گیج دما چیست؟

اندازه‌گیری و کنترل دما یکی از اساسی‌ترین فرآیندها در صنایع مختلف، تأسیسات و حتی زندگی روزمره است. از تولید فولاد و صنایع شیمیایی گرفته تا نیروگاه‌ها، صنایع غذایی و حتی خودروها، همگی نیازمند ابزارهای دقیق و مطمئن برای نظارت بر دما هستند. یکی از پرکاربردترین ابزارها در این زمینه، گیج دما یا همان Temperature Gauge است. این وسیله ابزاری مکانیکی یا الکترونیکی است که تغییرات دما را اندازه‌گیری کرده و به شکل عدد یا نمایشگر عقربه‌ای نشان می‌دهد.

تعریف گیج دما

گیج دما ابزاری برای نمایش مقدار دما در یک محیط یا فرآیند مشخص است. در واقع، این تجهیز وظیفه دارد تغییرات دمایی را به صورت یک مقدار قابل خواندن برای اپراتور یا سیستم کنترل نمایش دهد. برخلاف ترانسمیتر دما که وظیفه ارسال سیگنال به سیستم‌های کنترلی (مانند PLC یا DCS) را دارد، گیج دما بیشتر برای نمایش مستقیم دما در محل نصب مورد استفاده قرار می‌گیرد.

ساختار کلی گیج دما

هر گیج دما از بخش‌های زیر تشکیل شده است:

1. سنسور یا المان حساس به دما: بخش اصلی که تغییرات دما را حس می‌کند.
2. مکانیزم انتقال تغییرات: تغییر دما را به حرکت مکانیکی یا الکتریکی تبدیل می‌کند.
3. نمایشگر: معمولاً یک صفحه مدرج عقربه‌ای یا دیجیتالی برای نمایش مقدار دما.
4. بدنه و اتصالات: برای محافظت از تجهیزات داخلی و نصب روی خطوط یا مخازن.

انواع گیج دما

گیج‌های دما بسته به نوع طراحی و تکنولوژی به کار رفته به چند دسته تقسیم می‌شوند:

۱. گیج دما بی‌متال (Bimetallic Temperature Gauge)

این نوع رایج‌ترین نوع گیج دما است. در آن از دو فلز با ضرایب انبساط متفاوت استفاده می‌شود که با تغییر دما خم شده و عقربه را مانند گیج saginomiya حرکت می‌دهد.

• مزایا: ساده، مقاوم، بدون نیاز به منبع تغذیه.
• معایب: دقت نسبتاً پایین (±۲%).
• کاربردها: صنایع عمومی، HVAC، تجهیزات مکانیکی.

۲. گیج دما پرشده با مایع (Liquid Filled Thermometer)

در این گیج‌ها یک مایع (مانند الکل یا جیوه) در لوله شیشه‌ای یا سیستم موئین قرار دارد و با تغییر دما منبسط یا منقبض می‌شود.

• مزایا: مقاوم در برابر لرزش، مناسب محیط‌های سخت.
• معایب: محدودیت در محدوده دما.
• کاربردها: صنایع غذایی، آزمایشگاه‌ها، سردخانه‌ها.

۳. گیج دما پرشده با گاز (Gas Filled Temperature Gauge)

این نوع گیج از گازهای بی‌اثر مانند نیتروژن استفاده می‌کند. با تغییر دما فشار گاز تغییر کرده و عقربه حرکت می‌کند.

• مزایا: محدوده دمایی وسیع (تا ۶۰۰+ درجه سانتی‌گراد).
• معایب: نسبتاً گران‌تر.
• کاربردها: صنایع پتروشیمی، نیروگاه‌ها، تجهیزات صنعتی سنگین.

۴. گیج دما دیجیتال (Digital Temperature Gauge)

نوع پیشرفته‌تر که توسط شرکت جانسون کنترلز ساخته شده و با استفاده از سنسورهای الکترونیکی (ترمیستور یا RTD) مقدار دما را روی نمایشگر دیجیتال نشان می‌دهد.

