دماسنج ـ تاریخچه و کالیبره

دماسنج ـ تاریخچه

دماسنج ـ تاریخچه

در قرن اول میلادی، در حوزه‌های علوم دینی ایتالیا نوشته‌هائی را با نام قهرمان الکساندریا که نویسنده‌ای مجهول داشت مطالعه می‌کردند. در این نوشته‌ها، وسایل عجیبی تشریح شده بودند که یکی از آنها به‌نام چشمه‌ای که خورشید در آن می‌چکد، نام برده شده بود. دانشمندان آن زمان که در پی شناخت و ساخت چنین وسیله‌ای بودند، توانستند شرح و طرحی در حد پیشنهاد در مورد آن بدهند. اساس آن نظریه هابر طبق قانون (انبساط در اثر گرما) پی‌ریزی شده بود.
در قرن دوم میلادی یک فیزیکدان یونانی به‌نام (گالن) ثابت کرد که می‌توان حس‌هائی مثل سرما و گرما را به کمک وسیله‌ای شامل یک ستون چهار درجه‌ای که در بالا و پائین یک نقطه خنثی (نه مثبت، نه منفی) نمره‌گذاری شده‌اند، اندازه‌گیری کرد. این نظریه تا پایان قرن شانزدهم پایه‌ای برای تعلیمات پزشکی بود.
در پایان قرن شانزدهم، دانشمندان طرح ساخت دماسنج‌های هوائی را گسترش داند، وسیله‌ای که بعدها در شکل پیشرفته خود، به‌صورت دماسنج فعلی درآمد. این دستگاه به‌طور کیفی، (نه از نظر کمی و مقدار معین درجه حرارت) اثر حرارت را در انبساط هوا نشان می‌داد. دماسنج ساده آن زمان شامل یک شیشه آزمایشگاهی به شکل تنگ بود که گردن باریک و بلندی داشت. وقتی تنگ حرارت می‌دید، هوای داخل آن منبسط می‌شد و از دهانه لوله باریک و بلند خارج می‌گردید. سپس تنگ به‌طور وارونه به داخل آب قرار داده می‌شد. هوای جمع شده داخل تنگ، به هنگام خروج، آب اطراف تنگ را بالا می‌برد. تغییرات بعدی میزان ارتفاع آب، نشانگر حرارت هوای متراکم داخل تنگ بود.
در سال ۱۶۱۱، (بارتولومیوتیلو) در رم، طرح‌های 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 به‌نام (سانتوریو سانتور) دماسنج هوائی مدرج را ساخت. به این ترتیب میزان حرارت از نظر کمی نیز قابل اندازه‌گیری شد.
در سال ۱۶۵۰، دماسنج‌های 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 سال‌ها میزان اعتماد و اطمینان به چنین دستگاه‌هائی 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 می‌انستند که درجه دماسنج در مقابل تغییراتی که در اثر فشار و حرارت به‌وجود می‌آید، تغییر می‌کند. 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 به‌وسیله 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 مد‌ها مورد استفاده همگان قرار داشت و به‌وسیله آکادمی علوم فلورانس مورد استفاده قرار گرفت. این آکادمی، دماسنج‌های پنجاه تا صد درجه‌ای ساخت که شباهت زیادی به دماسنج‌های امروزی داشت، اما اساس درجه‌های این دماسنج‌های پنجاه تا صد درجه‌ای ساخت که شباهت زیادی به دماسنج‌های امروزی داشت، اما اساس درجه‌های این دماسنج در نوع‌های مختلف فرق می‌کرد. مثلاً دماسنج ۴۲۰ درجه‌ای با سیستم ده ـ دهی درجه‌بندی شده بود و برای سنجش حرارت مایعات به کار می‌رفت و بر اثر انبساط الکل کار می‌کرد. این وسیله کاربرد کافی و درستی نداشت. در مقابل، دماسنج پنجاه درجه‌ای فلورانسی بیشتر قابل اعتماد بود، چون اساس درجه‌بندی 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 به‌عنوان مبنا تعیین کرد؛ این درجه، درجه‌ای بود که هوا رد آن شروع به یخ زدن می‌کند.
بعدها کوشش‌های زیادی از سوی دانشمندان مختلف برای ساختن دماسنج‌های جدید و قابل اعتماد صورت گرفت. عده‌ای میزان حرارت خون و عده‌ای دیگر درجه ذوب کره و... را مبنای مدرج‌سازی دماسنج قرار دادند، اما بر اثر پیشرفت علم همگی توافق کردند که بهترین مبنای مدرج‌سازی دماسنج، درجه ذوب و انجماد (آب) است.
