دماسنج

وسیله‌ای جهت اندازه گیری دما بر مبنای واحدهای مختلف دما می باشد. با استفاده از دماسنج‌ها می‌توان دما را اندازه گرفت، به عنوان مثال می‌توان دمای بدن خود را اندازه بگیریم. دماسنج‌های الکلی و جیوه‌ای رایج‌ترین دماسنج‌ها هستند که با منبسط شدن جیوه یا الکل درون مخزنشان کار می‌کنند.

اندازه‌گیری دما توسط دماسنج‌های جیوه‌ای و الکلی برای دماهایی امکان‌پذیر است که بالاتر از نقطه انجماد و پایین‌تر از نقطه جوش مایع درون دماسنج باشد و برای اندازه‌گیری دماهای بالاتر باید از دماسنج‌های ترموکوپلی و آذرسنج‌ها استفاده نمود.

شش نوع مهم دماسنج ها:

• دماسنج گازی (عملکرد بر اساس تغییر فشار، تنظیم فشار)
• دماسنج مقاومت الکتریکی (عملکرد بر اساس تغییر مقاومت الکتریکی)
• ترموکوپل (عملکرد بر اساس نیروی محرکهٔ الکتریکی القایی)
• دماسنج بخار هلیوم (عملکرد بر اساس تغییر فشار)
• نمک پارا مغناطیس (عملکرد بر اساس خودگیری مغناطیسی)
• تابش جسم سیاه (عملکرد بر اساس گسیل تابنده)

 

حساس‌ترین دماسنج جهان

در ژوئن ۲۰۱۴  دماسنج نوری ساخته شد که می‌تواند ۳۰ میلیاردیوم درجه را اندازه بگیرد. این دماسنج که «نانو-کلوین» (nano-Kelvin) نام دارد آنقدر دقیق است که می‌تواند تغییرات درجه حرارت اشیا را در حین حرکت اتم‌هایشان اندازه بگیرد. این دماسنج بر اساس فناوری نوری کار می‌کند به این صورت که نورهای سرخ و سبز را هزاران بار اطراف یک کریستال صفحه‌ای شکل می‌گرداند. نانو-کلوین سه برابر دقیق‌تر از بهترین دماسنج‌هایی است که قبل از آن وجود داشته است.

 

محدوده کاری دماسنج

باید توجه داشت که با ترمومترهای جیوه ای نمی توان دمای کمتر از ۳۵- درجه را اندازه گیری کرد، زیرا جیوه در ۳۹- درجه سانتیگراد منجمد می شود. از این روی برای اندازه گیری سرماهای شدید از ترمومترهای الکلی استفاده می کنند زیرا الکل در ۱۲۰- درجه سانتی گراد مایع است و بالعکس در ۷۸ درجه سانتی گراد بجوش می آید. از این رو دماسنج حداکثر و حداقل (ترمومتر ماکزیمم-مینیمم) را بطور مرکب بکار می برند که از الکل و جیوه تشکیل می یابد. این نوع میزان الحراره می تواند حداکثر درجه حرارت و حداقل آن را در مدت معینی مثلا یک شبانه روز تعیین کند.

دماسنج مرکب از یک دماسنج الکلی بلند تشکیل شده است و برای اینکه جای زیاد نگیرد ساقه آن را دو مرتبه خم کرده اند و در قسمت خمیده آن که بشکل U می باشد، جیوه ریخته شده و بدین ترتیب الکل به دو قسمت تقسیم می شود: یک قسمت در طرف راست لوله باقی می ماند که بالای آن حباب خالی از هواست کمی الکل در آن بخار می شود و طرف چپ آن منتهی به مخزن الکل است . در بالای دو طرف جیوه دوسوزن فولادی موسوم به نشانه قرار دارد.

