تکنولوزی و گروه های آموزشی  ابتدایی

باسمه تعالي

دماسنجها

دماسنج‌ها وسايل اندازه‌گيري دماي اجسام مي‌باشند كه در انواع معمولي بر اساس انبساط مواد محتوي آنها كار مي‌كنند. مانند دماسنج جيوه‌اي و الكلي

ساختمان دماسنج جيوه‌اي و الكلي

 اين دما‌سنجها  از يك لوله شيشه‌اي باريك سربسته و خالي از هوا تشكيل شده كه قسمت پايين آن متصل به يك مخزن است. اين مخزن مي‌تواند مملو از جيوه يا الكل باشد. با بالا رفتن دماي محيط اطراف دماسنج، دماي مايع درون دماسنج افزايش پيدا كرده، حجم آن نيز افزايش پيدا مي‌كند و مايع در لوله باريك بالا مي‌رود، تا جاييكه سطح بالايي آن در ارتفاع مشخصي قرار مي‌گيرد. هرچه دما بالاتر برود ارتفاع مايع بالات رفته و هر چه دما پايين‌تر بيايد ارتفاع مايع پايين‌تر مي‌آيد.

دماسنجي كه ما اكنون به كار مي‌بريم درست همان كار دماسنج گاليله را انجام مي‌دهد. با اين تفاوت كه در دماسنج ما به جاي هوا، جيوه تعبيه شده است. جيوه براثر حرارت يا برودت منبسط يا منقبض شده و بدين وسيله،  درون يك لوله شيشه‌اي بالا و پايين مي‌رود.

هنگامي كه جيوه گرم مي‌شود، خود را از ديواره شيشه بالا مي‌كشد، انبساط حجم پيدا كردن و زماني كه  سرد مي‌‌شود منقبض شده و ارتفاع آن در لوله كم مي‌شود.

دماسنج جيوه‌اي را  براي نخستين بار گراند دوك فرديناند دوم، در حدود سال 1654 ميلادي بكار برده است.

مدرج كردن دماسنج‌ها:

 براي مدرج كردن يك دماسنج لازم است مشخصه‌اي از ماده كه تغييرات آن متناسب با دما است مشخص شود بين كميتهاي دماسنجي ارتفاع مايع داخل دماسنج  h و دما  رابطه خطي  برقرار است.

 براي مشخص كردن ضرايب m و n از دو نقطه ثابت طبيعت استفاده مي‌شود.

1) نقطه پاييني كه معمولا نقطه ذوب يخ يا نقطه انجماد آب خالص در فشار يك اتمسفر مي‌باشد.

2)  نقطه بالايي كه نقطه جوش آب خالص در فشار يك اتمسفر مي باشد.

مقياسهاي دمايي

1-سلسيوس يا سانتيگراد:

 در اين مقياس نقطه ذوب يخ صفر و نقطه جوش آب 100 انتخاب شده است و فاصله بين صفر و 100 به 100 قسمت مساوي تقسيم شده است.

  آندرس سلسيوس ( Anders Celsius 1744-1701 ميلادي) دانشمند سوئدي در خانواده تحصيل كرده‌اي به دنيا آمد. پدر و پدربزرگش رياضيدان بودند. وي به مطالعه نجوم و ستارگان بسيار علاقه‌مند بود، در سال 1730 ميلادي استاد نجوم دانشگاه اوپسالا شد و به سرپرستي رصدخانه بزرگ آن شهر منصوب شد او در اين رصدخانه به پاره‌اي از تحقيقات همت گماشت.

اودر سال 1742 كه دماسنج سلسيوس عرضه شد، ابتدا نقطه جوش آب را صفرو نقطه انجماد آب را 100 تعيين كرد، اما  سال بعد اين روش را معكوس كرد واين همان درجه بندي است كه به درجه بندي سلسيوس يا سانتيگراد يا صدبخشي معروف است در سال 1948 اين درجه بندي موردبه طور رسمي  پذيرش جهاني قرار گرفت.

2- فارنهايت:

در اين مقياس نقطه ذوب يخ 32 و نقطه جوش آب 212 انتخاب شده است و فاصله بين آنها به 180 قسمت مساوي تقسيم شده است.

3- مقياس كلوين( يا مقياس مطلق):

در اين مقياس نقطه ثابت پايين دماي   273- يعني كمترين دماي ممكن در طبيعت ( بنام صفر مطلق) در نظر گرفته مي شود. اين مقياس  نقطه ثابت بالايي ندارد. زيرا در طبيعت براي دما حد بالايي يافت نشده است. در مقياس كلوين دما را با حرف TK ( يا T) و يكاي آن را با K نشان مي دهند. مثلاً براي بيان دماي 300 درجه كلوين مي نويسيم:        T=300K

4- رئومور (R):

در اين دماسنج نقطه ذوب يخ صفر و نقطه جوش آب 80 انتخاب شده و فاصله بين اين دو عدد به 80 قسمت تقسيم شده است.