بالاخره در سال ۱۷۱۷، مخترعی در آمستردام (هلند) به نام (دی.جی.فارنهایت)، دماسنج جیوه‌ای را ساخت که به‌نام خود او معروف شد. بر طبق این درجه‌بندی (درجه‌بندی فارنهایت) نقطه انجماد آب در ۳۲ درجه و نقطه جوش آن در ۲۱۲ درجه است و بر طبق درجه‌بندی سانتیگراد، نقطه انجماد آب در صفر درجه و نقطه جوش آب در ۱۰۰ درجه است.
● دماسنج و کاربردهای آن
دماسنج‌ها کاربردهای وسیعی دارند. این وسایل با نشان دادن حرارت یا برودت، می‌توانند ما را در بسیاری از کارهای روزانه امان یاری دهند. کاربرد این وسایل نه تنها جنبه صنعتی دارد، بلکه در خانه نیز می‌توان از آن استفاده‌های فراوانی برد.
ساختن یک دماسنج دقیق دمای ۴/۳۴ ـ سانتیگراد تا ۸/۴۸+ سانتیگراد می‌تواند در خانه و برای کنترل دمای اطاق‌ها، 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 می‌کند. بنابراین می‌توان با اطمینان گفت که اکثر علاقمندان به الکترونیک می‌توانند از عهده ساختن این دستگاه برآیند.
توضیح جزئیات نقشه، با توجه دقیق به آن واضح به‌نظر می‌رسد. یک دیود به ترانزیستور ۲N۳۹۰۴ متصل است که با مقاومت R۱ نقش منقسم ولتاژ را بازی می‌کند. این ترانزیستور در حقیقت نقش سنجشگر دما را بازی می‌کند 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 می‌افتد. از سوی دیگر جریان پایه ۳ آی‌سی ۷۴۱ که از نوع آپ ـ آمپ است باافزایش دمای سنجیده شده به‌وسیله سنجشگر تقلیل می‌یابد آی سی دوم از نوع ۷۴۱ است و نقش آمپلی فایر را بازی می‌کند. زمانی که پایه ۳ اتصال زمین دارد، پایه ۲ نیز مجازا به زمین متصل است و باید مجموع تمام جریان‌های وارد به این پایه. صفر باشد. مقاومت R۵ و R۶ به‌عنوان تنظیم کردن مدار به کار گرفته می‌شود. یک بار مقاومت R۶ برای تنظیم جریان حادث در مقاومت‌های پیش گفته تنظیم می‌شود. با افزایش دمای بالای ۴/۳۴ درجه سانتیگراد جریان مقاومت R۵ (این مقاومت از موازی کردن دو مقاومت ۹۱۰ و ۱۶۰۰ بدست می‌آید) باید با جریان مقاومت‌های R۵ و R۶، یکی باشد.
در دمای بالاتر، جریان R۴ از جریان R۵ و R۶، کمتر می‌شود. در این حال جمع جریان وارد بر پایه EC۲ ۶ از میلی آمپرمتر M۱ می‌گذرد و جریان باقی مانده بوسیله همین میلی آمیرمتر خوانده می‌شود. 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 می‌کنیم.
● 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 میلی‌آمپر متر می‌شود. با تقسیم کردن فاصله ۰ تا ۱ میلی‌آمپرمتر بر میلی‌آمپرمتر می‌توانید به درجات دقیق دست یابید. مثلاً با تقسیم کردن این فاصله به ۸۲ قسمت مساوی، توانسته‌اید به مقیاس یک درجه سانتیگراد دست یابید. از آنجا که عملاً چنین تقسیم‌بندی بر میلی آمپرمتر بسیار مشکل است، پیشنهاد تقسیم‌بندی براساس تقسیمات بزرگی را می‌کنیم. در این حال با قرار دادن دماسنج در یک حمام یخ، درجه صفر سانتیگراد مشخص خواهد شد. [مهندس محمدگرکانی‌نژاد ـ ۱۵]
● دماسنج طبی
یک نوع دماسنج جیوه‌ای عادی است تنها در یک نقطه لوله‌ای که جیوه در آن بالا می‌رود و در مجاورت مخزن کوچکی ایجاد گردیده در نتیجه وجود این خمیدگی پس از آنکه دماسنج را از دهان بیرون می‌آورند ستون جیوه در جای خود باقی مانده یک باره ژایین نمی‌رود 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 می‌گیرد بدین طریق فاصله درجات زیاد می‌شود و می‌توان اعشار درجه را هم بسهولت تمیز داد.