• مزایا: دقت بالا، قابلیت اتصال به سیستم‌های کنترلی.
• معایب: نیازمند برق یا باتری.
• کاربردها: صنایع دقیق، اتوماسیون صنعتی، تجهیزات پزشکی.

اصول عملکرد گیج دما

عملکرد گیج دما به اصل فیزیکی انبساط مواد، تغییر فشار گاز یا مایع و یا تغییر مقاومت الکتریکی بستگی دارد. برای نمونه:

• در گیج بی‌متال: تفاوت ضریب انبساط دو فلز سبب خم شدن نوار و حرکت عقربه می‌شود.
• در گیج پرشده با مایع یا گاز: تغییر دما باعث تغییر فشار یا حجم سیال داخل سیستم می‌گردد.
• در گیج دیجیتال: تغییر مقاومت یا ولتاژ خروجی سنسور به صورت سیگنال الکترونیکی به نمایشگر منتقل می‌شود.

کاربردهای گیج دما

گیج‌های دما در صنایع و حوزه‌های مختلف استفاده می‌شوند. برخی از مهم‌ترین کاربردها عبارتند از:

1. صنایع نفت و گاز: نظارت بر دمای خطوط لوله، مخازن و تجهیزات فرآیندی.
2. صنایع غذایی: کنترل دمای پخت، انبار و سردخانه.
3. خودروسازی: اندازه‌گیری دمای موتور و سیستم خنک کننده از جمله خودرو جیلی
4. نیروگاه‌ها: کنترل دمای بخار، توربین و ژنراتور.
5. ساختمان‌ها: سیستم‌های گرمایش و تهویه مطبوع.
6. آزمایشگاه‌ها: بررسی دقیق تغییرات دمایی در فرآیندهای تحقیقاتی.

مزایای استفاده از گیج دما

• نمایش مستقیم و سریع دما.
• نصب آسان و هزینه نسبتاً کم.
• قابلیت استفاده در محیط‌های صنعتی سخت.
• تنوع در مدل‌ها متناسب با نیاز کاربردی.

محدودیت‌ها و معایب

• دقت پایین‌تر نسبت به ترانسمیترهای دما.
• عدم امکان ارسال سیگنال به سیستم‌های کنترل (مگر در مدل‌های ترکیبی).
• آسیب‌پذیری مکانیکی در برابر ضربه یا خوردگی.
• نیاز به کالیبراسیون دوره‌ای در برخی مدل‌ها.

نکات انتخاب گیج دما

برای انتخاب یک گیج دما مناسب باید موارد زیر در نظر گرفته شود:

1. محدوده دمایی مورد نیاز (مثلاً ۰ تا ۱۲۰ یا ۰ تا ۶۰۰ درجه سانتی‌گراد).
2. دقت مورد انتظار (±۱% یا ±۲%).
3. شرایط محیطی (لرزش، رطوبت، فشار، خورندگی).
4. نوع اتصال (رزوه‌ای، فلنجی یا جوشی).
5. اندازه صفحه نمایش (معمولاً ۶۳، ۱۰۰ یا ۱۵۰ میلی‌متر).
6. جنس بدنه و سنسور (استیل ضدزنگ برای محیط‌های خورنده).
7. نوع نمایش (عقربه‌ای یا دیجیتال).

نگهداری و کالیبراسیون

مانند هر تجهیز اندازه‌گیری دیگر، گیج دما نیز نیازمند نگهداری صحیح است. برخی نکات مهم عبارتند از:

• بازرسی دوره‌ای برای اطمینان از سلامت عقربه و صفحه.
• کالیبراسیون دوره‌ای به ویژه در صنایع حساس مانند داروسازی و نیروگاه‌ها.
• محافظت مکانیکی با استفاده از قاب یا پوشش مناسب.
• جلوگیری از ضربه یا شوک حرارتی هنگام نصب یا راه‌اندازی.

