قياس درجة الحرارة
 | تحتاج هذه المقالة إلى مصادر إضافية للتحقق . ( أغسطس 2010 ) |
يصف قياس درجة الحرارة (المعروف أيضًا باسم القياس الحراري ) عملية قياس درجة الحرارة الحالية للتقييم الفوري أو اللاحق. يمكن استخدام مجموعات البيانات المكونة من قياسات موحدة متكررة لتقييم اتجاهات درجات الحرارة.
تاريخ
كانت محاولات قياس درجة الحرارة الموحدة قبل القرن السابع عشر بدائية في أحسن الأحوال. على سبيل المثال، في عام 170 بعد الميلاد، قام الطبيب كلوديوس جالينوس [1] : 18 بخلط أجزاء متساوية من الثلج والماء المغلي لإنشاء معيار درجة حرارة "محايد". يعود أصل المجال العلمي الحديث إلى أعمال العلماء الفلورنسيين في القرن السابع عشر بما في ذلك جاليليو الذي صنع أجهزة قادرة على قياس التغير النسبي في درجة الحرارة، ولكنها معرضة أيضًا للخلط مع تغيرات الضغط الجوي. كانت تسمى هذه الأجهزة المبكرة بالمنظار الحراري . تم تصنيع أول مقياس حرارة محكم الغلق في عام 1654 من قبل دوق توسكانا الأكبر، فرديناند الثاني . [1] : 19 بدأ تطوير موازين الحرارة ومقاييس درجة الحرارة اليوم في أوائل القرن الثامن عشر، عندما أنتج دانيال جابرييل فهرنهايت مقياس حرارة ومقياس زئبقيين ، وكلاهما طورهما أولي كريستنسن رومر . لا يزال مقياس فهرنهايت قيد الاستخدام، إلى جانب مقياسي السيليزيوس والكلفن .
التكنولوجيات
تم تطوير العديد من الطرق لقياس درجة الحرارة. تعتمد معظم هذه الطرق على قياس بعض الخصائص الفيزيائية لمادة العمل التي تتغير مع درجة الحرارة. أحد أكثر الأجهزة شيوعًا لقياس درجة الحرارة هو مقياس الحرارة الزجاجي . يتكون هذا من أنبوب زجاجي مملوء بالزئبق أو أي سائل آخر، والذي يعمل كسائل عامل. يؤدي ارتفاع درجة الحرارة إلى تمدد السائل، لذلك يمكن تحديد درجة الحرارة عن طريق قياس حجم السائل. عادة ما يتم معايرة مثل هذه الموازين الحرارية بحيث يمكن للمرء قراءة درجة الحرارة ببساطة عن طريق ملاحظة مستوى السائل في مقياس الحرارة. نوع آخر من موازين الحرارة لا يستخدم كثيرًا في الممارسة العملية، ولكنه مهم من الناحية النظرية، هو مقياس حرارة الغاز .
وتشمل الأجهزة الهامة الأخرى لقياس درجة الحرارة ما يلي:
- أجهزة قياس الحرارة
- المقاومة الحرارية
- كاشف درجة الحرارة المقاومة (RTD)
- مقياس الحرارة
- مجسات لانجموير (لقياس درجة حرارة الإلكترون في البلازما )
- مقياس الحرارة بالأشعة تحت الحمراء
- موازين الحرارة الأخرى
يجب توخي الحذر عند قياس درجة الحرارة للتأكد من أن أداة القياس (مقياس الحرارة، ترموكبل، إلخ) هي في الواقع نفس درجة حرارة المادة التي يتم قياسها. في بعض الظروف، يمكن للحرارة الصادرة عن أداة القياس أن تسبب تدرجًا في درجة الحرارة، وبالتالي تكون درجة الحرارة المقاسة مختلفة عن درجة الحرارة الفعلية للنظام. في مثل هذه الحالة، ستختلف درجة الحرارة المقاسة ليس فقط مع درجة حرارة النظام، ولكن أيضًا مع خصائص نقل الحرارة للنظام.
