دما یکی از پارامترهای بنیادی در علم و صنعت است. از آزمایشگاههای تحقیقاتی گرفته تا خطوط تولید کارخانهها، از نیروگاهها تا آشپزخانههای صنعتی، همه جا نیاز به اندازهگیری و پایش دما وجود دارد. گیج دما یا دماسنج صنعتی ابزاری است که این نیاز اساسی را برطرف میکند.
شاید در نگاه اول، گیج دما ابزاری ساده به نظر برسد. یک صفحه مدرج و یک عقربه که دما را نشان میدهد. اما پشت این ظاهر ساده، دههها تحقیق و توسعه، اصول فیزیکی پیچیده و مهندسی دقیق نهفته است. انتخاب گیج دمای مناسب برای هر کاربرد نیازمند شناخت انواع مختلف این ابزار، اصول کارکرد آنها و عوامل مؤثر بر عملکردشان است.
خرید گیج دما از ابزار سنجش آریا
تاریخچه اندازهگیری دما
از گذشته تا امروز
انسان از دیرباز به مفهوم گرما و سرما آگاه بوده، اما اندازهگیری کمی دما داستان دیگری است. اولین تلاشهای جدی برای ساخت دماسنج به قرن شانزدهم میلادی برمیگردد. گالیله و همکارانش دستگاههایی ساختند که تغییرات دما را نشان میدادند، هرچند این دستگاهها هنوز مقیاس استانداردی نداشتند.
در قرن هفدهم، دانیل گابریل فارنهایت دماسنج جیوهای را توسعه داد و مقیاسی برای آن تعریف کرد که هنوز در برخی کشورها استفاده میشود. آندرس سلسیوس در قرن هجدهم مقیاس صد درجهای خود را معرفی کرد که امروز رایجترین مقیاس دما در جهان است.
دماسنجهای صنعتی یا گیجهای دما تاریخچهای جوانتر دارند. با انقلاب صنعتی و نیاز به کنترل فرآیندهای حرارتی در کارخانهها، تقاضا برای ابزارهای اندازهگیری دمای مقاوم و قابل اعتماد افزایش یافت. گیجهای بایمتال در اوایل قرن بیستم توسعه یافتند و به سرعت جایگاه خود را در صنعت پیدا کردند.
اصول فیزیکی اندازهگیری دما
انبساط حرارتی
بسیاری از گیجهای دما بر اساس اصل انبساط حرارتی کار میکنند. وقتی دمای یک ماده افزایش مییابد، مولکولهای آن سریعتر حرکت میکنند و فاصله بین آنها بیشتر میشود. نتیجه این است که ماده منبسط میشود. این انبساط قابل اندازهگیری است و میتوان از آن برای تعیین دما استفاده کرد.
در دماسنجهای جیوهای و الکلی، انبساط مایع درون لوله شیشهای باریک باعث بالا رفتن سطح مایع میشود. در گیجهای بایمتال، انبساط متفاوت دو فلز متصل به هم باعث خم شدن نوار میشود.
تغییر فشار گاز
گازها نیز با تغییر دما رفتار میکنند. طبق قانون گازها، در حجم ثابت، فشار گاز متناسب با دمای مطلق آن است. گیجهای دمای گازی از این اصل استفاده میکنند. یک محفظه پر از گاز به یک المان حساس به فشار متصل است و تغییرات فشار ناشی از تغییر دما به حرکت عقربه تبدیل میشود.
اثرات الکتریکی
برخی روشهای اندازهگیری دما بر اثرات الکتریکی استوارند. ترموکوپلها از اثر زیبک استفاده میکنند که در آن اتصال دو فلز مختلف ولتاژی متناسب با دما تولید میکند. مقاومتهای حرارتی یا RTD از تغییر مقاومت الکتریکی فلزات با دما بهره میبرند. این روشها بیشتر در سنسورها و ترانسمیترهای دما استفاده میشوند تا گیجهای مکانیکی.
