بی متال چیست ؟ انواع بی متال و کاربرد آن

بی متال جیست ؟

از لحاظ لغوی Bimetal اشاره به یک شی متشکل از دو یا چند فلز متصل بهم دارد. اشیای بیمتالیک بر خلاف آلیاژها که از مخلوط شدن دو یا چند فلز تهیه میشود ، به شیی چند جداره متشکل از فلزهای مختلف اشاره دارد. اساس کار بی متال بر پایه اتصال کامل دو فلز مختلف (آهن وبرنج ) با ضریب انبساط طولی متفاوت به یکدیگر است . هنگامی که دمای این دو فلز افزایش می یابد ، بی متال به سمت فلزی که دارای ضریب انبساط طولی کمتر بوده خم میشود که این عکس العمل اساس کار بی متال را تشکیل میدهد.

 

انواع بی متال ها

 

بی متال در واقع ابزاری برای اندازه گیری دما است که بیشتر به منظور کنترل دما در گیج ها دما ، رله های حرارتی و ترموستات ها . برای اندازه گیری دما ابتدا لازم است ، مورد استفاده قرار میگیرد. همانطور که در تعریف بی متال ذکر شد ، با افزایش دما تیغه بی متال شکل خمیده پیدا خواهد کرد. حال اگر یک انتهای این مجموعه دو فلزی دریک نقطه ای ثابت گردد سر دیگر تیغه در اثر انبساط جایجایی خواهد داشت. با اتصال نشانگر به سر آزاد این تیغه عملا میتوان مقدار دما و تغییرات دما را مشاهده کرد . در صورت استفاده به عنوان دماپا و یا رله حرارتی جابجایی سر آزاد بی متال به عنوان یک کلید میتواند عمل قطع و یا وصل را انجام دهد.

 

 

 

 

 

از انواع دماسنج بی متال میتوان به بی متال مارپیچی ( گیج دما ) و بی متال حلزونی اشاره کرد.

 

گیج دما بی متال مارپیچی

 

 

بی متال حلزونی

 

 

از عملکرد و ساختار بی متال در انواع رله های حرارتی اضافه بار نیز مورد استفاده قرار میگیرد.در رله های حرارتی ، سه تیغه قرار داده شده است که بر روی هر تیغه هسیم حامل جریان چند حلقه به دور آن پیچیده می شود. در اثر عبور جریان اضافه بار، سیم های رسانا گرم میشود و این گرما به تیغه های بی متال انتقال می یاید و باعث خم شدن آن میشود. این خم شدن باعث می شود هر یک از بی متالها به اهرمی فشا ر می آورد و با جا به جا شدن اهرم، میکروسوئیچ متصل شده به انتهای اهرم فرمان قطع و وصل را صادر میکند. برای افزایش سرعت  بی‌متال و جلوگیری از جرقه و سوختگی محل اتصال، از آهن‌ربا در بالا و پایین تیغهٔ دوفلزی استفاده می‌شود که نیروی مغناطیسی آن باعث بسته شدن سریع کلید میشود.

 

رله‌های حرارتی اضافه بار (بی‌متال) قابلیت تنظیم دارند و میتوان آنها را به گونه ای تنظیم کرد که جریان‌هایی بین ۱٫۰۵ تا ۱۰ برابر جریان نامی موتورها را قطع کنند. رلهٔ بی‌متال سه‌فاز معمولاً دارای سه پل قدرت و دو کنتاکت فرمان است (یک کنتاکت باز برای اتصال به سیستم هشداردهنده و یک کنتاکت بسته برای قراردادن در مسیر تغذیهٔ کنتاکتور). کنتاکت معمولاً بستهٔ بی‌متال با شماره‌های ۹۵-۹۶ و کنتاکت معمولاً باز آن با شماره‌های ۹۷-۹۸ مشخص می‌شود.

برخی از رله‌های بی‌متال دارای دو حالت دستی و خودکار هستند که در حالت دستی اگر رله عمل کند باید آن را به صورت دستی و با فشردن دکمهٔ RESET به حالت اول بازگرداند، اما در حالت خودکار برگشتن به حالت اول پس از گذشت مدتی معین به صورت خودکار انجام می‌شود.

