ترمومتر های پر شده از گاز و ترمومتر های بی متال ازجمله ابزار های مهم برای اندازه گیری دما هستند. این دو نوع دماسنج هر کدام ها مزایا و معایب خود را دارند. که در اینجا آنها ا با هم مقایسه خواهیم کرد.
دما سنج های پر شده از گاز ( Gas-filled Thermometers)
این نوع ترمتر ها از یک مخزن و لوله بوردون ( Bourdon tube ) یا مشابه آن ساخته شده است که توسط گاز پر شده است و تغییرات دما باعث تغییر فشار گاز می شود. این نوع دما سنج ها دامنه دمایی بالایی دارند و محدوده دمایی 200- تا 650 درجه سانتی گراد را می تواند نشان دهد.
تغییرات فشار گاز داخل مخزن با تغییرات دما به صورت خطی است و به همین دلیل دقت بالایی دارند. البته نسبت به فشار محیط حساس هستند و در صورت فشار خارجی دقت آنها ممکن است تغییر کند. دما سنج های پ رشده از گاز مقاومت بالایی در برابر ارتعاشات و شوک های مکانیکی دارند.
طراحی پیچیده و هزینه بیشتر نسبت به برخی دما سنج های دیگر از معایب این نوع دما سنج است.
روش کار ترمومتر های پر شده از گاز
اساس کار این نوع ترمومتر با تغییر فشار گاز داخل محفظه به تغییرات دما انجام می پذیرد. گاز درون یک لوله با محفظه بسته قرار دارد و تغییرات دما باعث تغییر در فشار گاز می شود. این تغییرات به یک نشانگر یا گیج متصل است که تغییرات دمارا نشان می دهد.
اجزای تشکیل دهنده ترمومتر های پر شده از گاز
- لوله پر شده از گاز ( محفظه )
این محفظه که داخل آن از گاز ( نیتروژن ، هلیم یا آرگون) پر شده است از موادی ساخته می شود که مقاوم در برابر حرارت و فشار هستند.
- لوله بوردون ( سنسور فشار ) Bourdon tube
این لوله فلزی به شکل دایره یا کمان ساخته می شود. با افزایش فشار این لوله فلزی خم می شود. لوله بوردون فشار گاز داخل محفظه را به حرکت مکانیکی تبدیل می کند.
- میکرو سوئیچ
در برخی از این مدل ها با اتصال میکرو سویئچ به لوله بوردون می توان تغییرات فشار را به سیگنال های الکتریکی تبدیل کرد.
- شاخص اندازه گیری
عقربه ( نشانگر ) با تغییرات خم شدن لوله بوردون حرکت میکند و دما را بر روی صفحه مقیاس دما نمایش می دهد .
عملکرد کلی به این شکل است که هنگامی که دما تغییر می کند گاز داخل لوله منبسط یا منقبض شده و این تغییرات منجر به تغییر فشار در سیستم می شود و باعث حرکت لوله بوردون می شود. این تغییر شکل لوله بوردون باعث حرکت عقربه می شود و یا سیگنالی را به دستگاه دیجیتال ارسال می کند.
دما سنج های بی متال Bimetallic Thermometers
این نوع از دما سنج ها از دو نوار فلزی مختلف با ضرایب انبساط متفاوت ساخته شده اند که به هم متصل هستند. تغییرات دما باعث خم شدن این نوار فلزی می شوند. این نوع دما سنج غالبا برای محدوده دما های متوسط استفاده می شود ( 50- تا 500 درجه سانتی گراد) و برای کابرد های عمومی مناسب هستند.
نسبت به ترمومتر گازی دقت کمتری دارند. از معایب این نوع ترمومتر ها می توان به حساسیت به شرایط محیطی را نام برد. ترمومتر های بی متال به لرزش یا شوک مکانیکی حساس تر هستند و همچنین دقت کمتر و محدودیت استفاده در دما های پایین از معایب دیگر آنها هستند.
از مزایای این نوع ترمومتر ها ساختار ساده، قیمت ارزان و قابل اطمینان بودن برای بسیاری از کاربردها را می توان بیان کرد.
روش کار دما سنج های بی متال
این نوع ترمومتر ها بر اساس انبساط حرارتی دو فلز با ضرایب انبساط مختلف عمل می کند. این دو فلز به هم جوش داده شده و وقتی دما تغییر می کند این دو فلز با سرعت های متفاوت انبساط پیدا می کنند که باعث خم شدن یا پیچیده شدن نوار بی متال می شود. توسط این حرکت مکانیکی می توان دما را اندازه گیری کرد.
اجزای تشکیل دهنده ترمومتر های بی متال
- نوار بی متال (دو فلز با ضرایب حرارتی متفاوت )
این دو فلز که ضریب انبساطی یکی از آنها بیشتر از دیگری است به هم جوش داده شده اند(یا به صورت نواری یا دایره ای ). جنس این فلزات معمولا فلزاتی مانند آلومینیوم و استیل یا برنج واستیل است.
- عقربه (شاخص )
به انتهای نوار بی متال یک عقربه متصل می شود. عقربه روی یک مقیاس دمایی (صفحه مدرج ) قرار دارد و دما را نشان می دهد.
- پیچ تنظیم ( در بعضی مدل ها )
این پیچ برای تنظیم دقیق دما بر روی صفحه مورد استفاده قرار می گیرد.