إن الراحة الحرارية التي يشعر بها البشر والحيوانات والنباتات لا ترتبط بدرجة الحرارة التي تظهر على مقياس حرارة زجاجي فحسب. فمستويات الرطوبة النسبية في الهواء المحيط يمكن أن تسبب تبريدًا تبخيريًا أكثر أو أقل. ويعمل قياس درجة حرارة المصباح الرطب على تطبيع تأثير الرطوبة هذا. كما يمكن أن تؤثر درجة الحرارة الإشعاعية المتوسطة على الراحة الحرارية. ويجعل عامل تبريد الرياح الطقس يبدو أكثر برودة في ظل الظروف العاصفة مقارنة بالظروف الهادئة على الرغم من أن مقياس الحرارة الزجاجي يظهر نفس درجة الحرارة. ويزيد تدفق الهواء من معدل انتقال الحرارة من الجسم أو إليه، مما يؤدي إلى تغير أكبر في درجة حرارة الجسم لنفس درجة الحرارة المحيطة.
الأساس النظري لمقاييس الحرارة هو القانون الصفري للديناميكا الحرارية والذي ينص على أنه إذا كان لديك ثلاثة أجسام، A وB وC، وإذا كانت A وB على نفس درجة الحرارة، وكانت B وC على نفس درجة الحرارة، فإن A وC على نفس درجة الحرارة. B، بالطبع، هو مقياس الحرارة.
الأساس العملي للقياس الحراري هو وجود خلايا النقاط الثلاثية . النقاط الثلاثية هي ظروف الضغط والحجم ودرجة الحرارة بحيث تتواجد ثلاث مراحل في وقت واحد، على سبيل المثال، الصلب والبخار والسائل. بالنسبة لمكون واحد، لا توجد درجات حرية عند نقطة ثلاثية وأي تغيير في المتغيرات الثلاثة يؤدي إلى اختفاء طور واحد أو أكثر من الخلية. لذلك، يمكن استخدام خلايا النقاط الثلاثية كمراجع عالمية لدرجة الحرارة والضغط (انظر قاعدة طور جيبس ).
في ظل بعض الظروف، يصبح من الممكن قياس درجة الحرارة من خلال الاستخدام المباشر لقانون بلانك لإشعاع الجسم الأسود . على سبيل المثال، تم قياس درجة حرارة الخلفية الكونية للميكروويف من طيف الفوتونات التي تم رصدها من خلال ملاحظات الأقمار الصناعية مثل WMAP . في دراسة بلازما الكوارك والغلوون من خلال تصادمات الأيونات الثقيلة ، تعمل أطياف الجسيمات الفردية أحيانًا كمقياس حرارة.
قياس الحرارة غير الجراحي
خلال العقود الأخيرة، تم تطوير العديد من التقنيات الحرارية. تعتمد أكثر التقنيات الحرارية غير الجراحية انتشارًا وواعدة في سياق التكنولوجيا الحيوية على تحليل صور الرنين المغناطيسي وصور التصوير المقطعي المحوسب والتصوير بالصدى. تسمح هذه التقنيات بمراقبة درجة الحرارة داخل الأنسجة دون إدخال عنصر استشعار. [2] في مجال التدفقات التفاعلية (على سبيل المثال، الاحتراق، البلازما)، تم استغلال الفلورسنت المستحث بالليزر (LIF)، CARS، وقياس طيف امتصاص الليزر لقياس درجة الحرارة داخل المحركات، والتوربينات الغازية، وأنابيب الصدمة، ومفاعلات التخليق [3] وما إلى ذلك. تشمل قدرة هذه التقنيات القائمة على البصريات القياس السريع (حتى مقاييس زمنية نانوثانية)، على الرغم من القدرة على عدم إزعاج موضوع القياس (على سبيل المثال، اللهب، والغازات المسخنة بالصدمة).
معايير الولايات المتحدة (ASME)
- B40.200-2008: موازين الحرارة والقراءة المباشرة والقراءة عن بعد. [4]
- PTC 19.3-1974(R2004): رمز اختبار الأداء لقياس درجة الحرارة. [5]
درجة حرارة الهواء
المعايير
طورت الجمعية الأمريكية للمهندسين الميكانيكيين (ASME) معيارين منفصلين ومتميزين لقياس درجة الحرارة، B40.200 وPTC 19.3. يوفر B40.200 إرشادات لمقاييس الحرارة ثنائية المعدن، والنظام المملوء، والسائل في الزجاج. كما يوفر إرشادات لأحواض الحرارة . يوفر PTC 19.3 إرشادات لقياس درجة الحرارة فيما يتعلق بأكواد اختبار الأداء مع التركيز بشكل خاص على المصادر الأساسية لأخطاء القياس والتقنيات اللازمة للتعامل معها.