اندازه گیری دما ، انواع دماسنج ، روش ها و تجهیزات اندازه گیری دما

تعریف دما و تاریخچه آن:

دما به متوسط انرژی جنبشی ذرات سازنده یک جسم ( مولکولها ) گفته میشود که این انرژی به سه روش جابجایی، هدایت و تشعشع قابل انتقال از جسم گرم ( دمای بالا) به جسم سرد ( دمای پایین ) است. تاریخچه اندازه گیری دما به قرن 17 ام برمی گردد که تلاش برای یافتن دمای طبیعی استاندارد و ساخت وسیله ای برای اندازه گیری دما آغاز گردید. سپس در اواسط قرن هفدهم اولین دماسنج مهروموم شده ساخته شد و در اوایل قرن هجدهم آقای فارنهایت دماسنج جیوه ای بهمراه مقیاس مشخص را ساخت که این اتفاق را میتوان سر آغاز تحول در زمینه تعریف دقیق یکای دما و تجهیزات اندازه گیری دما دانست.

اندازه گیری دما :

به منظور اندازه گیری دما روش ها و متدهای زیادی ابداع گردیده که تماما بر اساس اندازه گیری تغییرات ویژگی های فیزیکی مواد در اثر تغییرات دمایی استوار است .یکی از رایج ترین ابزار برای اندازه گیری دما، دماسنج شیشه ای است. این وسیله شامل یک لوله شیشه ای پر از جیوه یا مایع دیگر است که به عنوان ماده موثر برای اندازه گیری دما در دماسنج کار میکند. افزایش دما موجب گسترش مایع می شود، بنابراین درجه حرارت را می توان با اندازه گیری حجم مایع تعیین کرد.

سایر دستگاه های مهم برای اندازه گیری دما عبارتند از:

 - ترموکوپل

ترموکوپل در واقع یک سنسور ( حسگر ) برای اندازه گیری دما است. ساختار داخلی ترموکوپل ها شامل  دو سیم ساخته شده از فلزات مختلف است. پایه های این دو سیم در یک طرف جوش داده میشوند . این محل اتصال دقیقا جایی است که اندازه گیری دما در این محل اتفاق می افتد. هنگامی که در محل اتصال تغییر دمایی اتفاق می افتد ، اختلاف ولتاژ بسیار کوچکی در محل اتصال دو سیم ایجاد میشود که با اندازه گیری این ولتاژ ( در حد میلی ولت ) و با استفاده از جداول مرجع ترموکوپل برای محاسبه درجه حرارت، میتوان دما را اندازه گیری کرد.

انواع مختلف ترموکوپل ها، براساس ب ویژگی های خاص خود را از نظر درجه حرارت، دوام، مقاومت در برابر ارتعاش، مقاومت شیمیایی و سازگاری نرم افزار وجود دارد. نوع J، K، T، و E ترموکوپل های پایه فلز هستند که شایع ترین انواع ترموکوپل هستند. انواع ترموکوپل های R، S و B ترموکوپل های "Noble Metal" هستند که کاربرد آنها به صورت خاص می باشد.

 - ترمیستورها

ترمیستور در واقع نیمه هادی هایی هستند که  با تغییرات دمایی ، میزان مقاومت الکتریکی در آن تغییر می کند.. این نام از واژه توصیفی "thermally sensitive resistor"، نام اصلی این دستگاهها، مشتق شده است. ترمیستورها برای اولین بار توسط مایکل فارادی در سال 1833 کشف شد، هرچند ترمیستورهای مفید تجاری تا سال 1930 تولید نمی شد. در حال حاضر آنها به طور گسترده ای در انواع مختلفی از کاربردهای الکترونیکی، اغلب به عنوان سنسورهای دما استفاده می شود. استفاده های اضافی ترمیستورها شامل محدود کننده های جریان، محافظ های جریان و  رگولاتور عناصر گرمایشی است.ترمیستورها یک نوع نیمه هادی هستند، به این معنی که مقاومت بیشتری نسبت هادی های الکتریکی و مقاومت کمتر نسبت به مواد عایق بندی شده دارند. رابطه بین درجه حرارت ترمیستور و مقاومت آن بسیار وابسته به موادی است که از آن تشکیل شده است.

ترمیستورها شامل دو نوع  هستند:

- ترمیستورهای NTC: با افزایش دما مقدار مقاومت این نوع ترمیستور کاهش می یابد. ترمیستور نوع NTC معمولا به عنوان یک سنسور دما استفاده می شود و یا به طور سریال با یک مدار به عنوان محدود کننده  جریان هجومی مورد استفاده قرار میگیرد.
- ترمیستورهای PTC:  با افزایش دما مقدار مقاومت این نوع ترمیستور افزایش می یابد. ترمیستورهای PTC معمولا در سری با یک مدار نصب می شوند و برای حفاظت در برابر جریان های هجومی و یا جریان های بالا، به عنوان فیوز مجدد قابل تنظیم هستند.