طرز کار دماسنج مرکب به این صورت است که: وقتی هوا گرم می شود الکل مخزن وسطی منبسط می گردد و جیوه را در شاخه چپ بطرف پایین میراند و در نتیجه جیوه در شاخه دومی بالا می رود و نشانه را همراه خود می برد. وقتی هوا سرد می شود الکل منقبض می شود و بجای خود بر می گردد. ولی نشانه طرف راست به کنار لوله می چسبد و پایین نمی آید. در صورتی که جیوه در طرف چپ، نشانه را بالا می برد و اگر دو مرتبه هوا گرم شود این نشانه به کنار لوله می چسبد و این عمل در مدت معینی چندین بار ممکن است تکرار شود. هنگام بازدید ترمومتر نشانه طرف راست حداکثر درجه حرارت و نشانه طرف چپ حداقل آن را نشان می دهد و سطح جیوه درجه حرارت همان زمان را تعیین می کند. همچنین برای باز گرداندن نشانه های آهنی تا سطح جیوه از یک آهن ربای نعلی شکل استفاده میشود.

 

انواع دماسنج 

ترمومتر پزشکی:

 این گرماسنج جهت اندازه گرفتن حرارت بدن بکار می رود و چون حد متوسط حرارت بدن انسان ۳۷ درجه سانتی گراد (۵/۹۸ درجه فارنهایت ) است در ترمومترهای پزشکی بر اساس سانتیگراد بین ۳۳ تا ۴۲ درجه سانتی گراد می باشد و برای اینکه بمجرد جدا شدن ترمومتر از بدن انسان  و برخورد با حرارت یا برودت محیط، جیوه داخل ترمومتر تغییر مکان پیدا نکند، خمیدگی مخصوصی در انتهای لوله ترمومتر نزدیک مخزن جیوه قرار می دهند.  هر بار که بخواهند از این دماسنج استفاده کنند، چندین بار ترمومتر را بطرف مخزن تکان شدید می دهند تا جیوه داخل لوله از خمیدگی بگذرد و کاملا وارد مخزن گردد.

 

پیزومتر یا ترموالکتریک

ترمومتر دیگری در صنایع بکار میرود بنام : پیرومتر یا ترموالکتریک – اساس این ترمومتر بر این خاصیت است که اگر فصل مشترک دو سیم فلزی مختلف را حرارت دهیم جریان برق در آنها برقرار میشود و بوسیله یک «میلی آمپرمتر» دقیق میتوان ثابت کرد که هرچه درجه حرارت زیادتر شود شدت جریان حاصل نیز بیشتر خواهد شد و با اندازه گرفتن شدت جریان درجه حرارت را معلوم می سازند. باید دانست که اختراع ترمومتر را به بسیاری از دانشمندان نسبت می دهند ولی حقیقت آن است که گالیله دانشمند ایتالیایی پیش از سال ۱۵۹۷ میلادی این ابزار را اختراع کرده است.

 

دماسنج گازی

جنس ، ساختمان  و ابعاد دماسنج در ادارات و موسسات مختلف سراسر دنیا که این دستگاه را به کار می‌برند، تفاوت دارد و به طبیعت گاز و گستره دمایی که دماسنج برای آن در نظر گرفته شده است، بستگی دارد. این دماسنج شامل حبابی از جنس شیشه ، چینی ، کوارتز ، پلاتین یا پلاتین ـ ایریدیم ( بسته به گستره دمایی که دماسنج در آن به کار می‌رود ) ، که به وسیله یک لوله موئین به فشارسنج جیوه‌ای متصل است، می باشد. این دماسنج براساس دو قانون ذکر شده در مورد گاز کامل کار می‌کند.

قوانین گازه

همان وقت که اسحاق نیوتن در کمبریج درباره نور و جاذبه می‌اندیشید، یک نفر انگلیسی دیگر به نام رابرت بویل ، در آکسفورد سرگرم مطالعه در باب خواص مکانیکی و تراکم پذیری هوا و سایر گازها بود. بویل که خبر اختراع گلوله سربی اوتوفون گریکه را شنیده بود، طرح خویش را تکمیل کرد، و دست به کار آزمایشهایی برای اندازه ‌گیری حجم هوا در فشار کم و زیاد شد.