● دماسنج بکمان Beckmann
دماسنج بسیار حساسی برای اندازه گیری تغییرات یا اختلاف‌های جزئی دماست. این دماسنج دارای یک حباب جیوه در پائین و یک مخزن جیوه در بالاست که به یکدیگر مرتبط هستند. با جابه‌جا کردن جیوه از جباب به مخزن، می‌توان مقدار جیوهٔ موجود در حباب را تغییر داد. با این ترتیب حدود دماهای قابل اندازه‌گیری به دلخواه تغییر می‌کند. معمولاً ستون مدرج ۷ یا ۶ درجه و برحسب ۰۱/۰ درجه، درجه‌بندی شده است.
● دماسنج بیشینه و کمینه Maximumand Minimum Thermometer
دماسنجی است که برای تعیین بالاترین و پایین‌ترین دما در یک مدت معین مثلاً در یک شبانه روز به کار می‌رود. این دماسنج از یک لولهٔ شیشه‌ای 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 می‌کنند و دو سوزن فولادی I شکل را با خود بالا می‌برند. این سوزن‌ها در موقع پایین آمدن سطح جیوه به کمک فنر محل نشانگرهای سوزنی می‌توان بالاترین و پائین‌ترین دما را در یک مدت معین اندازه‌گیری کرد. سوزن‌ها را می‌توان با استفاده از یک آهنربا در خارج لوله دوباره به سطح جیوه برگرداند.
● دماسنج ماکزیمم می‌نی‌مم
نوعی دماسنج است که برای اندازه‌گیری ماکزیمم و می‌نی‌مم دمای هوا، در مدت معینی مثلاً ۲۴ ساعت، به‌کار می‌رود. 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 جیوه‌ای 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 می‌کند. یکسر این جیوه دمای ماکزیمم و سر دیگر آن دمای می‌نی‌مم را نشان می‌دهد.
● دماسنج تصحیح Correction Thermome Ter
دماسنجی که دارای دو درجه‌بندی است. این دماسنج را برای تعیین غلظت الکترولیت باتری بکار می‌برند. یکی ازین درجه بندی‌ها مقدار دما را نشان می‌دهد و دیگری عددی را نشان می‌دهد 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 اندازه‌گیری 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 می‌رود. در موارد علمی شکل‌های ساده‌تر دماسنج مورد استفاده قرار می‌گیرند. اما دماسنج گازی در فشار کم، تنها وسیله‌ای است که مستقیماً دمای ترمودینامیکی را بدست می‌دهد.
● دماسنج دیجیتالی ترموکوپل‌دار
صفر تا ۴۰۰ درجه، با خروجی ۳ آمپر AC ـ ۲۲۰ ولت، AC، ترموکوپل‌دار
▪ کاربرد
در کوره‌های صنعتی، فرو دستگاه‌هائی 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 می‌دهد، مقاومت برقی رسانا بستگی به دما دارد. معمولاً اگر دما زیاد باشد مقاومت رسانا نیز زیاد می‌شود. این پدیده، اساس دماسنج مقاومتی است که در آن با اندازه‌گیری مقاومت سیم فلزی (طلای سفید اغلب به‌کار می‌برند) که به شکل مارپیچ است، دما را می‌توان اندازه‌ گرفت.
مقاومت الکتریکی یک رسانا با دما تغییر می‌کند و معمولاً با افزایش دما، زیاد می‌شود با استفاده ازین خاصیت دماسنج‌های دقیق و ساده‌ای می‌سازند، که دماسنج مقاومتی نامیده می‌شود.
● دماسنج شیشه‌ای (مایع در شیشه)
درین دماسنج مایعات مختلفی بار می‌رود، بستگی به محدوده گرمائی مورد اندازه‌گیری دارد، مانند: جیوه در محدوده ۳۵c درحه تا c۵۰+ درجه، الکل ۸۰c- درجه تا ۷۰c + درجه افزایش دما باعث می‌شود تا مایع در ساقه شیشه باریک، بسوی بالا حرکت کرده و مقدار افزایش دما از مقایسی که روی شیشه چاپ شده است خوانده می‌شود. در دماسنج‌های دارای مایع جیوه، که برای اندازه‌گیری دماهای زیاد بکار می‌روند، معمولاً فضای بالای جیوه آنها به‌وسیله نیتروژن تحت فشار پر شده است.
● دماسنج فلزی (مایع در فلز) حباب فلزی و لوله موئی بوردون Bourdon که با مایع پر شده ویژگی‌های استحکام و دارا بودن محدوده وسیع سنجش دما را یکجا در ود جمع کرده است برای مثال با استفاده از جیوه می‌توان حرارتی تا ۳۹c ـ تا ۶۵c+ درجه را اندازه‌گیری کرد. لوله بوردون ممکن است حلزونی یا مارپیچی باشد که با افزایش دما تمایل به مستقیم شدن دارد. حرکات سر آزاد از طریق اتصال‌هائی که به یک عقربه که در مقابل صفحه مدرجی حرک می‌کند، منتقل می‌شود.
