انواع دما سنج ها

دماسنج مقاومتی
دما
دما يكي از عناصر اساسي شناخت هوا مي باشد، با توجه به دريافت نامنظم انرژي خورشيدي توسط زمين، دماي هوا در سطح زمين داراي تغييرات زيادي است كه اين تغييرات به نوبه خود سبب تغييرات ديگري در ساير عناصر هوا مي گردد. دماي هوا را به وسيله دماسنج اندازه گيري مي كنند.
لوازم ابزار دقیق جهت اندازه گیری دما موجود مانند ترموکوپل ، RTD، ترمیستور و دماسنجهای نیمه هادی هستند که هر مدام با استفاده از قانون طبیعی و یا خصوصیتی این کار را انجام می دهند. که در این پروژه به بررسی دماسنجهای مقاومتی و نیمه هادی خواهیم پرداخت.

دماسنج مقاومتی یعنی ابزاری که مقاومت الکتریکی آنها رابطه ای با دمای آنها دارد که رو نوع موجود است. یکی از اینها فلزاتی اند که با تغییر دمایشان مقاومت آنها تفییر می کند یعنی(RTD ( Resistance TemperatureDetector که یکی از پر استفاده ترین ابزار دقیق است که در صنعت استفاده فراوانی دارد، دیگری دماسنجهای مقاومتی هستند که از نیمه هادی ها ساخته شده اند و مفدار مفاومت اتصال P-N (دیود) با تغییر دما رابطه دارد که این ابزار ترمیستور Thermistor نام دارد.

سری دیگری از دماسنجها که در این پروژه یررسی خواهند شد دماسنجهای نیمه هادی اند. که با پیشرفت صنایع نیمه هادی گسترش زیادی پیدا کرده که تراشه هایی با تنوع زیادی و برای استفاده در شرایط و کاربردهای خاصی ساخته شده اند.
همچنین در این پروژه به بررسی چند نوع از مدارهای مبدل خواهیم پرداخت که عموما برای کارهای آزمایشگاهی و یا کارهای کوچک استفاده می شوند و معرفی چند نوع ترانسمیتر که بیشتر در صنعت استفاده می شوند.

مورد دیگری که در این پروژه به آنها پرداخت خواهد شد سنسورهای هوشمند است. که شامل تعریف هوشمند بودن برای سنسورهای دمایی و معرفی چند نمونه از آنها.

در جمع آوری مطالب این پروژه از مطالب موجود در اینترنت بهره گرفته شده است و همچنین از کاتالوگ ۲۰۰۳ محصولات شرکت Endress+Hauser استفاده گردیده است.
در قسمت مبانی علمی وفنی این پروژه به بررسی اصول و قوائد علمی و فنی سنسورهای دمایی موجود خواهیم پرداخت که فرمولها مشخصات فنی ریز آنها بررسی خواهد شد.

در قسمت انواع و کاربردها انواع گوناگون هر یک از این سنسورها معرفی خواهند شد و همچنین چند کاربرد از از کاربردهای مختلف آنها گفته خواهد شد.
در قسمت سنسورهای موجود به معرفی تعدادی از سنسورهای موجود و خصوصیات مهم آنها و همچنین ترانسمیتر ها و سنسورهای هوشمند خواهیم پرداخت.

در قسمت بازار تعدادی از سازنده های بزرگ خارجی همراه با شرکتهای داخلی که نمایندگی آنها را دارند معرفی خواهند شد. البته دید در انتخاب شرکتها بر اساس فعالیت آنها در بازار و در صنعت ایران می باشد.
دماسنج گازی

نگاه اجمالی
جنس ، ساختمان و ابعاد دماسنج در ادارات و مؤسسات مختلف سراسر دنیا که این دستگاه را بکار می‌برند، تفاوت دارد و به طبیعت گاز و گسترده دمایی که دماسنج برای آن در نظر گرفته شده است، بستگی دارد. در سالهای اخیر اصلاحات بزرگ زیادی در طرح دماسنجهای گازی صورت گرفته است.
دماسنج گازی ساده

در دماسنج گازی ساده شده با حجم ثابت ، مخزن جیوه‌ای طوری بالا و پایین برده می‌شود که سطح هلالی جیوه در سمت چپ همیشه با نقطه شاخص در تماس باشد. فشار حباب برابر با مجموع فشار ارتفاع h و فشار اتمسفر است. گاز در حباب B (که معمولا از جنس پلاتین یا یکی از آلیاژهای آن است) توسط یک لوله موئین با ستون جیوه M ارتباط پیدا می‌کند، قرار دارد. حجم گازی را با تنظیم ارتفاع ستون جیوه M تا آنجا که سطح فوقانی جیوه نوک یک شاخص کوچک (به نام نقطه شاخص) را در فضای بالای M لمس کند، ثابت نگه می‌داریم. این فضا معروف به فضای مرده یا حجم مزاحم است.
ستون جیوه M با بالا یا پائین بردن مخزن جیوه تنظیم می‌شود. اختلاف ارتفاع h بین دو ستون جیوه M و را یک بار هنگامی که حباب توسط سیستمی که می‌خواهیم دمای آن را اندازه بگیریم، احاطه شده است، اندازه می‌گیریم و بار دیگر وقتی که سیستم را آب در نقطه سه گانه احاطه کرده است.
خطای موجود در دماسنج گازی

