كيف يتم قياس درجة حرارة الهواء؟

تُعرَّف درجة الحرارة بأنها مستوى طاقة المادة الذي يمكن إثباته من خلال بعض التغييرات في هذه المسألة ولكن كيف يتم قياس درجة حرارة الهواء؟
وتأتي مستشعرات قياس درجة الحرارة في مجموعة متنوعة ولديها شيء واحد مشترك: جميعها تقيس درجة الحرارة من خلال استشعار بعض التغيير في خاصية فيزيائية.

استشعار قياس درجة الحرارة:

هناك سبع أنواع اساسية لأجهزة استشعار قياس درجة الحرارة التي تمت مناقشتها هنا هي المزدوجات الحرارية وأجهزة درجة الحرارة المقاومة (RTDs ، والثرمستورات) ومشعات الأشعة تحت الحمراء والأجهزة ثنائية المعدن وأجهزة التمدد السائل والتغير الجزيئي للحالة ، وثنائيات السيليكون.

1. المزدوجات الحرارية

المزدوجات الحرارية هي أجهزة جهد تشير إلى قياس درجة الحرارة مع تغير الجهد. مع ارتفاع درجة الحرارة ، يرتفع جهد الخرج للمزدوجة الحرارية - وليس بالضرورة خطيًا.
غالبًا ما توجد المزدوجة الحرارية داخل درع معدني أو خزفي يحميها من التعرض لمجموعة متنوعة من البيئات، كما تتوفر مزدوجات حرارية مغلفة بالمعادن مع العديد من أنواع الطلاءات الخارجية ، مثل التفلون ، للاستخدام الخالي من المتاعب في الأحماض والمحاليل الكاوية القوية

2. أجهزة قياس درجة الحرارة المقاومة

أجهزة قياس درجة الحرارة المقاومة كهربائية أيضًا وبدلاً من استخدام الجهد كما تفعل المزدوجة الحرارية ، فإنها تستفيد من خاصية أخرى للمادة التي تتغير مع درجة الحرارة - مقاومتها.

وهناك نوعان من أجهزة المقاومة التي نتعامل معها في شركة OMEGA Engineering، Inc. في ستامفورد ، كونيتيكت ، هما الأجهزة المعدنية المقاومة للحرارة (RTDs) والثرمستورات.
 بشكل عام ، تكون أجهزة RTD خطية أكثر من المزدوجات الحرارية. تزداد في اتجاه إيجابي مع ارتفاع المقاومة مع ارتفاع درجة الحرارة. 

3. مجسات الأشعة تحت الحمراء

مستشعرات الأشعة تحت الحمراء هي أجهزة استشعار غير متصلة على سبيل المثال إذا قمت بوضع مستشعر الأشعة تحت الحمراء في مقدمة مكتبك دون ملامسة فسوف يخبرك المستشعر بدرجة حرارة المكتب بحكم إشعاعه على الأرجح 68 درجة فهرنهايت في درجة حرارة الغرفة العادية.
في القياس غير الملامس لماء الجليد ، سيقيس أقل قليلاً من 0 درجة مئوية بسبب التبخر ، مما يقلل قليلاً من قراءة درجة الحرارة المتوقعة.
تشمل القيود وقت استجابة بطيئًا نسبيًا.

لذلك إذا كان لديك ارتفاع في درجة الحرارة يرتفع ثم ينخفض ​​بسرعة كبيرة فقد لا تكون هناك استجابة مرئية والدقة أيضًا ليست عالية كما هو الحال مع معظم الأجهزة الأخرى الأكثر استخدامًا في الصناعة.

ومع ذلك في مجال التطبيق حيث تحتاج إلى إشارة غير عكسية لا تتطلب طاقة كهربائية ، فهي عملية للغاية.
 
تعمل الملصقات الأخرى القابلة للانعكاس على مبدأ مختلف تمامًا باستخدام شاشة عرض بلورية سائلة، يتغير العرض من اللون الأسود إلى اللون البني أو الأزرق أو الأخضر ، حسب درجة الحرارة التي تم تحقيقها.
 
على سبيل المثال: الملصق النموذجي كله أسود عندما يكون أقل من درجات الحرارة التي يتم استشعارها ومع ارتفاع قياس درجة الحرارة ، سيظهر اللون.

مثال: في بقعة 33 درجة فهرنهايت - أولاً باللون الأزرق ، ثم الأخضر ، وأخيراً باللون البني أثناء مروره عبر درجة الحرارة المحددة. في أي جهاز بلوري سائل معين سترى عادةً بقعتين لونيتين متجاورتين - واحدة زرقاء أقل بقليل من مؤشر درجة الحرارة والبنية أعلى قليلاً.

