كيف تقيس درجة الحرارة؟

درجة الحرارة ، بعد مرور الوقت ، هي الكمية المادية التي يتم قياسها في أغلب الأحيان. ماذا سيكون الطقس بدون الإشارة إلى درجات الحرارة؟

بالإضافة إلى درجة الحرارة المحيطة ، يتم قياس درجة الحرارة أيضًا في العديد من البيئات الأخرى. سواء كانت درجة حرارة التشغيل لمنشأة صناعية ، أو درجة حرارة ارتفاع وانخفاض أنابيب المشعات ، أو درجة حرارة تخزين الأدوية أو درجة الحرارة الأساسية للزبادي: على عكس توقعات الطقس ، يجب أن تكون قيم درجة الحرارة دقيقة وصحيحة في هذه المناطق. بهذه الطريقة فقط يتم ضمان الامتثال للمعايير ويمكن تجنب الأضرار التي تلحق بالسلع القيمة.

تُعدك المعرفة الأساسية الصحيحة والنصائح العملية جيدًا لمهام القياس الخاصة بك.

الأساس المادي لدرجة الحرارة كمتغير مُقاس

عندما يتحدث الفيزيائي عن درجة الحرارة ، فإنه يعيّن كمية تقيس الطاقة الكامنة في الأجسام. يمتلك الجسم هذه الطاقة بسبب الحركات العشوائية لذراته أو جزيئاته. عندما تتحرك الجسيمات بشكل أسرع ، ترتفع درجة الحرارة. لذلك فإن درجة الحرارة هي كمية حالة. تشترك مع الكميات الأخرى مثل الكتلة والسعة الحرارية وغيرهما ، تصف درجة الحرارة الطاقة الموجودة في الجسم ، أو كما نقول غالبًا في الفيزياء ، نظام.

أو باختصار شديد:

يتسبب مدخل الطاقة الحرارية في زيادة سرعة الجسيمات: ترتفع درجة الحرارة

يتسبب استخراج الطاقة الحرارية في انخفاض سرعة الجزيئات: تنخفض درجة الحرارة

إذا لم يعد لدى الجسم طاقة حرارية ، فإن جزيئاته تكون في حالة راحة. هذه الحالة من المستحيل تحقيقها في الواقع. تم تصنيفها على أنها صفر مطلق لأنه لا توجد حالة طاقة أكثر فقراً. يتم تعيين قيمة 0 ك (كلفن). هذا هو السبب في أن درجة الحرارة في كلفن تكون دائمًا كمية موجبة.

من الممكن قياس درجة الحرارة مباشرة بوحدات الطاقة. لكن تحديد درجة الحرارة بالدرجات له تقليد طويل وهو راسخ بقوة في الفيزياء. لهذا السبب حافظنا على هذا التقليد حتى اليوم لأسباب عملية.

للتدوين:

يتم عرض درجة الحرارة بالكلفن (K) ويتم قياسها بالدرجات المئوية (درجة مئوية) أو فهرنهايت (درجة فهرنهايت) (في الولايات المتحدة والدول الأخرى) للاستخدام اليومي.

يشير الخبراء دائمًا إلى الاختلافات في درجات الحرارة في كلفن.

• التحويل: 1 ك 1 درجة مئوية = 9/5 درجة فهرنهايت
• صيغ التحويل وفقًا لـ DIN 1345:
• tC = 5/9 (tF - 32) = TK - 273.15
• TK = 273.15 + tC
• tF = 1.8 tC + 32

كيفية قياس؟

ما هو الهيكل العام لوحدة القياس؟

1. المسبار: يضم المستشعر. هناك أشكال مختلفة من أجهزة الاستشعار لتطبيقات مختلفة.
2. أنبوب المجس مع المستشعر: يحول قيمة القياس الفيزيائي إلى إشارة كهربائية.
3. خط التوصيل: يوصل جهاز القياس بالمجس (المستشعر).
4. جهاز القياس: يحول إشارات المسبار إلى قيم معروضة (تحويل A / D).
5. الدقة: أصغر تقسيم فرعي لا يزال قابلاً للقراءة لوحدة القياس.

الأبعاد

في هذا المثال ، تُظهر الشاشة 22.3 درجة مئوية ، وبالتالي فإن الدقة هي 0.1 درجة مئوية. إذا أظهرت الشاشة 22.34 درجة مئوية ، فإن الدقة ستكون 0.01 درجة مئوية. في الأجهزة الرقمية ، قد يقفز الرقم الأخير على الشاشة +/- 1> وحدة. أصغر وحدة تسمى رقم.

مثال: عرض 22.3 درجة مئوية

عرض -1 رقم 22.2 درجة مئوية ؛ عرض +1 رقم 22.4 درجة مئوية.

كلما كانت دقة جهاز القياس أضعف ، يمكن أن تؤثر قفزة الأرقام على دقة جهاز القياس.

مجسات: عملية

يعد اختيار المستشعر الصحيح أمرًا حاسمًا لدقة نتيجة القياس. لكن لا يوجد جهاز استشعار واحد مثالي لجميع التطبيقات:

عادة ما يعني نطاق القياس الكبير دقة محدودة.

عادةً ما تكون المجسات السريعة للغاية غير مناسبة للقياسات في العمل اليومي الذي يتطلب جهازًا قويًا.

يحدد نموذج البناء أي المسبار هو الأنسب لمهمة قياس محددة.

مجسات حرارية

وصلة قياس الجهد الكهربائي / وصلة مرجعية.
يتم تحويل القيمة المقاسة للتقاطع المرجعي إلى 0 درجة مئوية.
يجب مراعاة وقت الاستجابة الكافي.

