ترموکوپل ابزاری برای اندازه گیری دما می باشد. این ابزار دارای دو سیم فلزی غیر هم جنس است که به یکدیگر متصل شده اند؛ تا یک اتصال را تشکیل دهند. هنگامی که محل اتصال گرم یا سرد می شود، ولتاژ کمی در مدار الکتریکی ترموکوپل ایجاد می شود که می تواند، اندازه گیری شود و این با دما مطابقت دارد. توماس یوهان سیبک که یک فیزیکدان آلمانی می باشد، در سال 1821 میلادی در حین آزمایش متوجه ایجاد میدان مغناطیسی در اتصال بین دو فلز شد. این میدان مغناطیسی بعنوان بخشی از جریان ترموالکتریک کشف شد. با تحقیقات بیشتر دانشمندان در اوایل دهه 1900 ترموکوپل ها (thermocouple) ساخته شدن.
ترموکوپل فقط وظیفه حس کردن دما را دارد و تنها می تواند دمای لمس کرده را به ولتاژ تبدیل کند. هر چه دما بالاتر برود، میزان ولتاژ خروجی آن بیشتر می شود. برای خواندن و کنترل کردن دما باید از ترموستات استفاده شود. ترموستات ولتاژ خروجی این دوفلز غیر هم جنس را دریافت می کند و آنرا بصورت عدد دما نمایش می دهد.
ترموکوپل چیست؟
تعریف کلی ترموکوپلها به این صورت است که از دو فلز ناهم جنس برای ساخت آن استفاده می شود. اما در اجرا، تعداد ثابتی از انواع آن وجود دارد که معمولا مورد استفاده قرار می گیرند. این ابزار برای بهبود و دقت اندازه گیری گسترش پیدا کرده و از آلیاژهای توسعه یافته ویژه، ساخته شده است.
ترموکوپل ها را می توان تقریبا برای هر کاربردی ساخت. آن ها را می توان به گونه ای ساخت که مقاوم باشند، سریع پاسخ دهند و محدوده دمایی بسیار وسیعی را اندازه گیری کنند. از ترموکوپل های مصارف صنعتی گرفته تا ترموکوپل های معمولی که در دستگاه های برقی و لوازم خانگی معمولی یافت می شوند. با توجه به طیف گسترده ای از مدل ها و مشخصات فنی، بسیار اهمیت دارد که نحوه کار، ساختار اصلی، محدوده آن را بدانید. تا بتوانید، معین کنید که نوع و جنس ترموکوپل مناسب برای مصرف شما کدام نوع است.
اجزای تشکیل دهنده یک ترموکوپل
این ابزار مهم و حیاتی بوده و برای اندازه گیری دما از آن استفاده می شود. ترموکوپل ها در صنایع مختلفی از قبیل پتروشیمی، فولاد، نفت و گاز، دارویی و صنایع غذایی کاربرد دارد. ترموکوپل با دارا بودن ساختار بسیار ساده ولی در عملکرد بسیار پیچیده است. به طوری که به میزان دقت و قابلیت آن افزایش پیدا می کند. در ادامه با اجزای اصلی این ابزار پرکاربرد آشنا می شوید:
سیم ها (Thermocouple wires)
ترموکوپلها از دو سیم که از فلزات متفاوتی هستند، ساخته شده اند. این سیم ها در یک انتها به دستگاه اندازه گیری وصل هستند و در انتهای دیگر خود به هم متصل می شوند. برای انتخاب جنس سیم های به کار رفته در ترموکوپل، بسته به محدوده دمایی مورد نیاز و نوع خود ترموکوپل، انتخاب می شوند.
بیشترین و معروف ترین جنس جفت های فلزی در بازار، از مس-کنستانتان، آهن- کنستانتان و نیکل-کروم می باشد.
عایق (Thermocouple insulation)
معمولا سیم های ترموکوپل، با یک روکش یا همان عایق پوشانیده می شوند. این عمل به منظور جلوگیری از تداخلات الکتریکی و اتصال کوتاه می باشد. جنس این عایق ها از موادهای مختلفی ساخته می شوند، از قبیل PVC، سرامیک و یا فایبر گلاس. هر کدام از این جنس ها برای شرایط محیطی و دماهای مختلفی کاربرد دارد.