ويتيح لك هذا تقدير درجة الحرارة ، على سبيل المثال ، بين 85 درجة و 90 درجة فهرنهايت.
شاهد أيضاً: لماذا تتغير درجة حرارة الهواء أثناء النهار؟

على الرغم من أنه ليس دقيقًا تمامًا ، إلا أنه يتمتع بمزايا كونه مؤشرًا صغيرًا وقويًا وغير كهربائي يعمل على تحديث قياس درجة الحرارة باستمرار.

4. الأجهزة ثنائية المعدن

تستفيد الأجهزة ثنائية المعدن من تمدد المعادن عند تسخينها في هذه الأجهزة يتم ربط معدنين معًا وربطهما ميكانيكيًا بمؤشر.

وعند التسخين سوف يتمدد جانب واحد من الشريط المعدنين أكثر من الآخر وعندما يتم توجيهه بشكل صحيح إلى مؤشر ، يشار إلى قياس درجة الحرارة.
مزايا الأجهزة ثنائية المعدن هي قابلية النقل والاستقلال عن مصدر الطاقة. ومع ذلك ، فهي عادةً ليست دقيقة تمامًا مثل الأجهزة الكهربائية ، ولا يمكنك بسهولة تسجيل قيمة درجة الحرارة كما هو الحال مع الأجهزة الكهربائية مثل المزدوجات الحرارية أو RTDs ؛ لكن قابلية النقل ميزة أكيدة للتطبيق الصحيح.

5. موازين الحرارة

موازين الحرارة هي أجهزة تمدد سائلة معروفة جيدًا تستخدم أيضًا لقياس درجة الحرارة بشكل عام تأتي في تصنيفين رئيسيين: نوع الزئبق والنوع العضوي ، عادة الأحمر ، السائل. التمييز بين الاثنين ملحوظ ، لأن أجهزة الزئبق لها قيود معينة عندما يتعلق الأمر بكيفية نقلها أو شحنها بأمان.
ويعتبر الزئبق ملوثًا بيئيًا ، لذلك يمكن أن يكون الكسر خطيرًا وتأكد من مراجعة القيود الحالية المفروضة على النقل الجوي لمنتجات الزئبق قبل الشحن.

6. مجسات تغيير الحالة

تقوم مستشعرات درجة حرارة تغير الحالة بقياس ذلك بالضبط، تغيير في حالة مادة ناتج عن تغير في درجة الحرارة، كما هو الحال في التغيير من الجليد إلى الماء ثم إلى البخار. تكون الأجهزة المتاحة تجاريًا من هذا النوع في شكل ملصقات أو حبيبات أو أقلام تلوين أو ورنيش.
على سبيل المثال: يمكن استخدام الملصقات على مصائد البخار عندما يحتاج المصيدة إلى تعديل تصبح ساخنة بعد ذلك ستشير النقطة البيضاء الموجودة على الملصق إلى ارتفاع درجة الحرارة بالتحول إلى اللون الأسود.

وتظل النقطة سوداء ، حتى إذا عادت درجة الحرارة إلى طبيعتها وتشير تسميات تغيير الحالة إلى قياس درجة الحرارة بالدرجة فهرنهايت ودرجة مئوية.

ومع هذه الأنواع من الأجهزة تتحول النقطة البيضاء إلى اللون الأسود عند تجاوز درجة الحرارة الموضحة وهو عبارة عن مستشعر غير قابل للانعكاس يظل أسود بمجرد أن يتغير لونه.

وتُعد ملصقات درجات الحرارة مفيدة عندما تحتاج إلى تأكيد أن درجة الحرارة لم تتجاوز مستوى معينًا ، ربما لأسباب هندسية أو قانونية أثناء الشحن. نظرًا لأن أجهزة تغيير الحالة غير كهربائية مثل الشريط ثنائي المعدن ، فإنها تتمتع بميزة في تطبيقات معينة.

بعض أشكال هذه المجموعة من المستشعرات (ورنيش وأقلام تلوين) لا تغير لونها ؛ العلامات التي صنعوها تختفي ببساطة. يصبح إصدار الحبيبات مشوهًا بصريًا أو يذوب تمامًا.

7. صمام ثنائي السيليكون

مستشعر الصمام الثنائي للسيليكون هو جهاز تم تطويره خصيصًا لمدى درجة الحرارة المبردة. في الأساس ، هي عبارة عن أجهزة خطية حيث تزداد موصلية الصمام الثنائي خطيًا في المناطق منخفضة التبريد.
مهما كان المستشعر الذي تختاره ، فمن غير المحتمل أن يعمل بمفرده نظرًا لأن معظم خيارات المستشعر تتداخل في نطاق ودقة درجة الحرارة ، فإن اختيار المستشعر سيعتمد على كيفية دمجه في النظام.