نتیجه کارهای وی چیزی است که اکنون به قانون بویل ماریوت معروف است، و بیان می‌کند که حجم مقدار معینی از هر گاز در دمای معین با فشاری که بر آن گاز وارد می‌شود، بطور معکوس ، متناسب است با فشاری که بر آن گاز وارد می‌شود.

 

حدود یک قرن بعد ، ژوزف گیلوساک فرانسوی ، در ضمن مطالعه انبساط گازها ، قانون مهم دیگری پیدا کرد که بیان آن این است: فشار هر گاز محتوی در حجم معین به ازای هر یک درجه سانتیگراد افزایش دما ، به اندازه ۲۷۳/۱ حجم اولیه‌اش افزایش می‌یابد. همین قانون را یک فرانسوی دیگر به نام ژاک شارل ، دو سال پیش از آن کشف کرده بود. و از این رو اغلب آن را قانون شارل گیلوساک می‌نامند. این دو قانون مبنای ساخت دماسنجهای گازی قرار گرفت.

 

دماسنج مایعی

این نوع دماسنج یکی از رایج ترین انواع دماسنجهای مورد استفاد درصنعت و غیره می باشد. عمدتا این نوع دماسنج را بعنوان دماسنجهای جیوه ای یا الکلی می شناسیم. ساختمان این نوع دماسنجها از یک مخزن مایع و یک لوله مویین تشکیل شده که مایع درون مخزن در اثر انبساط از لوله مویین بالا رفته و دمای متناسب را نشان میدهد.

دماسنج جیوه ای را می توان برای اندازگیری دما از ۳۷٫۸- تا۳۱۵ سانتی گراد استفاده نمود. اما اگرفضای بالای سطح جیوه را از گاز ازت پر نمایند ، می توان تا دمای ۵۳۸ درجه از آن استفاده نمود.

 

دماسنج انبساط سیال

این نوع دماسنج یکی از باصرفه ترین ، رایج ترین و تطبیق پذیر ترین  وسایل اندازگیری دما در صنعت می باشد.اساس کار این دماسنج در شکل مقابل نشان داده شده است.همانگونه که ملاحظه می شود با افزایش دما فشار درون حباب که می تواند محتوی مایع ، گاز  یا بخار باشد ، بالا رفته و توسط فشار سنج اندازه گیری می شود. طول لوله مویین می تواند تا ۶۰ متر باشد ؛ اما این مقدار بر دقت اندازه گیری دما تاثیر گذار خواهد بود.بهترین حالت زمانی است که از لوله مویین کوتاه که به یک ترانس دیوسر فشار الکتریکی متصل شده استفاده گردد.

 

دماسنج الکتریکی

این نوع دماسنجها اصولا کاربردهای فراوانی در صنعت داشته و قادرند از دماهای پایین تا دماهای بسیار بالا را اندازه گیری نمایند.که عمدتا بصورت مقاومتی و ترموکوپل هستند.

دماسنج با مقاومت الکتریکی:

دماسنج مقاومتی به صورت یک سیم بلند و ظریف است، معمولا آن را به دور یک قاب نازک می‌پیچند تا از فشار ناشی از تغییر طول سیم که در اثر انقباض آن در موقع سرد شدن پیش می‌آید، جلوگیری کند. در شرایط ویژه می‌توان سیم را به دور جسمی که منظور اندازه گیری دمای آن است پیچید یا در داخل آن قرار داد. در گستره دمای خیلی پایین ،  دماسنج های مقاومتی معمولا از مقاومتهای کوچک رادیویی باترکیب کربن یا بلور ژرمانیوم که ناخالصی آن آرسنیک است و جسم حاصل در درون یک کپسول مسدود شده پر از هلیوم قرار دارد، تشکیل می‌شوند. این دماسنج را می‌توان بر روی سطح جسمی که منظور اندازه گیری دمای آن است سوار کرد یا در حفرهای که برای این منظور ایجاد شده است، قرار داد. دماسنج مقاومتی پلاتین را می‌توان برای کارهای خیلی دقیق در گستره ۲۵۳- تا ۱۲۰۰ درجه سانتیگراد به کار برد.

