نقش عمق فروبری محیط های دمایی در کالیبراسیون دماسنج ها(Technical Note:

نقش عمق فروبری محیط های دمایی در کالیبراسیون  دماسنج ها

Technical Note: tfv-Temperature 001-00

محسن جزمی - خرداد  1400                                                                                                                                         

مقدمه:
یکی از مهمترین عوامل بروز خطا در اندازه گیری دما توسط انواع حسگرهای دما و کالیبراسیون آنها در انواع محیط های دمایی ، عمق فروبری[1]  دماسنج در منطقه حرارتی تحت اندازه گیری در کاربرد مورد نظر  یا  محیط دمایی کالیبراسیون است. اما فقط دانستن مقدار عمق فروبری محیط دمایی و قراردادن بخش حسگر وسیله اندازه گیری دما درآن نقطه یا منطقه کفایت نمی کند و باید الزامات مهم دیگری از جمله رعایت نسبت قطر وسیله اندازه گیری دما (شامل حسگر ، پوشش غلاف ، عایق بندی )  به قطر دهانه بخشی که دماسنج در آن فروبرده می شود (چاهک[2]) را مد نظر قرار داد تا خطای اندازه گیری دما و عدم قطعیت آن به حداقل برسد. معمولآ سازندگان محیط های دمایی کالیبراسیون (حتی سازندگان معتبر و شناخته شده ) در بخش مشخصات فنی کتابچه محیط دمایی کالیبراسیون،  فقط به مقدار طولی عمق فروبری اشاره می کنند و با فرض اینکه استفاده کننده از آن رعایت الزامات فنی مرتبط با کمینه عمق فروبری را می کند ، به بیان مشخصات فنی مانند درستی نمایش دما ، پایداری[3] ، یکنواختی[4] ، پسماند دمایی[5] و اثر بارگذاری[6] اکتفا می کنند .

با این پیش فرض ،  معمولأ عدم قطعیت عدم یکنواختی محوری گزارش شده در کتابچه مشخصات فنی محیط های دمایی در حد چند دهم درجه سلسیوس می باشد (معمولآ کمتر از 0.5 درجه سلسیوس در دماهای بالا) که با آنچه در عمل در صورت عدم رعایت تمام الزامات مرتبط با عمق فروبری دماسنج ها  رخ می دهد تفاوت فاحش دارد و در ادامه ملاحظه خواهید کرد که  این عدم قطعیت می تواند به بیش از 1% هم برسد که در دماهای بالا مقدار بزرگی خواهد شد ، بطور مثال در 1000 درجه سلسیوس با فرض عدم قطعیت 1%  ، مقدار عدم قطعیت عامل عمق فروبری 10 درجه سلسیوس خواهد شد که مقدار بزرگی است.
خطا و عدم قطعیت فروبری و کم شدن آن به عوامل زیادی بستگی دارد ، که مهمترین آتها عبارتنداز:

 عواملی که معمولأ توسط کاربران محیط های دمایی مورد توجه قرار نمی گیرد و سازندگان نیز برای خراب نشدن مشخصات فنی خود، در کتابچه محیط دمایی آن را بصورت روشن ذکر نکرده و فقط به انتشار مقالات و نکات فنی پشتیبانی کننده در وبسایت خود برای رعایت کمینه عمق فروبری برای دماسنج های مختلفی می کنند که ممکن است کاربران معمولی از آن اطلاع نداشته یا توانایی محاسبه سهم عدم قطعیت فروبری را  با توجه به مطالب منتشره در این نکات فنی نداشته باشند  و در همان حال کالیبراسیون دما سنج ها و حسگرهای دمایی را انجام وخوشبینانه اریبی و عدم قطعیت های غیر واقعی به مشتریان خود گزارش  کنند.
 
در یک دسته بندی بسیار کلی ، محیط های دمایی کالیبراسیون را  می توان به دو دسته زیر تقسیم کرد:

سه مشخصه یا خصوصیت مهم در محيط هاي دمايي کالیبراسیون  عبارتند از :

یکنواختی دمایی محیط های کالیبراسیون در برگیرنده یکنواختی محوری[9] و یکنواختی شعاعی[10]  است .یکنواختی محوری نقشی مهم در تعیین عمق فروبری و درستی اندازه گیری های دما بازی می کند ، ولی در تعیین عمق فروبری عوامل بسیار مهم دیگری نیز دخیل هستند که در این گزارش به آنها پرداخته می شود. یکنواختی محوری یعنی یکنواختی دما در فواصل عمودی مختلف از آخرین نقطه قرارگیری حسگر دمایی در محیط دمایی کالیبراسیون  نسبت به دمای محیط پیرامون( بیرونی) یا بخش بالای محیط دمایی است که بخش انتهایی ساقه[11] حسگر  و خاتمهه های آن از محیط دمایی خارج شده است .

معمولأ سازندگان برای کمک به تثبیت و یکنواختی دمایی و  در ادامه پیش بینی محلی برای قرار دادن دماسنج ها  در  محیط دمایی کالیبراسیون خشک از بلوک های فلزی سوراخ شده با قطرهای مختلف و تا عمق مناسب استفاده می کنند. این بلوک های فلزی بسته به بازه و بیشینه دما ممکن است جنس های مختلفی مانند برنز، آلومینیوم و فولاد آلیاژی داشته باشند و معمولآ آنها را با نام جاساز[12]  می شناسند و به سوراخ های آن چاهک  اطلاق می شود. این بلوک ها به دلیل جرم سنگین تری که نسبت به سایر اجزای محیط دمایی دارند ، می تواند حرارت را براحتی از گرم کننده های محیط دمایی دریافت ، علاوه بر انتقال به حسگر ، انرژی حرارتی را در خود حفظ نمایند و باعث تثبیت دمایی بهتر این محیط ها بشوند.

دسته دیگری از محیط های دمایی کالیبراسیون ،از سیال مایع یا جامد مانند روغن ، اتیلن گلیکول ، آب یا حتی پودر و نمک استفاده می کنند تا انتقال حرارت بین گرم کن ها و دماسنج ها  به راحتی انجام شود و از همزن تعبیه شده در آنها  برای ایجاد همگنی و یکنواختی دما استفاده می کنند. بدیهی است همزن ها همزن ها وظیفه برقراری همگنی و یکنواختی  (محوری و شعاعی) در کل محیط دمایی کالیبراسیون را به عهده دارند.