گاز موجود در فضای مرده (و در هر حجم مزاحم دیگر) در دمایی متفاوت با دمای گاز داخل حباب است.
گاز داخل لوله موئین که حباب را به فشارسنج وصل می‌کند، دارای شیب دماست، یعنی دمای آن یکنواخت نیست.
حباب ، لوله موئین ، حجمهای مزاحم با تغییر دما و فشار تغییراتی را سبب می‌شوند.

اگر قطر لوله موئین با مسیر آزاد میانگین مولکولهای گاز قابل مقایسه باشد، یک شیب فشار در لوله موئین وجود خواهد داشت. (اثر ثردمن)
مقداری گاز توسط دیواره‌ها ، حباب و لوله موئین برآشامیده می‌شود. هر قدر دما پائین‌تر باشد، برآشامی بیشتر است.
اثراتی وجود دارند که ناشی از دما و تراکم پذیری جیوه در فشارسنج هستند.

اصلاح دماسنج گازی
در سالهای اخیر ، اصلاحات بزرگ زیادی در طرح دماسنجهای گازی صورت گرفته است. دو تای این اصلاحات بطور طرح‌وار بدین صورت می‌باشند که به جای گاز «دماسنجی» درون حباب که مستقیما با جیوه درون فشارسنج تماس دارد، دو حجم جداگانه گاز وجود دارند: گاز دماسنجی ، که تا یک دیافراگم ادامه دارد و به یک طرف آن فشار وارد می‌آورد و یک گاز فشارسنجی که در طرف دیگر دیافراگم قرار دارد و به فشارسنج مرتبط است. دیافراگم خود یکی از صفحات خازنی است که صفحه دیگر آن در همان نزدیکی تثبیت شده است. اختلاف فشار در دو طرف دیافراگم باعث حرکت جزئی دیافراگم می‌شود. در فشار متعارفی جو ، اختلاف فشاری برابر یک قسمت در یک میلیون قابل آشکارسازی است. وقتی دیافراگم هیچ انحرافی را نشان ندهد، فشار گاز فشارسنجی برابر با فشار گاز دماسنجی است و قرائت فشارسنج ، فشار گاز داخل حباب را بدست می‌دهد.

اصلاح فشارسنج جیوه‌ای
یکی دیگر از اصلاحات در فشارسنج جیوه‌ای عبارت است از فضای گاز تعدیل کننده که حباب را احاطه می‌کند. گاز فشارسنجی تمام این فضا را پر می‌کند. در لحظه‌ای که فشارسنج قرائت می‌شود، هیچ نیروی خالصی که تمایل به تغییر ابعاد حباب داشته باشد، وجود ندارد و بنابراین نیاز به هیچ گونه تصحیحی برای به حساب آوردن تغییر حجم حباب با فشار نیست. بزرگترین اصلاحات در فشارسنج جیوه‌ای انجام گرفته‌اند. با انتخاب لوله گشاد ، سطح هلالی جیوه در هر لوله

خیلی تخت می‌شود. زیرا بر خلاف دستگاه قدیمی‌تری که در شکل قبل نشان داده شده است، فضای مرده بستگی به قطر لوله ندارد. محل هلال جیوه را با بکار گرفتن آن به عنوان یکی از صفحات خازن و تثبیت صفحه دیگر در نزدیک آن و اندازه گیری ظرفیت خازن توسط یک پل ac ، تعیین می‌کنیم. قالبهای پیمانه‌ای برای اندازه گیری اختلاف ارتفاع دو ستون جیوه مورد استفاده قرار می‌گیرند. فشارها را می‌توان با دقت چند ده هزارم میلیمتر جیوه یا چند صدم پاسکال ، اندازه گیری کرد.

انواع دماسنج ها ی دیگر
۱ – دماسنج معمولي (استاندارد Thermometer)
اين دماسنج يك لوله بسيار باريك شيشه اي مسدود است كه در انتهاي آن محفظه اي تعبيه و از جيوه يا الكل پر شده است. در داخل لوله دماسنج خلاء كامل وجود دارد. گرم و سرد شدن مخزن باعث گرم و سردشدن مايع درون مخزن شده و متعاقب آن باعث بالا و پايين رفتن مايع در داخل مخزن شيشه اي مي شود، با مشاهده سطح مايع در داخل لوله دماسنج و قرائت عددي كه روي بدنه شيشه نوشته شده است دماي هوا در آن لحظه مشخص مي شود.

