در فرایندهای صنعتی، از جمله ابزاری که در مراحل یا بخش‌های مختلف به‌کار گرفته می‌شوند، ترمومترها هستند. از این وسایل در کارخانه‌ها، صنایع، کارگاه‌ها، و انواع کسب و کارها از کوچک تا بزرگ استفاده می‌شود. ترمومتر وسیله‌ای بسیار کاربردی برای سنجش دمای محیط، دستگاه یا درجه حرارت موثر در طی فرایندهاست. اگر می‌خواهید با این ابزار، مهم‌ترین انواع ترمومتر و نحوه کاربرد هریک از آن‌ها آشنا شوید، شما را به خواندن این مقاله دعوت می‌کنیم.
ترمومترها نوعی ابزار برای اندازه‌گیری دما یا درجه حرارت هستند که به شکل دستگاه‌هایی به شکل مختلف برای سنجش دقیق و جزئی دما طراحی شده‌اند. این ابزار هم در انواع گوناگون با ساز و کار متفاوت تولید شده و هم برای کاربردهای متعدد قابل استفاده است. ترمومترها ممکن است دما را به دو نحوه تماسی یا غیرتماسی اندازه‌گیری کنند.
این دستگاه‌های حرارت سنج در شکل‌های متنوعی ساخته شده‌اند. یک ترمومتر را می‌توان در یک سیستم نصب کرد یا اینکه به‌صورت پرتابل و قابل حمل از آن استفاده نمود. در یک تقسیم‌بندی کلی، ترمومترها را در ۳ دسته ساده، ترموکوپل و دیجیتال گروه‌بندی می‌کنند.
ترمومترها قادر هستند با دقت بالا دمای یک سامانه، محیط یا فرایند را با دقت اندازه بگیرند. همچنین برای سنجش درجه حرارت سیال، اجسام و مواد مختلف قابل استفاده هستند. از این ابزار به وفور در صنایع، کارخانجات، کارگاه‌ها، مصارف پزشکی یا موارد استفاده بسیار مختلف روزمره می‌توان کمک گرفت. هرجایی که نیاز است دما را بدانیم یا آن را در محدوده مشخصی تنظیم کنیم، ترمومترها در آن‌جا کاربردی هستند؛ از جمله آزمایشگاه‌ها و صنایع.
اگر نیاز به اندازه‌گیری دما در بازه معمول و پایین باشد، از ترمومترهایی می‌توان استفاده کرد که به روش تماسی کار خود را انجام می‌دهند. اما اگر دمای بسیار بالاتر از حد عادی مد نظر است، مانند دمای بسیاری از فرایندهای صنعتی، انواعی از ترمومتر که دما را به روش غیرتماسی اندازه می‌گیرند، مناسب‌تر هستند. این مدل‌ها همچنین برای سنجش درجه حرارت در مواقعی که امکان دسترسی مستقیم به ماده یا محیط مورد نظر وجود ندارد، کاربردی خواهند بود. برای مثال، در حیطه پزشکی وقتی به خاطر واگیردار بودن یک بیماری، بهتر است از تماس مستقیم با بیمار خودداری شود، یا در زمینه صنعت وقتی یک فرایند در دمای بسیار بالایی انجام می‌شود، برای سنجش دما ترمومترهای غیرتماسی ترجیح داده می‌شوند.
ترمومترهای تماسی و غیرتماسی چگونه کار می‌کنند؟
همانطور که گفتیم، ترمومترها در واقع دماسنج‌های آزمایشگاهی هستند که به‌طور کاملا دقیقی درجه حرارت مواد، اجسام، محیط و سیالات را اندازه‌گیری می‌کنند. ترمومتر به ۲ روش تماسی و غیرتماسی دما را می‌سنجد. دمای اندازه‌گیری شده می‌تواند برحسب سانتیگراد یا کلوین بدست بیاید که معمولا بیشتر محاسبات فیزیکی، با استفاده از دما برحسب کلوین انجام می‌شود.
روش تماسی به این معناست که قسمتی از دستگاه که حسگر دماست، مستقیما با ماده یا جسمی در تماس است تا دمای آن را اندازه بگیرد. این حسگر دما می‌تواند به شکل ترموکوپل یا شکل‌های دیگر تولید شده باشد. مثال عینی برای این دسته از ترمومترها، نمونه‌های آنالوگ یا دماسنج‌های گازی هستند.
در روش غیرتماسی سنجش دما، اندازه گیری درجه حرارت بر مبنای میزان اشعه‌ی فروسرخی است که اجسام گرم از خود ساطع می‌کنند. به این پیرومتر یا ترمومتر تفنگی هم گفته می‌شود. بعضی به آن ترمومتر لیزری هم می‌گویند، چراکه باریکه‌ای از نور لیزر از خود برای تعیین کردن هدف اندازه‌گیری دما، تولید می‌کنند.
