در عصر کنونی پیشرفت تکنولوژی و علم، اندازه‌گیری و کنترل دما یکی از جنبه‌های حیاتی در بسیاری از صنایع و برنامه‌های فناورانه محسوب می‌شود. یکی از ابزارهایی که به طور گسترده در اندازه‌گیری دقیق دما استفاده می‌شود، گیج دما است. گیج دما یک نوع سنسور است که تغییرات دما را به تغییرات مقاومت الکتریکی مرتبط کرده و این تغییرات را به عنوان سیگنال خروجی تحویل می‌دهد.
دانستن دما و تنظیم آن، در عرصه‌های مختلف مانند صنایع (از صنعت غذایی تا خطوط تولید خودرو)، آزمایشگاه‌ها، سیستم‌های پزشکی، وسایل نقلیه و حتی در خانه، ضروری است. گیج دما نقش بسیار مهمی در پیشرفت صنایع و فناوری‌های مرتبط با اندازه‌گیری دما ایفا می‌کند.
در این مقاله، به بررسی عملکرد، انواع و کاربردهای گیج‌های دما خواهیم پرداخت. همچنین، خواهید آموخت که گیج‌های دما چگونه در اندازه‌گیری دما و کنترل حرارت مورد استفاده قرار می‌گیرند و چرا استفاده از آن‌ها در صنایع مختلف ضروری است.
گیج دما چیست؟
گیج دما دستگاهی است که برای اندازه‌گیری و خواندن دقیق گرادیان دما استفاده می‌شود. اصطلاح دماسنج معمولاً، اگرچه نه همیشه، به دستگاهی اطلاق می‌شود که خوانش‌ها را روی یک صفحه شماره‌دار نشان می‌دهد.
گیج‌های دماسنجی صفحه‌ای اغلب در محیط‌های صنعتی و تجاری یافت می‌شوند. آن‌ها همچنین در برخی از تنظیمات و لوازم خانگی روزمره رایج هستند. گیج‌های اندازه‌گیری دما به دو دسته کلی تقسیم می‌شوند:
- دماسنج‌های تماسی
- دماسنج‌های غیر تماسی
به طور علمی و ساده، گیج دما یک حسگر است که استفاده می‌شود تا دما را اندازه‌گیری کند. فرایند عملکرد آن معمولاً بر مبنای تغییر مقاومت الکتریکی صورت می‌گیرد. با افزایش دما، مقاومت الکتریکی گیج دما افزایش می‌یابد و با کاهش دما، مقاومت آن کاهش می‌یابد.
به عنوان مثال، در گیج دماهای مبتنی بر ترمومقاومتی، یک ماده خاصی استفاده می‌شود که خاصیت تغییر مقاومت الکتریکی را با تغییر دما دارد. به عبارتی، هنگامی‌که دما افزایش می‌یابد، مقاومت الکتریکی این ماده نیز افزایش می‌یابد و بالعکس. این تغییر مقاومت الکتریکی مرتبط با دما را می‌توان به عنوان سیگنال خروجی گیج دما استفاده کرد.
با استفاده از گیج دما، می‌توان دما را با دقت بالا اندازه‌گیری کرده و مورد استفاده در صنایع مختلف قرار داد. برای مثال، در صنعت خودروسازی، گیج‌های دما استفاده می‌شوند تا دمای موتور، ترمزها یا سیستم خنک‌کننده را اندازه‌گیری کنند. در صنعت الکترونیک، آن‌ها به منظور کنترل دما در قطعات و تجهیزات الکترونیکی مورد استفاده قرار می‌گیرند. از آنجا که گیج دما دارای دقت بالا و پایداری طولانی مدت است، به عنوان یک ابزار مهم در اندازه‌گیری دما و کنترل حرارت شناخته می‌شوند.
گیج دما از چه متریال‌هایی تولید می‌شود؟
گیج‌های دما از متریال‌های مختلفی تولید می‌شوند و انتخاب متریال مناسب بستگی به شرایط عملکرد، دمای کاری، حساسیت و کاربردهای خاص دارد. در زیر، متریال‌های معمول استفاده شده در ساخت گیج دما را بررسی می‌کنیم:
1- استیل ضد زنگ
استیل ضد زنگ یکی از متریال‌های رایج برای ساخت گیج دما است. آن‌ها معمولاً از استیل ضد زنگ 316L یا 304 استفاده می‌کنند که خاصیت مقاومت در برابر زنگ‌زدگی، خوردگی و دمای بالا را دارند. به خصوص برای تولید گیج‌هایی که با مواد خورنده و شیمیایی در تماس هستند، استیل را به کار میبرند.
