘N]×60/11+32 |
| کلوین | [K]=[∘C]+273.15 | [K]=([∘F]+459.67)×5/9 | [K]=[K] | [K]=[∘R]×5/9 | [K]=373.15–[∘De]×2/3 | [K]=[∘N]×100/33+273.15 |
| رانکین | [∘R]=([∘C]+273.15)×9/5 | [∘R]=[∘F]+459.67 | [∘R]=[K]×9/5 | [∘R]=[∘R] | [∘R]=671.67–[∘De]×6/5 | [∘R]=[∘N]×60/11+491.67 |
| دلزیل | [∘De]=(100–[∘C])×3/2 | [∘De]=(212−[∘F])×5/6 | [∘De]=(373.15–[K])×3/2 | [∘De]=(671.67–[∘R])×5/6 | [∘De]=[∘De] | [∘De]=(33–[∘N])×50/11 |
| نیوتن | [∘N]=[∘C]×33/100 | [∘N]=([∘F]−32)×11/60 | [∘N]=([K]–273.15)×33/100 | [∘N]=([∘R]–491.67)×11/60 | [∘N]=33–[∘De]×11/50 | [∘N]=[∘N] |