انواع دماسنجها:

دماسنج گازي:

جنس ، ساختمان ، و ابعاد دماسنج در ادارات و موسسات مختلف سراسر دنيا که اين دستگاه را به کار مي‌برند. تفاوت دارد و به طبيعت گاز و گستره دمايي که دماسنج براي آن در نظر گرفته شده است، بستگي دارد. اين دماسنج شامل حبابي از جنس شيشه ، چيني ، کوارتز ، پلاتين يا پلاتين ـ ايريديم ( بسته به گستره دمايي که دماسنج در آن به کار مي‌رود ) ، که به وسيله يک لوله موئين به فشارسنج جيوه‌اي متصل است، مي باشد.

دماسنج مايعي

اين نوع دماسنج يکي از رايج ترين انواع دماسنجهاي مورد استفاده در صنعت و غيره مي باشد. عمدتا اين نوع دماسنج را بعنوان دماسنجهاي جيوه اي يا الکلي مي شناسيم. ساختمان اين نوع دماسنجها از يک مخزن مايع و يک لوله مويين تشکيل شده که مايع درون مخزن در اثر انبساط از لوله مويين بالا رفته و دماي متناسب را نشان ميدهد.

دماسنج جيوه اي را مي توان براي اندازگيري دما از 37.8- تا315 سانتي گراد استفاده نمود. اما اگرفضاي بالاي سطح جيوه را از گاز ازت پر نمايند ، مي توان تا دماي 538 درجه از آن استفاده نمود.

دماسنج انبساط سيال

اين نوع دماسنج يکي از باصرفه ترين ، رايج ترين و تطبيق پذير ترين  وسايل اندازگيري دما در صنعت مي باشد.اساس کار اين دماسنج در شکل مقابل نشان داده شده است.همانگونه که ملاحظه مي شود با افزايش دما فشار درون حباب که مي تواند محتوي مايع ، گاز  يا بخار باشد ، بالا رفته و توسط فشار سنج اندازه گيري مي شود. طول لوله مويين مي تواند تا 60 متر باشد ؛ اما اين مقدار بر دقت اندازه گيري دما تاثير گذار خواهد بود.بهترين حالت زماني است که از لوله مويين کوتاه که به يک ترانس ديوسر فشار الکتريکي متصل شده استفاده گردد.

دماسنجهاي الکتريکي

اين نوع دماسنجها اصولا کاربردهاي فراواني در صنعت داشته و قادرند از دماهاي پايين تا دماهاي بسيار بالا را اندازه گيري نمايند.که عمدتا بصورت مقاومتي و ترموکوپل هستند.

دماسنج کريستال کوارتز

يک روش جديد و بسيار دقيق اندازه گيري دما بر مبناي حساسيت فرکانس تشديد کريستال کوارتز به تغيير دما استوار است .وقتي از زاويه برش مناسب براي کريستال استفاد شود، يک تطابق کاملا خطي ميان فرکانس و دما برقرار ميگردد. مدلهاي تجاري اين وسيله از شمارنده هاي الکترونيکي و دستگاه قرائت رقم نما براي اندازه گيري فرکانس استفاده مي کنند. با اين وسيله تا حساسيت 0.001 C ادعا شده است.گستره دمايي کار کرد اين دستگاه از منفي 40 درجه تا 230 درجه سانتي گراد ادعا شده است.

دمانگاري کريستال مايع

کريستالهاي مايع خميري ، که از استرهاي کلسترول ساخته شده اند پاسخ جالبي به دما از خود نشان مي دهند . در يک گستره تکرار پذير دما ، کريستال مايع همه رنگهاي طيف رنگي را از خود آشکار مي سازد.اين پديده بازگشت پذير و تکرار پذير است . با تغيير دادن فرمول مورد نظر مي توان از کريستالهاي مايع از کمتر از صفر درجه تا چند صد درجه سانتي گراد استفاده نمود.

ترميستور

ترميستور يک وسيله نيمه رساناست که برخلاف فلزات ، داراي ضريب دماي مقاومت منفي است . بعلاوه مقاومت آن بصورت نمايي با دما تغيير مي کند. ترميستور يک وسطله بسيار حساس است و انتظار مي رود که با درجه بندي مناسب ، داراي عملکرد ثابتي تا 0.01 سانتي گراد باشد.يکي از ويژگي هاي جالب آن اينستکه مي توان از آن بعنوان جبران کننده دماي مدار هاي الکتريکي استفاده نمود.

