رابطه ی میان خطای پسماند و قانون دوم ترمودینامیک

خطای پسماند یکی از انواع خطاهایی می باشد که در مورد تجهیزات اندازه گیری از اهمیت ویژه ای برخورداراست. این خطا در کالیبراسیون تجهیزاتی مانند گیج های فشار , ترازو ها , انواع لودسل ها , انواع ترانسمیترها و همچنین در تجهیزات ابعادی مانند ساعتهای اندازه گیری , کولیسها و میکرومترهای دیجیتال و خصوصا در تجهیزات الکتریکال به فراوانی دیده شده است. شایان ذکر است که این نوع خطا همچنین یکی از عوامل عدم قطعیت در اندازه گیری با توزیع مستطیلی نیز می باشد.

تعریف خطای پسماند:

زمانی که مقدار اندازه ده به تدریج افزایش یافته و به بیشینه مقدار دامنه می رسد و سپس بار دیگر به سمت مقدار صفر کاهش پیدا می کند ، تفاوت بین مقادیر درنظر گرفته شده در مسیر رفت و مسیر برگشت به عنوان خطای پسماند بیان می شود.

اما در واقع عامل اصلی این نوع خطا چیست؟ و چگونه می توان آن را کاهش داد؟ کاهش و در واقع کنترل این نوع خطا منجر به نتیجه بهتری هم در اندازه گیری و هم کالیبراسیون تجهیزات اندازه گیری می گردد.

بیایید نگاهی به قانون دوم ترمودینامیک بیاندازیم و این موضوع را از منظر آن بررسی کنیم. ترمودینامیک در واقع شاخه ای از علم فیزیک است که به بحث در مورد گرما و رابطه ی آن با کار و انرژی می پردازد.

قوانین ترمودینامیک:

قانون صفرم:

هرگاه دو جسم در حال تعادل گرمایی با جسم سومی باشند ، حتما با یکدیگر نیز در حالت تعادل گرمایی می باشند.

قانون اول:

این قانون به عنوان قانون بقای کار و انرژی نیز شناخته می شود و بیان می دارد که تغییر انرژی درونی سیستم برابر است با اختلاف گرمای داده شده به سیستم و کاری که توسط سیستم بر روی محیط انجام شده است.

قانون دوم:

بازده ماشین های حرارتی هیچگاه صد رد صد نیست به عبارت دیگر همواره به خاطر وجود نیرو های اتلافی بخشی از انرژی به صورت گرما به محیط داده می شود و قابل بر گشت نیست.

فرآیند های برگشت

فرآیند های برگشت پذیر فرآیند هایی هستند که ویژگی های ترمودینامیکی یک سیستم مانند دما ، فشار و حجم بعد عبور از یک چرخه دوباره به مقادیر اولیه برسند. در کتاب حرارت و ترمودینامیک زیمانسکی و دیتمن شرایط برگشت پذیری به صورت زیر بیان شده است.

1. فرآیند به آرامی و تحت تعادل ترمودینامیکی(تعادل مکانیکی، گرمایی یا شیمیایی) انجام گردد.

2. عدم وجود نیروهای اتلافی

یکی از نتایج مستقیم قانون دوم ترمودینامیک این است که تمامی فرآیند ها به علت وجود نیروهای اتلافی مانند اصطکاک، مقاومت الکتریکی و نیروی چسبندگی برگشت ناپذیرند.

اما ارتباط بین فرآیند برگشت ناپذیر و خطای پسماند در چیست؟

مثالهایی که در مقدمه به عنوان مواردی از خطای پسماند به آنها اشاره شد در واقع انواع مختلفی از فرآیند های برگشت ناپذیرند. در این نوع فرآیند ها نیروهای اتلافی مانند اصطکاک قطعات متحرک تجهیزات مانند ساعت اندازه گیری, نیروی چسبندگی سیالاتی مانند روغن در کالیبراسیون گیج های فشار و ترنسمیتر های فشار , مقاومت الکتریکی موجود در سیمها و قطعات موجود در نمایشگرهای تجهیزات الکتریکی و تجهیزات دیگری مانند کولیس و میکرومتر , یکی از عوامل برگشت ناپذیری فرآیند و در نتیجه خطای پسماند می گردد.

عامل دوم نیز تعادل ترمودینامیکی می باشد به این معنی که فرد کالیبره کننده لازم است که فرآیند کالیبراسیون را تا حد ممکن به آرامی انجام دهد و یا اینکه دستگاه کالیبراتور به نحوی ساخته شود که کمیت اندازه ده به آرامی افزایش و کاهش داده شود.

در نتیجه به منظور کاهش خطای پسماند لازم است:

1. از تجهیزاتی استفاده شود که نیرو های اتلافی مانند اصطکاک , نیروی چسبندگی و مقاومت الکتریکی در آنها تا حد امکان کم باشد و در صورت استفاده از تجهیزات کمکی مانند اتصالات و یا پراب های الکتریکی , آنها را از میان قطعات با کیفیت بالا انتخاب نمود.

2. فرآیند کالیبراسیون تا حد امکان به آرامی انجام گردد و یا در صورت امکان از تجهیزاتی استفاده شود تا این امکان را بدهند تا نرخ افزایش و کاهش کمیت مورد کالیبراسیون تا جای ممکن کم باشد.