دماسنج ها ابزاري هستند كه براي اندازه گيري دما مورد استفاده قرار مي گيرند. دماسنج ها بر اساس خواص  متفاوتي كار مي كنند. هر كدام از اين خواص را يك « کمیت دماسنجی» مي نامند.

 دماسنج چسیت ؟

معمولا از یک لوله شیشه ای که دو طرف آن بسته و در قسمت پایین آن مخزنی پر از جیوه یا الکل تعبیه شده است تشکیل می گردد برای مدرج ساختن آن، ترمومتر های جیوه ای را در ظرف بخار آبی که در حال جوش است (کنار دریا) قرار می دهند، جیوه بر اساس خاصیت انبساط اجسام در مقابل حرارت در لوله بالا می رود ودر نقطه ای که توقف می کند آن نقطه را با عدد ۱۰۰ علامت می گذارند.

سپس مخزن جیوه را در خرده یخ در حال گداز می گذارند. جیوه از لوله پائین می آید و در نقطه ای متوقف می شود که آن را، نقطه صفر میزان الحراره فرض می کنند و در حقیقت نقطه انجماد آب یا نقطه ذوب یخ است.

آن گاه میان این دو رقم را با اعداد علامت گذاری نموده که هر قسمت را یک درجه نامند و این گونه ترمومتر ها که به صد درجه تقسیم شده اند ترمومتر سانتی گراد می نامند.

چه غیر از این درجه بندی انواع دیگری نیز وجود دارد که از آن جمله است ترمومتر رئومور و ترمومتر فارنهایت. ترمومتر رئومور در این گرما سنج نقطه یخ یا صفر درجه سانتی گراد برابر است ولی نقطه غلیان آب در این گرما سنج ۸۰ درجه است چه دانشمند فرانسوی در گرما سنج خود بین نقطه انجماد آب یا ذوب یخ و نقطه غلیان آب را ۸۰ درجه تقسیم کرده و با لنتیجه ۸۰ درجه ترمومتر رئومور برابر با صد درجه ترمتر سانتی گراد می باشد.

محدوده کاری دما سنج :

باید توجه داشت که با ترمومتر های جیوه ای نمی توان سرما های کم تراز ۳۵ درجه زیر صفر را اندازه گیری کرد زیرا جیوه در ۳۹ – درجه سانتی گراد منجمد می شود.

از این روی برای اندازه گیری سرما های شدید از ترمومتر های الکلی استفاده می کنند زیرا الکل در ۱۲۰ درجه سانتی گراد مایع است و بالعکس در ۷۸ درجه سانتی گراد به جوش می آید از این روی ترمومتر ماگزیما و منیما را به طور مرکب به کار می برند که از الکل و جیوه تشکیل می یابد این نوع میزان الحراره می تواند حد اکثر درجه حرارت و حداقل آن را در مدت معینی مثلا یک شبانه روز تعیین کند و از یک میزان الحراره الکلی دراز تشکیل شده است و برای این که جای زیاد نگیرد.

ساقه آن را دو مرتبه خم کرده اند و در قسمت خمیده آن که به شکل «ایو»ی فرانسه می باشد جیوه ریخته شده و بدین ترتیب الکل به دو قسمت تقسیم می شود: یک قسمت در طرف راست لوله باقی می ماند که بالای آن حباب خالی از هواست کمی الکل در آن بخار می شود و طرف چپ آن منتهی به مخزن الکل است.

در بالای دو طرف جیوه دوسوزن فولادی موسوم به نشانه قرا دارد.

طرز عمل

 وقتی هوا گرم می شود الکل مخزن وسطی منبسط می گردد و جیوه را در شاخه چپ به طرف پائین می راند و در نتیجه جیوه در شاخه دومی بالا می رود و نشانه راه مراه می برد.

وقتی هوا سرد می شود الکل منقبض می شود و به جای خود برمی گردد. ولی نشانه طرف راست به کنار لوله می چسبد و پائین نمی آید.

در صورتی که جیوه در طرف چپ، نشانه را بالا می برد و اگر دو مرتبه هوا گرم شود این نشانه به کنار لوله می چسبد و این عمل در مدت معینی چندین بار ممکن است تکرار شود.