ترموکوپل

ترموکوپل وسيله ديگري است که براي اندازه‌ گيري دما مورد استفاده قرار مي‌گيرد. در اين نوع دماسنج از خاصيت انبساط و انقباض اجسام جامد استفاده مي‌گردد. گستره يک ترموکوپل بستگي به موادي دارد که ترموکوپل از آن ساخته شده است. گستره يک ترموکوپل پلاتنيوم ـ ايروديوم که 10 درصد پلاتينيوم دارد از صفر تا C 1600 است. مزيت ترموکوپل در اين است که بخاطر جرم کوچک ، خيلي سريع با سيستمي که اندازه‌ گيري دماي آن مورد نظر است، به حال تعادل گرمايي در مي‌آيد. لذا تغييرات دما به آساني بر آن اثر مي‌کند، ولي دقت دماسنج مقاومتي پلاتين را ندارد.

آذرسنج (Optical Pyrometer)

اين نوع دماسنج که به آن دماسنج غير تماسي هم گفته مي شود ، بر پايه رنگ نور انتشار يافته از جسم بوده که در نهايت دماي جسم مورد نظر را اندازه گيري مي کند. براساس اين حقيقت که تمامي اجسام سياه يک اندازه دمايي را نشان خواهند داد ، نتيجه ميگيريم که دامنه کاربردي اين نوع دماسنج در دماهاي بالاي سرخ بوده و براي آهن تقريبا بالاي 500 درجه سانتي گراد مي باشد.

دماسنج پزشكي

 دماسنج پزشكي داراي يك لوله خيلي باريك شيشه‌اي است، كه به مخزن جيوه‌اي با جداره‌اي خيلي نازك مربوط شده است. وقتي دماسنج پزشكي در دهان مريض قرار مي‌گيرد، در اثر گرماي بدن بيمار جيوه در مخزن منبسط‌ شده، و در لوله بالا مي‌رود. اما اين جيوه به سهولت پايين نمي‌آيد. زيرا بين مخزن و لوله يك معبر خيلي تنگ پيش‌بيني شده است، تا جيوه فوراً پايين نرفته و پزشك امكان خواندن درجه تب مريض را داشته باشد. پايين نرفتن جيوه در لوله، علاوه بر وجود اين شكاف تنگ، علت ديگري هم دارد و آن اينكه نيروي جاذبه مولكولي مولكولهاي جيوه بيشتر از نيروي جاذبه‌ي بين مولكولهاي شيشه و جيوه است،

بنابراين از شكاف به سادگي عبور نمي‌كند. همان‌طور كه اگر به يك صافي چايي كه مانند يك الك كوچك است، روغن ماليده شود، يك قاشق آب را مي‌توان به سادگي داخل آن نگه داشت. زيرا جاذبه مولكولي مولكولهاي آب بيشتر از مولكولهاي آب و روغن است.  اما راه ساده‌اي براي برگرداندن جيوه به مخزن دماسنج وجود دارد: اگر دماسنج را يك لحظه در آب گرم فرو برده و فوراً بيرون بكشيم، جيوه به سهولت سرجاي خود برمي‌گردد. زيرا در اين صورت ظرف شيشه‌اي زودتر از جيوه گرم شده، منبسط مي‌شود و بزرگ شدن نسبي اين سوراخ باريك نيز علت برگشت فوري جيوه به مخزن مي‌باشد. به شرطي كه آب بيش از حد گرم نباشد تا سبب شكستن دماسنج نشود.

***شرط هاي ويژه براي تعيين نقاط ثابت دماسنجي در مقياس سلسيوس كدامند؟

1-  يخ بايد خالص باشد زيرا ناخالصيها نقطه انجماد آب را پايين مي آورند.

2- آب بايد خالص باشد زيرا ناخالصيها دماي جوش آب را بالا مي برند.

3- مخزن دماسنج را نبايد در آب جوش فرو برد.  زيرا ممكن است دماي آب در قسمتهاي  مختلف  آن اندكي تفاوت داشته باشد، در حالي كه  دماي بخار مجاور سطح آب برابر نقطه جوش آب است.

4- فشار محيط بايد يك اتمسفر باشد زيرا نقطه ذوب يخ و نقطه جوش آب به فشار محيط بستگي دارد.

منابع:

http://www.weissinstruments.com/tempgas.htm

http://www.metalwebnews.com/howto/optpyro.html

سايت هواشناسي