به طور کلی در اکثر محیط های صنعتی، دما یکی از کمیت هایی است که می بایست آن را کنترل یا اندازه گیری کنیم. به همین منظور انواع تجهیزات کنترل و اندازه گیری دما برای اندازه گیری و کنترل دقیق درجه حرارت سیالات و جامدات مختلف، مورد استفاده قرار می گیرند. در این مقاله سعی کرده ایم شما را با انواع ابزار کنترل و اندازه گیری دما و عملکرد آنها بصورت مختصر آشنا کنیم.

از انواع تجهیزات کاربردی برای کنترل و اندازه گیری دما، می توان به موارد زیر اشاره نمود:

• انواع ترموسنسورهای دمایی
• انواع دماسنج ها
• انواع ترمومتر ها
• دماسنج لیزری (مادون قرمز)
• ترمومتر بی متال
• ترموستات ها
• ترانسمیتر دما
• ترموکوپل
• دمانگار و ...

به طور کلی تجهیزات اندازه گیری دما به دو دسته تماسی (contact) و غیر تماسی (non-contact) تقسیم بندی می شوند:

انواع تجهیزات اندازه گیری دما تماسی (Contact)

دماسنج مقاومتی، دماسنج ترموالکتریکی، دماسنج مایع در شیشه و نظایر آنها از جمله دماسنج هایی هستند که برای اندازه گیری دما به روش تماسی مورد استفاده قرار می گیرند. به جز دماسنج های شیشه ای، این دماسنج ها به طور کلی شامل یک آشکارساز، یک نشان دهنده و یک انتقال دهنده می باشند.

انواع تجهیزات اندازه گیری دما غیرتماسی (non-Contact)

اندازه گیری دما به روش غیر تماسی عموماً از طریق لیزر، مادون قرمز و ... صورت می گیرد. ضمنا برای اندازه گیری دمای اجسام یا سیالات گوناگون که امکان دسترسی مستقیم به آنها وجود ندارد مورد استفاده قرار می گیرند.

دماسنج های تابشی که در روش غیر تماسی کاربرد دارند، از سه المان اصلی به شرح زیر تشکیل شده اند:

• سیستم نوری که تابش را از جسم مورد اندازه گیری به المان حس کننده منتقل می کند
• المان حس کننده که تابش را به سیگنال الکتریکی تبدیل می کند (نظیر المان انتقال دهنده فتوالکتریک)
• مدار پردازشگر سیگنال که سیگنال الکتریکی را به اطلاعات گرمایی تبدیل می کند

سنسورهای غیر تماسی دارای قیمت بالاتری نسبت به دیگر سنسورها می باشند و به همین علت رنج استفاده از آنها در صنایع مختلف کمتر می باشد. اما در نهایت برای تعیین دمای اجسامی که دور از دسترس هستند و امکان ایجاد ارتباط مستقیم بین آنها وجود ندارد، استفاده از سنسورهای non-contact ضروری است.

 دماسنج ها یا ترمومترها دارای انواع زیر می باشند:

دماسنج شیشه ای (Glass Thermometer)

دماسنج های شیشه ای که دارای دو نوع دماسنج جیوه ای و دماسنج الکلی هستند، جزء رایج ترین و ساده ترین دماسنج ها می باشد. ساختمان دماسنج های شیشه ای از یک مخزن مایع و یک لوله موئین تشکیل شده است که مایع درون مخزن در اثر انبساط از لوله موئین بالا رفته و دمای متناسب را نشان می دهد.

ترمومتر جیوه ای

ترمومتر جیوه ای یک مثال آشنا برای اندازه گیرهای دما با مکانیزم مذکور است. افزایش دما باعث انبساط جیوه شده و ارتفاع ستون جیوه افزایش می دهد. این ترمومترها دارای بازه اندازه گیری محدودی هستند و همچنین خروجی آنها نمی تواند در سیستم های کنترلی استفاده شود. بنابراین استفاده از این دماسنج ها در صنعت متداول نیست.

تفاوت ترمومترهای جیوه ای و الکلی در چیست؟

محدوده اندازه گیری در این دو دماسنج با هم تفاوت دارد. از دماسنج های الکلی میتوان برای تعیین حداقل دما استفاده نمود.
در حالیکه با ترمومترهای جیوه ای نمی توان دماهای کمتر از 35 درجه زیر صفر را اندازه گیری کرد، زیرا جیوه در 39 - درجه سانتی گراد منجمد می شود. از این رو برای اندازه گیری سرماهای شدید از ترمومترهای الکلی استفاده می کنند.

دماسنج یا ترمومتر گازی (Gas Thermometer)

ترمومتر گازی شامل حبابی از جنس شیشه، چینی، کوارتز، پلاتین و... می باشد که (جنس حباب را بر اساس گستره دمایی که در دماسنج به کار می رود، انتخاب می کنند)، حباب به وسیله یک لوله موئین به یک دماسنج یا ترمومتر جیوه ای متصل است.

دماسنج مقاومت الکتریکی (Resistance Tempuerture Detectore)

دماسنج های مقاومت الکتریکی شامل یک سیم بلند و ظریف است که معمولاً آن را به دور یک قاب نازک می پیچند تا از فشار ناشی از تغییر طول سیم که در اثر انقباض آن هنگام سرد شدن پدید می آید، جلوگیری کند. گاهی سیم را به دور جسمی که اندازه گیری دمای آن مورد نظر است، می پیچند یا در صورت امکان درون آن قرار می دهند. دماسنج مقاومتی پلاتین را می توان برای اندازه گیری های خیلی دقیق در گستره 253 تا 1000 درجه سانتی گراد به کار برد.