2- نیکل
گیج‌های دمای نیکل بسیار مقاوم و پایدار هستند و در دماهای بالا به خوبی عمل می‌کنند. آن‌ها معمولاً از آلیاژهای نیکل-کروم و نیکل-آلومینیوم تشکیل شده‌اند.
3- پلاتین
گیج‌های پلاتینی بسیار مقاوم و دقیق هستند و برای کاربردهایی که نیاز به دقت بالا و پایداری در دماهای بالا است، مورد استفاده قرار می‌گیرند.
4- مس
گیج‌های دمای مسی بسیار رایج هستند و در محدوده‌های دمایی معمولاً استفاده می‌شوند. آن‌ها دارای هزینه ارزان‌تری هستند و می‌توانند در بسیاری از برنامه‌های عمومی مورد استفاده قرار گیرند.
ترموکوپل‌ها که گاهاً با گیج دما مورد استفاده قرار می‌گیرند، از نیکل، استیل، آلومینیوم، کروم و آلیاژهای مختلف تشکیل شده‌اند. حتماً پیش از انتخاب متریال گیج دما، باید نوع موادی که قصد اندازه‌گیری آن‌ها را دارید تعیین کنید.
انواع فناوری ساخت گیج دما
گیج‌های دما می‌توانند با استفاده از دو فناوری اصلی ساخته شوند:
- بی‌متال
- پرشده با روغن
هریک از این فناوری‌ها مزایا و محدودیت‌های خود را دارند و برای انتخاب صحیح گیج دما، نیاز است محیط کار، دقت مورد نیاز و شرایط دیگر مرتبط را در نظر بگیرید.
البته باید به‌یاد داشته باشید که توضیحاتی که در ادامه ارائه خواهیم داد، توضیحات کلی در مورد هر فناوری است و جزئیات زیادی درباره هر یک وجود دارد.
گیج دما بی‌متال
یک نوع گیج دما است که از مواد بی‌متالی استفاده می‌شود که خاصیت تغییر مقاومت الکتریکی را با تغییر دما دارند. این مواد می‌توانند سرامیک‌ها، نیمه‌هادی‌ها و یا پلیمرها باشند. مقاومت الکتریکی این مواد با تغییر دما افزایش یا کاهش می‌یابد و به عنوان سیگنال خروجی برای اندازه‌گیری دما استفاده می‌شود. بی‌متال‌ها می‌توانند به عنوان سوسپانسور الکتریکی با خواص ترموالکتریکی عمل کنند.
مثال‌هایی از مواد بی‌متال شامل سرامیک‌ها، نیمه‌هادی‌ها و پلیمرها هستند. این مواد دارای خاصیت‌های الکتریکی منحصر به فردی هستند که با تغییر دما تغییر می‌کنند. مقاومت الکتریکی این مواد با تغییر دما معمولاً افزایش یا کاهش می‌یابد و این تغییر در مقاومت الکتریکی به عنوان سیگنال خروجی برای اندازه‌گیری دما استفاده می‌شود.
مزیت اصلی گیج‌های دما بی‌متال، عملکرد دقیق و پایدار در دماهای مختلف است. آن‌ها دارای پاسخگویی سریع به تغییرات دما هستند و می‌توانند در دماهای بسیار بالا یا پایین کار کنند. همچنین، برخلاف برخی از گیج‌های دما، بی‌متال‌ها مقاومت بالقوه تغییرات الکتریکی ناشی از رطوبت را ندارند و این امر می‌تواند در برخی برنامه‌ها مورد توجه قرار گیرد.
ازجمله کاربردهای گیج دما بی‌متال، می‌توان به اندازه‌گیری دما در صنایع مختلف ازجمله خودروسازی، الکترونیک، صنعتی و پزشکی اشاره کرد. نیازمندی‌ها و شرایط محیطی خاص هر برنامه باید در انتخاب گیج دما بی‌متال مدنظر قرار گیرد.
گیج دما پرشده با روغن
در گیج دما پرشده با روغن، یک ماده روغنی (مانند سیلیکون یا گلیسرین) درون گیج قرار داده می‌شود. این روغن، با تغییر دما حجم خود را تغییر می‌دهد و منجر به فشاری بر روی گیج می‌شود. این فشار باعث تغییر مقاومت الکتریکی گیج می‌شود که به عنوان سیگنال خروجی برای اندازه‌گیری دما استفاده می‌شود.
