گیج دما ترمومتر (Thermometer) چیست؟
گیج های دما یکی از پرکاربرد ترین تجهیزات مانیتورینگ دما در واحد های صنعتی می باشند که در صنایع مختلف و رنج های مختلف مورد استفاده قرار می گیرد. ترمومتر (Thermometer) وسیلهای است که دما یا گرادیان دما را اندازه می‌گیرد. کلمه ترمومتر از دو کلمه کوچکتر ساخته شده است. Thermo کلمه‌ای یونانی به معنای گرما و meter نیز کلمه‌ای یونانی و به معنای اندازهگیری می‌باشد
دما چیست و واحدهای دماسنجی کدامند؟
درجه سردی و گرمی جسم را دما می‌گویند. دما کمیتی نسبی و مقایسه‌ای است، زیرا امکان دارد دمای جسمی نسبت به جسم دیگر سرد و در عین حال نسبت به جسم دیگری گرم باشد. بعضی از واحدهای دما عبارتند از سلسیوس، فارنهایت، کلوین، رانکین و … که جهت تبدیل این واحدها به یکدیگر، از فرمول‌های زیر استفاده می‌شود:
تبدیل فارنهایت به سلسیوس:
تبدیل سلسیوس به کلوین:
تبدیل سلسیوس به فارنهایت:
تبدیل کلوین به رانکین:
مشخصات فنی گیج دما
گیج دما تغییرات دما را در بازه مندرج روی صفحه نمایش نشان می دهد. گیج های دما باید دارای بدنه مقاوم، مکانیسم دقیق و با کیفیت بوده و به درستی کالیبره شده باشند، شایان ذکر است، حرکت رفت و برگشتی عقربه گیج می بایست، نرم و بدون پرش باشد.
انواع گیج دما
گیج دما براساس نوع عملکرد در انواع متفاوتی ساخته می شود که به شرح زیر می باشد:
گیج دما عقربه ای بی متال (Bimetal Thermometer):
دماسنج بی متال که جزو گیج دمای عقربه ای یا آنالوگ نیز محسوب می شود از دو فلز متمایز تشکیل شده است که به یکدیگر چسبیده شده اند. جنس این دو فلز اغلب استیل و مس یا استیل و برنج می باشد.
همانطور که در شکل نشان داده شده است، هنگامی که به نوار بی متال حرارت داده شود، نوار بی متال از طرف فلزی که دارای ضریب انبساط پایین تری است خمیده می شود. میزان این تغییر شکل، با مجذور طول نوار بی متال و تغییرات دمایی متناسب است و با ضخامت فلز ها رابطه عکس دارد. به طور کلی گیج های بی متال بر اساس دو اصل اساسی زیر ساخته می شوند:
- حجم فلزات با تغیییر دما تغییر می کند.
- ضریب این تغییر برای همه فلزات یکسان نیست.
میزان جابجایی به وجود آمده توسط نوار بی متال، کوچک است، برای تقویت آن، نوار بی متال به شکل فنری یا حلزونی ساخته می شود.
همانطور که در شکل نشان داده شده است، لبه خارجی نوار بی متال به قاب و یک عقربه به وسط آن متصل می شود. با افزایش دما، نوار فنری چرخیده و باعث حرکت عقربه به صورت ساعتگرد می شود. میزان حرکت عقربه با توجه به موارد زیر قابل محاسبه است:
- داشتن ضرایب انبساط دو فلز
- ضخامت و طول محدوده مورد نظر
- طول کلی نوار فنری
محدوده عملکرد دماسنج های بی متال از 50- تا 600+ درجه سانتی گراد می باشد و این محدوده عملکرد برای کاربرد های متفاوت متغییر است.
