دما

دما چیست؟

کنترل و اندازه‌گیری دما در تمامی فرآیندهای صنعتی یکی از اقدامات اولیه و از مهم‌ترین پارامترهایی است که باید به آن توجه ویژه‌ای شود. دما (Temperature) به عنوان یک کمیت فیزیکی مهم در فرآیندهای صنعتی تأثیر زیادی بر روی کیفیت تولید، ایمنی، مدیریت منابع و انرژی دارد.

کنترل دمای سیالات مانند مایعات، گازها و بخار در خطوط لوله، مخازن، کوره‌ها و دیگر تجهیزات صنعتی از جنبه‌های مختلف حائز اهمیت است. یکی از اهداف اصلی کنترل دما، تضمین کیفیت محصول نهایی است. دما می‌تواند تأثیر مستقیمی بر روی ویژگی‌های فیزیکی و شیمیایی مواد داشته باشد و در نتیجه، کنترل دقیق آن می‌تواند به بهبود کیفیت و کاهش ضایعات کمک کند.

همچنین، در بسیاری از فرآیندها، دما به عنوان یک عامل ایمنی در نظر گرفته می‌شود. نوسانات دما می‌توانند منجر به بروز خطرات جدی مانند انفجار یا آتش‌سوزی شوند؛ بنابراین، پایش مداوم و دقیق دما ضروری است.

برای مانیتورینگ و کنترل دما از تجهیزات و ادوات اندازه‌گیری مختلفی استفاده می‌شود. این تجهیزات با توجه به شرایط محیطی، نوع فرآیند، بازه اندازه‌گیری و سیستم کنترلی انتخاب و طراحی می‌شوند. این انتخاب دقیق می‌تواند به بهینه‌سازی عملکرد سیستم‌های صنعتی و افزایش ایمنی و کیفیت تولید کمک شایانی نماید. هدف از ارائه این مقاله آشنایی با انواع تجهیزات اندازه گیری دما، انتخاب بهترین تجهیز بر اساس نوع کاربرد و راهنمایی خرید آنها است.

خرید و فروش تجهیزات اندازه گیری دما

پیکاتک جز به روزترین فروشگاههای تخصصی نمایندگی ابزار دقیق و شیرآلات صنعتی در ایران است. این فروشگاه انواع تجهیزات اندازه گیری فشار، دما، سطح، جریان و انواع شیرآلات توپی، پروانه ای، گلوب، دروازه ای و بسیاری موارد دیگر را به فروش می‌رساند.

فرآیند خرید در پیکاتک بسیار ساده و مطمئن است. مشتریان می‌توانند با مراجعه به وب‌سایت ما، اطلاعات کامل محصولات را مشاهده کرده و سفارش خود را به راحتی ثبت کنند. همچنین، کارشناسان ما آماده پاسخگویی به سوالات و ارائه مشاوره‌های فنی می باشند.

تجهیزات اندازه‌گیری دما نقش کلیدی در بهبود کیفیت و ایمنی در صنایع فرآیندی مختلف دارند. نوسانات دما می‌توانند بر کیفیت محصولات، ایمنی کارگران و کارایی فرآیندها تأثیر بگذارند. به همین دلیل، انتخاب تجهیزات مناسب و با کیفیت از اهمیت بالایی برخوردار است.

فروشگاه تخصصی ابزار دقیق پیکاتک انواع تجهیزات اندازه گیری دما از برندهای معتبر مختلف را با بهترین کیفیت، قیمت مناسب به سراسر کشور ارسال می کند. همچنین فروشگاه بزرگ پیکاتک اطلاعات مفصلی درباره هر محصول شامل مشخصات فنی، کاربردها، و مزایای هر تجهیز را ارائه می‌دهد. علاوه بر این کارشناسان پیکاتک به مشتریان کمک می‌کنند تا بهترین گزینه‌ها را با توجه به نیازها و شرایط خاص خود انتخاب کنند.