هنگام بازدید ترمومتر نشانه طرف راست حد اکثر درجه حرارت و نشانه طرف چپ حداقل آن را نشان می دهد در صورتی که سطح جیوه در این موقع در هر شاخه را که بگیریم درجه حرارت همان زمان را تعیین می کند. مثلا در حد اعلای درجه حرارت ۵/۲۱ + و حداقل آن ۵/۱۰ – و درجه حرارت موقع بازدید ۱۲ درجه است و برای باز گرداندن نشانه های آهنی تا سطح جیوه از یک آهن ربای نعلی شکل استفاده می شود.

انواع دما سنج

ترمومتر پزشکی :

ترمومتر پزشکی، این گرما سنج جهت اندازه گرفتن حرارت بدن به کار می رود و چون حد متوسط حرارت بدن انسان ۳۷ درجه سانتی گراد (۵/۹۸ درجه فارنهایت ) است در ترمومتر های پزشکی بر اساس سانتی گراد بین ۳۳ تا ۴۲ در ج می شود.

و برای این که به مجرد جدا شدن ترمومتر از بدن انسان (زیر زبان، زیر بغل و داخل مقعد…) و برخورد با حرارت یا برودت محیط، جیوه داخل ترمومتر تغییر مکان پیدا نکند، خمیدگی مخصوصی در انتهای لوله ترمومتر نزدیک مخزن جیوه قرار می دهند و هر بار که بخواهند آن را به کار برند چندین بار ترمومتر را به طرف مخزن تکان شدید می دهند تا جیوه داخل لوله از خمیدگی بگذرد و کاملا وارد مخزن گردد.

پیرو متر یا ترموالکتریک :

پیرو متر یا ترمو الکتریک، اساس این ترمو متر بر این خاصیت است که اگر فصل مشترک دو سیم فلزی مختلف را حرارت دهیم جریان برق در آن ها برقرار می شود و به وسیله یک «میلی آمپر متر» دقیق میتوان ثابت کرد که هرچه درجه حرارت زیاد تر شود شدت جریان حاصل نیز بیش تر خواهد شد و با اندازه گرفتن شدت جریان درجه حرارت را معلوم می سازند.

باید دانست که اختراع ترمومتر را به بسیاری از دانشمندان نسبت می دهند ولی حقیقت آن است که گالیله دانشمند ایتالیایی پیش از سال ۱۵۹۷ م . این ابزار را اختراع کرده و سپس تکامل یافته است. (از لاروس قرن بیستم و کتاب فیزیک تالیف رهنما) و رجوع به گرما سنج و میزان الحراره شود.

دما سنج گازی :

جنس، ساختمان، و ابعاد دما سنج در ادارات و موسسات مختلف سراسر دنیا که این دستگاه را به کار می ‌برند. تفاوت دارد و به طبیعت گاز و گستره دمایی که دما سنج برای آن در نظر گرفته شده است، بستگی دارد.

این دماسنج شامل حبابی از جنس شیشه، چینی، کوارتز، پلاتین یا پلاتین ـ ایریدیم ( بسته به گستره دمایی که دماسنج در آن به کار می‌رود )، که به وسیله یک لوله موئین به فشارسنج جیوه‌ای متصل است، می باشد.

این دماسنج براساس دو قانون ذکر شده در مورد گاز کامل کار می‌کند.

دماسنج مایعی :

این نوع دماسنج یکی از رایج ترین انواع دماسنج های مورد استفاد درصنعت و غیره می باشد. عمدتا این نوع دماسنج را به عنوان دماسنج های جیوه ای یا الکلی می شناسیم.

ساختمان این نوع دماسنج ها از یک مخزن مایع و یک لوله مویین تشکیل شده که مایع درون مخزن در اثر انبساط از لوله مویین بالا رفته و دمای متناسب را نشان می دهد. دماسنج جیوه ای را می توان برای اندازه گیری دما از ۳۷/۸- تا۳۱۵ سانتی گراد استفاده نمود. اما اگرفضای بالای سطح جیوه را از گاز ازت پر نمایند، می توان تا دمای ۵۳۸ درجه از آن استفاده نمود.

دماسنج انبساط سیال :

این نوع دماسنج یکی از با صرفه ترین، رایج ترین و تطبیق پذیر ترین وسایل اندازه گیری دما در صنعت می باشد. اساس کار این دما سنج در شکل مقابل نشان داده شده است.