انواع گیجهای دما
گیجهای بایمتال
گیجهای بایمتال رایجترین نوع گیج دما در صنعت هستند. این گیجها از یک نوار دوفلزی استفاده میکنند که از دو فلز با ضرایب انبساط حرارتی متفاوت تشکیل شده است. وقتی دما تغییر میکند، یک فلز بیشتر از دیگری منبسط یا منقبض میشود و نوار خم میشود. این خمش به حرکت عقربه روی صفحه مدرج تبدیل میشود.
نوار بایمتال معمولاً به شکل مارپیچ یا فنر حلزونی پیچیده میشود تا حساسیت افزایش یابد. جنس فلزات مورد استفاده بسته به محدوده دمایی متفاوت است. ترکیبهای رایج شامل اینوار-برنج و اینوار-فولاد هستند.
مزایای گیجهای بایمتال شامل سادگی، قیمت مناسب، عدم نیاز به منبع تغذیه و مقاومت در برابر ارتعاش است . برای همین در موتور برق کواکس استفاده می شود. محدودیتهای آنها شامل دقت متوسط و زمان پاسخ نسبتاً کند است.
گیجهای گازی و بخاری
گیجهای گازی از یک سیستم پر از گاز استفاده میکنند. یک حباب حسگر در محل اندازهگیری قرار میگیرد و از طریق یک لوله مویین به المان اندازهگیری در بدنه گیج متصل است. تغییرات فشار گاز ناشی از تغییر دما توسط یک لوله بوردون یا دیافراگم به حرکت عقربه تبدیل میشود.
گیجهای بخاری مشابه گیجهای گازی هستند، با این تفاوت که سیستم حاوی مایعی است که بخشی از آن به صورت بخار است. این گیجها در محدوده دمایی محدودتری کار میکنند اما حساسیت بالاتری دارند.
مزیت اصلی گیجهای گازی و بخاری امکان اندازهگیری از راه دور است. حباب حسگر میتواند تا چندین متر از صفحه نمایش فاصله داشته باشد. این ویژگی در مواردی که دسترسی به محل اندازهگیری دشوار یا خطرناک است، بسیار مفید است.
گیجهای مایع در شیشه
دماسنجهای مایع در شیشه قدیمیترین نوع دماسنج هستند و هنوز در برخی کاربردهای صنعتی استفاده میشوند. این دماسنجها از یک لوله شیشهای باریک پر از مایع استفاده میکنند. جیوه، الکل و مایعات آلی از پرکنندههای رایج هستند.
جیوه به دلیل انبساط یکنواخت و عدم چسبندگی به شیشه، مدتها مایع ترجیحی بود. اما به دلیل سمی بودن جیوه، امروزه استفاده از آن محدود شده و جایگزینهای دیگر رایجتر هستند.
دماسنجهای شیشهای صنعتی معمولاً در یک غلاف محافظ فلزی قرار میگیرند تا در برابر ضربه و شرایط سخت محیطی محافظت شوند.
اجزای گیج دما
حسگر یا المان حساس
حسگر بخشی است که با محیط مورد اندازهگیری در تماس است و تغییرات دما را حس میکند. در گیجهای بایمتال، نوار دوفلزی این نقش را ایفا میکند. در گیجهای گازی، حباب حسگر این وظیفه را دارد.
طول و قطر حسگر بر زمان پاسخ و دقت اندازهگیری تأثیر میگذارد. حسگر بلندتر سطح تماس بیشتری دارد و دقت بالاتری ارائه میدهد، اما زمان پاسخ کندتری دارد.
ساقه یا استم
ساقه بخشی است که حسگر را به بدنه گیج متصل میکند. جنس ساقه باید با محیط اندازهگیری سازگار باشد. فولاد ضدزنگ رایجترین جنس است، اما برای محیطهای خورنده ممکن است از آلیاژهای خاص استفاده شود.
طول ساقه بسته به عمق نفوذ مورد نیاز در فرآیند انتخاب میشود. ساقهها در طولهای استاندارد از چند سانتیمتر تا بیش از یک متر موجود هستند.
