ترموکوپل چگونه کار می‌کند؟

پیش از این گفتیم که دو سیم نا هم‌جنس در یک انت‌ها به هم متصل می‌شوند. هنگامی که یک انت‌ها از ترموکوپل گرم شود، یک ولتاژ یا همان اختلاف پتانسیل ایجاد می‌کند. این اختلاف پتانسیل ایجاد شده، به تفاوت دمای بین اتصال مرجع و اتصال اندازه گیری بستگی دارد.

در نهایت با مراجعه به جدول اختصاصی هر نوع ترموکوپل؛ می‌توان دما را به دست آورد. برای این کار کافی است عدد ولتاژ نشان داده شده را در جدول پیدا کنید و دمای متناظر با آن عدد را بخوانید. (برای درک بیشتر مطلب، جدول‌های اختصاصی ترموکوپل‌های نوع K و نوع S را در ادامه همین مقاله آورده‌ایم.)

انواع ترموکوپل

ترموکوپل‌ها در انواع مختلف فلزی یا کالیبراسیون تقسیم‌بندی می‌شوند. (کالیبراسیون یا همان واسنجی به تعیین کارآمدی ویژگی‌های دستگاه با استفاده از تست‌های استاندارد عملی گفته می‌شود.)

در این مقاله بر اساس تفاوت در نوع فلز به کار رفته در ساخت سیم‌ها، ترموکوپل‌ها را به دو دسته تقسیم‌بندی می‌کنیم:

ترموکوپل‌های بر پایه فلز ساده:

متداول‌ترین ترموکوپل‌ها، ترموکوپل‌های بر پایه فلز ساده هستند. این دسته قیمت مناسب‌تری دارند و از دقت نسبتا خوبی برخوردارند. پرکاربردترین ترموکوپل‌های بر پایه فلز ساده شامل:

• ترموکوپل صنعتی نوع J:

این نوع ترموکوپل قابلیت اندازه گیری دما در محدوده بسیار زیادی را دارد. ترموکوپل نوع J می‌تواند دماهای بین منفی ۱۸۰ تا ۷۶۰ درجه را به خوبی اندازه گیری کند. البته بهترین عملکرد و بالاترین دقت این نوع از حسگرهای دمایی تا ۵۵۰ درجه است؛ بنابراین دماهای بیش از این مقدار، به دستگاه آسیب می‌زند و سیم‌های درون آن را ذوب می‌کند.

• ترموکوپل صنعتی نوع T:

ترموکوپل نوع T، اغلب برای اندازه گیری دما در محدوده‌های دمایی پایین استفاده می‌شود. اگر به دنبال حسگری برای اندازه گیری دما در بازه منفی ۲۰۰ تا ۳۷۰ هستید، این نوع ترموکوپل می‌تواند پیشنهاد مناسبی باشد.

• ترموکوپل صنعتی نوع K:

ترموکوپل نوع K یکی از ارزان‌ترین و پرکاربردترین انواع ترموکوپل بوده که با سیم‌هایی از جنس Chromel (آلیاژ نیکل و کروم) و Alumel (آلیاژ نیکل و آلومینیوم) ساخته می‌شود. این نوع از ترموکوپل‌ها، دمایی در محدوده منفی ۲۰۰ تا ۱۲۶۰ را اندازه گیری می‌کنند.

ترموکوپل‌های بر پایه فلز خاص:

این دسته، دقت بالاتری داشته و طبیعتا برای خرید آن‌ها باید مبلغ بیشتری بپردازید. البته موارد استفاده از آن‌ها نیز کمتر است و تنها در محیط‌های مخصوصی به کار می‌روند. برخی از ترموکوپل‌های بر پایه فلز خاص شامل:

• ترموکوپل صنعتی نوع R و S:

فلز به کار رفته در ساخت سیم این نوع از ترموکوپل‌ها، پلاتین و رودیم است. ترموکوپل نوع R و S با بخارهای فلزی و نافلزی واکنش می‌دهد. بنابراین توصیه می‌شود که از آن‌ها با لوله‌های آلومینیومی محافظت شود. تفاوت بین این دو نوع، درصد بیشتر رودیم در نوع R است. بازه دمایی قابل ارزیابی توسط ترموکوپل‌های نوع R و S نیز، از صفر تا ۱۴۸۰ درجه ذکر شده است.

• ترموکوپل صنعتی نوع B:

برای تولید ترموکوپل‌های نوع B، از فلزهای پلاتین و رودیم با درصد ترکیبات متفاوت استفاده می‌شود. ضریب سیبک این نوع حسگر پایین بوده و به همین علت در محدوده دمایی ۸۷۰ تا ۱۷۰۰ عملکرد مناسبی از خود نشان می‌دهند.