همان گونه که ملاحظه می شود با افزایش دما فشار درون حباب که می تواند محتوی مایع، گاز یا بخار باشد، بالا رفته و توسط فشار سنج اندازه گیری می شود. طول لوله مویین می تواند تا ۶۰ متر باشد؛ اما این مقدار بر دقت اندازه گیری دما تاثیر گذار خواهد بود. بهترین حالت زمانی است که از لوله مویین کوتاه که به یک ترانس دیوسر فشار الکتریکی متصل شده استفاده گردد.

دماسنج الکتریکی :

این نوع دما سنج ها اصولا کاربرد های فراوانی در صنعت داشته و قادرند از دما های پایین تا دما های بسیار بالا را اندازه گیری نمایند. که عمدتا به صورت مقاومتی و ترموکوپل هستند.

دماسنج با مقاومت الکتریکی :

دماسنج مقاومتی به صورت یک سیم بلند و ظریف است، معمولا آن را به دور یک قاب نازک می‌ پیچند تا از فشار ناشی از تغییر طول سیم که در اثر انقباض آن در موقع سرد شدن پیش می‌آید، جلو گیری کند.

در شرایط ویژه می‌توان سیم را به دور جسمی که منظور اندازه گیری دمای آن است پیچید یا در داخل آن قرار داد.

در گستره دمای خیلی پایین( دماسنج های مقاومتی معمولا از مقاومت های کوچک رادیویی باترکیب کربن یا بلور ژرمانیوم که ناخالصی آن آرسنیک است و جسم حاصل در درون یک کپسول مسدود شده پر از هلیوم قرار دارد، تشکیل می‌شوند. این دما سنج را می‌توان بر روی سطح جسمی که منظور اندازه گیری دمای آن است سوار کرد یا در حفره های که برای این منظور ایجاد شده است، قرار داد. دماسنج مقاومتی پلاتین را می‌توان برای کار های خیلی دقیق در گستره –۲۵۳ تا ۱۲۰۰ درجه سانتی گراد به کار برد.

دماسنج کریستال کوارتز :

یک روش جدید و بسیار دقیق اندازه گیری دما بر مبنای حساسیت فرکانس تشدید کریستال کوارتز به تغییر دما استوار است. وقتی از زاویه برش مناسب برای کریستال استفاد شود، یک تطابق کاملا خطی میان فرکانس و دما برقرار میگردد.

مدل های تجاری این وسیله از شمارنده های الکترونیکی و دستگاه قرائت رقم نما برای اندازه گیری فرکانس استفاده می کنند. گستره دمایی کار کرد این دستگاه از منفی ۴۰ درجه تا ۲۳۰ درجه سانتی گراد ادعا شده است.

دمانگاری کریستال مایع :

کریستال های مایع خمیری، که از استر های کلسترول ساخته شده اند پاسخ جالبی به دما از خود نشان می دهند. در یک گستره تکرار پذیر دما، کریستال مایع همه رنگ های طیف رنگی را از خود آشکار می سازد.

این پدیده بازگشت پذیر و تکرار پذیر است. با تغییر دادن فرمول مورد نظر می توان از کریستال های مایع از کم تر از صفر درجه تا چند صد درجه سانتی گراد استفاده نمود.

ترموکوپل :

ترموکوپل وسیله دیگری است که برای اندازه‌ گیری دما مورد استفاده قرار می‌گیرد. در این نوع دماسنج از خاصیت انبساط و انقباض اجسام جامد استفاده می‌گردد.

گستره یک ترموکوپل بستگی به موادی دارد که ترموکوپل از آن ساخته شده است گستره یک ترموکوپل پلاتنیوم ـ ایرودیوم که ۱۰ درصد پلاتینیوم دارد از صفر تا ۱۶۰۰ درجه است است.

مزیت ترموکوپل در این است که بخاطر جرم کوچک، خیلی سریع با سیستمی که اندازه‌ گیری دمای آن مورد نظر است، به حال تعادل گرمایی در می‌ آید. لذا تغییرات دما به آسانی بر آن اثر می‌کند، ولی دقت دماسنج مقاومتی پلاتین را ندارد.

دماسنج انبساطي( expansion thermometer):

دماسنج انبساطي از يك لوله باريك با مخزني به شکل كره يا استوانه تشکيل شده است كه درون آن با مايع مناسبي مثل جيوه يا الکل پر شده است. مايع دماسنجي در اثر گرما منبسط شده و سطح آن درون لوله بالا مي رود. جداره مخزن دماسنج را معمولاً بسيار نازک مي سازند تا تبادل گرما بين مايع دماسنجي با محيط بيرون به آساني و به سرعت انجام شود. مي توان توضيح داد كه هر چه لوله دماسنج باريك تر، ضخامت ديواره مخزن آن نازک تر و حجم مخزن و مايع درون دماسنج بيش تر باشد، دماسنج دقيق تر است.