گیج دما پرشده با روغن از نوع دیگری از گیج‌های دما است که در آن یک ماده روغنی مانند سیلیکون یا گلیسرین درون گیج استفاده می‌شود. این روغن به عنوان یک ماده سوسپانسور (سیالی که درون گیج حجم می‌گیرد) عمل می‌کند. وقتی دما تغییر می‌کند، حجم روغن نیز تغییر می‌کند که منجر به ایجاد فشار درون گیج می‌شود. این فشار باعث تغییر در مقاومت الکتریکی گیج می‌شود و به صورت سیگنال خروجی برای اندازه‌گیری دما استفاده می‌شود.
گیج‌های دما پرشده با روغن دارای مزایایی همچون قابلیت اندازه‌گیری در دماهای بسیار بالا یا پایین، مقاومت در برابر شوک و لرزش و قابلیت تنظیم دقت هستند. همچنین، آن‌ها معمولاً دارای خاصیت عایق الکتریکی هستند که باعث می‌شود در برخی برنامه‌ها که نیاز به جداسازی الکتریکی دارند، ایده‌آل باشند.
کاربردهای گیج دما پرشده با روغن در صنایع مختلف وجود دارد، ازجمله خودروسازی، دستگاه‌های آزمایشگاهی، آشپزخانه‌های صنعتی، یخچال‌ها، کولرها و سیستم‌های گرمایشی و سرمایشی. برای انتخاب صحیح گیج دما پرشده با روغن، نیاز است محیط کار، دقت مورد نیاز و شرایط دیگر را در نظر بگیرید.
انواع نمایشگر گیج دما
نمایشگرهای گیج دما می‌توانند از چندین نوع مختلف باشند. در زیر، برخی از انواع رایج نمایشگرهای گیج دما را بررسی خواهیم کرد:
نمایشگر آنالوگ
این نوع نمایشگرها اغلب شامل یک سوزن و مقیاس بر روی یک صفحه است. سوزن، با تغییر مقدار خروجی گیج دما، در مقیاس حرکت کرده و مقدار دمای اندازه‌گیری شده را نشان می‌دهد. این نمایشگرها به‌طور کلی دقیقی نسبتاً خوبی دارند و برای کاربردهای ساده مناسب‌اند. دستگاه‌های نمایشگر آنالوگ گیج دما نیازی به برق یا باتری ندارند. آن‌ها خوانش دما را در مقیاس شماره‌گذاری یا شماره‌گیری نشان می‌دهند. شماره‌گیری برای گیج‌های سنتی رایج‌تر است.
نمایشگر دیجیتال
این نوع نمایشگرها از صفحه نمایش دیجیتال برای نمایش دما استفاده می‌کنند و قرائت‌های خود را به صورت یک نمایشگر عددی ساده بر روی یک نشانگر یا صفحه نمایش LCD نشان می‌دهد. نمایشگرهای دیجیتال دارای دقت بالاتری هستند و معمولاً دارای واحد‌های تنظیم‌پذیری هستند. آن‌ها معمولاً با استفاده از میکروکنترلرها و دستگاه‌های تبدیل سیگنال کار می‌کنند.
- نمایشگر ال‌ای‌دی (LED): این نمایشگرها از چراغ‌های LED برای نمایش دما استفاده می‌کنند. هر LED معمولاً یک واحد دما را نشان می‌دهد و دما به صورت رقمی نمایش داده می‌شود. نمایشگرهای LED مصرف برق پایین، قابلیت‌های نورپردازی و دیداری بالایی هستند.
- نمایشگر کریستال مایع (LCD): این نمایشگرها از صفحه‌های نمایش LCD برای نمایش دما استفاده می‌کنند. آن‌ها دارای صفحه‌های تشکیل شده از سلول‌های کریستال مایع هستند که در صورت تغییر فشار ولتاژ، نور را تراکم یا پخش می‌کنند. نمایشگرهای LCD دقت بالاتری دارند و برای تجهیزات حساس و دقیق مورد استفاده قرار می‌گیرند.
گیج دما چطور کار می‌کند؟
درک دقیق نحوه عملکرد گیج دما مستلزم دانستن دانش قانون ترمودینامیکی است.