ترمیستور

ترمیستور یک وسیله نیمه رساناست که برخلاف فلزات ، دارای ضریب دمای مقاومت منفی است . بعلاوه مقاومت آن بصورت نمایی با دما تغییر می کند. ترمیستور یک وسطله بسیار حساس است و انتظار می رود که با درجه بندی مناسب ، دارای عملکرد ثابتی تا ۰٫۰۱ سانتی گراد باشد.یکی از ویژگی های جالب آن اینستکه می توان از آن بعنوان جبران کننده دمای مدار های الکتریکی استفاده نمود.

دماسنج کریستال کوارتز

یک روش جدید و بسیار دقیق اندازه گیری دما بر مبنای حساسیت فرکانس تشدید کریستال کوارتز به تغییر دما استوار است .وقتی از زاویه برش مناسب برای کریستال استفاد شود، یک تطابق کاملا خطی میان فرکانس و دما برقرار میگردد. مدلهای تجاری این وسیله از شمارنده های الکترونیکی و دستگاه قرائت رقم نما برای اندازه گیری فرکانس استفاده می کنند.  گستره دمایی کار کرد این دستگاه از منفی ۴۰ درجه تا ۲۳۰ درجه سانتیگراد ادعا شده است.

دمانگاری کریستال مایع

کریستالهای مایع خمیری ، که از استرهای کلسترول ساخته شده اند پاسخ جالبی به دما از خود نشان می دهند . در یک گستره تکرار پذیر دما ، کریستال مایع همه رنگهای طیف رنگی را از خود آشکار می سازد.این پدیده بازگشت پذیر و تکرار پذیر است . با تغییر دادن فرمول مورد نظر می توان از کریستالهای مایع از کمتر از صفر درجه تا چند صد درجه سانتی گراد استفاده نمود.

 

ترموکوپل

ترموکوپل وسیله دیگری است که برای اندازه‌ گیری دما مورد استفاده قرار می‌گیرد. در این نوع دماسنج از خاصیت انبساط و انقباض اجسام جامد

استفاده می‌گردد. گستره یک ترموکوپل بستگی به موادی دارد که ترموکوپل.   از ان ساخته شده است گستره یک ترموکوپل پلاتنیوم ـ ایرودیوم که ۱۰ درصد پلاتینیوم دارد از صفر تا ۱۶۰۰ درجه است است. مزیت ترموکوپل در این است که بخاطر جرم کوچک ، خیلی سریع با سیستمی که اندازه‌ گیری دمای آن مورد نظر است، به حال تعادل گرمایی در می‌آید. لذا تغییرات دما به آسانی بر آن اثر می‌کند، ولی دقت دماسنج مقاومتی پلاتین را ندارد

 

انواع دماسنج های مورد استفاده در هواشناسی

 

دماسنج معمولی (استاندارد Thermometer)

 این دماسنج یک لوله بسیار باریک شیشه ای مسدود است که در انتهای آن محفظه ای تعبیه و از جیوه یا الکل پر شده است. در داخل لوله دماسنج خلاء کامل وجود دارد. گرم و سرد شدن مخزن باعث گرم و سردشدن مایع درون مخزن شده و متعاقب آن باعث بالا و پایین رفتن مایع در داخل مخزن شیشه ای می شود، با مشاهده سطح مایع در داخل لوله دماسنج و قرائت عددی که روی بدنه شیشه نوشته شده است دمای هوا در آن لحظه مشخص می شود.