دماسنج گازي(gas thermometer ):

در اين دما سنج مقداري گاز در مخزني با حجم ثابت قرار دارد و فشار آن توسط يك فشار سنج مرتباً در حال اندازه گيري و كنترل است. با افزايش دماي گاز، فشار آن نيز افزايش مي يابد. اگر اين دماسنج به طرز مناسبي مدرج گردد، با اندازه گيري فشار در هر لحظه، مي توان به مقدار دما در آن لحظه پي برد.

تب سنج نوري( pyrometer ):

براى اندازه گيرى دما هاى بالا تر از گستره دمايي دماسنج هاي ترموكوپل مانند دماي كوره هاي ذوب فلزات از دماسنج هاي غيرتماسي نظير تف سنج يا آذرسنج استفاده مي شود. اين وسيله از يك تلسکوپ مخصوص ساخته شده است كه در آن يك لامپ رشته اي كوچك و يك فيلتر قرمز رنگ وجود دارد. براي استفاده از تف سنج، آن را به طرف كوره يا هر جسم ديگري كه هدف، اندازه گيري دماي آن است، نشانه مي گيرند و از پشت تلسکوپ به آن جسم نگاه مي كنند. در ابتدا رشته تيره لامپ بر روي زمينه روشن كوره مشاهده مي شود، اما در اثر عبور جريان برق از درون رشته لامپ و تنظيم آن به وسيله تغيير پيچ رئوستا، كه در شکل نشان داده نشده است، روشنايي رشته با روشنايي زمينه برابر و رشته از ديد ناظر ناپديد مي شود. با درجه بندي مناسب اين نوع دماسنج مي توان از آن براي اندازه گيري دما هاي بسيار زياد بدون نياز به تماس مستقيم استفاده كرد.

دماسنج ترموکوپل (thermocouple thermometer):

دما سنجی است كه بر مبناي پديده ترمو الکتريك كار مي كند. طبق اين پديده، اگر دو سر دو سيم نازک غير هم جنس (مثلاً مس و آهن) را به يک ديگر وصل كنيم و دو انتهاي ديگر را به يك ميلي آمپر سنج ببنديم، با گرم كردن نقطه مشترک دو سيم، در مدار جريان الکتريکي به وجود مي آيد. كه اندازه آن غير از مقاومت مدار و جنس سيم ها به دماي انتهاي مشترک آن ها بستگي دارد.

براي اندازه گيري دقيق تر دما مي توان دو ميله فلزي غير هم جنس را از يك سر به هم جوش داد و يك انتهاي مجموعه را به يك دماي ثابت (مثلاً دماي صفر درجه مخلوط آب و يخ در حال تعادل) و انتهاي ديگر را به دماي مجهول مورد نظر وصل كرد.

دماسنج مقاومتی (resistance thermometer):

مقاومت الکتریکی بسياري از مواد رسانا در اثر تغيير دما، تغيير مي كند. دماسنج مقاومتي به صورت يك سيم بلند و ظريف است و مي توانيم آن را به دور جسمي كه مي خواهيم دماي آن را اندازه گيري كنيم، بپيچيم و يا در حفره اي كه براي اين منظور ايجاد شده است، قرار دهيم. هرچند مي توان دماسنج مقاومتي پلاتيني را براي اندازه گيري هاي خيلي دقيق در گستره دمايي 252 - تا 1211 درجه سانتي گراد هم به كار برد، اما اين نوع دماسنج، عمدتاً در دما هاي پايين كار آيي بهتري دارد.

ترمیستور(thermistor):

ترميستور در اصل نوعي دما سنج مقاومتي است كه جنس ماده آن نيم رسانا ست. ترميستورها را از ساچمه هاي كوچك نيم رسانا در محفظه هاي شيشه اي مي سازند. نيم رسانا ها برخلاف فلزات داراي ضريب دمايي منفي هستند، يعني مقاومت آن ها با افزايش دما كاهش مي يابد. ترميستور يك وسيله بسيار حساس است كه در صنعت، تحقيقات و پزشکي كاربرد هاي گوناگوني دارد و انتظار مي رود كه با درجه بندي مناسب، داراي دقتي تا 0/01 درجه سانتي گراد باشد.