نقاط ضعف دماسنج بی متال
- دقت محدود
- قابل استفاده برای نمایش یا سوئیچینگ ساده
- قابلیت اندازه گیری فقط به صورت محلی
- خارج شدن از وضعیت کالیبره در اثر شوک
- هیسترزیس
مزایای دماسنج بی متال
- قیمت مقرون به صرفه
- ساخت آسان و ساده
- کاهش احتمال شکست نسبت به دماسنج های ساقه شیشه ای
گیج دما دیجیتال
گیج دما دیجیتال، دمای اندازه گیری شده را به صورت دیجیتال بر روی صفحه نمایش خود، نشان می دهند. گیج های دیجیتال هم برای اندازه گیری نرمال در فیلد و هم در سیستم های کالیبراسیون استفاده می شوند.
گیج های دمای دیجیتال قابلیت نمایش دما در مقیاس های مختلف اندازه گیری دما را دارند. نحوه اتصال پراب دما به گیج دمای دیجیتال به صورت اتصال از پشت، زیر و تلسکوپی می باشد، که ر زیر تصویر هر یک درج شده است.
پارامترهای مهم در انتخاب یک گیج دما عقربه ای :
قطر صفحه نمایش: مثال 6 ، 10 یا 16 سانت
رنج دمایی: 0مثال 0-100 درجه (ماکزیمم 500 درجه سانتیگراد)
واحد اندازه گیری: فارنهایت Fahrenheit – سلسیوس celsius (سانتیگراد) – مطلق kelvin (کلوین)
مکان اتصال دنباله : از زیر، سر تلسکوپی و از پشت (شکل زیر به ترتیب از چب به راست)
جنس بدنه و غلاف:
نوع نصب: ایستاده یا تابلویی
طول پراب: مثال 5 یا 10 سانت یا 20 سانت یا کاپیلاری دار (متراژ دنباله)
کاربرد گیج دما دیجیتال
- صنایع نفت و گاز
- تجهیزات تعمیرات و نگهداری
- کالیبراسیون
انتخاب گیج دما
مواردی که هنگام انتخاب گیج دما باید مد نظر قرار گرفته شود، به شرح زیر می باشد:
واحدهای اندازه گیری دما
گیج های دما در انواع گوناگون ساخته می شوند و قابلیت نمایش دما در واحد های مختلف اندازه گیری را دارا می باشند. در گیج دما، واحد اندازه گیری نرمال به صورت سانتی گراد بیان می شود و عمدتا دارای یک واحد مدرج است اما گیج دما با دو واحد اندازه گیری فارنهایت و سانتی گراد نیز موجود می باشد. چنانچه مشتری انواع دیگری از واحد های اندازه گیری را نیاز داشته باشد، به صورت سفارشی به فروشنده اعلام می کند و گیج دما مطابق با خواسته مشتری درجه بندی و کالیبره می شود. دو تصویر زیر نمایانگر دو عدد گیج فشار با واحد سانتیگراد و سانتیگراد، فارنهایت می باشد.
اندازه گیج دما
اندازه گیج ها با قطر صفحه گیج مشخص می شود. اندازه استاندارد گیج های دما به واحد میلیمتر بیان می شود و مطابق استاندارد EN 837 با قطر های 40، 50، 63، 80، 100، 160 و 250 میلیمتر بیان می شود.
کلاس دقت گیج های دما
کلاس دقت، ماکزیمم حد خطای قابل قبول هر گیج است که بر حسب درصد ماکزیمم مقدار خوانده شده بیان می شود. گیج دما طبق استاندارد EN 13190 دارای کلاس 1 و یا 2 می باشد.
جنس سیال و متریال گیج دما
از آنجاییکه گیج های دما در فرآیند های مختلف و برای اندازه گیری دمای سیالات متفاوتی مورد استفاده قرار می گیرند، لذا متریالی که گیج از آن ساخته شده است باید با شرایط محیطی و سیالی که با آن در تماس است، از نظر شیمیایی مطابقت داشته باشد. محل اتصال گیج و بدنه صفحه مدرج گیج می تواند دارای متریال های متفاوت باشد به طور مثال اگر سیال در تماس با گیج، خورنده باشد لازم است اتصال گیج نیز استیل باشد ولی اگر در همان پروسه محیط دارای خورندگی نباشد، نیازی به بدنه استیل گیج نیست. توجه به فرآیند و شرایط شیمیایی فرآیند در انتخاب گیج مناسب بسیار مهم است و می تواند از آسیب به گیج و در بعضی موارد تحمیل هزینه های اضافی به سیستم جلوگیری کند.