واحدهای اندازه گیری دما

اندازه گیری دما در صنایع مختلف فرآیندی ضروری است و با استفاده از واحدهای مختلفی اندازه‌گیری می شود. واحدهای رایج اندازه گیری دما عبارتند از:

• درجه سانتی گراد (C): این مقیاس به طور گسترده در کاربردهای تجهیزات ابزار دقیق استفاده می شود. آب در دمای 0 درجه سانتیگراد منجمد می شود و در 100 درجه سانتیگراد در شرایط جوی استاندارد می جوشد. مقیاس سلسیوس مستقیماً با مقیاس کلوین مرتبط است که در آن 0 درجه سانتیگراد معادل 273.15 کلوین می باشد.
• درجه فارنهایت (F): این مقیاس عمدتاً در ایالات متحده استفاده می شود. آب در دمای 32 درجه فارنهایت یخ می زند و در دمای 212 درجه فارنهایت می جوشد. رابطه بین سلسیوس و فارنهایت به گونه ای است که تغییر 1 درجه سانتی گراد معادل تغییر 1.8 درجه فارنهایت است
• کلوین (K): واحد SI دما است که عمدتاً در زمینه های علمی استفاده می شود و از صفر مطلق (0 K) شروع می شود که معادل 273.15- درجه سانتی گراد است. مقیاس کلوین از نماد درجه استفاده نمی کند.

انواع تجهیزات اندازه گیری دما

تجهیزات مکانیکی و الکترونیکی مختلفی جهت نظارت و کنترل بر دمای سیالات تولید می شوند که هر کدام با توجه به کاربرد و ویژگی های سیالات مورد استفاده قرار می گیرند. انواع پرکاربرد تجهیزات اندازه گیری فشار به شرح زیر است:

• دماسنج شیشه ای (الکلی یا جیوه ای)
• گیج دما یا ترمومتر
• سنسور مقاومتی دما 
• ترموکوپل 
• ترانمسیتر دما 
•  سوئیچ دما 
• ترموول 

دماسنج شیشه ای (Glass Thermometer)

دماسنج های شیشه ای یا ترمومترهای شیشه ای از تجهیزات قدیمی اندازه گیری دما به شمار می روند که از انبساط مایع (معمولاً جیوه یا الکل) در یک لوله شیشه ای مدرج برای نشان دادن دما استفاده می کنند. این دماسنج ها با انواع اتصالات افقی (از پشت) و عمودی (از پایین) تولید می شوند.

ترمومترها  معمولا حاوی جیوه یا الکل می باشند که با انبساط یا انقباض درون یک لوله شیشه ای مدرج دمای سیال را اندازه گیری کرده و نمایش می دهند. جیوه به دلیل محدوده دمایی گسترده و انبساط خطی پرکاربردتر است، در حالی که الکل به دلیل ماهیت غیر سمی آن در کاربردهای دمای پایین تر استفاده می شود. همچنین ترمومترهای جیوه ای با محدوده اندازه گیری دمای وسیع، خوانش آسان و دقت اندازه گیری بالاتر، از ترمومترهای الکلی گرانتر می باشند.

گیج دما (Temperature Gauge)

گیج دما یا ترمومتر از پرکاربردترین و رایج ترین تجهیزات اندازه گیری دما در صنایع مختلف است. این تجهیز با مکانیزم کاملاً مکانیکی دمای سیالات مایع، گاز و بخار را اندازه گیری و به صورت محلی در واحدهای درجه سانتی گراد نمایش می دهد. اجزای اصلی تشکیل دهنده گیج دما شامل سنسور یا المنت دما  (Element)، صفحه نمایش (Dial) و قاب (Case) می شود. سنسور اندازه گیری دما در گیج ها  به دو دسته بی‌متال یا دو فلزی (Bimetal ) و گازی (Gas-actuated) تقسیم می‌شوند.

سنسور بی متال براساس اصل انبساط طولی فلزات عمل می‌کند و با تغییرات دما، طول آن تغییر می کند از طرف دیگر، سنسورهای پر شده با گاز خنثی به تغییرات فشار گاز خنثی ناشی از تغییرات دما واکنش نشان می‌دهند و دمای سیالات داخل خطوط لوله یا مخازن را اندازه‌گیری می‌کنند.