مزيت ترمو كوپل ها (و ترميستورها) در اين است كه به خاطر حجم كوچکي كه دارند و به علت انعطاف پذير بودنشان، مي توان آن ها را به آساني در نقاطي قرار داد كه در مورد دماسنج هاي بزرگ تر امکان پذير نيست. همچنين به خاطر جرم كوچك، خيلي سريع با سيستمي كه اندازه گيري دماي آن مورد نظر است، به حال تعادل گرمايي در مي آيند و مي توانند تغييرات سريع دما را به آساني تعقيب كنند.

دقيقاً به همين دليل است كه ترموكوپل ها به دما هاي بسيار كوچك تا 0/001 درجه سانتي گراد هم حساس اند. مزيت سوم آن است كه سيگنال خروجي آن ها الکتريکي است نه مکانيکي يا چشمي؛ بنابر اين براي كنترل الکترونيکي دما مناسب ترند. از ترموكوپل غير از كاربردهاي آزمايشگاهي براي كنترل كوره هاي صنعتي نيز استفاده مي كنند.

دماسنج پزشکی (clinical thermometer)

در اين نوع دماسنج، گستره دما هاي موجود، فقط از35 درجه سانتی گراد تا 42 درجه سانتی گراد است. با اين حال اندازه گيري دما توسط اين دماسنج به علت باريك تر بودن لوله، ذره بيني بودن جدار شيشه اي آن وتقسيم بندي هاي ريز آن، دقيق تر است. اين دماسنج دما را تا دقت 0/1 درجه سانتی گراد اندازه مي گيرد. همچنين در بالاي مخزن دماسنج پزشکي، خميدگي باريکي در لوله دماسنج ايجاد شده است تا جيوه پس از جداشدن دماسنج از بدن بيمار و انقباض ناگهاني، به درون مخزن برنگردد.

دماسنج گوشي( ear thermometer ):

دماسنج هاي درون گوشي  طوري طراحي شده اند كه يك حس گر(سنسور) كوچك پيزو الکتريك تابش فروسرخ را كه از پرده صماخ درون گوش گسيل مي شود، دريافت كند. با قرار دادن اين نوع دماسنج در گوش در كم تر از 1 ثانيه دماي گوش دروني كه برآورد خوبي از دماي بدن به دست مي دهد، قابل اندازه گيري است.

دماسنج فرینه(max-min thermometer):

اين دماسنج از يك لوله شيشه اي U شکل ساخته شده كه دو انتهاي آن مسدود و قسمت پاييني آن با جيوه پر شده است. قسمت بالايي لوله در طرف چپ به طور كامل و در سمت راست تا نيمه از الکل پر شده است.

نيمه ديگر اين قسمت محتوي نوعي گاز است. در بالا ترين سطح جيوه و در داخل الکل در هر دو ستون شاخص هاي فولادي قرار دارند كه با اندكي اصطکاک با جداره داخلي لوله تماس دارند اما مي توانند در اثر نيروي رانش جيوه به سمت بالا بلغزند. از اين دماسنج براي اندازه گيري حد اكثر و حداقل دما در يك شبانه روز استفاده مي شود.

با گرم شدن هوا، الکل موجود در شاخه سمت چپ منبسط شده و سطح جيوه را در شاخه سمت چپ پايين و در شاخه سمت راست بالا مي برد و نشانه فولادي نيز با آن بالا مي رود.

برعکس، با كاهش دما، الکل منقبض شده و سطح جيوه در شاخه سمت چپ بالا آمده و نشانه فولادي را بالا مي آورد. انقباض الکل، سطح جيوه در شاخه سمت راست را پايين مي آورد اما نشانه فولادي در لوله سمت راست به علت وجود كمي اصطکاک، در جاي خود باقي مي ماند.

با گرم شدن دوباره هوا، سطح جيوه در شاخه سمت چپ پايين مي آيد ولي نشانه فولادي در اينجا نيز در جاي خود باقي مي ماند. بنابر اين محل نشانه فولادي در شاخه سمت راست، بيشينه دما و در شاخه سمت چپ كمينه دما را نشان مي دهد. اگر براي يك شبانه روز ديگر بخواهيم از اين دماسنج استفاده كنيم بايستي نشانه هاي فولادي را با آهن ربا به سطح جيوه برگردانيم.