جنس بدنه گیج دما ممکن است شامل هر یک از موارد زیر می باشد:
- بدنه گیج ها از جنس فولاد کششی
- چدن
- آلومینیوم
- برنج
- پلی پروپیلن
- مواد رزینی فنولیک
ترموول در دما سنج
در دماسنج های بی متال می توان از ترموول استفاده کرد. استفاده از ترموول این مزیت را دارد که بدون باز کردن تجهیزات لوله کشی یا تانک، می توان تجهیز را بیرون آورده یا تعویض کرد. معمولا دماسنج هایی که همراه با ترموول استفاده می شوند، شکل حلزونی هستند.
نوع نصب و اتصال گیج
انواع اتصالات گیج به شرح زیر می باشد:
- اتصال رزوه ایی استاندارد: دارای یک کانکشن نرگی پیچی است.
- اتصال رزوه ایی مادگی: محل اتصال به صورت مادگی پیچی است.
- گیج دما فلنجی: محل اتصال دارای یک فلنج می باشد.
هر کدام از انواع اتصالات فوق ممکن است به صورت اتصال عمودی و یا اتصال افقی در سیستم نصب شوند. اتصالات افقی فلنجی معمولا در تابلو های کنترلی مورد استفاده قرار می گیرند.
گیج ها معمولا با توجه به زاویه قرارگیری صفحه مندرج (به منظور دید بهتر کاربر) به صورت های زیر قرار می گیرند:
- اتصال از پایین (زیر یا عمودی)
- اتصال از پشت (افقی)
- اتصال تلسکوپی (صفحه مندرج آنها قابلیت چرخش در هر زاویه ای نسبت به محور ساقه را دارد).
انواع قرارگیری صفحه مندرج دماسنج عقربه ای نیز همانند دیجیتالی اتصال از پشت، زیر و تلسکوپی می باشد.
کپیلاری گیج دما
در مکان هایی که درجه حرارت بسیار بالا است و یا امکان تماس مستقیم با سیال وجود ندارد، از ترمومتر های پر شده استفاده می شود. در ترمومتر های پر شده پراب دما به وسیله کاپیلاری یا دنباله به فاصله دور تر از گیج منتقل می شود. به این مدل دماسنج ها یا گیج دما کاپیلاری دار یا دنباله دار می گویند.
دماسنج های پر شده با توجه به نوع ماده ای که درون آن را پر کرده است به چند دسته تقسیم می شوند:
- دماسنج پر شده با جیوه
- دماسنج پر شده با مایع
- دماسنج پر شده با فشار بخار
- دماسنج پر شده با فشار گاز
| پرشده از | رنج دما | مقیاس خطی | مزایا | معایب |
| مایع | از 87- الی 371+ درجه سانتیگراد. زمان پاسخگویی 6 الی 7 ثانیه. | به جز دما های پایین خطی می باشد. | اندازه بالب کوچکتر. دهانه ی باریکتر ؛ هزینه ی کمتر. | کپیلاری کوچکتر و مشکل در جبرانسازی |
| بخار | و زمان پاسخگویی 4-5 ثانیه به جز هنگام عبور از دمای محیط . بالاتر از محیط به 343 و پایینتر از محیط به 184- درجه سانتیگراد. | تقسیمات دما با افزایش دما ، افزایش می یابد. | کپیلاری با طول بلند تر میسر می باشد . جبران دمای محیط نیاز نیست . سرعت بالا. | مقیاس غیر خطی . از طریق دمای محیز مهیا ساختن آن سخت است . ظرفیت اور رنج ندارد. |
| گاز | از منفی 268 الی 760+ درجه سانتیگراد و زمان پاسخگویی 4 الی 7 ثانیه | به جز دما های پایین خطی می باشد. | بزرگترین میزان اور رنج و بیشترین دامنه دما. | بزرگترین سایز بالب و نیاز به بزرگترین سایز دهانه ها و کمترین قدرت برای کنترل |
در ادامه به شرح هریک از دماسنج های ذکر شده می پردازیم:
- دماسنج پر شده با جیوه
در دماسنج های پر شده با جیوه با تغییر دمای محیط کاری، فشار جیوه تغییر می کند. در این دماسنج ها دما توسط یک فشار سنج عقربه ای، که بر اساس دما کالیبره شده است، نمایش داده می شود.