به طور کلی، گیج دما شامل دو سیم متفاوت است که به نام ترموکوپل‌ها معروف هستند که در انتهای آن‌ها یک نقطه جوش ثابت وجود دارد. ترموکوپل‌ها از جفت‌های دو فلز مختلف تشکیل شده‌اند که در معرض تغییر دما قرار می‌گیرند.
هنگامی‌که ترموکوپل‌ها به دمای مورد اندازه‌گیری قرار می‌گیرند، ایجاد یک تغییر در پتانسیل الکتریکی به وجود می‌آید. این پتانسیل الکتریکی به عنوان سیگنال خروجی ترموکوپل استفاده می‌شود و با توجه به رابطه‌ی خاص، دمای مورد نظر را نمایش می‌دهد. با این حال، مهم است که بدانیم انواع مختلف گیج دما و سنسورهای حرارتی به روش‌های مختلفی کار می‌کنند.
ترمیستورهای الکترونیکی یا باتری دار، ترموکوپل‌ها و سنسورهای دما – ازجمله دماسنج‌های دیجیتال – به سیگنال الکتریکی متکی هستند. یک پروب سنسور دیجیتال شامل دو فلز است که در دماهای مختلف ولتاژ یا مقاومت در حال تغییر ایجاد می‌کنند. یک تراشه حسگر حرارتی موجود در دستگاه می‌تواند این تغییرات سیگنال را به صورت قرائت‌های دقیق گرما در فارنهایت یا سانتی‌گراد (اغلب هر دو) بخواند.
گیج‌های دمای صفحه آنالوگ بر اساس اصل مشابهی کار می‌کنند. با این حال، به جای اینکه تغییر گرما یک سیگنال الکتریکی ایجاد کند، موقعیت و خواص اجزای فلزی کوچک در سنسور ابزار را به طور فیزیکی تغییر می‌دهد. سوزن شماره‌گیری تنظیم شده است تا این تغییرات را به عنوان یک مقدار عدد نمایش دهد.
سنسورهای دمای مادون قرمز دوباره کاملاً متفاوت عمل می‌کنند، اما این سنسورها در دستگاه‌ها و تنظیمات تخصصی‌تر مورد استفاده قرار می‌گیرند. آن‌ها معمولاً در گیج‌های دمای استاندارد و کم‌هزینه برای اندازه‌گیری حرارت سنتی هوا یا سیال یافت نمی‌شوند.
کاربردهای گیج دما چیست؟
صدها کاربرد بالقوه برای این محصول وجود دارد – آن‌ها در هرکجا که نیاز به نظارت و نمایش اطلاعات دقیق دما داشته باشید مفید هستند. تقریباً همیشه حداقل یک نوع گیج دما را در داشبورد خودروها برای نظارت بر دمای مایع خنک کننده موتور مشاهده خواهید کرد. امکانات پزشکی به انواع مختلفی از اندازه‌گیری دمای بدن دسترسی دارند. یک گیج دما آب برای استفاده در لوله‌ها و کانال‌ها (ازجمله دماسنج‌های جریان و برگشت) را می‌توان در یک جعبه ابزار حرفه‌ای لوله‌کشی یافت.
شما می‌توانید گیج دما اتاق اداری و تجاری داخلی و گیج دمای هوای بیرون را در طرح‌ها و سبک‌های بسیار متنوعی خریداری کنید. آن‌ها می‌توانند به اندازه یک دماسنج مغناطیسی برای اجاق‌های چوبی کوچک و محجوب باشند، درحالی‌که یک گیج دما صنعتی سنگین، HVAC یا گیج دما انبساط اغلب بسیار بزرگ‌تر و قوی‌تر است.
گیج دما صفحه‌ای و دماسنج با کیفیت بالا توسط بسیاری از برندهای پیشرو تولید می‌شوند. برخی از مدل‌ها ممکن است انواع دیگری از خوانش دیجیتال – مانند رطوبت سنج (برای رطوبت)، آمپرمتر، خودکار سنج، پیرومتر یا سرعت سنج – را در یک دستگاه واحد ترکیب کنند.
