دماسنج ـ تاریخچه

   
             

در قرن اول میلادی، در حوزه های علوم دینی ایتالیا نوشته هائی را با نام قهرمان الکساندریا که نویسنده ای مجهول داشت مطالعه می کردند. در این نوشته ها، وسایل عجیبی تشریح شده بودند که یکی از آنها به نام چشمه ای که خورشید در آن می چکد، نام برده شده بود. دانشمندان آن زمان که در پی شناخت و ساخت چنین وسیله ای بودند، توانستند شرح و طرحی در حد پیشنهاد در مورد آن بدهند. اساس آن نظریه هابر طبق قانون (انبساط در اثر گرما) پی ریزی شده بود.
در قرن دوم میلادی یک فیزیکدان یونانی به نام (گالن) ثابت کرد که می توان حس هائی مثل سرما و گرما را به کمک وسیله ای شامل یک ستون چهار درجه ای که در بالا و پائین یک نقطه خنثی (نه مثبت، نه منفی) نمره گذاری شده اند، اندازه گیری کرد. این نظریه تا پایان قرن شانزدهم پایه ای برای تعلیمات پزشکی بود.
در پایان قرن شانزدهم، دانشمندان طرح ساخت دماسنج های هوائی را گسترش داند، وسیله ای که بعدها در شکل پیشرفته خود، به صورت دماسنج فعلی درآمد. این دستگاه به طور کیفی، (نه از نظر کمی و مقدار معین درجه حرارت) اثر حرارت را در انبساط هوا نشان می داد. دماسنج ساده آن زمان شامل یک شیشه آزمایشگاهی به شکل تنگ بود که گردن باریک و بلندی داشت. وقتی تنگ حرارت می دید، هوای داخل آن منبسط می شد و از دهانه لوله باریک و بلند خارج می گردید. سپس تنگ به طور وارونه به داخل آب قرار داده می شد. هوای جمع شده داخل تنگ، به هنگام خروج، آب اطراف تنگ را بالا می برد. تغییرات بعدی میزان ارتفاع آب، نشانگر حرارت هوای متراکم داخل تنگ بود.
در سال ۱۶۱۱، (بارتولومیوتیلو) در رم، طرح های تهیه یک دماسنج مدرج را ارائه کرد، اما او در کار خود موفق نشد، زیرا دستگاه او دارای ایرادهای اساسی از نظراصول فیزیکی بود. در سال ۱۶۱۲، یک دکتر ایتالیائی به نام (سانتوریو سانتور) دماسنج هوائی مدرج را ساخت. به این ترتیب میزان حرارت از نظر کمی نیز قابل اندازه گیری شد.
در سال ۱۶۵۰، دماسنج های هوائی کاملاً شناخته شده بودند. در سال ۱۶۶۰، (اتووان گریک) یک دماسنج بسیار حساس ساختو آن را بر دیوار خانه خود نصب کرد. در این سال ها میزان اعتماد و اطمینان به چنین دستگاه هائی مورد شک همگان بود. در سال ۱۶۴۴، (توریچلی) دانشمند معروف، تغییرات و نوسانات فشار هوا را کشف کرد و در پایان همان دهه، همه دیگر می انستند که درجه دماسنج در مقابل تغییراتی که در اثر فشار و حرارت به وجود می آید، تغییر می کند. اما مشکل اساسی همچنان برقرار بود؛ این مشکل قرار دادن یک ماده در شیشه دماسنج خالی از هوا بود. قبلاً در سال ۱۶۵۴، تهیه مایع در دماسنج تخلیه شده از هوا به وسیله دوک بزرگ توسکانی فردیناند دوم اختراع شده بود. تغییرات جوی در چنین دماسنجی اثر نداشت، چون چنین تغییراتی در تمام جوانب دستگاه موجود بود.
