اصطلاحات مربوط به دماسنج ها و نحوه‌ی صحیح استفاده از آن‌ها

در گذشته و در سری مقالات “ترمومتر چیست و به چه منظور مورد استفاده قرار می‌گیرد؟” ،”معرفی انواع ترمومترها-قسمت اول” و “معرفی انواع ترمومترها-قسمت دوم” سعی کردیم تا اطلاعات جامعی در مورد کاربرد دماسنج، انواع دماسنج و تاریخچه‌ی اختراع و تکامل آن به شما ارائه دهیم. در این مقاله قصد داریم تا شما را با اصطلاحات متداول در ترمومترهای مایع در شیشه آشنا کرده و نحوه‌ی خوانش و استفاده‌ی صحیح از آن‌ها را به شما توضیح دهیم. در ادامه با ما همراه باشید.

غوطه‌وری در دماسنج های مایع در شیشه

دماسنج های نوع “مایع در شیشه” که قبل‌تر در مقاله‌ی “معرفی انواع ترمومتر ها – قسمت اول” به آن پرداخته شده است، به لحاظ غوطه‌وری در سه دسته‌ی اصلی طبقه‌بندی می‌شود.

•  غوطه‌وری نسبی
• غوطه‌وری کامل
• غوطه‌وری کلی

غوطه‌وری نسبی (جزئی) (Partial Immersion)

یک دماسنج با غوطه‌وری نسبی (جزئی)، تا نقطه‌ی مشخصی در محیط فرو بُرده می‌شود. این دماسنج ها کمترین دقت را در میان ترمومترهای مایع در شیشه دارند. زیرا دمای ساقه و مایع درون لوله موئین در بالای خط غوطه‌وری، تفاوت قابل‌توجهی با دمای قسمت غوطه‌وری دارد.

از آنجایی‌که ساقه با دما‌های مختلفی در تماس است، سبب تغییر در قطر لوله مویین شده که سبب تاثیرگذاشتن روی ستون مایع در بالای سطح می‌شود. از آنجایی‌که مقدار خطای ایجاد شده، به نوع کاربرد خاص وابسته است، راهی برای جلوگیری یا جبران این مشکل به وسیله کالیبراسیون وجود ندارد.

این ترمومترها به گونه‌ای طراحی و درجه‌بندی شده‌اند که برای نشان‌دادن دمای واقعی، باید مقدار مشخصی از ستون مایع، در معرض دمایی که می‌خواهیم اندازه‌گیری نماییم، قرار بگیرد.

غوطه‌وری کلی (Total Immersion)

یک دماسنج با غوطه‌وری کلی، باید در همان سطحی که خوانده می‌شود، درون محیط مورد سنجش قرارگیرد. این ترمومترها به گونه‌ای طراحی و درجه‌بندی شده‌اند که برای نشان‌دادن دمای واقعی، باید قسمت مخزن و ستون مایع، در برابر دمایی که می‌خواهیم اندازه‌گیری کنیم، قرار بگیرند. در عمل، یک قسمت کوتاه از ستون مایع (حدود ۱/۵ سانتی‌متر) مجاز است که خارج از محیط اندازه‌گیری باشد.

اگر دماسنجی با غوطه‌وری کامل تا حد لازم غوطه‌ور نشود، در میزان دمای قرائت شده، خطا ایجاد می‌شود. مقدار خطا به دمایی که شما دارید آن را می‌سنجید و مقداری از دما‌سنج که باید غوطه‌ور باشد ولی خارج محیط قرار دارد، وابسته است.

غوطه‌وری کامل (Complete Immersion)

یک دماسنج با غوطه‌وری کامل، به صورت کامل درون محیط مورد سنجش قرار می‌گیرد. این ترمومتر به ندرت مورد استفاده قرار می‌گیرد. بیشتر ترمومترها با غوطه‌وری کامل، می‌توانند به صورت غوطه‌وری کلی نیز استفاده شوند. مثلا در داخل فریزر، یخچال یا انکوباتور.

دقت هر دماسنج به نحوه ساخت، استفاده ،کالیبراسیون و درجه‌بندی آن وابسته است. ذکر این نکته لازم است که هر چقدر عمق غوطه‌وری یک ترمومتر بیشتر باشد، دقت آن نیز بیشتر است.

چگونه می‌توان تفاوت بین غوطه‌وری دماسنج ها را تشخیص داد؟

ترمومترهای با غوطه‌وری نسبی (جزئی): خط غوطه‌وری یک راه ساده و آسان برای تشخیص است. دماسنج را باید تا این خط غوطه‌ور نمود تا دمای صحیح را نشان بدهد. البته باید توجه داشت که بعضی از ترمومترها خط غوطه‌وری ندارند.

ترمومترهای با غوطه‌وری کامل: این دماسنج ها اغلب کمی ضخیم‌تر هستند. بعضی از کارخانه‌ها در پشت ترمومتر، عبارت غوطه‌وری کامل (Total Immersion) را درج می‌کنند.