چطور یک ترموکوپل انتخاب کنیم؟

از آنجایی که ترموکوپل‌ها در انواع مختلفی تولید می‌شوند باید بدانید که هر کدام از انواع آن مناسب چه کاری است. برای انتخاب ترموکوپل مناسب به نکات زیر دقت کنید:

• رایج‌ترین معیار برای انتخاب یک ترموکوپل مناسب، محدوده دمای قابل اندازه گیری است. با توجه به کاربرد مورد نظرتان، به محدوده دمایی آن‌ها دقت کنید و نوع مناسب را برگزینید.
• با توجه به نوع اتصال سیم‌ها در پروب تصمیم گیری کنید. شما باید به مزایا و معایب هر یک از انواع اتصال‌های حسگر توجه کافی داشته باشید. برای مثال اتصال آزاد، در مواردی که نیاز به پاسخ با زمان بالا وجود دارد عملکرد بهتری خواهد داشت. یا ترموکوپل‌های Ungrounded در محیط‌های خورنده با دقت بیشتری عمل می‌کنند. توجه به مواردی از این قبیل به شما در انتخاب ترموکوپل مناسب کمک می‌کنند.

به طور خلاصه، برای انتخاب ترموکوپل جدید:

• هدفتان را از خرید ترموکوپل مشخص کنید و انتخاب‌های پیش رو را به خوبی ارزیابی کنید.
• محدوده دمایی هدف را تعیین کنید و به سراغ جدول اطلاعات هر کدام از انواع ترموکوپل بروید تا بتوانید ابزار مفیدتر در دمای مورد نظر را شناسایی کنید.
• به توجه به محیط و محدودیت‌های فضایی، ترموکوپل مناسب را انتخاب کنید. به محیط نصب توجه داشته باشید. یکی از موارد حائز اهمیت در تعیین ترموکوپل مناسب، فضای نصب است. برای مثال ممکن است قطر پروب با توجه به راه‌های ورودی انتخاب شود.
• احتمال مقاومت شیمیایی، خوردگی و آسیب‌های جانبی را نیز در نظر بگیرید. برای مثال ترموکوپل‌هایی با نقطه اتصال زمینی و Ungrounded را می‌توان در محیط‌های خورنده و پر فشار به کار برد.

زمان پاسخگویی یک ترموکوپل چیست؟

زمان پاسخگویی یک ترموکوپل را معمولا از زمان صرف شده برای رسیدن ولتاژ خروجی به ۶۳ درصد حداکثر دمای تغییر گام تعریف می‌کنند. زمان پاسخگویی به موارد گوناگونی از جمله اندازه ترموکوپل، ساختمان ترموکوپل، نحوه اتصال سیم‌ها در آن (سه نوع اتصالی که پیش از این ذکر شد.) و محیط مورد استفاده بستگی دارد. اما به طور کلی زمان پاسخگویی برای حسگرهای حرارتی، نزدیک به یک دقیقه در نظر گرفته می‌شود.
برای درک بیشتر مطلب و آشنایی با عوامل تاثیرگذار، به موارد زیر توجه کنید:

مزایا و معایب ترموکوپل

• هر چه جرم فلزی سیم به کار رفته در ساخت پروب‌های آن بالاتر باشد، سرعت انتقال حرارت بالاتر است. بنابراین زمان پاسخگویی افزایش می‌یابد.
• ترموکوپل‌هایی با اتصالGrounded، زمان پاسخگویی را ۲۰ تا ۳۰ درصد کاهش می‌دهند.
• انتقال حرارت در محیط‌های سیال با سرعت بیشتری انجام می‌شود. بنابراین جنس محیط هم در زمان پاسخگویی ترموکوپل تاثیر به سزایی دارد.

مزایا:

• این وسیله اندازه گیری دما را به صورت غیرفعال و بدون نیاز به نیرو انجام می‌دهد.
• استفاده از این وسیله بسیار آسان است و نیاز به دانش تخصصی ندارد.
• در صورت بروز مشکل در یکی از قسمت‌های ترموکوپل، می‌توان آن را تعویض کرد.
• قیمت آن نسبتا ارزان است و هزینه چندانی ندارد.
• پروب‌های ترموکوپل در انواع مختلفی تولید می‌شوند.
• تحت تاثیر گرما یا سرمای زیاد مقاومت بالایی از خود نشان می‌دهد.
• بازه دمایی قابل اندازه گیری توسط این ابزار وسیع است.
• ترموکوپل‌ها زمان پاسخگویی سریعی دارند.
• ترموکوپل نسبت به سایر ابزارهای اندازه گیری دما، قابلیت سنجش دماهای بالاتری را دارد.

معایب:

• برای بدست آوردن دما، نیاز به تبدیل دارید.
• همواره یک اتصال مرجع سرد نیاز است.
• خروجی‌ها با ولتاژ پایین، مستعد نویز هستند.
• دقت نسبتا پایین در حدود ۱ درجه دارند.
• ابزارهای اندازه گیری تماسی نیاز به عایق‌بندی مناسب دارند، اگر از عایق مناسب برای حفاظت از آن‌ها استفاده نشود در گذر زمان دچار خوردگی می‌شوند.
• احتمال جا به جایی ترموکوپل وجود دارد.
• اگرچه ترموکوپل‌ها بازه وسیعی برای اندازه گیری دما دارند؛ اما دقت آن‌ها پایین است. (ترموکوپل‌ها دقت مثبت منفی یک درجه دارند. به این معنی که کمترین واحدی که می‌توانند اندازه گیری کنند به اندازه یک درجه است.)