دماسنج مایعی (مایع در خلاء) تا مد ها مورد استفاده همگان قرار داشت و به وسیله آکادمی علوم فلورانس مورد استفاده قرار گرفت. این آکادمی، دماسنج های پنجاه تا صد درجه ای ساخت که شباهت زیادی به دماسنج های امروزی داشت، اما اساس درجه های این دماسنج های پنجاه تا صد درجه ای ساخت که شباهت زیادی به دماسنج های امروزی داشت، اما اساس درجه های این دماسنج در نوع های مختلف فرق می کرد. مثلاً دماسنج ۴۲۰ درجه ای با سیستم ده ـ دهی درجه بندی شده بود و برای سنجش حرارت مایعات به کار می رفت و بر اثر انبساط الکل کار می کرد. این وسیله کاربرد کافی و درستی نداشت. در مقابل، دماسنج پنجاه درجه ای فلورانسی بیشتر قابل اعتماد بود، چون اساس درجه بندی آن معقولتر بود.
در سال ۱۶۶۰، (رابرت هوک) ـ رئیس آزمایشگاه سلطنتی لندن ـ کوشش کرد تا دماسنج مدرج جدیدی بر پایه اصول فیزیکی بسازد. او درجه مشخصی را به عنوان مبنا تعیین کرد؛ این درجه، درجه ای بود که هوا رد آن شروع به یخ زدن می کند.
بعدها کوشش های زیادی از سوی دانشمندان مختلف برای ساختن دماسنج های جدید و قابل اعتماد صورت گرفت. عده ای میزان حرارت خون و عده ای دیگر درجه ذوب کره و... را مبنای مدرج سازی دماسنج قرار دادند، اما بر اثر پیشرفت علم همگی توافق کردند که بهترین مبنای مدرج سازی دماسنج، درجه ذوب و انجماد (آب) است.
بالاخره در سال ۱۷۱۷، مخترعی در آمستردام (هلند) به نام (دی.جی.فارنهایت)، دماسنج جیوه ای را ساخت که به نام خود او معروف شد. بر طبق این درجه بندی (درجه بندی فارنهایت) نقطه انجماد آب در ۳۲ درجه و نقطه جوش آن در ۲۱۲ درجه است و بر طبق درجه بندی سانتیگراد، نقطه انجماد آب در صفر درجه و نقطه جوش آب در ۱۰۰ درجه است.
● دماسنج و کاربردهای آن
دماسنج ها کاربردهای وسیعی دارند. این وسایل با نشان دادن حرارت یا برودت، می توانند ما را در بسیاری از کارهای روزانه امان یاری دهند. کاربرد این وسایل نه تنها جنبه صنعتی دارد، بلکه در خانه نیز می توان از آن استفاده های فراوانی برد.
ساختن یک دماسنج دقیق دمای ۴/۳۴ ـ سانتیگراد تا ۸/۴۸+ سانتیگراد می تواند در خانه و برای کنترل دمای اطاق ها، یا یخچال فریزر به کار رود.
قطعات لازم برای ساختن این دماسنج الکترونیکی در بازار ایران قابل تهیه است و برای ساختن آن معلومات کمی از الکترونیک و خواندن نقشه کفایت می کند. بنابراین می توان با اطمینان گفت که اکثر علاقمندان به الکترونیک می توانند از عهده ساختن این دستگاه برآیند.
توضیح جزئیات نقشه، با توجه دقیق به آن واضح به نظر می رسد. یک دیود به ترانزیستور ۲N۳۹۰۴ متصل است که با مقاومت R۱ نقش منقسم ولتاژ را بازی می کند. این ترانزیستور در حقیقت نقش سنجشگر دما را بازی می کند و برای بهترین نتیجه بهتر است به آن یک سیسم تابیده وصل کرد. با افزایش دما، ولتاژ ترانزیستور به میزان ۶۶/۱ میلی ولت به ازای هر نیم درجه سانتیگراد پائین می افتد. از سوی دیگر جریان پایه ۳ آی سی ۷۴۱ که از نوع آپ ـ آمپ است باافزایش دمای سنجیده شده به وسیله سنجشگر تقلیل می یابد آی سی دوم از نوع ۷۴۱ است و نقش آمپلی فایر را بازی می کند. زمانی که پایه ۳ اتصال زمین دارد، پایه ۲ نیز مجازا به زمین متصل است و باید مجموع تمام جریان های وارد به این پایه. صفر باشد. مقاومت R۵ و R۶ به عنوان تنظیم کردن مدار به کار گرفته می شود. یک بار مقاومت R۶ برای تنظیم جریان حادث در مقاومت های پیش گفته تنظیم می شود. با افزایش دمای بالای ۴/۳۴ درجه سانتیگراد جریان مقاومت R۵ (این مقاومت از موازی کردن دو مقاومت ۹۱۰ و ۱۶۰۰ بدست می آید) باید با جریان مقاومت های R۵ و R۶، یکی باشد.