دماسنج حداکثر (Max-Thermometer)

اغلب نیاز است علاوه بر دمای معمولی هوا حداکثر دمایی که در طول یک دوره معین مثلاً یک شبانه روز اتفاق افتاده است نیز اندازه گیری و تثبیت شود به این منظور از دماسنج حداکثر استفاده می کنند. این نوع دماسنج با یک تفاوت جزیی تقریبا مشابه دماسنج های معمولی است به این صورت که لوله مویین آن در محلی که به مخزن منتهی می شود بسیار باریک شده است. هنگامی که دما زیاد می شود جیوه داخل مخزن منبسط شده و نیروی حاصل می تواند باعث راندن جیوه از داخل مجرای باریک بالای مخزن به قسمت بالای لوله گردد به این ترتیب ارتفاع جیوه در داخل مخزن بالا می رود و با کاهش دما مایع داخل مخزن منقبض می شود ولی باریک بودن لوله از برگشت مایع به داخل مخزن جلوگیری می کند و سطح مایع در داخل لوله در محلی که بالاترین دمای قبلی اتفاق افتاده است باقی می ماند بنابراین سطح فوقانی جیوه نشان دهنده حداکثر دمای اتفاق افتاده است.

 

 دماسنج حداقل (Minimum Thermometer)

دماسنج های حداقل برای تثبیت پایین ترین دمای اتفاق افتاده در یک دوره معین به کار می رود دماسنج های حداقل مشابه دماسنج های معمولی است با این تفاوت که مایع داخل مخزن این نوع دماسنج به جای جیوه از مایعات رقیق تر مانند الکل استفاده می شود. به علاوه در داخل لوله مویین یک سوزن شیشه ای که دو سر آن گرد می باشد رها گردیده که به عنوان شاخص از آن استفاده می شود، وقتی دمای هوا کاهش می یابد با انقباض مایع سطح بالای الکل در داخل لوله مویین با اعمال نیروی کشش سطحی شاخص سوزنی را نیز به طرف پایین مخزن حرکت می دهد با افزایش دما مجدداً الکل در داخل لوله مویین از اطراف سوزن عبور کرده و به طرف بالا صعود می کند اما سوزن در پایین ترین محلی که قبلا در اثر کشش سطحی پایین آمده بود باقی می ماند. بنابراین قسمت بالایی شاخص شیشه ای پایین ترین دمایی را که اتفاق افتاده است نشان می دهد در حالی که انتهای سطح الکل در بالای لوله دمای لحظه ای هوا را نشان میدهد.

 

دماسنج حداقل – حداکثر (Min-Max Thermometer)

این دماسنج ترکیبی از دو دماسنج حداقل و حداکثر می باشد، این دماسنج از یک لوله شیشه ای U شکل ساخته شده است که دو انتهای آن مسدود می باشد. قسمت پایینی لوله U شکل با جیوه پر شده است. علاوه بر جیوه قسمت بالایی لوله قسمت چپ به طور کامل از الکل پر شده است اما نصف حجم لوله سمت راست که انتهای آن به صورت یک مخزن گشاد شده می باشد از الکل پر شده است و نصف دیگر آن از یک نوع گاز پر شده است. در بالاترین سطح جیوه و در داخل الکل در هر دو ستون شاخص های شیشه ای رنگی که یک سوزن در وسط آن تعبیه شده است وجود دارد در اثر گرم و سرد شدن و متعاقب آن انبساط و انقباض سطح جیوه بالا و پایین می رود. بالاترین حدی که جیوه در شاخه سمت چپ بالا رفته است دمای حداقل و بالاترین حدی که جیوه در شاخه سمت راست بالا رفته دمای حداکثر را نشان می دهد.

 

دمانگار (Thermograph)

دمانگار یک وسیله کاملاً مکانیکی است و با استفاده از یک عنصر فلزی که انحنای آن با دما تغییر می کند ساخته شده است یک طرف عنصر فلزی حساس به تغییرات دما که دارای انحنا می باشد به بازوی اهرم طویل و متحرکی بسته شده است که این بازو ممکن است مستقیماً دما را از روی یک مقیاس ساده درجه بندی شده نشان دهد و یا اینکه انتهای بازو به یک قلم ثبات متصل گردد. با تغییر دمای هوا انحنای فلز تغییر می کند و این امر با توجه به نحوه تغییرات دما باعث انحراف قلم در انتهای بازوی مکانیکی به طرف بالا و پایین در روی کاغذ گراف می گردد و دماها ثبت می شوند

 

اذر سنج

این نوع دماسنج که به آن دماسنج غیر تماسی هم گفته می شود ، بر پایه رنگ نور انتشار یافته از جسم بوده که در نهایت دمای جسم مورد نظر را براساس را اندازه گیری می کنیم. این حقیقت که تمامی اجسام سیاه یک اندازه دمایی نور نشان خواهند داد ، نتیجه می گیریم که دامنه کاربردی این نوع دماسنج در دماهای بالای سرخ بوده و برای آهن تقریبا بالای ۵۰۰ درجه سانتی گراد می باشد.

