انواع حرارت سنج

اگر بخواهیم در ابتدا توضیح مختصری در مورد تاریخچه ابداع حرارت سنج بدهیم باید بگوییم اولین و نخستین وسیله علمی جهت اندازه‌گیری درجه حرارت در سال 1592 توسط گالیله اختراع شد. او برای این منظور یک بطری شیشه‌ای گردن باریک را انتخاب کرده بود. بطری با آب رنگین تا نیمه پر شده و وارونه در یک ظرف محتوی آب رنگینی قرار گرفته شده بود. با تغییر دما هوا محتوی بطری، منبسط یا منقبض می‌شد و ستون آب در گردنه ی بطری بالا و پایین می‌رفت.

 ابزار اختراع شده توسط گالیله مقیاسی واقعی برای سنجش دما نبود. به طوری که ابزار او بیشتر جنبه دمانما داشت تا حرارت سنج. در سال 1636 ری تغییراتی را در دمانگار گالیله پیشنهاد داد. پیشنهاد او همان بطری وارونه گالیله بود که در آن فقط سرد و گرم شدن از روی انقباض و انبساط آب ثبت می‌شد. در مورد حرارت سنج همه ی ما اطلاعات کافی داریم. اما هدف از این مقاله آشنایی با انواع حرارت سنج و ویژگی هر یک می باشد، که در ادامه به آن خواهیم پرداخت.

 انواع حرارت سنج شامل موارد زیر می شود:

ترمومتر پزشکی

ترمومتر پزشکی، جهت اندازه گرفتن حرارت بدن کاربرد دارد و چون حد متوسط حرارت بدن انسان 37 درجه سانتی گراد است در ترمومترهای پزشکی بر اساس سانتیگراد بین 33 تا 42 محاسبه می شود. و برای اینکه جدا شدن ترمومتر از بدن انسان (زیر زبان یا زیر بغل و… ) و برخورد با حرارت یا برودت محیط، جیوه داخل ترمومتر تغییر پیدا نکند، خمیدگی مخصوصی در انتهای لوله ترمومتر نزدیک مخزن جیوه تعبیه شده است که هر بار که بخواهند از آن استفاده کنند چندین بار ترمومتر را به طرف مخزن تکان میدهند تا جیوه داخل لوله از خمیدگی عبور کرده و کاملا وارد مخزن شود.

پیرومتر یا ترموالکتریک

ترمومتر دیگری که در صنایع بکار میرود که پیرومتر یا ترموالکتریک نام دارد. اساس این ترمومتر بر این است که چنانچه فصل مشترک دو سیم فلزی مختلف را حرارت دهیم، جریان برق در آنها برقرار می شود و بوسیله یک میلی آمپرمتر دقیق میتوان اثبات کرد که هرچه درجه حرارت بیشتر شود میزان شدت جریان حاصل نیز بالاتر خواهد رفت و با اندازه گرفتن شدت جریان درجه حرارت را معلوم می سازد.

حرارت سنج گازی

جنس، ساختمان و ابعاد حرارت سنج در ادارات و موسسات مختلف سراسر دنیا که این دستگاه را به کار می‌برند داری تفاوت می باشد و به طبیعت گاز و گستره دمایی که حرارت سنج برای آن در نظر گرفته شده است، بستگی دارد. این حرارت سنج ها شامل حبابی از جنس شیشه، چینی، کوارتز، پلاتین و ایریدیم ( بسته به گستره دمایی که دماسنج در آن به کار می‌رود )، که به وسیله یک لوله به فشارسنج جیوه‌ای متصل است، می باشد. این دستگاه از انواع حرارت سنج بر اساس دو قانون ذکر شده در مورد گاز کامل عمل می‌ کند.

حرارت سنج مایعی

این نوع از انواع حرارت سنج یکی از رایج ترین انواع دماسنج های مورد استفاده در صنعت و نظایر آن می باشد. اغلب این نوع دماسنج را به عنوان دماسنج های جیوه ای یا الکلی می شناسیم. ساختمان این نوع دماسنجها از یک مخزن مایع و یک لوله باریک تشکیل شده که مایع درون مخزن بر اثر انبساط از لوله بالا رفته و دمای مناسب را به ما نشان میدهد.

دماسنج جیوه ای را می توان جهت اندازه گیری دما از 37/8- تا 315 سانتی گراد استفاده کرد. اما چنانچه فضای بالای سطح جیوه را از گاز ازت پر کنند می توان تا دمای 538 درجه از آن استفاده کرد.

حرارت سنج انبساط سیال

این نوع دماسنج، انواع حرارت سنج هایی را شامل می شود که یکی از به صرفه ترین، رایج ترین و تطبیق پذیر ترین وسایل اندازگیری دما در صنعت می باشند. شیوه کار این دماسنج در شکل مقابل نمایش داده شده است. همانطور که ملاحظه می شود با افزایش دما فشار درون حباب که می تواند محتوی مایع، گاز یا بخار باشد، بالا رفته و به وسیله فشار سنج اندازه گیری می شود. 

طول لوله می تواند تا 60 متر باشد. اما این مقدار بر دقت اندازه گیری دما تاثیر گذار خواهد بود. بهترین حالت عملکرد آن زمانی می باشد که از لوله مویین کوتاه که به یک ترانس دیوسر فشار الکتریکی وصل شده استفاده شود.