در دمای بالاتر، جریان R۴ از جریان R۵ و R۶، کمتر می شود. در این حال جمع جریان وارد بر پایه EC۲ ۶ از میلی آمپرمتر M۱ می گذرد و جریان باقی مانده بوسیله همین میلی آمیرمتر خوانده می شود. رابطه بین باقیمانده جریان و دمای سنجیده شده، یک رابطه خطی است و به همین دلیل کار کالیبره کردن میلی آمپرمتر برای دمای سنجیده شده مشخص و راحت است. اگر دما به ۴/۲۴ درجه سانتیگراد برسد، جریان معکوسی ایجاد خواهد شد که چون این جریان ناخواسته است، با قرار دادن دیود D۱، از جریان جلوگیری می کنیم.
● کالیبره کردن
برای کالیبره کردن دماسنج، باید به این نکته توجه داشته باشید که در دمای ۴/۳۴ درجه سانتیگراد، مقدار جریان قابل مشاهده بر میلی آمپرمتر صفر است و وقتی دما به ۸/۴۸ + درجه سانتیگراد افزایش یابد، این مقدار معادل ۱ میلی آمپر متر می شود. با تقسیم کردن فاصله ۰ تا ۱ میلی آمپرمتر بر میلی آمپرمتر می توانید به درجات دقیق دست یابید. مثلاً با تقسیم کردن این فاصله به ۸۲ قسمت مساوی، توانسته اید به مقیاس یک درجه سانتیگراد دست یابید. از آنجا که عملاً چنین تقسیم بندی بر میلی آمپرمتر بسیار مشکل است، پیشنهاد تقسیم بندی براساس تقسیمات بزرگی را می کنیم. در این حال با قرار دادن دماسنج در یک حمام یخ، درجه صفر سانتیگراد مشخص خواهد شد. [مهندس محمدگرکانی نژاد ـ ۱۵]
● دماسنج طبی
یک نوع دماسنج جیوه ای عادی است تنها در یک نقطه لوله ای که جیوه در آن بالا می رود و در مجاورت مخزن کوچکی ایجاد گردیده در نتیجه وجود این خمیدگی پس از آنکه دماسنج را از دهان بیرون می آورند ستون جیوه در جای خود باقی مانده یک باره ژایین نمی رود و ممکن است درجه حرارت بدن را به دقت اندازه گرفت به علاوه یک قسمت محدودی ازاشل از ۳۵ تا ۴۵ درجه که مورد لزوم است مورد استفاده قرار می گیرد بدین طریق فاصله درجات زیاد می شود و می توان اعشار درجه را هم بسهولت تمیز داد.
● دماسنج بکمان Beckmann
دماسنج بسیار حساسی برای اندازه گیری تغییرات یا اختلاف های جزئی دماست. این دماسنج دارای یک حباب جیوه در پائین و یک مخزن جیوه در بالاست که به یکدیگر مرتبط هستند. با جابه جا کردن جیوه از جباب به مخزن، می توان مقدار جیوهٔ موجود در حباب را تغییر داد. با این ترتیب حدود دماهای قابل اندازه گیری به دلخواه تغییر می کند. معمولاً ستون مدرج ۷ یا ۶ درجه و برحسب ۰۱/۰ درجه، درجه بندی شده است.
● دماسنج بیشینه و کمینه Maximumand Minimum Thermometer
دماسنجی است که برای تعیین بالاترین و پایین ترین دما در یک مدت معین مثلاً در یک شبانه روز به کار می رود. این دماسنج از یک لولهٔ شیشه ای U جیوه محتوی شکل و الکل تشکیل شده و یک سرلوله، منتهی به یک مخزن الکل است در اثر انبساط یا انقباض، الکل در مخزن (افزایش یا کاهش دما) سطوح جیوه در دو شاخهٔ لوله حرکت می کنند و دو سوزن فولادی I شکل را با خود بالا می برند. این سوزن ها در موقع پایین آمدن سطح جیوه به کمک فنر محل نشانگرهای سوزنی می توان بالاترین و پائین ترین دما را در یک مدت معین اندازه گیری کرد. سوزن ها را می توان با استفاده از یک آهنربا در خارج لوله دوباره به سطح جیوه برگرداند.