رایج‌ترین کاربردهای ترموکوپل چیست؟

احتمالا نام اجاق گازهای مجهز به ترموکوپل را شنیده‌اید! ترموکوپل، در تجهیزات گاز سوز به منظور حفظ ایمنی و جلوگیری از حادثه به کار می‌رود. این ابزار با اندازه گیری دما، خاموش شدن شعله پیلوت را تشخیص می‌دهد. برای مثال هنگامی که شعله گاز به دلایلی خاموش می‌شود، ترموکوپل این را تشخیص داده و از نشت گاز ممانعت به عمل می‌آید. با قطع جریان گاز، از وقوع آتش سوزی یا حوادث دیگر جلوگیری می‌شود.

همچنین ترموکوپل‌ها، در زمینه‌های متنوعی به کار برده می‌شوند؛ از کنترل و بازرسی فرآیند در کارخانه‌ها گرفته تا تولید انرژی در نیروگاه‌ها. اندازه گیری دما در محیط‌های بسیار بسیار گرم نیازمند ابزاری است که مقاومت بالایی در برابر گرما داشته و از مواد اولیه مستحکم ساخته شده باشد. ترموکوپل حرارتی به گونه‌ای تولید شده که هر دو ویژگی را دارد. بنابراین یک پیشنهاد مناسب برای اندازه گیری دما در صنایع به شمار می‌آیند.

برای آشنایی بیشتر با کاربردهای هر کدام از انواع ترموکوپل به جدول زیر توجه کنید.

انواع کاربرد ترموکوپل

از کجا متوجه شویم که یک ترموکوپل درست کار نمی‌کند؟

گفتیم یکی از کاربردهای این وسیله، استفاده در دستگاه‌های گاز سوز برای جلوگیری از آتش‌سوزی است. بنابراین حصول اطمینان از عملکرد صحیح و درست آن بسیار مهم است. یکی از آسان‌ترین راه‌ها برای اینکه متوجه شویم ترموکوپل درست می‌کند یا نه، استفاده از شعله گاز است. اگر شعله گاز را روشن کردیم اما بعد از رها کردن دستگیره، گاز خود به خود خاموش شد یعنی اختلالی در عملکرد آن وجود دارد.

چرا از ترموکوپل استفاده کنیم؟

یکی از ویژگی‌های هر ماده‌ای، دما است. بنابراین با بوجود آمدن تغییرات دمایی می‌توان متوجه شده که عملکرد دچار اختلال شده است. ترموکوپل که وسیله‌ای برای اندازه گیری دما است، این تغییرات را با دقت نسبت خوبی ثبت می‌کند. دانستید که این وسیله برای اندازه گیری دما تولید شده و در زمینه‌های مختلف صنعتی و خانگی کاربرد دارد. استفاده از حسگرهای تماسی بسیار متداول است؛ از کارخانه‌های بزرگ داروسازی و بیوشیمی گرفته تا اجاق گازهای کوچک در خانه. با این که نوع ترموکوپل به کار گرفته شده در هر کدام از این موارد با یکدیگر تفاوت دارد؛ اما همه آن‌ها حسگرهای اندازه گیری دما هستند.

برخی از مهمترین موارد مصرف ترموکوپل:

• به کار بردن در دستگاه‌های گاز سوز خانگی
• کنترل اجاق‌های بزرگ پخت و پز
• نظارت بر زنجیره تولید در کارخانه‌ها
• کنترل دمای کتری بخار
• مانیتورینگ صفحه داغ
• در دستگاه‌های صنعتی
• حفظ ایمنی در دستگاه‌های گاز سوز صنعتی در کارخانه‌ها
• استفاده در کوره‌های ساخت سرامیک
• استفاده در کوره‌های ذوب فلز و تولید مواد

خرید ترموکوپل حرارتی

در این مقاله گفتیم که ترموکوپل‌ها بدون نیاز به منبع تغذیه‌کننده و با تکیه بر اثر سیبک، اندازه گیری دما را انجام می‌دهند. اثر سیبک بیان می‌کند که اگر دو فلز نا هم‌جنس در تماس با یکدیگر قرار بگیرند؛ در تغییرات دمایی، اختلاف پتانسیل اندکی ایجاد می‌کنند. نهایتا این اختلاف پتانسیل اندازه گیری شده و به دما تبدیل می‌شود. با استفاده از جدول‌های اختصاصی هر کدام از انواع ترموکوپل، می‌توان ولتاژ نمایش داده شده را به عددی نسبت داد که همان دمای مورد نظر است. اگر قصد خرید ترموکوپل حرارتی را دارید، باید با کاربردهای هر یک از انواع آن به خوبی آشنا باشید. چنانچه از ترموکوپل در دمای مجاز استفاده کنید و سیم‌های آن را با محافظ عایق کنید، مدت زمان زیادی می‌توانید از این وسیله بهره ببرید.