معرفی انواع ترمومتر
ترمومترهای لیزری
این دستگاه یک موج از پرتوی فروسرخ را به سمت هدف مورد نظر می‌فرستد. انرژی پرتوهایی که از سطح آن هدف به سمت دستگاه بر می‌گردند، با توجه به دمای هدف تغییر خواهد کرد. با سنجش میزان این تغییر، دمای هدف مشخص می‌شود. این روش اندازه‌گیری دما غیر تماسی بوده و از راه دور ممکن می‌شود. پس هرجا که نمی‌توان به سوژه برای سنجش دمایش نزدیک شد، کاربردی هستند.
ترمومترهای دیجیتال
ابزاری شبیه مولتی متر است که دما را بر اساس اطلاعات ورودی خود بر روی یک نمایشگر دیجیتال نشان می‌دهد. این ترمومترها اطلاعات ورودی خود را از حسگرهای دمایی مثل انواع ترموکوپل می‌گیرند. ترمومتر دیجیتال می‌تواند در یک لحظه دمای ۲ چیز با تعداد بیشتری از موارد (تا ۱۲ هدف) را اندازه بگیرد. همچنین به خاطر قابل حمل یا پرتابل بودن، می‌توان آن را هرجایی همراه خود برد و در مکان‌های مختلف استفاده کرد.
ترمومترهای انبساطی یا دماسنج معمولی
همان دماسنج‌های جیوه‌ای هستند که مخزنی کروی حاوی جیوه یا الکل با لوله‌ای باریک در بالای آن دارند. این ترمومترها قادر به سنجش دمای محیط یا سیالات هستند که با مخزن کروی در تماس باشد. جیوه یا الکل درون آن، در تماس با گرمای محیط دچاره انبساط شده و تا سطحی از لوله باریک شیشه‌ای بالا می‌رود که مستقیما دما را نشان می‌دهد. این مدل ترمومترها، اغلب برای اندازه‌گیری دمای ۰ تا ۱۰۰ درجه سانتیگراد کاربردی هستند. چون جیوه سمی است، از نوع الکلی در آزمایشگاه‌ها بیشتر استفاده می‌شود.
ترمومتر یا دماسنج گازی
در این ابزار، یک مخزن با حجم معین وجود دارد که حاوی گاز است. این گاز با قرارگرفتن در معرض دماهای بالا، به خاطر اینکه حجمش قابل تغییر نیست، فشار بالاتری ایجاد می‌کند. رابطه بین دما و فشار در اینجا مستقیم خواهد بود. این فشار در هر لحظه اندازه گرفته شده و با درجه‌بندی که دارد، کاربر را به دما می‌رساند.
دماسنج یا ترمومترهای ترموکوپلی
این ترمومترها، با روش تماسی دما را اندازه می‌گیرند و سنسور دمایی مورد استفاده در آن‌ها، یک نوع ترموکوپل است. یک ترمومتر که با ترموکوپل کار کند، اساس کارش بر مبنای اختلاف پتانسیل بین دو سیم غیرهمجنس است که در دمای قرار گرفته، خواهند داشت. اختلاف پتانسیل با یک میلی آمپرمتر یا ابزارهای دیگر اندازه گرفته شده و با توجه به آن دما براورد می‌شود.
پیرومتر یا آذرسنج یا تف سنج
نوعی از ترمومترهای غیرتماسی است که بازه دمایی وسیع‌تری را نسبت به مدل‌های ترموکوپلی اندازه می‌گیرد. این دستگاه‌ها معمولا برای مصارف صنعتی مانند سنجش درجه حرارت کوره‌های ذوب فلز مناسب هستند. در ساختار ساده‌ترین مدل آن، یک تلسکوپ مخصوص همراه یک لامپ تنگستن و فیلتر قرمزرنگ وجود دارد.
این وسیله را به طرف هدف اندازه‌گیری دما نشانه گرفته و از پشت لنز تلسکوپ، هدف را می‌بینند. در شروع کار، رشته تنگستن داخل لامپ ترمومتر، تیره و هدف (مثلا کوره) در پشت آن روشن دیده می‌شود. سپس الکتریسیته از لامپ عبور کرده و با کمک تغییر مقاومت پتانسیومتر کنترل می‌شود. بیننده میزان روشنایی و رنگ رشته‌ی تنگستن درون لامپ را با روشنایی هدف در پس زمینه تطبیق می‌دهد تا جایی که همرنگ و دارای یک روشنایی شوند و در نتیجه رشته به صورت جداگانه قابل تشخیص نباشد.