استفاده از گیج‌های دمای کپیلاری دار یا دنباله دار به‌خصوص در شرایطی که سنسور با منبع حرارتی فاصله دارد یا دسترسی به منبع گرما ممکن نیست، در صنایع بسیار رایج است. هر یک از انواع این گیج‌ها با توجه به شرایط فرآیندی، گستره دمای قابل اندازه‌گیری، طول و ضخامت استم، متریال استم و بدنه، نوع نصب و سایر پارامترها انتخاب و در صنایع مختلف مورد استفاده قرار می‌گیرند.

سنسور مقاومتی دما (RTD)

سنسورهای دما مقاومتی به دو دسته (PTC (Positive Temperature Coefficien با نام تجاری RTD و NTC (Negative Temperature Coefficient) با نام تجاری ترمیستور تقسیم بندی می‌شوند که در دسته اول با افزایش دمای سیال مقاومت افزایش می یابد و در دسته دوم با افزایش دمای سیال مقاومت کاهش می یابد.

یکی از انواع رایج سنسورهای دمایی، سنسور دمای مقاومتی (Resistance Temperature Detector) یا RTD است. این سنسورها به تغییرات دما بسیار حساس هستند و به عبارت دیگر، تغییر مقاومت در آنها تابعی از تغییرات دما می‌باشد. سیگنال خروجی این سنسورها به صورت سیگنال مقاومتی است و با افزایش دما، مقاومت الکتریکی آنها نیز افزایش می‌یابد. حسگر یا سیم مقاومتی در سنسورهای RTD معمولاً از یک ماده خالص، به‌ویژه از جنس پلاتین، نیکل یا مس ساخته می‌شود.

همه فلزات در هنگام تغییرات دما، تغییراتی در مقاومت الکتریکی خود ایجاد می‌کنند که مقدار این تغییرات به ضریب دمایی فلز وابسته است. همچنین لازم به ذکر است که سنسورهای RTD معمولاً بر اساس مقاومت الکتریکی نام‌گذاری می‌شوند. پلاتین، دقیق‌ترین سنسورهای دمای مقاومت (RTD) را تشکیل می‌دهد، در حالی که نیکل و مس سنسورهایی را تولید می‌کنند که قیمت کمتری دارند اما نیکل و مس به اندازه پلاتین از نظر پایداری و قابلیت تکرار پذیری قابل اعتماد نیستند. RTD های پلاتینیوم در دمای بین -200 تا 600 درجه سانتی‌گراد خروجی خطی و بسیار دقیقی ارائه می‌دهند، اما قیمت آنها به مراتب بیشتر از سنسورهای مس یا نیکل می باشد.

معروف‌ترین سنسور دمای مقاومتی، سنسور PT100 است. به این معنا که سنسور آن از جنس پلاتین بوده و در دمای 0 درجه سانتی‌گراد، مقاومت الکتریکی آن 100 اهم است. سنسورهای دمای مقاومتی در انواع دو سیم، سه سیم و چهار سیم در صنایع مورد استفاده قرار می‌گیرند اما در صنایع فرآیندی، استفاده از سنسورهای سه سیم بسیار رایج‌تر از سایر مدل‌ها است. در این نوع RTD، از افزایش مقاومت کابل‌ها جلوگیری شده و خطای محاسبه کاهش می‌یابد.

ترموکوپل (Thermocouple)

ترموکوپل یا جفت‌های گرمایی یکی از سنسورهای دمایی بسیار رایج و پرمصرف در صنایع به شمار می‌روند. این تجهیزات اندازه‌گیری دما از دو سیم فلزی غیر هم‌جنس تشکیل شده‌اند که در یک نقطه به هم متصل می شوند (نقطه اتصال گرم). هنگامی که در دمای نقطه اتصال گرم تغییراتی ایجاد می‌شود، در دو سر دیگر سیم‌ها ولتاژی در حد چند میلی‌ولت تولید می‌شود. این ولتاژ تولید شده به‌طور مستقیم با میزان دمای سیال مرتبط است و می‌توان آن را با استفاده از جداول مرجع مربوط به ترموکوپل‌ها محاسبه کرد.

