دماسنج های دو فلزی: چگونه کار می کنند و کجا استفاده می شوند

دماسنج دو فلزی چیست و چگونه کار می کند

الف دماسنج دو فلزی یک ابزار مکانیکی اندازه گیری دما است که بر اساس اصل انبساط حرارتی دیفرانسیل کار می کند. از دو فلز مختلف - معمولاً فولاد و مس، یا فولاد و برنج - تشکیل شده است که در تمام طول خود به یکدیگر متصل می شوند تا یک نوار کامپوزیت واحد را تشکیل دهند. از آنجایی که فلزات مختلف هنگام قرار گرفتن در معرض تغییرات دما با سرعت‌های متفاوتی منبسط و منقبض می‌شوند، نوار پیوندی در پاسخ به گرما خم می‌شود یا سیم پیچ می‌شود و این حرکت فیزیکی به خواندن دما روی صفحه کالیبره شده تبدیل می‌شود.

عنصر اصلی درون یک دماسنج دو فلزی سیم پیچ یا مارپیچ دو فلزی است. در دماسنج‌های دو فلزی نوع صفحه‌ای، نوار فلزی به یک سیم پیچ محکم مارپیچی یا مارپیچ پیچیده می‌شود. یک سر ثابت است، در حالی که طرف دیگر به یک اشاره گر روی صفحه شماره گیری متصل است. با افزایش دما، سیم پیچ کمی باز می شود و نشانگر را در جهت عقربه های ساعت می چرخاند. با کاهش دما، سیم پیچ سفت می شود و نشانگر را در جهت مخالف حرکت می دهد. این مکانیسم ساده و زیبا به هیچ منبع تغذیه خارجی، بدون وسایل الکترونیکی و باتری نیاز ندارد، و دماسنج های دو فلزی را برای نظارت مداوم دما در محیط های پر تقاضا بسیار قابل اعتماد می کند.

اجزای اصلی یک دماسنج دو فلزی

درک ساختار یک دماسنج دو فلزی به کاربران کمک می کند ابزار مناسب را برای کاربرد خود انتخاب کنند و در طول زمان به درستی آن را حفظ کنند. اجزای اصلی با هم کار می کنند تا از خوانش دماهای دقیق و قابل تکرار در یک محدوده اندازه گیری تعریف شده اطمینان حاصل کنند.

• عنصر حسگر دو فلزی: قلب ابزار - یک نوار سیم پیچ یا مارپیچ از دو فلز پیوند خورده با ضرایب انبساط حرارتی به طور قابل توجهی متفاوت است. هر چه اختلاف نرخ انبساط بیشتر باشد، حساسیت دماسنج بیشتر می شود.
• ساقه: لوله فلزی که عنصر حسگر را در خود جای می دهد و در محیط مورد اندازه گیری قرار می گیرد - خواه لوله، ظرف، اجاق، یا هوای محیط. طول ساقه به طور گسترده ای متفاوت است، از 63 میلی متر برای کاربردهای روی سطح تا بیش از 500 میلی متر برای غوطه وری در مخزن عمیق.
• صفحه شماره گیری و اشاره گر: مقیاس مدور مدرج که در آن دما نمایش داده می شود. قطر صفحه معمولاً از 40 میلی متر تا 150 میلی متر متغیر است و صفحه های بزرگتر خوانایی راحت تری در فاصله دارند. اشاره گر مستقیماً به انتهای آزاد عنصر دو فلزی متصل است.
• قاب و قاب: محفظه محافظ، معمولا از فولاد ضد زنگ یا پلاستیک ABS ساخته شده است که مکانیسم صفحه را در بر می گیرد. کیس های درجه صنعتی اغلب به IP65 یا IP67 برای مقاومت در برابر گرد و غبار و آب درجه بندی می شوند.
• اتصال فرآیند: اتصالی در پایه ساقه که دماسنج را به لوله ها، مخازن یا تجهیزات متصل می کند. انواع اتصالات رایج شامل اتصالات رزوه ای NPT، رزوه ای BSP و اتصالات فلنجی در موادی مانند برنج یا فولاد ضد زنگ است.

انواع دماسنج دو فلزی با جهت گیری شماره گیری

دماسنج‌های دو فلزی در چندین پیکربندی تولید می‌شوند تا جهت‌گیری‌های مختلف نصب و محدودیت‌های فضایی را در خود جای دهند. انتخاب نوع صحیح اطمینان حاصل می کند که صفحه خوانا و ساقه به درستی نسبت به نقطه اتصال فرآیند قرار گرفته است.

دماسنج های متصل به پشت (محوری).

در دماسنج های دو فلزی متصل به پشت یا محوری، اتصال فرآیند در پشت صفحه قرار دارد و ساقه به طور مستقیم به سمت بیرون در راستای صفحه صفحه امتداد می یابد. این پیکربندی برای تاسیساتی که دماسنج مستقیماً روی دیوار، پانل یا انتهای لوله نصب می‌شود، ایده‌آل است و صفحه باید مستقیماً رو به ناظر باشد. انواع محوری به طور گسترده در سیستم های HVAC، آبگرمکن ها و ابزار دقیق نصب شده روی پانل استفاده می شود.

