گیج دما (Temperature Gauge) که با نام دماسنج صنعتی (Industrial Thermometer) نیز شناخته می‌شود، ابزاری است که برای نمایش محلی و مستقیم دما در فرآیندهای صنعتی، سیستم‌های گرمایشی، تهویه مطبوع (HVAC) و ماشین‌آلات به کار می‌رود. برخلاف سنسورها یا ترانسمیترهای دما که خروجی الکتریکی (مانند سیگنال ۴-۲۰ میلی‌آمپر) تولید می‌کنند، گیج دما یک دستگاه کاملاً مکانیکی یا الکترومکانیکی ساده است که دما را به صورت آنالوگ و قابل مشاهده برای اپراتور نمایش می‌دهد.

فلسفه وجودی گیج دما

در حالی که سنسورهای پیچیده برای سیستم‌های کنترل اتوماتیک (DCS/PLC) ضروری هستند، گیج‌های دما همچنان به دلایل زیر در تمام صنایع نقش حیاتی خود را حفظ کرده‌اند:

1. نمایش محلی (Local Indication): اپراتورها در میدان (Field) می‌توانند با یک نگاه، دمای فرآیند را بدون نیاز به سیستم کنترل مرکزی بررسی کنند.

2. ایمنی (Safety) و پشتیبان (Backup): در صورت قطع برق یا خرابی سیستم‌های الکترونیکی، گیج‌های مکانیکی همچنان کار می‌کنند و اطلاعات حیاتی دما را فراهم می‌سازند.

3. سادگی و هزینه پایین: گیج‌ها نسبت به ترانسمیترهای دما، ساختار ساده‌تر و قیمت خرید و نگهداری بسیار کمتری دارند.

خرید گیج دما از ابزار سنجش آریا

اجزای اصلی یک گیج دما

تمام گیج‌های دما، صرف نظر از فناوری عملکردی، دارای اجزای اصلی زیر هستند:

• حسگر (Sensing Element): بخشی که در تماس با محیط فرآیند قرار گرفته و به تغییر دما واکنش نشان می‌دهد (مانانند سنسور بی‌متال، یا مایع انبساطی). از این حسگر در ساخت سوئیچ و ریموت تیبا استفاده می شود.

• عنصر انتقال (Transmission Element): مکانیزمی که حرکت یا تغییر حجم ناشی از حسگر را به یک حرکت چرخشی تبدیل می‌کند.

• صفحه نمایش (Dial/Scale): صفحه درجه‌بندی شده‌ای که دما بر روی آن نمایش داده می‌شود.

• غلاف محافظ (Stem/Sheath): بخشی از گیج که سنسور را از محیط فرآیند جدا کرده و امکان نصب آن را فراهم می‌کند (مانند غلاف ترموول).

انواع اصلی گیج‌های دما و اصول عملکرد

گیج‌های دمای صنعتی عمدتاً در سه نوع اصلی مکانیکی تولید می‌شوند که هر کدام بر اساس یک اصل فیزیکی مجزا کار می‌کنند.

۱. دماسنج‌های بی‌متال (Bimetallic Thermometers)

این رایج‌ترین و ارزان‌ترین نوع گیج دما برای کاربردهای صنعتی معمول است.

• اصل عملکرد: این نوع دماسنج بر اساس اصل انبساط حرارتی دیفرانسیلی کار می‌کند. در این گیج، دو نوار فلزی با ضرایب انبساط حرارتی بسیار متفاوت (مانند نیکل و مس) به یکدیگر متصل و به شکل یک فنر مارپیچ یا حلزونی پیچیده شده‌اند.

• نحوه عملکرد: با افزایش دما، فلزی که ضریب انبساط بیشتری دارد، بیشتر منبسط می‌شود و باعث می‌شود نوار ترکیبی خم شده و فنر باز شود. این حرکت چرخشی فنر مستقیماً از طریق یک محور کوچک به عقربه روی صفحه نمایش منتقل می‌شود و دما را نشان می‌دهد.

• مزایا: ساختار مستحکم، واکنش نسبتاً سریع، دقت کافی برای کاربردهای عمومی و هزینه پایین.

۲. دماسنج‌های گازی یا مایع تحت فشار (Gas/Liquid-Filled Thermometers)

این نوع گیج دما به نام دماسنج‌های Actuated یا فشار سنج حرارتی نیز شناخته می‌شوند.