 

طرز کار:

نور ایجاد شده توسط جسم  از درون یک سیستم اپتیکال (با بزرگ نمایی معین) که در درون آن یک لامپ گداخته کوچک فرار داده شده ، گذرانده می شود . (بدین ترتیب اگر  کسی  از درون چشمی بدرون این سیستم نگاه می کند ، نوری بسیار باریکی را ملاحظه خواهد کرد.) در برخورد این نور با فیلمان لامپ ، جریانی را از فیلمان عبور خواهد داد که تعیین کننده میزان دمای جسم است. این جریان توسط پتانسیومتری که بین منبع تغذیه (یک باطری) و لامپ قرار داده شده کنترل میگردد.  برای نمایش دما از یک آم متر (ammeter ) استفاده میگردد.

 

اذرسنج ثبت گر و کنترل گر

در اغلب تأسیسات صنعتی، تنها نشان دادن دما توسط دستگاه کافی نیست و باید با قراردادن یک قلم متحرک به جای عقربه پتانسیل سنج دما را ثبت کرد. این دستگاه آذرسنج ثبتگر نام دارد. همچنین با استفاده از مدارهای الکتریکی در دستگاه میتوان جریان گاز به مشعلها یا جریان برق به عنصرهای گرمایی را کنترل و دمای کوره را در مقدار مورد نظر ثبت کرد. این دستگاه  آذرسنج کنترل گرنام دارد. امکان طراحی وسیله ای برای ثبت و کنترل دما متشکل از یک یا چند ترموکوپل نیز هست.

اذرسنج تابشی

اصول کارکرد آذرسنج تابشی بر پایه یک منبع تابشی استاندارد به نام جسم سیاه یا تابشگر کامل قرار دارد. تابشگر کامل، جسمی فرضی است که کلیه پرتوهای تابیده به خود را جذب می کند. در دمایی یکسان، چنین جسمی سریعتر از هر جسم دیگر از خود انرژی می تابد. آذرسنج های تابشی، عموماً برای نشان دادن دمای تابشگر کامل یا دمای حقیقی درجه بندی می شوند. قانون استفان-بولتزمن که مبنای مقیاس دمای آذرسنج های تابشی است، نشان می دهد که آهنگ تابش انرژی از یک تابشگر کامل متناسب با توان چهارم دمای مطلق آن است.

 

اذرسنج نوری 

ابزار تشریح شده در قسمت قبل که به تمام طول موجهای تابش پاسخ می دهد آذر سنج تابشی نام دارد. با اینکه اصول کارکرد آذر سنج نوری با اذر سنج تابشی یکسان است اما آذر سنج نوری با طول موج منفرد یا نوار باریکی از طول موج طیف مرئی کار میکند. آذر سنج نوری، دما را از طریق مقایسه درخشندگی نور گسیل شده توسط منبع، با نور گسیل شده از یک منبع استاندارد، اندازه می گیرد. برای سهولت مقایسه رنگها، یک فیلتر قرمز که تنها طولموج پرتو قرمز را عبور میدهد به کار می رود.

متداول ترین  نوع آذرسنج نوری که در صنعت به کار می رود، نوع رشته پنهان شونده است. این آذرسنج شامل دو قسمت، یک تلسکوپ و یک جعبه کنترل است. تلسکوپ شامل یک فیلتر شیشه ای قرمز که جلوی چشمی نصب شده و یک لامپ با رشته درجه بندی شده است که عدسی های شیء تصویر از جسم مورد آزمایش را بر آن متمرکز می کند. این دستگاه دارای یک کلید برای بستن مدار الکتریکی لامپ و یک پرده جاذب برای تغییر گستره اندازه گیری دما توسط آذرسنج است.