در صنایع فرآیندی انواع مختلفی از ترموکوپل‌ها به کار می روند که هر یک از نظر نوع فلز به کار رفته، دامنه قابل اندازه‌گیری، مقاومت، سازگاری با سیالات مختلف، دوام و استحکام ویژگی‌های خاص خود را دارند. ترموکوپل به دو دسته اصلی ترموکوپل‌های فلز پایه (مانند تایپ E، T، K و J) و ترموکوپل‌های فلز قیمتی (مانند تایپ R، S و B) تقسیم می شوند.

این تجهیزات معمولاً در داخل یک غلاف فلزی یا ترموول قرار می‌گیرند تا از آنها در برابر محیط و همچنین اثرات خوردگی محافظت شود. ترموکوپل‌های فلز پایه به دلیل  قیمت مناسب و کاربرد گسترده بسیار پرمصرف هستند اما ترموکوپل‌های فلز قیمتی برای اندازه‌گیری دماهای بسیار بالا در کوره‌های صنعتی و صنایع ذوب آهن و فولاد، مورد استفاده قرار می‌گیرند.

ترانسمیتر دما (Temperature Transmitter)

ترانسمیتر دما از تجهیزات الکترونیکی اندازه گیری دما است که برای تبدیل سیگنالهای میلی ولتی و میلی اهمی از سنسورهای ترموکوپل یا RTD به یک سیگنال الکتریکی استاندارد معمولاً 4 تا 20 میلی آمپر یا سیگنال دیجیتال مانند Modbus یا HART استفاده می شود. ترانسمیتر دما به عنوان واسطه‌ای بین سنسور دما و سیستم کنترل یا نظارت عمل می‌کند. 

بنابراین ترانسیمتر دما سیگنال ورودی از انواع سنسورهای دمایی مانند ترموکوپل و RTD را دریافت می کند و پس از تقویت، نویزگیری و خطی‌سازی، این سیگنال‌ها را به سیگنال‌های استاندارد 4 تا 20 میلی‌آمپر یا 0 تا 5 ولت تبدیل می‌کند. این سیگنال‌های استاندارد متناسب با سیستم‌های کنترلی هستند و به سادگی قابل استفاده می‌باشند.

استفاده مستقیم از سنسورهای دمایی به سیستم‌های کنترلی مانند PLC و DCS ممکن است مشکلات و چالش‌هایی از جمله ایجاد مقاومت اضافی، هزینه‌های بالای سیم‌کشی و دیگر موارد را به همراه داشته باشد که تأثیرات منفی بر دقت و قابلیت اطمینان سیگنال سنسور دارد. به همین دلیل به کارگیری ترانسیمتر دما می‌تواند باعـث حـل ایـن مشکلات، افزایـش دقـت همچنیـن کاهـش خطاهـای انـدازه گیـری در فرآیندهـای صنعتـی شود. ترانسیمترهای دما در انواع مختلفی از جمله هدمونت، ریل‌مونت و فیلدمونت تولید می‌شوند.

ترانسیمترهای دما هدمونت به صورت یک مغزی کوچک در داخل هوزینگ کلگی قرار می‌گیرند. ترانسیمترهای دما ریل‌مونت به صورت کارت طراحی شده و برای نصب مطابق با استاندارد DIN مناسب هستند. ترانسیمترهای دمای فیلدمونت شامل یک مجموعه یکپارچه سنسور دما، ترانسیمتر و نمایشگر می‌ باشند و قابلیت نمایش مقادیر اندازه‌گیری شده را دارند. این ترانسیمترها با توجه به دقت، محدوده اندازه‌گیری، شرایط و استانداردهای محیط و فرآیند طراحی و مورد استفاده قرار می‌گیرند.

سوئیچ دما (Temperature switch)

سوئیچ دما یا ترموسوئیچ یکی از تجهیزات حفاظتی و کنترلی دما در فرآیندهای صنعتی است. این تجهیزات دمای سیال یا فرآیند را در یک بازه مشخص و تعریف شده نگه می‌دارند و از افزایش دما فراتر از حد مجاز (Set Point) یا کاهش آن جلوگیری می‌کنند. پس از رسیدن به این حد مجاز، سوئیچ دما مانند سایر تجهیزات حفاظتی، یک کنتاکت الکتریکی را قطع یا وصل می‌کند.