● دماسنج نوار دو فلزی (بی‌متالی)
یک نوار بی‌متال، از دو فلز مختلف که به‌طور مستحکم به‌یکدیگر وصل شده‌اند، تشکیل شده است. با تغییر حرارت انبساط‌های مختلفی در دو فلز ایجاد می‌شود که باعث خم شدن یا پیچش دو فلز می‌گردد. یک حلزون پیچی از جنس بی‌متال که در یک سر ثابت است، در یکی از انواع دماسنج‌ها بکار رفته است. باز و جمع شدن این حلزون پیچی، در اثر تغییر حرارت، باعث حرکت عقربه‌ای که به انتهای آزاد نوار دو فلزی متصل است، می‌شود. نوع فلزات انتخاب شده برای نوار محدوده کاری دماسج را مشخص می‌کند که می‌توان از ۳۰c- درجه تا ۵۰c+ باشد.
● دماسنج‌های 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 می‌شود. با اندازه‌گیری این جریان می‌توان میزان دما را اندازه‌گیری کرد. همچنین می‌توان دستگاه را طوری طرح‌ریزی کرد که پیوسته دما را ثبت کند، در این صورت دستگاه را دمانگار می‌خوانند.
دماسنج با مقاومت پلاتینی دستگاه فوق‌العاده دقیقی است. این نوع دماسنج می‌تواند دامنه وسیعی از دما را اندازه‌گیری کند.
● دماسنج گازی
استفاده از دماسنج گازی تنها در آزمایشگاه‌های مخصوص میسر است و مورد استفاده عمومی نیست اما چون این دستگاه اساس همه سنجش‌هاست و اشل ترمودینامیک دما به‌وسیله آن مشخص می‌شود.
در سال ۱۸۸۷، شاپوئی دماسنج گازی را ساخت که در آزمایشگاه لوزان و در ادازه اوزان و مقادیر پاریس بکار می‌رود. داسنج آزمایشگاه‌های لید، واشنگتن و برلن با اندکی تفاوت بکار می‌روند.
گاز در مخزن T قرار دارد، این مخزن به‌وسیله لوله نازکی که گنج آن در حدود ۵/۰ میلی‌متر مکعب است به فشارسنج متصل است. فشار سنج از دو لوله شیشه قائم B و D تشکیل می‌گردد این دو لوله به یکدیگر مربوطند و به علاوه به‌وسیله یک لوله لاستیکی به مخزن E ارتباط دارند. ارتفاع سطح آزاد جیوه را در مخزن E می‌توان تغییر داد. بدین وسیله ارتفاع را طوی میزان می‌کنند 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 می‌شود می‌توان با تعیین اختلاف ارتفاع ستون جیوه در لوله‌های A و E که به آن فشار جوی نیز باید افزوده شود، سنجید.
● دماسنج مقاومتی
الف) برای سنجش‌های صنعتی عموماً حساسیت مورد نیاز نیست اما برعکس باید دستگاه کاملاً محکم باشد.
ب) دماسنج‌های مایعی با محفظه فلزی
این نوع دماسنج‌ها در واقع فشار را اندازه‌گیری می‌کنند و واحد نشان دهنده آنها براساس دما مدرج شده است. از این نوع دماسنج‌ها معمولاً برای اندازه‌گیری دما در اتومبیل استفاده می‌شود.
اصول طرح دماسنج‌ها برای ساختن بعضی از دمانگارها نیز مورد استفاده قرار می‌گیرد. در این دمانگارها قلمی نصب شده است که نوک آن دما را در عرض نقشه‌ای که روی طبله‌ای به شکل استوانه گردان حرکت می‌کند ثبت می‌کند.

ویژه نامه کیمیاگری شماره (03) - چهارشنبه بیست و ششم مهر 1391
مجموعه گزارش کار شیمی آلی - چهارشنبه بیست و ششم مهر 1391
گزارش کار تعیین دانسیته ی جامدات - چهارشنبه بیست و ششم مهر 1391
آشنایی با کوره ها - چهارشنبه بیست و ششم مهر 1391
لو رفتن کسانی که در فروشگاهها زنان را دید میزنند - چهارشنبه بیست و ششم مهر 1391
بررسی غلظت مواد اولیه بر سرعت واکنش - سه شنبه بیست و پنجم مهر 1391
عکس هایی از کتاب اول دبستان در هفتاد سال پیش - سه شنبه بیست و پنجم مهر 1391
استخدام شرکت ملی نفت سال ۹۱ - سه شنبه بیست و پنجم مهر 1391
کشفِ ساختار اتم و نانِ زن و فرزند! - چهارشنبه نوزدهم مهر 1391