- دماسنج های مقاومتی (RTD)

همانطور که از نام آن مشخص است این نوع دماسنج ها به کمک تغییرات مقاومتی که رابطه مستقیم با تغییرات دمایی دارد، میتواند مقدار دما را اندازه گیری کند  این نوع سنسور ها شامل یک  سیم نازک در اطراف یک هسته سرامیکی یا شیشه ای می باشند. فلز مورد استفاده باید نقطه ذوب بالای و مقاوم در برابر خوردگی باشد. پلاتین بهترینین فلز برای استفاده در RTD است، زیرا رابطه بین مقاومت و دما کاملا خطی است. در مس نیز این رابطه نسبتا خطی می باشد و دامنه آن کمتر از پلاتین است.در صورت استفاده از نیکل، حساسیت RTD بیشتر خواهد بود ولی برای دما بیشتر از 400 درجه ارتباط به شدت غیر خطی است. از تنگستن می توان برای اندازه گیری بسیار کم دما استفاده کرد، اما به دلیل مشکلات سازه و عدم استعداد آن، کمتر مورد استفاده قرار می گیرد. RTD ها استاندارد دارای مقاومت پلاتینی هستند که در درجه حرارت صفر درجه مقاومت آن 100 اهم است و به اصطلاح با آن PT100 گفته می شود.

- پیرو متر (پایرومتر ، ترمومتر لیزری)

این نوع دماسنج که شامل سنسور های اندازه گیری از راه دور است ، به کمک اندازه گیری شار نوری مادون قرمز که از سطح اشیا ساطع میگردد میتواند مقدار دمای سطحی اجسام را اندازه گیری کند. در واقع نام این دماسنج نشان دهنده طرز کار این دماسنج است که به کمک پایرومتری و در موارد جزئی رادیومتری میتواند دما را اندزاه گیری کند. ترمومتر های لیزری که در حال حاضر در بازار موجود است بر همین اساس میتوانند دمای سطحی جسم را در دماهای گوناگونی اندازه گیری کند. نکته ای که باید برای این دماسنج ها در نطر داشت اینست که سطح اندازه گیری باید کدر باشد زیرا دما به صورت تشعشعی منتقل نگردد. نکته مهم دیگر آنست که برای اندازه گیری دمای مواد مذاب و گداخته نمیتوان از این نوع دماسنج استفاده کرد.

- فرو سرخ (گرمانگار، ترمووِیژن)

این نوع دماسنج ها در واقع با نام دوربین حرارتی شناخته میشود. طرز کار این نوع دوربین ها به کمک یک آشکار ساز مادون قرمز است که میتواند پرتوهای مادون قرمز ساطع شده را دریافت و با پردازش و فیلتر گذاری به صورت یک تصویر حرارتی رنگ بندی شده نمایش دهد. تصویر نهایی به کمک یک پالت رنگی بر اساس دما رنگ بندی میشود به این ترتیب که نقاط با دمای بالا به طیف رنگی قرمز متمایل میشود و دمای نقاط سرد تر به طیف رنگی آبی و در نهایت تصویر حرارتی تولید میگردد. تکنولوژی بکار رفته در این دوربین ها به صورت های گوناگونی بوده و این دوربین ها به اشکال گوناگون مانند : دستی ، گجت موبایل ، آتشنشانی ، قابل نصب بر روی کلاه ، شکاری و .... در بازار موجود است.

- پروب لانگموری (برای دمای الکترونی پلاسما)

در دهه های اخیر، بسیاری از تکنیک های ترمومتریک(اندازه گیری دما) توسعه یافته اند. متداول ترین و گسترده ترین تکنیک های ترمومتری غیر تهاجمی در زمینه بیوتکنولوژی بر اساس تجزیه و تحلیل تصاویر رزونانس مغناطیسی، تصاویر توموگرافی کامپیوتری و اکوتوموگرافی است. این تکنیک ها امکان کنترل دما درون بافت ها بدون معرفی یک عنصر حساس را فراهم می کند.  در زمینه جریانهای واکنشی (مانند احتراق، پلاسما)، لیزر فلورسانس (LIF)، CARS و اسپکتروسکوپ جذبی لیزر برای اندازه گیری دما در داخل موتورها، توربین های گاز، لوله های شوک، راکتورهای سنتز و غیره مورد بهره برداری قرار گرفته اند .توانایی چنین تکنیک های مبتنی بر اپتیکشامل اندازه گیری سریع بدون تحریک است.