بدنه و صفحه نمایش
بدنه گیج معمولاً از فولاد ضدزنگ یا برنج ساخته میشود. صفحه نمایش شامل درجهبندی و عقربه است. صفحات در اندازههای مختلف از ۴۰ میلیمتر تا ۱۵۰ میلیمتر و بزرگتر موجود هستند.
برخی گیجها دارای پنجره شیشهای هستند و برخی بدون پنجره یا با پنجره پلاستیکی ساخته میشوند. برای محیطهای خورنده یا مرطوب، گیجهای آببندی شده توصیه میشوند.
ترموول
ترموول یک غلاف محافظ است که بین حسگر و محیط فرآیند قرار میگیرد. استفاده از ترموول امکان تعویض گیج بدون توقف فرآیند را فراهم میکند و از حسگر در برابر فشار، خوردگی و سایش محافظت میکند.
جنس ترموول بسته به شرایط فرآیند انتخاب میشود. فولاد کربنی، فولاد ضدزنگ، اینکونل و هستلوی از جنسهای رایج هستند.
کاربردهای صنعتی
صنایع نفت، گاز و پتروشیمی
در این صنایع، گیجهای دما در نقاط مختلف فرآیند استفاده میشوند. پایش دمای کورهها، راکتورها، برجهای تقطیر، مبدلهای حرارتی، پمپ آب استریم و خطوط لوله از کاربردهای رایج است. شرایط سخت این صنایع نیازمند گیجهایی با کیفیت ساخت بالا و مقاومت در برابر خوردگی و فشار است.
نیروگاهها
در نیروگاههای حرارتی، کنترل دما برای راندمان و ایمنی حیاتی است. دمای بخار، آب تغذیه، گازهای احتراق و روغن روانکار از پارامترهایی هستند که باید پایش شوند. گیجهای دما در کنار سنسورهای الکترونیکی برای نمایش موضعی استفاده میشوند.
صنایع غذایی و دارویی
کنترل دما در تولید مواد غذایی و دارویی اهمیت ویژهای دارد. فرآیندهای پاستوریزاسیون، استریلیزاسیون، پخت و خنککاری همگی نیازمند کنترل دقیق دما هستند. در این صنایع، گیجها باید از جنسهای بهداشتی ساخته شوند و قابلیت شستوشو داشته باشند.
سیستمهای تهویه مطبوع و تأسیسات ساختمانی
در موتورخانهها و سیستمهای تهویه مطبوع، گیجهای دما برای پایش دمای آب گرم، آب سرد، هوای رفت و برگشت و سایر نقاط استفاده میشوند. این گیجها معمولاً در محدوده دمایی محدودتری کار میکنند و نیاز به مقاومت در برابر شرایط سخت ندارند.
سخن پایانی
گیج دما ابزاری به ظاهر ساده اما در عمل بسیار مهم در صنعت است. انتخاب صحیح، نصب درست و نگهداری مناسب این ابزار تأثیر مستقیم بر کیفیت کنترل فرآیند، ایمنی و بهرهوری دارد.
با وجود پیشرفت سنسورهای الکترونیکی و سیستمهای دیجیتال، گیجهای مکانیکی دما همچنان جایگاه خود را حفظ کردهاند. سادگی، قابلیت اطمینان، عدم نیاز به برق و قیمت مناسب از دلایل ماندگاری این ابزارها هستند. در بسیاری از کاربردها، ترکیبی از سنسورهای الکترونیکی برای کنترل و گیجهای مکانیکی برای نمایش موضعی استفاده میشود.
برای انتخاب گیج دمای مناسب، باید نیازهای واقعی کاربرد را شناخت و با ویژگیهای محصولات موجود تطبیق داد. مشورت با تأمینکنندگان معتبر و استفاده از محصولات برندهای شناختهشده، ریسک انتخاب نادرست را کاهش میدهد. در نهایت، یک گیج دمای باکیفیت که درست انتخاب و نصب شده باشد، سالها خدمت قابل اعتماد ارائه خواهد داد.