دماسنج های متصل به پایین (شعاعی).

دماسنج های دو فلزی متصل به پایین یا شعاعی دارای اتصال فرآیندی در پایین محفظه صفحه هستند، با ساقه عمود بر صفحه صفحه صفحه. این باعث می شود آنها را برای قرار دادن در بالای یا کنار لوله ها و ظروف که در آن صفحه باید از بالا یا از پهلو قابل خواندن باشد، مناسب می کند. انواع شعاعی یکی از متداول‌ترین پیکربندی‌ها در کاربردهای لوله‌کشی فرآیند هستند.

الفdjustable Angle Thermometers

الفdjustable angle bimetallic thermometers allow the dial head to be rotated through 360 degrees and locked at any desired angle relative to the stem. This flexibility makes them highly practical in complex piping layouts where the installation angle is constrained, ensuring the dial always faces an accessible reading position regardless of the pipe orientation.

الفccuracy, Measurement Range, and Performance Specifications

دماسنج های دو فلزی در طیف وسیعی از بازه های دما و کلاس های دقت موجود هستند. درک مشخصات برای تطبیق ابزار با الزامات یک برنامه کاربردی ضروری است.

دقت دماسنج های دو فلزی به طور کلی به صورت درصدی از دهانه در مقیاس کامل بیان می شود. برای دماسنج هایی با محدوده 0-200 درجه سانتی گراد و دقت کلاس 1، حداکثر خطای مجاز 2± درجه سانتی گراد است. در حالی که این دقت کمتر از دماسنج های مقاومتی پلاتین (RTD) یا ترموکوپل ها در تنظیمات آزمایشگاهی است، اما برای اکثر برنامه های نظارت صنعتی و تجاری که سادگی، دوام و مقرون به صرفه بودن الزامات اولیه هستند، کاملاً کافی است.

کاربردهای صنعتی و تجاری دماسنج های دو فلزی

دماسنج های دو فلزی در طیف وسیعی از صنایع مستقر هستند. استحکام، استقلال از منابع تغذیه و سهولت نصب، آنها را به انتخاب پیش‌فرض برای نشان‌دهنده دمای محلی در محیط‌های بی‌شماری فرآیند تبدیل می‌کند.

تهویه مطبوع و خدمات ساختمان

در سیستم های گرمایش، تهویه و تهویه مطبوع، از دماسنج های دو فلزی برای نظارت بر دمای آب تامین و برگشت در بویلرها، چیلرها و مبدل های حرارتی استفاده می شود. آنها مستقیماً در سه راهی لوله یا چاه های غوطه وری نصب می شوند و بازخوانی مداوم دمای محلی را بدون نیاز به زیرساخت های الکتریکی ارائه می دهند. عمر طولانی آنها - اغلب بیش از 20 سال با حداقل تعمیر و نگهداری - آنها را برای تاسیسات خدمات ساختمانی که دسترسی به خدمات محدود است ایده آل می کند.

فرآوری مواد غذایی و آشپزخانه های تجاری

دماسنج های دو فلزی به طور گسترده در کارخانه های فرآوری مواد غذایی و آشپزخانه های تجاری برای بررسی دمای پخت، نگهداری و سرد شدن استفاده می شود. دماسنج های کاوشگر دو فلزی نوع ساقه مستقیماً در محصولات غذایی قرار می گیرند تا اطمینان حاصل شود که دمای داخلی ایمن رسیده است - به عنوان مثال، 75 درجه سانتیگراد برای طیور پخته شده. پاسخ مکانیکی خواندن فوری، سهولت تمیز کردن و عدم وجود باتری، آنها را به ابزاری کاربردی برای رعایت ایمنی مواد غذایی در محیط‌های با توان بالا تبدیل می‌کند.

نفت، گاز و فرآوری شیمیایی

در پالایشگاه‌های نفت، کارخانه‌های پتروشیمی و تأسیسات فرآوری شیمیایی، دماسنج‌های دو فلزی دمای خط لوله، عملکرد مبدل حرارتی و محتویات کشتی را در طیف وسیعی از شرایط عملیاتی کنترل می‌کنند. ابزارها در این محیط‌ها معمولاً با پایه‌ها و بدنه‌های فولادی ضد زنگ، سازگاری ترموول برای جداسازی فشار، و صفحه‌های پر از مایع برای خنثی کردن نوسان نشانگر ناشی از ارتعاش مشخص می‌شوند - یک چالش رایج در تاسیسات پمپ و کمپرسور.