اندازه گیری چیست و انواع آن کدام است؟

تعریف اندازه گیری و یکاهای اصلی :

ابتدا به تعریف ساده از اندازه گیری میپردازیم.اندازه گیری به معنی انتساب یک عدد به یک مشخصه یک شی یا رویداد است که می تواند با سایر اشیا یا رویدادها مقایسه شود. محدوده و کاربرد اندازه گیری بستگی به زمینه و رشته دارد.

انواع داده ها و مقیاس های اندازه گیری: نامی( اسمی)، وصفی، فاصله ای و نسبی. این طبقه بندی را میتوان ساده ترین روش برای دسته بندی انواع مختلف متغیرها نامید که معمولا در زمینه های آکادمیک مورد استفاده قرار میگیرد. اما در دنیای واقعی اولین چیزی که پس از شنیدن کلمه اندازه گیری به ذهن متبادر میگردد انواع واحدهای اندازه گیری و استاندارد سازی هریک از آنهاس. به منظور اندازه گیری انواع پارامترها ،چند یکای اصلی  در سیستم متریک به صورت استاندارد (SI) تعریف شده است که در ادامه  به تشریح هر یک میپردازیم.

تعریف یکای اصلی در سیستم SI(ویکی پدیا)

سایر یکاها را میتوان از یکاهای اصلی به دست آورد که به آنها یکا های فرعی اس آی (SI) می نامند.

 یکاهای اصلی

یکاها در واحد SI بر اساس دو کمیت اصلی و فرعی معرفی شده اند. آنچه بیشتر مورد استفاده در جوامع قرار گرفته است کمیت های اصلی می باشند که برای شناخت بشتر ابزار ها و کارایی آن ها بهتر است آن ها را به خاطر بسپارید.

انواع یکاها های اصلی

 از جمله مهم ترین یکاهای اصلی عبارتند از؛

زمان: بر حسب ثانیه با نماد ثابت s

دما: بر حسب کلوین با نماد ثابت k

مقدار ماده: بر حسب مول با نماد ثابت mol

شدت جریان الکتریکی: بر حسب آمپر با نماد ثابت A

یکاهای فرعی

تا به این جا در این مقاله سعی شد تا با مفهوم اندازه گیری، ابزار های آن و همچنین یکاهای ثابت جهانی که این ابزار ها بر این اساس کار می کنند آشنا شوید در این شرایط در ابتدا یکا های اصلی می باشند و سپس از پیوند دو یکا اصلی، یکای فرعی مورد نظر ایجاد شده است.

دقت اندازه گیری :

در بحث اندازه گیری نمیتوان جواب کامل از اندازه گیری ارائه کرد . هرکسی که مقدار اندازه گیری را گزارش میکند در واقع بهترین تخمین خود را از مقدار اصلی به همراه خطای اندازه گیری را بیان میکند. درستی اندازه گیری از روی تطبیق مقدار اندازه گیری شده  با واقعیت نتیجه می‌شود. اندازه گیری دقیق ، زمانی اتفاق می افتد که خطای آن ، در مقایسه با مقدار اندازه گیری شده عددی بسیار کوچک باشد. دقت اندازه گیری به عوامل مهمی از جمله : مهارت فرد اندازه گیری کننده در تخمین ، نحوه و ساختار اندازه گیری ، مقدار رزولوشن یا تفکیک پذیری وسیله اندازه گیری ، مقدار تفکیک پذیری چشمی  و غیره بستگی دارد. بنابراین ، صحت تمامی اندازه گیریها ، به دلیل محدودیت در دقت (تکرار پذیری آزمایش) و خطای ناشی از طبیعت وسیله اندازه گیری و جسمی که اندازه گیری می‌شود، محدود است.

 

در بحث اندازه گیری پارامترهای دیگری از جمله خطای اندازه گیری ، تجهیز مورد استفاده برای اندازه گیری ،نحوه محاسبه و تخمین خطا ، استفاده از یکا و ارقام با معنی و ... نقشی تاثیر گذار در نتیجه اندازه گیری دارند اما دو فاکتور اصلی و مهم در هر اندازه گیری یکای مد نظر و دقت اندازه گیری مربوط به آن است که در بالا به این دو مورد پرداخته شد. در مباحث اندازه گیری دستگاهای دیجیتالی به بازار آمده اندکه انواع دماسنج ، اسید سنج و...از جمله آنهاست. 

منبع : https://testabzar.com/blog/definition-of-measurement/