● دماسنج ماکزیمم می نی مم
نوعی دماسنج است که برای اندازه گیری ماکزیمم و می نی مم دمای هوا، در مدت معینی مثلاً ۲۴ ساعت، به کار می رود. نوع خاصی ازین دماسنجی است که دارای یک حبابی شامل الکل متصل به یک لولهٔ موئین مسدود است که دو مرتبه با زوایای ۹۰ درجه خم شده است. دستهٔ باریک جیوه ای با الکل داخل حباب مرتبط است. در اثر انبساط یا انقباض الکل داخل حباب مرتبط است. در اثر انبساط یا انقباض الکل حباب این جیوه در لولهٔ موئین حرکت می کند. یکسر این جیوه دمای ماکزیمم و سر دیگر آن دمای می نی مم را نشان می دهد.
● دماسنج تصحیح Correction Thermome Ter
دماسنجی که دارای دو درجه بندی است. این دماسنج را برای تعیین غلظت الکترولیت باتری بکار می برند. یکی ازین درجه بندی ها مقدار دما را نشان می دهد و دیگری عددی را نشان می دهد که باید بمقدار ظاهری چگالی الکترولیت افزود یا از آن کم کرد تا چگالی حقیقی الکترولیت بدست آید.
● دماسنج ثابتی Bolometer
دستگاه بسیار حساسی که برای اندازه گیری تابش گرمائی ساخته شده است.
● دماسنج گازی Gas Thermometer
اسبابی استکه برای سنجش دما با استفاده از تغییر دمای یک گاز، در اثر تغییر فشار در حجم، ثابت یا در اثر تغییر حجم در فشار ثابت، بکار می رود. در موارد علمی شکل های ساده تر دماسنج مورد استفاده قرار می گیرند. اما دماسنج گازی در فشار کم، تنها وسیله ای است که مستقیماً دمای ترمودینامیکی را بدست می دهد.
● دماسنج دیجیتالی ترموکوپل دار
صفر تا ۴۰۰ درجه، با خروجی ۳ آمپر AC ـ ۲۲۰ ولت، AC، ترموکوپل دار
▪ کاربرد
در کوره های صنعتی، فرو دستگاه هائی که نیاز به منترل دما دارند کاربرد دارد.
● دماسنجی مقاومتی Resistance Meter
دماسنجی است که تغییرات دما را در اثر تغییر مقاومت برقی ناشی از تغییرات دما، نشان می دهد، مقاومت برقی رسانا بستگی به دما دارد. معمولاً اگر دما زیاد باشد مقاومت رسانا نیز زیاد می شود. این پدیده، اساس دماسنج مقاومتی است که در آن با اندازه گیری مقاومت سیم فلزی (طلای سفید اغلب به کار می برند) که به شکل مارپیچ است، دما را می توان اندازه گرفت.
مقاومت الکتریکی یک رسانا با دما تغییر می کند و معمولاً با افزایش دما، زیاد می شود با استفاده ازین خاصیت دماسنج های دقیق و ساده ای می سازند، که دماسنج مقاومتی نامیده می شود.
● دماسنج شیشه ای (مایع در شیشه)
درین دماسنج مایعات مختلفی بار می رود، بستگی به محدوده گرمائی مورد اندازه گیری دارد، مانند: جیوه در محدوده ۳۵c درحه تا c۵۰+ درجه، الکل ۸۰c درجه تا ۷۰c + درجه افزایش دما باعث می شود تا مایع در ساقه شیشه باریک، بسوی بالا حرکت کرده و مقدار افزایش دما از مقایسی که روی شیشه چاپ شده است خوانده می شود. در دماسنج های دارای مایع جیوه، که برای اندازه گیری دماهای زیاد بکار می روند، معمولاً فضای بالای جیوه آنها به وسیله نیتروژن تحت فشار پر شده است.