مقایسه گیج دما با ترانسمیتر دما

• گیج دما: بیشتر برای نمایش محلی دما به کار می‌رود، مکانیکی یا دیجیتال.
• ترانسمیتر دما: برای ارسال سیگنال استاندارد (۴–۲۰ میلی‌آمپر یا دیجیتال) به سیستم‌های کنترلی استفاده می‌شود.
  در بسیاری از کاربردها هر دو ابزار به صورت مکمل استفاده می‌شوند.

تفاوت گیج دما و ترانسمیتر دما

گیج دما وسیله‌ای است که دما را در همان محل نصب به صورت محلی نشان می‌دهد. معمولاً نمایش آن به شکل عقربه‌ای یا دیجیتال روی صفحه دستگاه است و اپراتور می‌تواند مقدار دما را مستقیم بخواند. گیج‌ها بیشتر مکانیکی هستند و به برق نیاز ندارند (مگر در مدل‌های دیجیتال). دقت آن‌ها معمولاً متوسط است و بیشتر برای مشاهده سریع و ساده دما به کار می‌روند.

در مقابل، ترانسمیتر دما دستگاهی است که مقدار دما را از طریق سنسور (مانند RTD یا ترموکوپل) دریافت کرده و آن را به یک سیگنال استاندارد (معمولاً ۴–۲۰ میلی‌آمپر یا دیجیتال مثل HART) تبدیل می‌کند. این سیگنال سپس به سیستم‌های کنترلی مانند PLC یا DCS ارسال می‌شود. ترانسمیترها به برق نیاز دارند و دقت بسیار بالاتری نسبت به گیج‌ها دارند.

فرض کنید در یک کارخانه بخار تولید می‌شود:

• روی لوله بخار یک گیج دما نصب شده است. اپراتور وقتی از کنار لوله عبور می‌کند، می‌تواند دما را بخواند.
• اما همان لوله یک ترانسمیتر دما هم دارد که مقدار دما را به سیستم کنترل مرکزی (DCS) می‌فرستد. اپراتور در اتاق کنترل بدون نیاز به حضور در محل، دما را روی مانیتور می‌بیند. همچنین اگر دما بیش از حد بالا برود، سیستم به صورت خودکار هشدار می‌دهد یا شیر اطمینان را باز می‌کند.

آینده گیج‌های دما

با پیشرفت تکنولوژی، گیج‌های دما نیز به سمت هوشمندسازی و دیجیتالی شدن حرکت کرده‌اند. مدل‌های جدید قابلیت اتصال به شبکه‌های صنعتی (Modbus, Profibus) و سیستم‌های اینترنت اشیا (IoT) را دارند. این ویژگی‌ها امکان پایش دما از راه دور و تحلیل داده‌ها را فراهم می‌سازند که نقش مهمی در بهبود بهره‌وری و کاهش هزینه‌های تعمیرات دارد.

سخن پایانی

گیج دما به عنوان یکی از پرکاربردترین ابزارهای اندازه‌گیری در صنایع مختلف، نقش حیاتی در کنترل فرآیندها و تضمین کیفیت و ایمنی ایفا می‌کند. انواع مختلف آن شامل بی‌متال، پرشده با مایع یا گاز و دیجیتال هر یک بسته به شرایط خاص کاربرد دارند. انتخاب درست گیج دما با توجه به محدوده دما، دقت، شرایط محیطی و نوع فرآیند می‌تواند تأثیر بسزایی در عملکرد صحیح سیستم داشته باشد. با توجه به اهمیت دما در فرآیندهای صنعتی و حتی تجهیزات روزمره، می‌توان گفت که گیج دما ابزاری ساده اما حیاتی است که بدون آن بسیاری از فرآیندها قابل کنترل نخواهند بود.