مجسات مقاومة البلاتين

مبدأ القياس: معامل درجة الحرارة الإيجابية للمعادن.

تقرير: درجة الحرارة والمقاومة الكهربائية.

القيمة المرجعية 0 درجة مئوية عند مقاومة 100 أوم بواسطة سلك بلاتيني ملفوف.

مجسات الثرمستور

مستشعرات درجة الحرارة على أساس خليط السيراميك من الأكاسيد.

معامل درجة الحرارة السلبية: CTN.

بدون تعويض الوصلة الباردة - مثالي للغرف الباردة والمجمدات.

أنواع المجسات

ما هي مهمة التحقيق؟

تلتقط مجسات درجة الحرارة درجة حرارة الوسط وتنقله إلى المستشعر. للقيام بذلك ، يجب أن تتكيف مادة المستشعر أولاً مع درجة الحرارة الخارجية. هذا هو السبب في أنه لا يتم قياس درجة حرارة الوسط ، ولكن فقط درجة حرارة المسبار أو المستشعر.

يستغرق المسبار بعض الوقت للتوافق مع المادة التي يتم قياسها. اعتمد المسبار درجة حرارة المادة المقاسة عندما تكون درجة حرارتها هي 99% في درجة الحرارة الخارجية. هذه الفترة الزمنية تسمى الوقت t99.

ما هي أشكال بناء المجسات الموجودة؟

هناك أشكال مختلفة لبناء المجسات حسب التطبيق المقصود. مثلما يستخدم المرء ، على سبيل المثال ، سكينًا آخر لتقطيع الخبز بدلاً من تقطيع اللحم ؛ هناك أيضًا مجسات مختلفة لقياس درجة الحرارة.

مسبار الغمر / الاختراق

مواءمة المسبار ودرجات حرارة السائل.

تقليل وقت استجابة التحريض.

t99 تقريبا. 0.5 ثانية في الحالة المثالية.

جهاز استشعار الغرفة

انخفاض انتقال الحرارة بين الهواء وجهاز الاستشعار.

المستشعر مجاني جيد لتأثير تدفق الهواء.

t99 مثالي تقريبًا. 7 ثوانى.

مسبار الاتصال

قفزة قوية في درجة الحرارة ، مثل الهواء له تأثير عازل.

إزالة عازل الهواء بواسطة ميزان حرارة التلامس.

t99 تقريبا. 3 ثوان في الحالة المثالية.

تجنب أخطاء القياس - نصائح للقياس بشكل صحيح

قياسات الاختراق والغمر

أثناء قياسات الاختراق أو الغمر ، يتم إدخال مسبار درجة الحرارة مباشرة في كائن القياس. ينتهي القياس عند الوصول إلى الوقت t99.

أخطاء القياس الأكثر شيوعًا

إذا كان مسبار درجة الحرارة أكثر برودة من جسم القياس ، يتم سحب الطاقة على شكل حرارة من جسم القياس بالقرب من المستشعر. إذا كان أكثر سخونة من جسم القياس ، يتلقى الجسم مدخلات حرارة. من الضروري أيضًا الانتباه إلى نسبة الكتلة للمسبار والوسيط: فكلما زادت النسبة ، زادت كمية الطاقة المسحوبة من الجسم. نظرًا لأن استخراج الطاقة هذا لم يعد من الممكن قياس درجة الحرارة الحقيقية للجسم ، فإن الكتلة الكبيرة جدًا للمسبار يمكن أن تسبب أخطاء في القياس.

نصائح لقياس الاختراق الصحيح

• يجب أن يكون عمق الاختراق أو الغمر 10 إلى 15 ضعف قطر المسبار.
• عند قياس الغمر في السوائل ، يجب أن يظل السائل متحركًا.
• من الناحية المثالية ، يتم الوصول إلى t99 بعد حوالي 0.5 ثانية.

قياس الاتصال

في القياسات السطحية ، يتم وضع رأس المجس عموديًا على السطح. من المهم هنا التأكد من عدم تساوي سطح التلامس الخاص برأس المجس أو جسم القياس ، حيث يمكن أن يؤدي ذلك إلى تشويه القياس.

نصائح لقياس درجة حرارة السطح

• امسك المسبار بشكل عمودي على السطح بحيث يستقر طرفه بالكامل عليه.
• لا تحرك المسبار أثناء القياس.
• استخدم قوة سفلية ثابتة وكافية.
• استخدم مجسات الاتصال ذات الكتلة المنخفضة.
• من الناحية المثالية ، يتم الوصول إلى t99 بعد حوالي 3 ثوانٍ.

قياس درجة الحرارة المحيطة

لقياس درجة حرارة الهواء المتحرك ، يتم تثبيت مسبار القياس ببساطة في البيئة المراد قياسه. من الناحية المثالية ، استخدم مستشعر الغرفة مع مستشعر مجاني للحصول على وقت رد فعل قصير. يمكن تحسين نتيجة القياس عن طريق تحريك المسبار في الهواء بسرعة 2 م / ث أثناء القياس.

نصائح لقياس درجة حرارة الغرفة

• استخدم مستشعر الغرفة مع مستشعر مجاني (لا يوجد مستشعر اختراق أو مستشعر اتصال).
• حرك المسبار أثناء القياس بسرعة 2 م / ث.
• احتفظ بالمسبار بعيدًا عن جسمك.
• استخدم مسبارًا محميًا من الإشعاع.
• من الناحية المثالية ، يتم الوصول إلى t99 بعد حوالي 7 ثوانٍ.