تجهیزات اندازه گیری دما (Temperature)
تجهیزات اندازه گیری دما (Temperature)
تجهیزات اندازه گیری دما (Temperature)

تجهیزات اندازه گیری دما (Temperature)

 اندازه گیری و کنترل دمای سیال را می توان یکی از مهمترین عامل های مورد توجه در صنایع فرایندی به شمار آورد.کنترل دما در واکنشهای شیمیایی بر کیفیت محصول اثر قابل ملاحظه ای داشته و تجهیزاتی همچون موتورها، پمپ ها ،راکتورها، مخازن ، دیگهای بخار ،توربین ها و کمپرسورها نیازمند سنجش دمایی جهت محافظت وبهبود عملکرد خود می باشند.گاهی لزوم دقت در اندازه گیری دما در یک واحد شیمیایی که عملیات شکست مولکولی در آن اتفاق می افتد تا حدی است که حتی با اختلاف یک درجه سانتیگراد ممکن است عملیات شیمیایی به درستی انجام نپذیرفته و محصول نهایی هیچ یک از ویژگیهای مورد نیاز اولیه را دارا نباشد.
امروزه به صورت کلی از چهار روش برای اندازه گیری دما استفاده می شود که هر یک با توجه به شرایط فرایندی و دقت اندازه گیری در جایگاه های مختلف صنعتی مورد استفاده قرار می گیرند:
1-استفاده از اجسامی که با تغییرات دمایی برخی از مشخصات فیزیکیشان مانند طول یا حجم تغییر می نماید به عنوان سنسور دما ،یکی از متداول ترین این روشهاست، سنسورهای Bimetal و یا دماسنج های جیوه ای از پرکاربردترین حسگر های مورد استفاده در این نوع دماسنج به شمار می روند.
2-برخی دیگر از سنسورها با تغییر دما مقاوت الکتریکی خود را تغییر می دهند این خصوصیت منحصر به فرد نیز به عنوان ابزاری جهت اندازه گیری دما مورد استفاده قرار می گیرد.RTD یا دماسنج های مقاومتی از این دسته تجهیزات می باشند.
3-تغییر دما در برخی عناصر باعث تغییر ولتاژ الکتریکی نیز می شود که در ترموکوپلها از این خاصیت جهت سنجش دقیق دما استفاده می شود.
4-تغییرات انرژی تابشی در برخی از عناصر در اثر گرما نیز یکی دیگر از خواص برخی از عناصر می باشد که در اندازه گیری دمایی مورد استفاده قرار می گیرد.
در ذیل به بررسی انواع دماسنج ها و روش عملکرد آنها پرداخته و اشاره ای گذرا نیز به تجهیزات مورد استفاده در آنها می نماییم:


- دماسنج های انبساطی


1-دماسنج های گازی (Gas Actuated Thermometer):در این نوع دماسنج ها هنگامیکه مایع یا گاز خنثی محبوس درون حباب ، در اثر مجاورت با سیال و انتقال گرما منبسط می شوند به درون لوله باریکی به نام:Capillary Tube هـــــدایت شده و پس از آن وارد تیوب ارتجاعی ومارپیچی شکلی (Bourdon Tube) می شوند. این تیوب متصل به عقربه نشانگر بوده وانتهای آن بسته است.در اثر فشار ناشی از انبساط ، شعاع تیوب ارتجاعی مارپیچ بزرگتر شده و باعث حرکت عقربه نشانگر بر روی صفحه مدرج و نشان دادن دما می گردد.
2- دماسنج های دو فلزی (Bimetal Thermometer) :سنسورهای این نوع دماسنج ها از دو فلزفنری متصل به هم(عموما "از آلیاژهای آهن و نیکل) با ضریب انبساط گرمایی متفاوت تشکیل شده است تادر اثر انتقال گرما افزایش طولی به یک میزان رانداشته باشند. تفاوت در افزایش طول، در صورتیکه یک سر فنر به صورت ثابت اتصال یابد موجب چرخش فنر و انتقال آن به عقربه نمایشگر می شود که به این ترتیب می توان میزان افزایش دما را اندازه گیری نمود.بخش سنسور عموما" به شکل یک میله استوانه ای (Stem) ساخت می شود که جهت جلوگیــــری از تماس مســـتقیم با ســـیال و خوردگــــی و قابلــــیت تعویض آســان آن ،درون یک غلاف اســتوانه ای فلزی    ( Thermo well) قرار می گیرد. از آنجاییکه لرزش های شدید و مداوم، کالیبراسیون این تجهیزات را بر هم می زنند؛ چنانچه ناگزیر از نصب نشان دهنده های دما در چنین شرایطی باشیم باید محفظه نمایشگر را با مایعی (که در صورت نشتی ترکیب آن با سیال خطری ایجاد نکند) پر نمود.سنسورهای بی متال ساده ارزان و با دوام بوده و بیشتر جهت نمایشگرهای محلی استفاده می شوند. برخی از سوییچ های دما نیز با همین فناوری کار می کنند با این تفاوت که نمایشگر با یک سوییچ کوچک جایگزین می شود. از معایب آنها نیز می توان به دقت نه چندان بالای آنها اشاره نمود؛ همچنین این تجهیزات به منظور ارسال سیگنال الکتریکی به سیستم کنترل نیزبه کار نمی روند.