قياس درجة الحرارة عبر الأقمار الصناعية
قياسات درجة الحرارة عبر الأقمار الصناعية هي استنتاجات لدرجة حرارة الغلاف الجوي على ارتفاعات مختلفة وكذلك درجات حرارة سطح البحر والأرض التي تم الحصول عليها من القياسات الإشعاعية بواسطة الأقمار الصناعية . يمكن استخدام هذه القياسات لتحديد الجبهات الجوية ومراقبة ظاهرة النينيو الجنوبية وتحديد قوة الأعاصير المدارية ودراسة الجزر الحرارية الحضرية ومراقبة المناخ العالمي. يمكن أيضًا العثور على حرائق الغابات والبراكين والبقع الصناعية الساخنة من خلال التصوير الحراري من الأقمار الصناعية للطقس.
لا تقيس أقمار الطقس درجات الحرارة بشكل مباشر، بل تقيس الإشعاعات في نطاقات أطوال موجية مختلفة . ومنذ عام 1978، قامت وحدات قياس الموجات الدقيقة على الأقمار الصناعية التابعة للإدارة الوطنية للمحيطات والغلاف الجوي بقياس شدة الإشعاع الصاعد بالموجات الدقيقة من الأكسجين الجوي ، والذي يرتبط بدرجة حرارة الطبقات الرأسية العريضة من الغلاف الجوي. وتم جمع قياسات الأشعة تحت الحمراء المتعلقة بدرجة حرارة سطح البحر منذ عام 1967.
تُظهِر مجموعات بيانات الأقمار الصناعية أن طبقة التروبوسفير ارتفعت درجة حرارتها على مدار العقود الأربعة الماضية ، بينما انخفضت درجة حرارة طبقة الستراتوسفير . ويتوافق كلا الاتجاهين مع تأثير زيادة تركيزات الغازات المسببة للانحباس الحراري في الغلاف الجوي .انظر أيضا
- الجدول الزمني لتكنولوجيا قياس درجة الحرارة والضغط
- تحويل مقاييس درجة الحرارة
- درجة حرارة اللون
- درجة حرارة بلانك
- مسجل بيانات درجة الحرارة
مراجع
- ^ ab TJ Quinn (1983). Temperature . لندن: Academic Press. ISBN 978-0-12-569680-7.
- ^ "الإجراء الحراري المفرط". مختبر القياسات والأجهزة الطبية الحيوية . جامعة حرم الطب الحيوي في روما. مؤرشف من الأصل في 2014-07-14 . تم استرجاعه في 2014-07-10 .
- ^ كريستي، روبن إس إم؛ فيروغي، أوميد إم؛ دراير، توماس؛ شولتز، كريستوف (21 مارس 2017). "فلورسنت مستحث بالليزر متعدد الخطوط من أكسيد السيليكون للتصوير الكمي للحرارة في تخليق الجسيمات النانوية باللهب". فيزياء تطبيقية ب . 123 (4): 104. رمز Bibcode :2017ApPhB.123..104C. doi :10.1007/s00340-017-6692-0. ISSN 1432-0649. S2CID 125569546.
- ^ "ASME". الجمعية الأمريكية للمهندسين الميكانيكيين . تم الاسترجاع في 13 مايو 2015 .
- ^ "ASME". الجمعية الأمريكية للمهندسين الميكانيكيين. مؤرشف من الأصل في 2015-09-08 . تم الاسترجاع 13 مايو 2015 .
- ^ الارتفاع الهندسي مقابل درجة الحرارة والضغط والكثافة وسرعة الصوت المشتقة من الغلاف الجوي القياسي الأمريكي لعام 1962.
روابط خارجية
- كاليندار، هيو لونجبورن (1911). . الموسوعة البريطانية . المجلد 26 (الطبعة الحادية عشرة). ص 814-821.مسح آخر معاصر للمواد ذات الصلة.
- كاليندار، هيو لونجبورن (1911). . الموسوعة البريطانية . المجلد 26 (الطبعة الحادية عشرة). ص 821-836.دراسة معاصرة مفصلة لنظرية القياس الحراري وتصميم مقياس الحرارة.
- مقارنة بين تقنيات القياس المختلفة Agilent Technologies, Inc. "Practical Temperature Measurements" (PDF) . مؤرشف من الأصل (PDF) في 2017-11-16 . تم الاسترجاع في 2018-11-19 .
[نحن] نستكشف تقنيات مراقبة درجة الحرارة الأكثر شيوعًا ونقدم إجراءات لتحسين دقتها.