گستره کاری آذرسنج نوری مورد بحث، از˚۷۶۰  تا C˚۱۳۱۵ است. حد بالایی دما تا اندازه ای بستگی به خطر خراب شدن رشته و میزان خیره کنندگی ناشی از درخشش در دماهای بالاتر دارد. گستره دما ممکن است با به کارگیری پرده جاذب بین عدسی شیء و شبکه رشته به حد بالاتری افزایش یابد و به این وسیله سازگاری درخشش در دماهای پایینتر رشته ممکن می شود.بدین ترتیب با استفاده از دماهای پایینتر رشته، میتوان آذرسنج را برای دماهای بالاتر درجه بندی کرد. با به کارگیری پرده های جاذب مختلف، حد بالایی آذرسنج نوری را میتوان تا ۱۰۰۰۰ درجه سانتیگراد یا بیشتر افزایش داد.

برخی از مزایای اذرسنج نوری و تابشی عبارتند از:

• اندازه گیری دماهای بالا؛
• اندازه گیری دمای اجسام دور از دسترس؛
• اندازه گیری دمای اجسام کوچک یا متحرک؛
• هیچ یک از قسمتهای دستگاه در معرض آثار مخرب گرما نیست.

محدودیتهای انها عبارتند از :

چون سازگاری نورسنجی بستگی به قضاوت فردی دارد، خطاهایی روی می دهد؛

به خاطر وجود دود یا گاز بین ناظر و منبع اشتباهاتی پدید می آید؛

بسته به میزان انحراف از شرایط تابشگر کامل خطا ایجاد می شود.

 

رطوبت سنج

رطوبت هوا به طور کلی به دو صورت رطوبت مطلق هوا و رطوبت نسبی هوا در نظر گرفته می‌شود. رطوبت مطلق عبارتست از مقدار بخار آبی که در واحد حجم هوا موجود باشد. مقدار رطوبتی که یک حجم هوا می‌تواند داشته باشد بستگی به دمای هوا دارد. رطوبت نسبی مقدار رطوبت موجود در یک حجم هوا با دمای مشخص به حداکثر رطوبتی است که آن هوا می‌تواند در همان دما داشته باشد. هوای بدون بخار آب را هوای خشک می‌گویند. این نوع هوا در جو وجود ندارد، حتی در جو روی بیابانها و عرضهای بالا. هوای خشک به علاوهٔ رطوبت را هوای مرطوب می‌گویند. تبخیر که عامل مرطوب ساختن هوای خشک است، از سطح اقیانوسها و آبهای سطحی و تعرق، منبع رطوبت هوا، ایجاد ابرها و بارندگی است. حداکثر بخار آب موجود در جو ۴–۳ درصد است.

بخار آب موجود در جو در متعادل نگه داشتن دمای جو کره زمین نقش عمده‌ای دارد. زیرا بخار آب امواج تشعشعی با طول موج بلند را جذب می‌نماید. بنا بر این، اگر در جو مقدار بخار آب کم باشد، اختلاف درجه حرارت بسیار زیاد می‌شود.

برای تبدیل یک گرم آب به بخار آب در حدود ۵۴۰ کالری حرارت لازم است و این مقدار گرما از محیط اطراف جذب می‌شود. بدین جهت عمل تبخیر، گرماگیر یا سرمازا است. در صورتی که در عمل میعان حرارت آزاد شده موجب ازدیاد گرمای محیط می‌شود. هر چه هوا گرمتر باشد، بخار آب بیشتری می‌تواند در هوا ذخیره شود، ولی به هر حال ذخیره بخار آب در هوا محدود است. موقعی فرا می‌رسد که اگر بخار آب وارد هوا شود، به صورت ذرات ریز آب ظاهر می‌شود. در این حالت گفته می‌شود که هوا از بخار آب اشباع شده است.