دماسنج های مقاومتی


1- دماسنج های مقاومتی (Resistance Temperature Detector) از قابلیت تغییر مقاومت الکتریکی برخی فلزات در اثر تغییرات دما و امکان اندازه گیری این تغییرات بوسیله مدارهای الکتریکی همچون مدار پل وتسون ؛ در دماسنج های مقا ومتی به عنوان عاملی جهت اندازه گیری دما استفاده می گردد.سنسور این دماسنج ها که به صورت مختصر RTD نیز نامیده می شوند به دلیل نیاز به داشتن مقاومت بالا به صورت سیم پیچ ساخت می گردند و نیز از آنجاییکه هوا هادی خوبی جهت انتقال گرما نمی باشد ما بین پوشش فلزی و سنسور در این دماسنج ها از پودر سرامیک استفاده می نمایند.جهت ساخت سنسورها از فلزات مختلفی استفاده می شود لیکن از پر کار برد ترین آنها می توان به پلاتین اشاره نمود.مقاومت این فلز در اثر تغییر دما به صورت خطی تغییر نموده و از آنجاییکه مقاومت آن در دمای صفر درجه معادل 100 اهم می باشد وسنسور اکثر این نوع تجهیزات ازهمین فلز ساخته می شود(فلز نیکل در درجه دوم قرار دارد) گاها" به این نوع سنسورهای مقاومتی PT 100 هم اطلاق می شود.سنسورهای دمایی که در محدوده میانی کار می کنند وجزو پایدارترین و دقیق ترین سنسورها می باشند تا جاییکه در بعضی موارد دقت آنها تا 00001/ 0درجه ساتیگراد بالا می رود.مهمترین ایراد این سنسورها تولید گرما در مجموعه سنسور و سیم های ارتباطی آن می باشد که این گرمای تولیدی به عنوان یک مقدار مثبت به دمای اندازه گیری شده اضافه می شود.جهت افزایش دقت می توان از سنسورهای سه سیمه و یا چهار سیمه استفاده نمود در این حالات از تاثی مقاومت یکی از سیمهای رابط و یا همه آنها حذف می شود.


2- ترمیستور با ضریب دمایی منفی یا مثبت  (Negative or Positive Temperature Coefficient) نوع دیگری از سنسورهای مقاومتی هستند که بر اساس فناوری نیمه هادی طراحی شده اند.در حالت ضریب حرارتی مثبت (PTC) مقاومت الکتریکی با افزایش دما افزایش و با کاهش آن کاهش می یابد اما در مدل ضریب حرارتی منفی (NTC) مقاومت الکتریکی با افزایش دما کاهش و با کاهش آن افزایش می یابد.این نوع دماسنج ها عمدتا" به منظور حفاظت از سیم پیچ موتور در یرایر افزایش دما در بدنه موتورهای الکتریکی بزرگ استفاده می شوند.

دماسنج های ترموالکتریکی


1-ترموکوپل (Thermocouple): اساس عملکرد در این نوع دماسنج ها پدیده ترمو الکتریک می باشد. بر اساس این پدیده که کاشف آن توماس سیبک بوده است در صورتیکه محل اتصال دو فلز غیر همنام تحت تاثیر گرما قرار بگیرد یک ولتاژالکتریکی متناسب با دمای نقطه اتصال ودر حد میلی ولت در دوسر آن ها ایجاد می شود که آن را به افتخار کاشف این امرولتاژ سیبک می نامند.هر چند که از لحاظ تئوری هر دو فلز غیر همنام می توانند در نقش ترموکوپل عمل کنند اما مـــــعروف ترین و پر کاربرد ترین ترموکوپل ها نوع های :
J(Iron& Constanta);K(Chromel &Alumel);N(Nicrosil&Nisil);R(Platinum 13% Rhodium& Platinum);S(Platinum 10% Rhodium& Platinum);T(Copper& Constantan); E(Chromel & Constantan; می باشد.نکته مهم در نصب ترموکوپل ها رعایت جهت مثبت و منفی ولتاژخروجی آنها می باشد این تجهیزات بسیار ساده بوده و نیازی به تغذیه جداگانه ندارند؛از دماسنج های مقاومتی ارزانتر بوده و محدوده دمایی  Cº-200تا Cº1500را پوشش می دهند و زمان اندازه گیری سریعتری نسبت به دما سنج های مقاومتی دارا می باشند.

 

دماسنج های نوری


در مواردی که تماس سنسور با سیال امکان پذیر نباشد( مثلا هنگامیکه تجیز متحرک بوده و یا با دمای بسیار بالا کار کند) از سنسورهای تشعشعی یا نوری استفاده می شود.حسگر های این تجهیزات در اثر تغییر انرژی تابشی اجسام در اثر تغییر دما کار می کنند.حسگر های نوری در صورتیکه به درستی کالیبره شوند محدوده دمایی تا Cº4000را اندازه گیری مینمایند.