• اصل عملکرد: این سیستم شامل یک حباب (Bulb) حاوی گاز بی‌اثر (مانند نیتروژن) یا مایع (مانند الکل یا جیوه) است که با یک لوله مویین بسیار باریک به یک عنصر بوردون (Bourdon Tube) در داخل بدنه گیج متصل است.

• نحوه عملکرد: با افزایش دما، گاز یا مایع درون حباب منبسط شده و فشار داخل سیستم بسته را به شدت افزایش می‌دهد. این فشار از طریق لوله مویین به لوله بوردون منتقل می‌شود. لوله بوردون که یک لوله خمیده است، در اثر افزایش فشار، تمایل به صاف شدن پیدا می‌کند. این حرکت، عقربه گیج را به حرکت در می‌آورد.

• مزایا: قابلیت انتقال دما به مسافت‌های دور (استفاده از لوله مویین بلند)، دقت بالاتر نسبت به بی‌متال در برخی رنج‌ها، و مناسب برای اندازه‌گیری میانگین دما.

۳. دماسنج‌های شیشه‌ای (Glass Thermometers)

این دماسنج‌های سنتی همچنان در برخی فرآیندهای دقیق آزمایشگاهی یا صنعتی با نام دماسنج‌های صنعتی مایع در شیشه (Liquid-in-Glass) استفاده می‌شوند.

• اصل عملکرد: بر اساس انبساط خطی حجم مایعی مانند جیوه یا الکل رنگی در داخل یک ستون شیشه‌ای با حجم ثابت.

• مزایا: بالاترین دقت و کالیبراسیون برای اندازه‌گیری دمای مرجع (در صورت استفاده از جیوه).

مشخصات فنی و ملاحظات نصب

هنگام انتخاب و نصب یک گیج دما، توجه به مشخصات فنی و ملاحظات فرآیند بسیار مهم است تا ابزار دقیق و قابل اعتماد باقی بماند.

۱. رنج کاری و دقت (Range and Accuracy)

• رنج (Range): انتخاب گیج باید به گونه‌ای باشد که دمای عملیاتی نرمال در وسط یا میانه رنج گیج قرار گیرد. معمولاً از گیج انتظار می‌رود که در حدود ۶۰٪ از کل دامنه خود عمل کند.

• دقت (Accuracy): دقت گیج‌های صنعتی بر اساس درصدی از کل گستره اندازه‌گیری (Full Scale Span) بیان می‌شود. برای گیج‌های با کیفیت، این مقدار معمولاً بین $\pm ۰.۵\%$ تا $\pm ۱\%$ است.

۲. طول ساقه و اتصال (Stem Length and Connection)

• طول ساقه (Stem Length): طول ساقه‌ای که سنسور را در خود جای داده، باید به گونه‌ای باشد که بخش حساس سنسور (Bulb/Tip) کاملاً در عمق فرآیند و در جریان سیال قرار گیرد. یک قاعده کلی این است که ساقه باید حداقل به اندازه ۱۰ تا ۱۲ برابر قطر آن در محیط فرآیند فرو رود.

• اتصال فرآیند (Process Connection): گیج‌ها معمولاً از طریق اتصالات رزوه شده (مانند NPT) یا اتصالات فلنجی به فرآیند متصل می‌شوند. اتصالات قابل تنظیم (Adjustable Angle) امکان تنظیم زاویه صفحه نمایش را برای دید بهتر فراهم می‌کنند.

۳. ترموول (Thermowell)

نصب گیج دما در داخل یک ترموول یک استاندارد صنعتی است.

• وظیفه ترموول:

  • محافظت مکانیکی: از سنسور در برابر فشار بالا، سرعت جریان زیاد و تنش‌های مکانیکی فرآیند تولید شارژر باطری انکو محافظت می‌کند.

  • امکان تعویض داغ (Hot Swapping): اجازه می‌دهد تا گیج دما برای کالیبراسیون یا تعویض، بدون نیاز به تخلیه یا توقف کامل فرآیند (Shutdown)، جدا شود.

۴. تأثیرات محیطی

• لرزش (Vibration): در محیط‌هایی با لرزش بالا (مانند نزدیکی پمپ‌ها یا کمپرسورها)، گیج‌ها باید از مایعاتی مانند گلیسیرین یا سیلیکون پر شوند تا عقربه تثبیت شود و از آسیب به مکانیزم داخلی جلوگیری شود (Liquid-Filled Gauges).