متغیرهای رطوبت

رطوبت مطلق

مقدار بخار آب موجود در واحد حجم از هوا را رطوبت مطلق می‌گویند. واحد آن گرم بر متر مکعب یا میلی‌گرم در لیتر است.

در حالت کلی هوای خشک را گاز کامل در نظر می‌گیریم و از قانون عمومی گازهای کامل pv = RT استفاده می‌کنیم. وزن یک متر مکعب هوا ۱۲۹۳ گرم و چگالی بخار آب نسبت به هوا ۶۲٫۰ است.

رطوبت اشباع

اگر مقدار حداکثر بخار آب در دمای ثابتی وارد هوا شود، گویند هوا در این درجه حرارت از بخار آب اشباع شده و دارای رطوبت اشباع می‌باشد: فشار یا کشش بخار آب را در این حالت فشار بخار اشباع شده در درجه حرارت مزبور می‌نامند.

رطوبت نسبی

بنا به تعریف، رطوبت نسبی، نسبت رطوبت مطلق در دمای t به رطوبت اشباع در همان دما می‌نامند. به عبارت دیگر نسبت بخار آب موجود در حجم معینی از هوا در دمای t به وزن بیشینه بخار آبی که می‌تواند در همین حجم در دمای t داشته باشد را رطوبت نسبی می‌گویند.

فشار بخار آب

جو مخلوطی از گازهایی است که هر یک دارای فشار جزئی می‌باشند. فشار هوا در هر نقطه برابر مجموع فشارهای جزئی وارده از طرف هر گاز به انضمام بخار آب است. مقدار بخار آب موجود در هوا با مکان و زمان تغییر می‌کند. هرگاه فشار بالای سطح آب (یا زمین) در زمان معین و در دمای معین به صورت اشباع در آید، فشار جزئی بخار آب در آن زمان و دما را فشار اشباع گویند.

چنانچه هوا گرمتر شود موجب تبخیر مولکولهای بیشتری می‌شود تا آنکه فضای بالایی سطح آب (زمین) به حالت اشباع در می‌آید؛ بنابراین فشار بخار جزئی آب به دما بستگی دارد و با افزایش دما، فشار بخار اشباع نیز افزایش می‌یابد. هر چه دما کمتر باشد، مقدار بخار آب لازم برای رسیدن به مرحله اشباع کمتر است.

شبنم

شبنم رطوبتی است متراکم که به صورت قطراتی روی اشیاء و سطوح مختلف مشاهده می‌گردد. در شب‌های صاف و آرام ، زمیناز طریق تشعشع به سرعت سرد می‌شود و در نتیجه درجهحرارت آن ازهوای مجاور کمتر می‌شود. آنگاه هوای اطراف که خنک شده بر اثر تماس با زمین تا نقطهٔ شبنم سرد می‌شود.

 

نقطه شبنم

هر گاه یک مخلوط هوا بخار با رطوبت مطلق ثابت، سرد شود، در درجه رطوبت معینی رطوبت نسبی آن به ۱۰۰٪ رسیده و اشباع می‌شود. درجه حرارتی را که رطوبت نسبی ۱۰۰٪ می‌شود را نقطه شبنم گویند. شبنم زمانی که تراکم در زیر دماهای نقطه انجماد رخ می‌دهد تشکیل می‌شود.

تغییرات رطوبت نسبی

تغییرات شبانه‌روزی رطوبت نسبی برعکس تغییرات شبانه‌روزی درجه حرارت است. ماکزیمم آن کمی قبل از طلوع آفتاب و مینیمم آن در حدود ساعت ۲ بعد از ظهر است. تغییرات سالانه رطوبت نسبی منظم نیست و نسبت به موقعیت منطقه تغییر می‌کند. رطوبت نسبی نسبت به ارتفاع نیز کاملاً نامنظم است و نمی‌توان قاعده خاصی برای آن بیان کرد. بطوری که ممکن است در اطراف یک ابر رطوبت نسبی صد در صد باشد و در فاصله کمی از آن خیلی کمتر از این مقدار باشد.