برنامه های دارویی و اتاق تمیز

محیط‌های تولید دارو به ابزارهای درجه حرارتی نیاز دارند که به راحتی تمیز شوند، در برابر عوامل تمیزکننده تهاجمی مقاوم باشند و از شکاف‌هایی که می‌توانند آلاینده‌ها را در خود جای دهند، نباشند. دماسنج‌های دو فلزی درجه بهداشتی با اتصالات فرآیند سه گیره، ساقه‌های فولادی ضد زنگ الکتروپلی‌شده و سطوح صاف به‌طور خاص برای این الزامات طراحی شده‌اند که استانداردهایی مانند استانداردهای بهداشتی 3-A برای تجهیزات لبنی و دارویی را رعایت می‌کنند.

دماسنج های دو فلزی در مقابل سایر فن آوری های اندازه گیری دما

هنگام انتخاب راه حل اندازه گیری دما، مهندسان و متخصصان تدارکات باید مزایا و محدودیت های نسبی دماسنج های دو فلزی را در مقابل جایگزین های الکترونیکی مانند ترموکوپل ها، RTD ها و فرستنده های دما دیجیتال بسنجید.

• بدون نیاز به برق: برخلاف سنسورهای الکترونیکی، دماسنج های دو فلزی کاملاً مکانیکی عمل می کنند. این یک مزیت حیاتی در طبقه بندی مناطق خطرناک (مناطق ATEX/IECEx) است که تجهیزات الکتریکی نیاز به گواهینامه گران قیمت دارند و در تاسیسات راه دور بدون زیرساخت برق.
• فقط خواندن محلی: دماسنج های دو فلزی فقط یک نشانه بصری محلی ارائه می دهند. آن‌ها نمی‌توانند سیگنال‌ها را به PLC، سیستم‌های SCADA، یا ثبت‌کننده‌های داده بدون اضافه کردن یک فرستنده الکترونیکی جداگانه ارسال کنند - محدودیتی که حسگرهای الکترونیکی آن را به اشتراک نمی‌گذارند.
• دقت پایین تر از RTD ها: RTD های پلاتینیوم دقتی در محدوده ± 0.1 درجه سانتیگراد یا بهتر ارائه می دهند و به طور قابل توجهی از دماسنج های دو فلزی برای کاربردهای آزمایشگاهی دقیق یا اعتبار سنجی بهتر عمل می کنند. با این حال، برای اکثر وظایف نظارت بر فرآیند، دقت ± 1-2٪ ابزار دو فلزی کاملاً کافی است.
• مقاومت در برابر لرزش: دماسنج های دو فلزی استاندارد می توانند در محیط های با ارتعاش بالا دچار لرزش اشاره گر شوند. برای رفع این مشکل، نسخه‌های پر از مایع یا گلیسیرین در دسترس هستند که مقاومت ارتعاشی قابل مقایسه‌ای را با حسگرهای الکترونیکی قوی ارائه می‌دهند.
• هزینه کل مالکیت کمتر: دماسنج های دو فلزی قیمت خرید پایین تری دارند، نیازی به تجهیزات الکترونیکی تهویه سیگنال ندارند، و حداقل نیاز به تعمیر و نگهداری مداوم دارند. در طول چرخه عمر نصب 10 تا 20 ساله، هزینه کل آنها به طور قابل توجهی کمتر از راه حل های اندازه گیری الکترونیکی قابل مقایسه است.

بهترین روش‌های نصب و دستورالعمل‌های نگهداری

نصب صحیح برای اطمینان از خوانش دقیق و عمر طولانی ابزار ضروری است. ساقه باید به طور کامل در محیط فرآیند غوطه ور شود تا حداقل عمق غوطه وری مشخص شده توسط سازنده - معمولاً 50 تا 75 میلی متر در سوراخ لوله باشد. نصب دماسنج در یک لوله بزرگ که در آن نوک ساقه به محیط جاری نمی رسد منجر به خطاهای دمایی سیستماتیک به دلیل هدایت گرمای محیط در طول ساقه می شود.

ترموول ها - لوله های فلزی محافظ که به طور دائم در اتصال فرآیند نصب می شوند - برای کاربردهایی که شامل فشار بالا، محیط های خورنده یا شرایط فرآیندی هستند که نیاز به تعویض دوره ای دماسنج بدون خاموش شدن فرآیند دارند، به شدت توصیه می شوند. ساقه دماسنج داخل ترموول قرار می گیرد که گرما را از سیال فرآیند به عنصر حسگر منتقل می کند و در عین حال ابزار را از فرآیند جدا می کند.

تعمیر و نگهداری روتین دماسنج های دو فلزی ساده است. راستی‌آزمایی کالیبراسیون دوره‌ای - مقایسه خواندن ابزار با استاندارد مرجع در یک یا چند دمای شناخته شده - وظیفه اصلی تعمیر و نگهداری است. اکثر دماسنج‌های دو فلزی صنعتی دارای یک پیچ تنظیم صفر در پشت صفحه هستند که به کالیبراسیون مجدد میدان اجازه می‌دهد تا رانش را اصلاح کند. ابزارهایی که نمی‌توان آنها را مطابق با مشخصات مجدد کالیبره کرد، به جای ادامه خدمت، باید جایگزین شوند.