در نهایت با کمک درجه بندی رئوستا قادر به رسیدن به درجه حرارت بالای هدف خواهیم بود. این اساس کار پیرومترها و ترموویژن‌ها برای سنجش دماست که حتی تا دمای ذوبی که بشر نمی‌تواند به آن نزدیک شود و بالاتر از آن را می‌تواند اندازه بگیرد.
آشنایی با ترمومتر عقربه‌ای و دیجیتال
ترمومترهای عقربه‌ای
این وسیله یک مدل از ترمومترهایی است که بدون تماس مستقیم با هدف، دمای آن را اندازه‌گیری می‌کنند و به‌صورت آنالوگ یا بدون نمایشگر، نمایش می‌دهند. این محصول معمولا برای سنجش و همچنین نشان دادن دمای سیالات و اجسام در یک نقطه معین، به‌کاربرده می‌شود. این ترمومترها از دو بخش سنسور دما و درجه‌بندی و عقربه‌ای که دمای اندازه‌گیری شده را روی آن نشان دهد، تشکیل شده‌اند. همچنین یک غلاف یا ترموول از بدنه دستگاه در برابر جریان سیالات محافظت می‌کند.
این ترمومترها در چندین مدل مختلف ساخته شده‌اند که هریک به روش متفاوتی دما را اندازه می‌گیرند. دو مدل کلی آن ترمومتر عقربه‌ای بی‌متال (Bimetal) و ترمومتر عقربه‌ای پرشده (actuated) هستند.
کاربرد ترمومتر عقربه‌ای
در کارخانه‌ها، فرایند تولید و تبدیل صنایع به‌خصوص صنعت پتروشیمی از این ابزار بسیار استفاده می‌شود. بسته به نوع و طراحی آن و سنسور دمایی که دارد، برای بازه‌های دمایی گوناگون تا درجه حرارت‌های بالا هم کاربردی خواهد بود. گاهی از این ترمومترها در آزمایشگاه‌ها و روند واکنش‌ها استفاده شده و در مواردی هم در حیطه پزشکی برای سنجش دمای بدن اشخاص بیمار مناسب است. حتی از این محصول در خانه‌ها هم گاها استفاده شده و با آن دمای لوازم خانگی نشان داده می‌شود؛ مانند دماسنج مخصوص فر.
در پالایشگاه‌ها و صنایع استخراج نفت و گاز، از ترمومترهای عقربه‌ای استفاده می‌شود. همینطور در کارخانجات صنایع غذایی، ترمومتر عقربه‌ای به منظور تنظیم و کنترل دمای دستگاه‌ها و ایجاد شرایط بهینه برای تولید مواد غذایی و فراوری آن‌ها، به‌کار گرفته می‌شود. نمونه‌ای دیگر از نحوه کاربرد این دماسنج‌ها، در صنعت ساخت قطعات و ماشین‌آلات در کارگاه‌ها و کارخانجات است.
ترمومترهای دیجیتال
این مدل از ترمومترها، محصولاتی پرتابل و قابل حمل‌اند که به جای عقربه، دما را روی یک نمایشگر دیجیتال نشان می‌دهند. عدد آن برای سنجش دما ممکن است برحسب درجه سانتیگراد، فارنهایت یا معیار انتخابی شما باشد. این ابزار قسمتی برای دریافت اطلاعات از سنسور دارد که حسگرهای دمایی مختلفی مثل ترموکوپل نوع K، J، Pt100 و… به آن متصل می‌شود.
ترمومتر دیجیتال بر اساس خصوصیات نیمه رساناها کار می‌کند. چون حسگرش یک نیمه رساناست که با تغییرات دما، مقاومت آن نیمه رسانا در برابر عبور جریان متفاوت بوده و مقدار جریان الکتریسیته رد شده از آن هم فرق خواهد کرد. با سنجیدن جریان برقی که از این نیمه رسانا عبور می‌کند، دمای آن بدست می‌آید.
کاربرد ترمومتر دیجیتال
از این ابزار سنجش درجه حرارت، در صنایع و ساخت لوازم خانگی مثل یخچال، اتو، کولرهای امروزی و… استفاده می‌شود. این ترمومترها قادر به اندازه گرفتن همزمان چندین دما هستند. همچنین کاربرد آن‌ها با دقت، سرعت و ایمنی بیشتری همراه است. در هر مورد استفاده‌ای که دقیق بودن اندازه‌گیری بسیار مهم باشد و باید دما با حساسیت بالایی کنترل شود، از ترمومتر دیجیتال استفاده می‌کنند.