حرارت سنج الکتریکی

حرارت سنج الکتریکی از انواع حرارت سنج به شمار می رود. این نوع دماسنجها اغلب کاربردهای فراوانی در صنعت داشته و قادر می باشند که از دماهای پایین تا دماهای بسیار بالا را اندازه گیری کنند. که اغلب به صورت مقاومتی و ترموکوپل هستند.

 حرارت سنج با مقاومت الکتریکی

دماسنج مقاومتی به شکل یک سیم بلند و ظریف است که معمولا آن را به دور یک قاب نازک می‌ پیچند تا از فشار حاصل شده از تغییر طول سیم که بر اثر انقباض آن در موقع سرد شدن پیش می‌آید، جلوگیری کند. در شرایط ویژه می‌ توان سیم را به دور جسمی که هدف اندازه گیری دمای آن است پیچید و یا در داخل آن قرار داد. 

این دماسنج را می‌ توان روی سطح جسمی که هدف اندازه گیری دمای آن است سوار کرد یا در حفره ای که برای این منظور ایجاد شده است، قرار داد. دماسنج مقاومتی پلاتین را می‌ شود برای کارهای خیلی دقیق در گستره 253  تا 1200 درجه سانتیگراد به کار برد.

ترمیستور

ترمیستور یک وسیله نیمه رسانا می باشد که برخلاف فلزات، دارای ضریب دمای مقاومت منفی می باشد. به علاوه مقاومت آن به شکل نمایی با دما تغییر می کند. ترمیستور یک وسیله حساس است و انتظار می رود که با درجه بندی مناسب، دارای عملکرد ثابتی تا 0/01 سانتی گراد باشد. یکی از ویژگی های جالب آن این است که می توان از آن به عنوان جبران کننده دمای مدار های الکتریکی نیز استفاده کرد.

حرارت سنج کریستال کوارتز

یک روش جدید و بسیار دقیق اندازه گیری دما بر اساس حساسیت فرکانس تشدید کریستال کوارتز به تغییر دما استوار می باشد. هنگامی که از زاویه برش مناسب برای کریستال استفاده شود، یک تطابق کاملا خطی بین فرکانس و دما برقرار می شود. مدلهای تجاری این وسیله از شمارنده های الکترونیکی و دستگاه خوانش رقم نما برای اندازه گیری فرکانس استفاده می کنند. گستره دمایی کارکرد این دستگاه از منفی 40 درجه تا 230 درجه سانتیگراد می باشد.

دمانگاری کریستال مایع

کریستالهای مایع خمیری، که از استرهای کلسترول تشکیل شده اند واکنش جالبی به دما از خود نشان می دهند. در یک گستره تکرار پذیر دما، کریستال مایع همه رنگهای طیف رنگی را از خود نشان می دهد. این عمل، بازگشت پذیر و تکرار پذیر می باشد. با تغییر دادن فرمول مورد نظر می توان از کریستالهای مایع از کمتر از صفر درجه تا چند صد درجه سانتی گراد استفاده کرد.

ترموکوپل

ترموکوپل نیز که انواع حرارت سنج را تشکیل می دهد، وسیله دیگری است که برای اندازه‌ گیری دما مورد استفاده قرار می‌ گیرد. در این نوع دماسنج از خاصیت انبساط و انقباض اجسام جامد استفاده می شود. گستره این دستگاه پلاتینیوم و ایریدیوم که 10 درصد پلاتینیوم دارد از صفر تا 1600 درجه است است.

 ویژگی مثبت ترموکوپل نسبت به دیگر انواع حرارت سنج  در این است که بخاطر جرم کوچک، خیلی سریع با سیستمی که اندازه‌ گیری دمای آن هدف ما است، به حال تعادل گرمایی در می‌آید. به همین جهت تغییرات دما به آسانی بر آن تاثیر می گذارد. لازم به ذکر است که این دستگاه دقت دماسنج مقاومتی پلاتین را ندارد.

طرز عمل این دستگاه به این شکل است که وقتی هوا گرم می شود الکل مخزن وسطی منبسط می شود و جیوه را در شاخه چپ به طرف پایین می راند و در نتیجه جیوه در شاخه دومی بالا می رود و نشانه راهمراه می برد. هنگامی که هوا سرد میشود الکل منقبض می شود و به جای خود برمی گردد. ولی نشانه طرف راست کنار لوله می چسبد و پایین نمی آید.

 در صورتی که جیوه در طرف چپ، نشانه را بالا می برد و اگر دوباره هوا گرم شود این نشانه به کنار لوله می چسبد و این عمل در مدت مشخصی چندین بار ممکن است تکرار شود. حین بازدید ترمومتر نشانه طرف راست، حداکثر درجه حرارت و نشانه طرف چپ، حداقل آن را نمایش می دهد. در صورتی که سطح جیوه در این هنگام هر شاخه را که بگیریم، درجه حرارت همان زمان را مشخص می کند. برای مثال در حد اعلای درجه حرارت 5/21 + و حداقل آن 5/10 – و درجه حرارت موقع بازدید 12 درجه است و برای بازگرداندن نشانه های آهنی تا سطح جیوه، از یک آهن ربای نعلی شکل استفاده می شود.