به عبارت دیگر هنگامی که دما به مقدار تعیین شده می‌رسد، سوئیچ الکتریکی فعال می‌شود و وضعیت یک مدار الکتریکی تغییر می‌کند (از حالت عادی باز به حالت عادی بسته یا بالعکس). این تجهیزات وظیفه نظارت بر دمای ماشین آلات و تجهیزات را بر عهده دارند و برای محدود کردن دما مورد استفاده قرار می گیرند.

سوئیچ‌های دما در انواع مختلف مکانیکی و الکترونیکی تولید می شوند. انواع مکانیکی سوئیچ‌های دما شامل سنسورهای بی‌متال (دوفلزی) و گازی هستند که با یک مکانیزم کاملاً مکانیکی عمل قطع و وصل سوئیچ را انجام می‌دهند. از سوی دیگر، سوئیچ‌های دمای الکترونیکی معمولاً دارای سنسورهای دما از نوع مقاومتی PT100 می باشند.

سوئیچ های الکترونیکی دقت بالاتری نسبت به مکانیکی دارند و در آنها کاربر می تواند مقدار حد را تغییر دهد و چندین نقطه سوئیچ را تنظیم کند. تغییر دما درسنسور اندازه‌گیری به یک سیگنال سوئیچینگ یا سیگنال الکتریکی تقویت شده تبدیل می‌شود. این سیگنال الکتریکی متناسب با دمای سیالات تغییر می‌کند و بر این اساس  برای تعیین دما مورد بررسی قرار می گیرد.

ترموول (Thermowell)

یکی از مهمترین تجهیزات جانبی دما ترموول است که به منظور حفاظت از سنسورهای دمایی مورد استفاده قرار می گیرد. با توجه به قطر باریک سنسورهای دمایی و همچنین واکنش‌های فرآیندی نظیر خوردگی سیال و فشار و سرعت بالای سیالات در خطوط لوله، احتمال آسیب‌دیدگی سنسورهای دما بسیار بالا است. به همین دلیل، ترموول‌ها وظیفه محافظت از سنسورهای مقاومتی، ترموکوپل‌ها و گیج‌های دما را در برابر آسیب‌های فیزیکی بر عهده دارند.

استفاده از ترموول‌ها همچنین امکان جایگزینی سنسورهای دما را بدون ایجاد توقف در فرآیند فراهم می‌کند. ترموول این اطمینان را می‌دهد که در حین اجرای فرآیند، بدون هیچگونه قطع و توقف، می‌توان سنسور دما را برای تعمیر از روی خط لوله باز کرده یا آن را با سنسور دمای دیگری جایگزین کرد. ترموول‌ها یک غلاف فلزی به شکل لوله استوانه‌ای هستند که از یک سمت بسته و در داخل خط لوله یا مخزن قرار می‌گیرند و از سمت دیگر باز و دارای اتصال فلنجی، دنده‌ای یا جوشی هستند که محل اتصال سنسور دما به ترموول است.

عملکرد ترموول به این صورت می باشد که لوله حفاظتی دما، سنسور را از سیال جدا می‌کند. در نتیجه، سنسور دما تحت تأثیر مستقیم جریان فرآیندی قرار نخواهد گرفت و از تخریب سریع آن جلوگیری می شود. این تجهیزات بر اساس شرایط فرآیندی و نوع سیال از متریال‌ مختلفی مانند استیل 316، مونل، هستلوی و غیره تولید می‌شوند. در این تجهیزات دمای سیال از طریق دیواره ترموول به سنسور دما منتقل می‌شود و به این ترتیب سنسور در معرض دمای سیال و فرآیند قرار می‌گیرد.