اگر چیزی برای مشخص‌شدن وجود نداشته باشد، شما باید فرض کنید که دماسنج جهت غوطه‌وری کامل طراحی شده است.

تصحیح اعداد خوانده شده در دماسنج ها

الف) اگر از یک دماسنج با غوطه‌وری کامل به صورت غوطه‌وری نسبی (جزئی) استفاده کنیم، برای تصحیح دمای خوانده شده باید از فرمول زیر استفاده کنیم:

(Correction = K × n × (T-t

که در آن:

K: ترکیب ضریب انبساط مایع و شیشه ترمومتر است.

K برای ترمومتر جیوه‌ای C°:ء   k=0/00016

K برای ترمومتر جیوه‌ای F°:ء   K=0/00009

K برای ترمومتر الکلی C°:ء         K=0/001

K برای ترمومتر الکلی F°:ء       K=0/0006

n: فاصله درجه‌بندی بین جایی که ترمومتر غوطه‌ور شده تا دمایی که دماسنج نشان می‌دهد. مثلا اگر ترمومتر با غوطه‌وری کامل را تا اندازه ۳۱ درجه غوطه‌ور نماییم و دمای ۹۱ درجه را نشان دهد، ۶۰=۳۱-۹۱=n  است.

T: دمایی که ترمومتر دارد نشان می‌دهد.

t: متوسط دمای ستون مایع بیرون آمده. اندازه‌‎گیری این دما مشکل است و احتمال بروز خطاهای محاسباتی زیاد است.

برای به دست‌آوردن این عدد، از یک دماسنج غوطه‌وری کامل دیگر استفاده کنید. مخزن این ترمومتر را در وسط  فاصله بین سطح مایع و دمایی که ترمومتر اول نشان می‌دهد‌، قرار دهید (نصف اندازه a در شکل زیر). دمایی که دماسنج دوم نشان می‌دهد، دمای متوسط ستون مایع بیرون آمده است.

هرچه دمایی که می‌خواهیم اندازه بگیریم بیشتر باشد، میزان خطا هم بیشتر است. میزان خطا در ترمومتر الکلی‌، بیشتر از ترمومتر جیوه‌ای است.

ب‌) اگر از یک دماسنج با غوطه‌وری نسبی (جزئی) در حالت غوطه‌وری کامل استفاده می‌کنید، برای تصحیح دمای خوانده شده، باید از فرمول زیر استفاده نمود:

(Correction = K × n × (t _s –t _o

که در آن:

K: ترکیب ضریب انبساط مایع و شیشه ترمومتر است.

n: تفاوت دما بین خط غوطه‌وری تا جایی که دماسنج نشان می‌دهد.

t _o: دمایی که ترمومتر نشان می‌دهد.

t _s: دمای معین ستون مایع بیرون آمده بر اساس ASTM E – ۱، این دما برای دماسنج های ASTM برابر با ۲۵ و برای ترمومترهای غیر ASTMء، ۲۳ است.

جدا شدن ستون مایع درون دماسنج

تمام انواع مایعات استفاده شده درون ترمومتر می‌توانند به صورت طبیعی دچار انقطاع و بریدگی شوند. این جدایش می‌تواند در اثر شرایط حمل‌ونقل، شرایط محیطی نامناسب، یا روش کارکرد غیرصحیح اتفاق بیافتد. اگر ترمومتر درون انبار به صورت افقی نگهداری شود، ممکن است سبب جدایش ستون مایع شود. بنابراین بهتر است دماسنج را به صورت عمودی (به صورتی‌که مخزن آن در پایین باشد) نگهداری نمائید.

روش‌های برطرف نمودن جدایش در ستون مایع

 الف) روش سرد کردن

مخزن دماسنج را در مخلوطی از یخ خشک و نمک یا مخلوط یخ خشک و الکل قرار دهید. ترمومتر را به صورت عمودی نگه‌دارید تا تمام مایعات درون ستون به مخزن منتقل شوند. سپس ترمومتر را در یک قوس کوتاه، تاب دهید تا مطمئن‌شوید تمام مایع به حباب وارد شده است. سپس دماسنج را به صورت عمودی در دمای محیط نگه دارید.

ب) روش گرم‌کردن

مخزن ترمومتر را به آرامی گرم نمایید (هرگز از شعله مستقیم استفاده نکنید) تا قسمت‌های جدا شده و قسمتی از مایع ستون وارد مخزن انبساط شوند. هرگز مخزن انبساط را به‌صورت کامل پُر نکنید زیرا  فشار زیاد سبب ترکیدن دماسنج می‌شود. به آرامی به ترمومتر ضربه بزنید تا ستون مایع یکپارچه شود. سپس دماسنج را به صورت ایستاده نگه‌داشته و اجازه دهید که به آرامی خنک شود.