- کیس ( محفظه بیرونی )
ترمومتر های بی متال داخل یک محفظه از جنس فلز یا پلاستیک قرار دارند که برای حفاظت از اجزای داخلی و جلوگیری از آسیب به آنها ساخته شده اند.
عملکرد این نوع ترمومتر ها به این صورت است که هنگامی که دما تغییر می کند هر یک از فلزات بی متال با سرعت های مختلفی منبسط می شوند و به همین دلیل شروع به خم شدن یا پیچیدن می کنند. این حرکت مکانیکی به عقربه منتقل شده و دما بر روی مقیاس نشان داده می شود.
مزایا و معایب دما سنج های پر شده از گاز و بی متال
در ادامه به مزایا و معایب هر یک از دما سنج ها می پردازیم:
مزایای دما سنج های پر شده از گاز عبارتند از
- دقت بالا : پاسخ دهی دقیق به تغییرات فشار گاز علت دقت بالای این مدل است.
- محدوده دمایی وسیع: دامنه وسیعی از دما ها را می توان با این نوع دماسنج ها اندازه گیری کرد ( دما های بسیار پایین یا بسیار بالا ).
- مقاوم در برابر شرایط سخت: این نوع دما سنج ها برای محیط های صنعتی با شرایط دشوار مناسب هستند ( محیط های دارای شوک مکانیکی یا ارتعاشات)
- عدم نیاز به برق: برای مکان هایی که برق موجود نیست گزینه مناسبی می باشد.
معایب دما سنج های پر شده از گاز
- هزینه بالا: طراحی پیچیده تر و استفاده از مواد خاص می تواند هزینه ها را افزایش دهد.
- حساسیت به فشار محیطی: دقت اندازه گیری با تغییرات فشار محیط کاهش می یابد.
- حجم بیشتر: فضای بیشتری را نیاز دارند و علت آن پیچیدگی در ساخت آنهاست.
مزایای دما سنج های بی متال شامل:
- قیمت مناسب: هزینه کمتری دارند برای مصارف عمومی اقتصادی تر هستند.
- سادگی طراحی: به علت سادگی طراحی ، تعمیر و نگهداری از آن راحت تر است.
- عدم نیاز به برق: در مکان هایی که برق وجود ندارد انتخاب مناسبی است.
- کاربرد در دماهای متوسط: این نوع دما سنج ها بیشتر برای کاربرد های عمومی در دماهای متوسط و مصارف خانگی مناسب هستند.
از معایب دما سنج های بی متال
- دقت کمتر: ترمومتر های بی متال دقت کمتری نسبت به ترمومتر های پر شده از گاز دارند.
- محدودیت در دامنه: نمی توان با این نوع ترمومتر دما های خیلی بالا یا خیلی پایین را اندازه گیری کرد.
- حساسیت به لرزش و شوک: ترمومتر های بی متال به دلیل ساختار مکانیکی، به ارتعاشات و شوک های شدید حساس هستند.
جمع بندی مقایسه ترمومترهای گازی و بی متال
در پایان، می توان گفت که انتخاب بین ترمومترهای گازی و بی متال به نیازها و شرایط محیطی بستگی دارد. ترمومترهای گازی به دلیل دقت بالا، سرعت پاسخ دهی مناسب و محدوده دمایی وسیع، برای کاربردهای صنعتی و محیط هایی با تغییرات دمایی گسترده مناسب هستند. از سوی دیگر، ترمومترهای بی متال به دلیل ساختار ساده، هزینه کمتر و عملکرد قابل اعتماد در محیط های استاندارد، گزینه ای اقتصادی تر و کاربردی برای صنایع کوچک تر و مصارف عمومی محسوب می شوند. با توجه به مزایا و محدودیت های هر نوع، انتخاب ابزار مناسب می تواند تأثیر مستقیمی بر کیفیت اندازه گیری دما و عملکرد سیستم ها داشته باشد.
سوالات متداول مقایسه ترمومترهای گازی و بی متال
ترمومتر گازی برای چه کاربردهایی مناسب است؟
ترمومتر گازی به دلیل دقت بالا، سرعت پاسخ دهی سریع و محدوده وسیع اندازه گیری دما، برای کاربردهای صنعتی حساس مانند نیروگاه ها، صنایع شیمیایی و پالایشگاه ها مناسب است. همچنین در محیط هایی که تغییرات دمایی سریع رخ می دهد، این ترمومتر عملکرد بهتری دارد.
آیا ترمومتر بی متال میتواند جایگزین ترمومتر گازی شود؟
ترمومتر بی متال میتواند برای کاربرد های عمومی و محیط هایی که به دقت بسیار بالا نیاز ندارند، جایگزین ترمومتر گازی شود. با این حال، در صنایع حساس یا در محدوده های دمایی بسیار بالا یا پایین، استفاده از ترمومتر گازی توصیه می شود.
هزینه کدام نوع ترمومتر کمتر است؟
ترمومتر های بی متال به دلیل ساختار ساده تر و فناوری کم هزینه تر، قیمت کمتری نسبت به ترمومترهای گازی دارند. از سوی دیگر، ترمومترهای گازی به دلیل دقت بالا و قابلیت های پیشرفته تر، هزینه بیشتری دارند اما در کاربرد های تخصصی ارزش اقتصادی بیشتری ارائه می دهند.