ترموول چیست؟
به پوشش حساس حرارتی که بر روی یک سلفون یا سیم نصب می‌شود و برای اندازه‌گیری دما استفاده می‌شود، عموماً با عنوان ترموول معروف است. ترموول‌ها برای محافظت از سنسورهای دما مانند ترموکوپل‌ها، ترمیستورها و گیج دما در برابر آسیب ناشی از فشار زیاد، سرعت مواد و خوردگی استفاده می‌شوند. آن‌ها همچنین طول عمر سنسور را افزایش می‌دهند، امکان تعویض سنسور بدون تخلیه سیستم را فراهم می‌کنند و احتمال آلودگی را کاهش می‌دهند.
ترموول‌ها از مواد مختلفی تشکیل شده‌اند، ازجمله نیکل، پلاتین، کروم و آلومینیوم. ضخامت و نوع پوشش ترموول تنظیم می‌شود تا با دمای موردنظر سازگار باشد. زمانی که ترموول تحت تأثیر تغییر دمای محیط قرار می‌گیرد، مقاومت الکتریکی آن تغییر می‌کند. این تغییر در مقاومت به عنوان یک سیگنال دما استفاده می‌شود و با استفاده از تبدیل‌کننده‌ها قابل تفسیر و نمایش است.
ترموول‌ها وسیله‌های قابل اتکا برای اندازه‌گیری دما هستند و در بسیاری از صنایع و کاربردها مورد استفاده قرار می‌گیرند، ازجمله در اتومبیل‌سازی، صنعت غذایی، پزشکی و صنعت پتروشیمی. آن‌ها دارای دقت، پاسخگویی سریع و مقاطع دمایی وسیعی هستند که قابلیت استفاده گسترده‌ای را برای کنترل و نظارت دما فراهم می‌کند.
نحوه نصب گیج دما چگونه است؟
نصب گیج دما به دقت و درستی امری بسیار مهم است تا دقت و قابلیت اطمینان اندازه‌گیری حفظ شود. در زیر روش‌های عمومی برای نصب گیج دما را بررسی خواهیم کرد، اما بهتر است راهنمایی‌های تولیدکننده گیج دما خاصی که با آن کار می‌کنید را همواره رعایت کنید:
1- انتخاب مکان مناسب
ابتدا باید مکانی را برای نصب گیج دما انتخاب کنید که نمایشگر دما نزدیک‌ترین مقدار دما را دقیقاً اندازه‌گیری کند. همچنین، مطمئن شوید که گیج دما از دسترسی جهت نصب، تعمیر و تعویض آسان باشد.
2- تهیه سطح دما
سطح دما که گیج بر روی آن قرار می‌گیرد، باید صاف و تمیز باشد. در بعضی موارد، استفاده از شیشه‌ی کوارتزی یا مواد عایق حرارتی دیگر برای حفاظت از گیج دما در برابر تغییرات دمای محیط مطرح می‌شود.
3- نصب گیج دما
گیج دما را با استفاده از قطعات نصب مخصوص به سطح دما یا تجهیزات موجود در دستگاه یا سیستمی که قرار است از آن استفاده شود، ببندید. برخی از گیج دماها با پیچ و مهره نصب می‌شوند، در حالی که مدل‌هایی نیاز به جوشکاری، لحیم‌کاری یا نصب لوله دارند.
4- اتصالات الکتریکی
سیم‌های ترموکوپل یا ترموول با هدف خاصی در سیستم به کار برده می‌شوند (مانند نمایشگر دما، کنترلر و غیره). توصیه می‌شود از راهنمایی تولیدکننده استفاده کنید و اتصالات الکتریکی را با دقت انجام دهید تا دقت اندازه‌گیری و عملکرد صحیح حفظ شود.
5- بررسی و کالیبراسیون
پس از نصب، اطمینان حاصل کنید که گیج دما به‌درستی عمل می‌کند و اندازه‌گیری دما را به‌درستی نشان می‌دهد. در صورت لزوم، کالیبراسیون و تنظیم مجدد گیج دما را انجام دهید.
اهمیت رعایت دقت در نصب و راهنمایی‌های تولیدکننده امری بسیار حیاتی است تا از صحت اندازه‌گیری دما اطمینان حاصل شود. در صورت نیاز، به یک تکنسین ماهر یا متخصص مراجعه کنید.
دقیق ترین گیج دمای صنعتی کدام است؟
دقیق‌ترین نوع گیج دما، دماسنج دیجیتال است.
در انتخاب گیج دما به چه نکاتی توجه کنیم؟
هنگام انتخاب باید به این نکات توجه کنیم: محدوده دما، محل نصب، سرعت پاسخگویی، پایداری و تکرارپذیری و هزینه
نظرات کاربران