- دماسنج پر شده با مایع:
گیج دما پرشده با مایع، بر اساس انبساط مایع، اندازهگیری دما را انجام می‌دهد. یک دماسنج فعال‌شده با مایع یا گاز، از گاز/بخار به عنوان المان سنسینگ دما استفاده می‌کند. مایع با بالا رفتن دما، منبسط می‌شود، در نتیجه در لوله بالا می‌رود و دما را نشان می‌دهد. مایع یا گازی که لوله را پر کرده، معمولا جیوه یا الکل است. با انتقال گرما به ماده، منبسط شده و ستون مایع یا گاز در کاپیلاری را فشار می‌دهد تا بالاتر برود، که دما را نشان می‌دهد. طول غوطه‌وری پایینی دارد، که برای سنسینگ 30mm مورد نیاز است. بازه‌های اندازهگیری دمای آنها بین -30°C تا 250°C است، با دقت ±1% از FSD.
- دماسنج پر شده با فشار بخار:
در این نوع دماسنج مایع داخل حسگر گرمایی از نوع فرار بوده و با کوچکترین تغییر دما، این مایع بخار شده و فشار بخار مایع تغییر می‌یابد. این تغییر فشار به صورت دما توسط یک فشارسنج عقربه‌ای نمایش داده می‌شود.
انتخاب این دماسنج نسبت به سایر دماسنج ها ارزان‌تر است و اغلب در برنامه های HVAC استفاده می‌شود.
چهار نوع دسته بندی از دماسنج با نشاندهی سیستم فشار بخار وجود دارد :
- کلاس IIA با دمای اندازه گیری شده بالاتر از دمای بقیه سیستم عمل می کند.
- کلاس IIB با دمای اندازه گیری شده کمتر از دمای بقیه سیستم عمل می کند.
- کلاس IIC دماهای بالاتر و زیر دمای سیستم را اندازه گیری می کند.
- کلاس IID می تواند با استفاده از یک مایع غیرفرار دوم بر محدودیت محیطی غلبه کند.
- دماسنج پر شده با فشار گاز:
گیج دما پر شده با گاز، محدودیت‌های کمتری دارد. به جای مایع، از یک گاز به عنوان سیال ترمومتریک (دماسنجی) استفاده می‌شود. از طرفی، اصل کارکرد این دماسنج مشابه مدل پرشده با مایع است: انبساط سیال اندازهگیری نمی‌شود، بلکه افزایش در فشار در حجمی ثابت است که با افزایشی در دما مرتبط است. برای یک گاز ایده‌آل، فشار گاز در حجمی ثابت، تنها توسط دما تعیین می‌شود (فرآیند هم‌حجم یا ایزوکوریک). این گیج‌ها، دمای بازه‌ی وسیع‌تری را پوشش می‌دهند: از -200°C تا 800°C. طول پایه قابل تنظیم است و روی دقت ±1% از FSD آن تاثیر نمی‌گذارد.
تعمیر گیج دما
باید به این نکته توجه داشت که گیج دما به عنوان یکی از از تجهیزات اندازه گیری دما تجهیز بسیار حساسی می باشد به همین دلیل در صورت نداشتن مهارت و تجربه لازم توصیه می شود به کارشناس مربوطه جهت تعمیر گیج دما مراجعه نمایید.