برندهای مطرح تجهیزات اندازه گیری دما

• ای بی بی ABB
• دانفوس DANFOSS
• اندرس هاوزر ENDRESS+HAUSER
• فاکسبرو FOXBORO
• ایندومارت INDUMART
• نوافیما NUOVA FIMA
• پکنز PAKKENS
• روزمونت ROSEMOUNT
• سامسون SAMSON
• زیمنس SIEMENS
• ویکا WIKA
• یوکوگاوا YOKOGAWA

عوامل موثر بر قیمت تجهیزات اندازه گیری دما

تجهیزات اندازه‌گیری دما نقش حیاتی در صنایع مختلف دارند و انتخاب مناسب آن‌ها می‌تواند تأثیر زیادی بر کیفیت و دقت فرآیندها داشته باشد. در ادامه به بررسی عوامل مختلفی که می‌توانند بر قیمت این تجهیزات تأثیر بگذارند، می‌پردازیم:

1. نوع و کیفیت تجهیزات: تجهیزات اندازه‌گیری دما در انواع مختلفی مانند سنسورهای مقاومتی (RTD)، ترموکوپل‌ها و ترانسمیترها تولید می‌شوند. هر یک از این آنها ویژگی‌ها و کاربردهای خاص خود را دارند. به عنوان مثال، سنسورهای مقاومتی معمولاً برای دماهای پایین تا متوسط مناسب هستند و دقت بالایی دارند، در حالی که ترموکوپل‌ها برای دماهای بسیار بالا و شرایط سخت مناسب‌ترند. کیفیت ساخت و مواد به کار رفته در این تجهیزات نیز می‌تواند تأثیر زیادی بر قیمت نهایی داشته باشد.

2. دقت و دامنه اندازه‌گیری: دقت یکی از مهم‌ترین فاکتورها در انتخاب تجهیزات اندازه‌گیری دما است. تجهیزاتی که دارای دقت بالا و دامنه وسیع‌تری از اندازه‌گیری هستند، معمولاً با قیمت بالاتری عرضه می‌شوند. همچنین محدوده اندازه گیری این تجهیزات نیز می‌تواند بر قیمت تأثیرگذار باشد؛ سنسورهایی که می‌توانند در دماهای بسیار پایین یا بسیار بالا کار کنند، معمولاً گران‌تر هستند.

3. ویژگی‌های اضافی: وجود ویژگی‌های اضافی مانند قابلیت اتصال به شبکه، نمایشگر دیجیتال، قابلیت ثبت و ذخیره داده‌ها و نرم‌افزارهای مرتبط می‌تواند قیمت تجهیزات را به طور قابل توجهی افزایش دهد. این ویژگی‌ها می‌توانند به بهبود کارایی و راحتی استفاده از تجهیزات کمک کنند، اما در عین حال هزینه‌های اضافی را نیز به همراه دارند. به عنوان مثال، تجهیزاتی که امکان مانیتورینگ از راه دور را فراهم می‌کنند، معمولاً قیمت بالاتری دارند.

4. متریال: مواد مورد استفاده در ساخت بدنه و سنسور تجهیزات دما می تواند به طور قابل توجهی بر دوام و قیمت تأثیر بگذارد. به عنوان مثال برای ساخت تجهیزات دمای مورد استفاده در محیط های سخت فرآیندی ممکن است از مواد مقاوم تری مانند استنلس استیل استفاده کنند.

5. برند و تولیدکننده: برند و تولیدکننده تجهیزات نیز از عوامل مهم مؤثر بر قیمت هستند. برندهای معتبر و شناخته‌شده معمولاً قیمت‌های بالاتری دارند، زیرا به دلیل تجربه و سابقه خود در بازار، کیفیت و قابلیت اعتماد بیشتری را ارائه می‌دهند. همچنین، خدمات پس از فروش و گارانتی‌های ارائه شده توسط برندهای معتبر می‌تواند به ارزش افزوده محصولات آن‌ها کمک کند.

در نهایت انتخاب تجهیزات اندازه‌گیری دما نیازمند توجه به عوامل متعددی است که می‌توانند بر قیمت و عملکرد آن‌ها تأثیر بگذارند. با در نظر گرفتن نوع تجهیزات، دقت، فناوری، ویژگی‌های اضافی و برند تولیدکننده، می‌توان بهترین گزینه را با توجه به نیازهای خاص خود انتخاب کرد.