۲ – دماسنج حداكثر (Max-Thermometer)
اغلب نياز است علاوه بر دماي معمولي هوا حداكثر دمايي كه در طول يك دوره معين مثلاً يك شبانه روز اتفاق افتاده است نيز اندازه گيري و تثبيت شود به اين منظور از دماسنج حداكثر استفاده مي كنند. اين نوع دماسنج با يك تفاوت جزيي تقريبا مشابه دماسنج هاي معمولي است به اين صورت كه لوله مويين آن در محلي كه به مخزن منتهي مي شود بسيار باريك شده است. هنگامي كه دما زياد مي شود جيوه داخل مخزن منبسط شده و نيروي حاصل مي تواند باعث

راندن جيوه از داخل مجراي باريك بالاي مخزن به قسمت بالاي لوله گردد به اين ترتيب ارتفاع جيوه در داخل مخزن بالا مي رود و با كاهش دما مايع داخل مخزن منقبض مي شود ولي باريك بودن لوله از برگشت مايع به داخل مخزن جلوگيري مي كند و سطح مايع در داخل لوله در محلي كه بالاترين دماي قبلي اتفاق افتاده است باقي مي ماند بنابراين سطح فوقاني جيوه نشان دهنده حداكثر دماي اتفاق افتاده است.
۳ – دماسنج حداقل (Minimum Thermometer)
دماسنج هاي حداقل براي تثبيت پايين ترين دماي اتفاق افتاده در يك دوره معين به كار مي رود دماسنج هاي حداقل مشابه دماسنج هاي معمولي است با اين تفاوت كه مايع داخل مخزن اين نوع دماسنج به جاي جيوه از مايعات رقيق تر مانند الكل استفاده مي شود. به علاوه در داخل لوله مويين يك سوزن شيشه اي كه دو سر آن گرد مي باشد رها گرديده كه به عنوان شاخص از آن استفاده مي شود، وقتي دماي هوا كاهش مي يابد با انقباض مايع سطح بالاي الكل در داخل لوله مويين با اعمال نيروي كشش سطحي شاخص سوزني را نيز به طرف پايين مخزن حركت مي دهد با افزايش دما مجدداً الكل در داخل لوله مويين از اطراف سوزن عبور كرده و به طرف بالا صعود مي كند اما سوزن در پايين ترين محلي كه قبلا در اثر كشش سطحي پايين آمده بود باقي مي ماند.
بنابراين قسمت بالايي شاخص شيشه اي پايين ترين دمايي را كه اتفاق افتاده است نشان مي دهد در حالي كه انتهاي سطح الكل در بالاي لوله دماي لحظه اي هوا را نشان مي دهد.

۴ – دماسنج حداقل – حداكثر (Min-Max Thermometer)
اين دماسنج تركيبي از دو دماسنج حداقل و حداكثر مي باشد، اين دماسنج از يك لوله شيشه اي U شكل ساخته شده است كه دو انتهاي آن مسدود مي باشد. قسمت پاييني لوله U شكل با جيوه پر شده است. علاوه بر جيوه قسمت بالايي لوله قسمت چپ به طور كامل از الكل پر شده است اما نصف حجم لوله سمت راست كه انتهاي آن به صورت يك مخزن گشاد شده مي باشد از الكل پر شده است و نصف ديگر آن از يك نوع گاز پر شده است. در بالاترين سطح جيوه و در داخل الكل در هر دو ستون شاخص هاي شيشه اي رنگي كه يك سوزن در وسط آن تعبيه شده است وجود دارد در اثر گرم و سرد شدن و متعاقب آن انبساط و انقباض سطح جيوه بالا و پايين مي رود. بالاترين حدي كه جيوه در شاخه سمت چپ بالا رفته است دماي حداقل و بالاترين حدي كه جيوه در شاخه سمت راست بالا رفته دماي حداكثر را نشان مي دهد.

۵ – دمانگار (Thermograph)
دمانگار يك وسيله كاملاً مكانيكي است و با استفاده از يك عنصر فلزي كه انحناي آن با دما تغيير مي كند ساخته شده است يك طرف عنصر فلزي حساس به تغييرات دما كه داراي انحنا مي باشد به بازوي اهرم طويل و متحركي بسته شده است كه اين بازو ممكن است مستقيماً دما را از روي يك مقياس ساده درجه بندي شده نشان دهد و يا اينكه انتهاي بازو به يك قلم ثبات متصل گردد. با تغيير دماي هوا انحناي فلز تغيير مي كند و اين امر با توجه به نحوه تغييرات دما باعث انحراف قلم در انتهاي بازوي مكانيكي به طرف بالا و پايين در روي كاغذ گراف مي گردد و دماها ثبت مي شوند.