دماسنج کوارتزی (Quartz Thermometer)

دماسنج کوارتزی یک روش جدید و بسیار دقیق اندازه گیری دما است که بر مبنای حساسیت  فرکانس تشدید کریستال کوارتز به تغییر دما استوار می باشد. گستره دمایی این دستگاه تقریبا از 40- تا 230+ درجه سانتی گراد می باشد.

دیگر دماسنج ها:

• دماسنج کریستال مایع
• دماسنج فیبر نوری
• دماسنج پزشکی
• دمانگارها و ...

ترموکوپل

ترموکوپل ها از دو فلز غیر همجنس (مانند مس و آهن) تشکیل شده اند که اگر محل اتصال آنها را حرارت دهیم، در طرف دیگر آنها ولتاژی (EMS) تشکیل می شود که با دمای محل اتصال دو فلز ارتباط مستقیم دارد.

ترمیستور

ترمیستور یک وسیله نیمه رسانا است که بر خلاف فلزات دارای ضریب دمای مقاومت منفی است، یعنی در اثر افزایش دما مقاومت الکتریکی آن کاهش می یابد. ترمیستور یک وسیله بسیار حساس است و انتظار می رود که با درجه بندی مناسب دارای عملکرد ثابتی (0.01 درجه سانتی گراد) باشد. یکی از ویژگی های جالب آن این است که می توان از این وسیله به عنوان جبران کننده های مدارهای الکتریکی استفاده نمود.

دماسنج مادون قرمز

دماسنج فروسرخ یا دماسنج مادون قرمز (infrared thermometer ) یا ترمومترهای IR برای اندازه گیری دقیق دما به صورت غیر تماسی و در رنج دمایی گسترده ای به کار می روند.

پیرومتر (Peyrometer)

پیرومتر یک وسیله اندازه گیری دما از نوع non-contact است که تابش گرمایی را اندازه گیری می کند.

ترمومترهای بی متالیک

فلزات در ترمومترهای بی متالیک به گونه ای انتخاب می شوند که ضریب انبساط طولی یکی بیش از دیگری است. چنان که یک طرف این زوج فلز در یک نقطه ثابت نگه داشته شوند، به هنگام افزایش دما، اختلاف میزان افزایش طول دو فلز باعث خم شدن زوج می شود که این حرکات مکانیکی باعث به حرکت درآوردن عقربه ترمومتر می گردد.

ترموستات

ترموستات یک دستگاه کنترل کننده الکتریکی خودکار است که برای تنظیم دما در فضای بسته، معمولاً آن را به دستگاه های گرمایشی و تهویه مطبوع متصل می کنند تا با قطع و وصل عملکرد دستگاه، آن فضا را در دمای تنظیم شده ثابت نگه دارد. هنگامی که دما به نقطه تنظیم برسد، ترموستات مدار برقی دستگاه را قطع می کند و زمانی که دما 1 الی 2 درجه از نقطه تنظیم پایین تر رود، دوباره مدار را وصل می کند و دستگاه روشن می شود.

موارد کاربرد ترموستات

به طور کلی ترموستات برای تنظیم درجه حرارت مایعات، گازها و جامدات در دستگاه های گرمایشی و تهویه مطبوع در بخش های مختلف زیر مورد استفاده قرار می گیرد:

• صنعتی: اعم از گلخانه ها، گرم خانه، کوره، دیگ های بخار، موتورخانه ها و اتوکلاوها و ...
• ساختمان: در بخش تاسیسات اعم از شوفا‍‍‍ژ خانه های مرکزی و کنترل دما در سیستم های تهویه مطبوع شامل هواساز، چیلر و فن کوئل و... .
• لوازم خانگی: در لباسشویی، ظرفشویی، سرخ کننده ها، سماور برقی، فرهای برقی، آبگرمکن برقی و گازی و ...

انواع ترموستات

ترموستات ها از نظر محل نصب، نوع عملکرد، فصل سالی، نوع سنسور، رنج کاری، تعداد مراحل کار و از نظر دامنه دمایی به انواع مختلفی تقسیم می شوند.

• از نظر محل نصب در تهویه مطبوع: عمدتاً به انواع اتاقی، کانالی، مستغرق و جداری تقسیم می شوند.
• از نظر نوع عملکرد: به انواع قطع و وصلی و تدریجی تقسیم می شوند.
• از نظر دامنه دمایی: به انواع حرارتی و برودتی و زیر صفر و بالای صفر تقسیم می گردند.
• از نظر تعداد مراحل کار: به یک مرحله ای، دو مرحله ای و پله ای (استپ کنترل) تقسیم می گردند.
• از نظر نوع سنسور: به بیمتالی، فانوسه ای، رئوستا و دیافراگمی تقسیم می شوند.
• از نظر فصلی: به سه نوع تابستانی، زمستانی و دو فصلی تقسیم می شوند.

از انواع ترموستات های رایج مورد استفاده در تهویه مطبوع، سیستم های گرمایشی و موتورخانه می توان به موارد زیر اشاره نمود:

• ترموستات کانالی
• ترموستات اتاقی
• ترموستات سه دور (مورد استفاده در فن کوئل ها)
• ترموستات چهارمرحله ای (مورد استفاده در چیلر)