الجمعة , يوليو 19 2019

اجهزة قياس درجات الحرارة

قياس درجة الحرارة

الهدف من هذه الموضوع هو مدخل الى أجهزة قياس الحرارة. بكل انواعها التمددي و أجهزة الاستشعار الالكترونية الحديثة.

درجة الحرارة

هناك مقاييس مختلفة لقياس درجات الحرارة. يقارن الشكل اعلاه الفرق بين درجتي الحرارة الشائعة. فهرنهايت (الامبراطوري) و مئوية (سيلزيوس). النقاط الثابتة لكلا الميزانين هي درجة الحرارة التي يذوب فيها الجليد ودرجة غليان الماء عند الضغط القياسي.

يمكن تغيير درجة الحرارة من فهرنهايت بسهولة إلى درجة مئوية والعكس بالعكس. تعتمد معادلات التحويل على عدد التقسيمات في كل مقياس. يحتوي فهرنهايت على 180 درجة بين نقطتي غليان الماء والثلج ، لكن المئوية لها 100 درجة فقط. لذلك ، تكون النسبة 180/100 أو 9: 5. هذا يعطينا المعادلات التالية:

C0 =5/9 (Fo – 32)        or           Fo =9/5  Co + 32

 

هناك جداول متاحة للتحويلات من فهرنهايت الى مئوية. عادة ما يتم عرضها في ورشة العمل للرجوع اليها عند الحاجة

القياس المطلق

في الأجهزة ، يجب إجراء العديد من قياسات درجة الحرارة من الصفر المطلق ABSOLUTE ZERO. الصفر المطلق هو درجة الحرارة التي لا توجد بها طاقة حرارية (الصفر المطلق هي درجة الحرارة التي ينعدم عندها ضغط الغاز المثالي. وتعني الحالة التي تكون درجة حرارة المادة فيها أقل ما يمكن أن تصل إليه إطلاقا. وتقضي بأن جميع ذرات أو جزيئات المادة تكون لها أقل طاقة في تلك الحالة). هذه درجة الحرارة من المستحيل الوصول إليها. على مقياس Celsius ، يكون الصفر المطلق حوالي 273.15oC تحت الصفر وهذا يساوي 459.67oF تحت الصفر . يستخدم هذا الرقم كمعيار للصفر المطلق. لذلك 0 كلفن (K) هو نفسه 273.150C- (مقياس كلفن مرتبط بمقياس سيلزيوس حيث أن كل واحد درجة سيلزيوس تساوي واحد كلفن، ولكن الفرق أن كلفن يبدأ عند درجات الحرارة من -273.15 أما سيلزيوس فيبدأ من 0) وهكذا يمكن معرفة درجة حرارة سيلزيوس من كلفن بتنقيص 273.15 من كلفن والعكس. فاذا افترضنا أن درجة حرارة مادة تبلغ 50 كلفن فانها تساوي أيضا 50 273.15- ، فيكون الناتج 223.15- درجة سيلزيوس (أي 223.15 تحت الصفر سلزيوس).

أي أن:

T (كلفن) = t (درجة مئوية) + 273.16

مثال

حول 240 فهرنهايت الى الدرجة السيلوزية (المتوية)

Convert 240oF to oC

الحل:

oC =5/9 (oF – 32

oC = 5/9(240 – 32) =  (5/9)*208

240 فهرنهايت =  115.6 مئوية

 

انواع اجهزة قياس الحرارة (سنسميها لاحقا بالثيرموميتر)

تتوسع و تتمدد معظم المواد عندما تصبح أكثر سخونة. يستخدم مقياس الحرارة الذي يعتمد على مبدأ التمدد توسع مادة ما ليشير إلى درجة الحرارة. هناك عدة أنواع مختلفة لهذه الاجهزة.

 

1-ثيرموميتر نوع سائل في انبوب زجاجي (محرار زجاجي)

مقياس الحرارة “السائل في الزجاج” هو الاكثر شيوعا من جميع موازين الحرارة. موجود فيالاستخدامات الصناعية والمنزلية والطبية.
تستخدم ورشة عمل الأجهزة هذه الأجهزة كمعيار أساسي لأغراض المعايرة. حيث يمكن لجهاز ذو نوعية جيدة دقيق ان يصل الى دقة 0.1 درجة مئوية.
يتكون مقياس الحرارة (انظر الشكل اعلاه) من أنبوب زجاجي (الساق) له ثقب (ثقب) صغير جداً ولكنه منتظم.في الجزء السفلي من هذا الساق هناك بصيلة زجاجية نحيفة. تحوي البصيلة شائل أكثر بكثير من الساق . ال بحيث لا يوجد هواء في النظام. يعملحيز داخل الزجاجة يكون مفرغ من الهواء .يعمل هذا المقياس عن طريق التمدد التفاضلي. حيث يتمدد السائل أكثر من 20 مرة أكثر من الزجاج عند تسخين البصيلة.مع تمدد السائل يرتفع مستواه قي الساق. يتم عرض درجة الحرارة على مقياس معايرة مطبوع على الزجاج. المحرار او المقياس من النوع الجيد يكون له علامة مؤشرة عليه تسمى علامة غمر. عند قياس درجة حرارة السوائل يجب وضع مقياس الحرارة في السائل حتى هذه العلامة للحصول على قراءات دقيقة لدرجة الحرارة.

انواع السوائل المستخدمة في هذا الثيرموميتر

الجدول ادناه يبين اشهر السوائل المستخدمة في الثيرموميتر ومدى درجات الحرارة التي يمكن ان يقيسها تبعا لمواصفات السائل الفيزيائية.