کاربردها و مزایای تخصصی

گیج‌های دما به دلیل قابلیت اطمینان و سادگی خود، در طیف وسیعی از صنایع مورد استفاده قرار می‌گیرند.

۱. کاربردهای کلیدی

• HVAC و تأسیسات (Building Services): گیج‌های بی‌متال و فشارگاز به طور گسترده برای نظارت بر دمای آب چیلرها، بویلرها و کانال‌های هوا در ساختمان‌های تجاری استفاده می‌شوند.

• صنایع نفت و گاز (Oil & Gas): برای نظارت بر دمای روغن کاری موتورها، سیال خنک‌کننده پمپ‌ها و کمپرسورهای فرآیندی. استفاده از گیج‌های پرشده از مایع در این محیط‌ها رایج است.

• صنایع غذایی و دارویی: از گیج‌های استنلس استیل با اتصالات بهداشتی و تمیز (Sanitary Connections) برای مانیتورینگ دمای مخازن فرآیند، دیگ‌های بخار و سیستم‌های استریل‌سازی (CIP/SIP) استفاده می‌شود.

• ماشین‌آلات و تجهیزات OEM: گیج‌های کوچک‌تر برای اندازه‌گیری دمای هیدرولیک، روغن موتور و آب خنک‌کننده به صورت داخلی روی دستگاه‌ها نصب می‌شوند.

۲. مزایای گیج‌های مکانیکی در مقابل الکترونیکی

محدودیت‌ها، دقت و نتیجه‌گیری

با وجود مزایای فراوان، گیج‌های دما محدودیت‌هایی نیز دارند که در انتخاب ابزار باید مد نظر قرار گیرند.

۱. محدودیت‌های کلیدی

• عدم قابلیت ارسال سیگنال: گیج‌ها نمی‌توانند داده‌های دما را به صورت الکترونیکی به اتاق کنترل ارسال کنند؛ آن‌ها فقط نمایش محلی دارند.

• خطای دید (Parallax Error): خواندن عقربه از زاویه‌های مختلف می‌تواند منجر به خطای دید شود. برای کاهش این خطا، از صفحات دارای آینه یا عقربه‌های تیز استفاده می‌شود.

• تأخیر زمانی (Lag Time): به ویژه در دماسنج‌های گازی یا بی‌متال، زمان بیشتری طول می‌کشد تا دمای فرآیند جدید به سنسور منتقل و تثبیت شود، به خصوص اگر در ترموول نصب شده باشند.

• تغییر دما در اثر محیط: اگر لوله مویین در دماسنج‌های فشارگاز از محیط‌های با دمای متغیر عبور کند، ممکن است دمای اندازه‌گیری شده را تحت تأثیر قرار دهد (نیازمند جبران‌سازی).

۲. نوآوری‌های هیبریدی (Hybrid)

برای رفع محدودیت‌های عدم ارسال سیگنال، برخی تولیدکنندگان گیج‌های دما را با یک ترانسمیتر کوچک داخلی مجهز کرده‌اند. این دستگاه‌های هیبریدی هم نمایش محلی مکانیکی را حفظ می‌کنند و هم یک سیگنال HART یا ۴-۲۰ میلی‌آمپر برای سیستم کنترل تولید می‌کنند.

۳. کالیبراسیون و نگهداری

کالیبراسیون دوره‌ای گیج‌ها برای حفظ دقت ضروری است. این فرآیند معمولاً شامل مقایسه خوانش گیج با یک دماسنج مرجع کالیبره شده (مانند ترموکوپل یا RTD) در یک حمام دمایی پایدار (Dry Block Calibrator) است.

سخن پایانی

گیج‌های دما، ستون فقرات اندازه‌گیری‌های غیرکنترلی در صنعت هستند. از دماسنج‌های ساده بی‌متال که در موتورهای پمپ نصب می‌شوند تا سیستم‌های فشارگاز پیچیده در خطوط لوله، این ابزارهای مکانیکی سادگی و قابلیت اطمینان را در جایی که سنسورهای الکترونیکی بیش از حد پیچیده یا غیرضروری هستند، فراهم می‌سازند. انتخاب درست یک گیج دما، با در نظر گرفتن رنج، طول ساقه و محافظت با ترموول، تضمین‌کننده ایمنی عملیات و طول عمر تجهیزات در فرآیندهای صنعتی است.