● دماسنج فلزی (مایع در فلز) حباب فلزی و لوله موئی بوردون Bourdon که با مایع پر شده ویژگی های استحکام و دارا بودن محدوده وسیع سنجش دما را یکجا در ود جمع کرده است برای مثال با استفاده از جیوه می توان حرارتی تا ۳۹c ـ تا ۶۵c+ درجه را اندازه گیری کرد. لوله بوردون ممکن است حلزونی یا مارپیچی باشد که با افزایش دما تمایل به مستقیم شدن دارد. حرکات سر آزاد از طریق اتصال هائی که به یک عقربه که در مقابل صفحه مدرجی حرک می کند، منتقل می شود.
● دماسنج نوار دو فلزی (بی متالی)
یک نوار بی متال، از دو فلز مختلف که به طور مستحکم به یکدیگر وصل شده اند، تشکیل شده است. با تغییر حرارت انبساط های مختلفی در دو فلز ایجاد می شود که باعث خم شدن یا پیچش دو فلز می گردد. یک حلزون پیچی از جنس بی متال که در یک سر ثابت است، در یکی از انواع دماسنج ها بکار رفته است. باز و جمع شدن این حلزون پیچی، در اثر تغییر حرارت، باعث حرکت عقربه ای که به انتهای آزاد نوار دو فلزی متصل است، می شود. نوع فلزات انتخاب شده برای نوار محدوده کاری دماسج را مشخص می کند که می توان از ۳۰c درجه تا ۵۰c+ باشد.
● دماسنج های با مقاومت پلاتینی
اصول ساخت این دستگاه بر مبنای تغییر مقاومت الکتریکی سیم پلاتینی در اثر تغییر دما استوار است. در این سیستم یک باطری تعبیه شده است که موجب ایجاد جریان الکتریکی در داخل مقاومت می شود. با اندازه گیری این جریان می توان میزان دما را اندازه گیری کرد. همچنین می توان دستگاه را طوری طرح ریزی کرد که پیوسته دما را ثبت کند، در این صورت دستگاه را دمانگار می خوانند.
دماسنج با مقاومت پلاتینی دستگاه فوق العاده دقیقی است. این نوع دماسنج می تواند دامنه وسیعی از دما را اندازه گیری کند.
● دماسنج گازی
استفاده از دماسنج گازی تنها در آزمایشگاه های مخصوص میسر است و مورد استفاده عمومی نیست اما چون این دستگاه اساس همه سنجش هاست و اشل ترمودینامیک دما به وسیله آن مشخص می شود.
در سال ۱۸۸۷، شاپوئی دماسنج گازی را ساخت که در آزمایشگاه لوزان و در ادازه اوزان و مقادیر پاریس بکار می رود. داسنج آزمایشگاه های لید، واشنگتن و برلن با اندکی تفاوت بکار می روند.
گاز در مخزن T قرار دارد، این مخزن به وسیله لوله نازکی که گنج آن در حدود ۵/۰ میلی متر مکعب است به فشارسنج متصل است. فشار سنج از دو لوله شیشه قائم B و D تشکیل می گردد این دو لوله به یکدیگر مربوطند و به علاوه به وسیله یک لوله لاستیکی به مخزن E ارتباط دارند. ارتفاع سطح آزاد جیوه را در مخزن E می توان تغییر داد. بدین وسیله ارتفاع را طوی میزان می کنند که سطح آزاد جیوه در لوله A درست مماس نوک P۲ بشود که بدین منظور در لوله A قرار دارد. فشار گاز داخل مخزن T را که بر سطح جیوه در A وارد می شود می توان با تعیین اختلاف ارتفاع ستون جیوه در لوله های A و E که به آن فشار جوی نیز باید افزوده شود، سنجید.
● دماسنج مقاومتی
الف) برای سنجش های صنعتی عموماً حساسیت مورد نیاز نیست اما برعکس باید دستگاه کاملاً محکم باشد.
ب) دماسنج های مایعی با محفظه فلزی
این نوع دماسنج ها در واقع فشار را اندازه گیری می کنند و واحد نشان دهنده آنها براساس دما مدرج شده است. از این نوع دماسنج ها معمولاً برای اندازه گیری دما در اتومبیل استفاده می شود.
اصول طرح دماسنج ها برای ساختن بعضی از دمانگارها نیز مورد استفاده قرار می گیرد. در این دمانگارها قلمی نصب شده است که نوک آن دما را در عرض نقشه ای که روی طبله ای به شکل استوانه گردان حرکت می کند ثبت می کند.

 
/ 0 نظر / 138 بازدید