مقاييس الحرارة  Filled Bulb Temperature Sensors

المحارير الزجاجية ليست قوية بما فيه الكفاية لاستخدامها في المواقع الصناعية لذلك يتم صناعة البصيلة والساق  من الفولاذ. تملئ البصيلة والساق تمامًا بسائل يتمدد بالحرارة تحت ضغط معين. المؤشر هو أنبوب بوردون الحلزوني (انبوب حلزوني رفيع ) ، هناك انواع اخرى تملئ بالغاز او VAPORIZING  بدل السائل. يوضح التالي يوضح الأنظمة الأساسية الثلاثة.

تمتلئ البصيلات المعدنية تماما وكذلك الساق والمؤشر (أنبوب بوردون) تحت الضغط إما: بسائل ، على سبيل المثال. الزئبق او  غاز ، على سبيل المثال. الفريون أو سائل سريع التبحر ، على سبيل المثال. كلوريد الميثيل. كل نظام يعمل بنفس الطريقة. يتم ملء النظام بالكامل لتوفير وحدة تخزين ثابتة. يتم تحويل تمدد السائل في الأنبوب إلى ضغط. هذا الضغط يوسع أنبوب بوردون الحلزوني  الذي يحرك المؤشر على المقياس. يمكن أن يكون طول الانبوب الشعيري (الساق) بطول عدة أمتار بحيث يمكن وضع المؤشر في غرفة التحكم بعيدًا عن درجة حرارة السوائل التي يتم قياسها.

مقياس درجة الحرارة من نوع الزئبق مع انبوب شعري

 

 التطبيقات والاستخدامات

لا تزال تستخدم هذه الاجهزة والمقاييس  ولا سيما في الأماكن التي لا يوجد فيها مصدر للتيار الكهربائي. وهي عادة من نوع المملوئه بالسائل لتوفير قوة كافية لتشغيل أنبوب بوردون من النوع “C”. نطاق التشغيل المعتاد حوالي 3000C. لا تستخدم الاجهزة المملوئة بالغاز والبخار كمقاييس لدرجة الحرارة كثيرا لأن لديها مدى قياس قصير ولا توفر قوة ضغط كافية . ومع ذلك ، فهي تستخدم في التحكم في درجة الحرارة ، على سبيل المثال. في تكييف الهواء والتبريد.فالثيرموستات الموجود في الثلاجة عبارة عن انبوب مملوء بالغاز نهايته داخل حيز الثلاجة والنهاية الاخرى متصلة بمفتاح تشغيل واطفاء محرك الثلاجة وفقا لدرجة الحرارة داخل الثلاجة وحسب ما تم تعييره كما في الصورة ادناه.

ثيرمو ستات

 

مكافئ درجة الحرارة المحيطة Ambient Temperature Compensation :
يمكن أن تكون مقاييس حرارة النظام غير دقيقة إذا كان الأنبوب الشعري طويلًا ودرجة الحرارة المحيطة حول الانبوب الشعري تتغير كثيرًا من الليل إلى النهار.لهذا عمد مصنعو هذه الاجهزه الى زيادة دقتها بوضع أنبوب بوردون وانبوب شعري اخر لتعويض تغيرات درجة الحرارة المحيطة كما في الشكل ادناه وهو ما يسمى Ambient Temperature Compensation .

Ambient Temperature Compensation

هناك انواع اخرى تعمل على نفس المبدأ الا وهو الاعتماد على تمدد حجم المواد لقياس درجة الحرارة لكنها تكون من النوع الصلب كمثال على ذلك الثرموستات المستحدم في سخانات الماء المنزلية .تتكون من انبوب نحاسي بداخله سلك قوي مثبت بالانبوب النحاسي من جهة الرأس يمد داخل سخان الماء ويكون على اتصال مباشر بالماء فعندما يسخن الماء سيتمدد هذا الانبوب النحاسي ويسحب السلك الذي بداخله وهذا السلك يسيطر على مفتاح كهربائي يتحكم بمرور التيار الكهربائي الى المسخن

شكل يوضح الثيرموستات المستخدم في سخانات الماء المنزلية

 

ثيرموستات المزدوج الحراري Bi-metal Strip Thermometers

نوع آخر من ثيرموستات  التمدد الصلب هو الشريط ثنائي المعدن. يوضح الشكل التالي حركة شريط ثنائي المعدن. يتم لحام اثنين من شرائح المعدن مثل النحاس و اي معدن اخر، ويثبتان معا باحكام من جهة واحده . عندما يتم تسخين الشريط ، يتمدد النحاس أكثر بكثير من المعدن الاخر ، وينحني الشريط كما هو موضح.

ثيرموستات المزدوج الحراري

 

في الجزء القادم ان شاء الله سأتطرق الى المواضيع التالية:-

The Resistance Temperature Detector RTD

Thermocouples

Thermistor

Radiation Temperature Detectors Pyrometers

شارك الموضوع مع اصدقائك
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  

عن احمد عبد الوهاب

احمد عبد الوهاب
حاصل على شهادة البكلوريوس في الهندسة الكهربائية و دبلوم في الالكترونيك. متخصص في السيطرة الكهربائية والتحكم الالي باستخدام المتحكم المنطقي القابل للبرمجة PLC .نشر معرفتي و خبرتي بهذه المدونة يجعلني سعيدًا. أحب البرمجة و تصميم المواقع الالكترونية .هوايتي الزراعة و العناية بالحديقة والنباتات الداخلية.

شاهد أيضاً

كيف تعمل اجهزة قياس التدفق Flow Meters

تعمل اجهزة قياس التدفق Flow Meters عن طريق قياس كمية حجم او كتلة السائل أو …

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها بـ *