نقطه اتصال (Thermocouple connection point)
Hot Junction ( اتصال گرم ) یا نقطه اتصال محلی است که دو فلز ناهم جنس به هم متصل می شوند. تغییر دما که موجب ایجاد تولید ولتاژ می شود، در این نقطه خواهد بود. Cold Junction ( نقطه اتصال سرد ) به انتهای دیگر سیم که معمولا در دمای محیط قرار دارد، گفته می شود. در نهایت ولتاژی که تولید می شود، به میزان اختلاف دمای بین نقطه اتصال سرد و گرم مرتبط است.
سر ترموکوپل (thermocouple head)
Thermocouple Head ( سر ترموکوپل ) قسمتی از دستگاه که اتصال سیم های ترموکوپل به خود دستگاه اندازه گیری دما می باشد. معمولا در این قسمت ترمینال های اتصال و در بعضی موارد یک بخش محافظ برای عدم ورود رطوبت و گرد و غبار وجود دارد. این قسمت دارای یک مکانیزم تثبیت برای نگه داشتن ایمن سیم ها را دارد.
غلاف (Thermocouple sheath)
محافظ خارجی یا Sheath ( غلاف )، در برابر آسیب های مکانیکی و شرایط محیطی نامناسب از سیم های ترموکوپل محافظت می کند. متریال به کار رفته در این غلاف ها می تواند متفاوت باشد، که شامل اینکونل، فولاد ضد زنگ و دیگر آلیاژ های مقاوم در برابر حرارت می باشند.
ترمینال ها (Thermocouple terminal)
به نقطه ای که دستگاه اندازه گیری دما به سیم های ترموکوپل وصل می شوند، ترمینال می گویند. طراحی ترمینال ها باید به صورتی باشد که از تبادل حرارت ناخواسته جلوگیری کند و تضمین ارتباط الکتریکی پایدار را داشته باشد.
تجهیزات کالیبراسیون (Thermocouple calibration equipment)
ابزار ترموکوپل به صورت دوره ای و منظم، نیازمند کالیبراسیون دقیق دارد. این عمل برای مطمئن شدن بابت اندازه گیری های دقیق آن ها می باشد. تجهیزاتی که برای کالیبراسیون نیاز است، شامل ابزارهای اندازه گیری دقیق ولتاژ و دستگاه های مرجع دمایی هستند. این عمل به بررسی نوع عملکرد و تنظیم ترموکوپلها کمک می کند.
انواع ترموکوپل (Types of thermocouples)
با آشنایی نوع ساختار و کارایی ترموکوپلها یا جفت های حرارتی، به انواع نوع های آن می پردازیم. این تایپ های جفت گرمایی با توجه به نوع فلزات مختلف، شکل سیم ها و درجه حرارت های متفاوت معین می شوند.
به وسیله ی کدها، تعیین تفاوت درجات بین ترموکوپلها برای مصرف کنندگان را مشخص می کنند؛ مانند کدهای K، J، B، N، S و غیره . برای درک بهتر این کدها به مثال زیر توجه نمایید:
جفت های دمایی (Thermocouple) که برای رنج دمایی بالا کاربرد دارند، کدهایی از قبیل S، B، C و R مشخص می شوند. کابل رابط جفت حرارتی نوع K، کابل جبران ساز یا افزاینده طول BLF ایتالیا تایپ KX است که با کد K نامگذاری شده است.
حسگرهای دمایی که برای اندازه گیری دمای خارج از محدوده کاری معین، استفاده می شوند؛ میزان اندازه گیری آن ها دارای خطای بالایی است. هنگامی که اندازه گیری دما بالاتر از 600-700 درجه سانتی گراد باشد، استفاده از سنسور دمای ترموکوپل پیشنهاد می شود. در ادامه به انواع تایپ های جفت گرمایی می پردازیم:
خرید ترموکوپل
گروه صنعتی پارس صنایع تولید کننده انواع ترموکوپل، المنت، سنسور دما می باشد.
جهت انتخاب محصول کارآمد و مناسب خود با مشاوران حرفه ای مجموعه قبل از خرید تماس بگیرید.
نوع E
نوع E ترموکوپلها دقت بسیار بالایی در اندازه گیری دما دارد. دارای دقت بالا، کارایی و عملکرد خوب در دماهای زیر صفر نسبت به اکثر حسگرها که در این دما ناپایدارند، می باشد.(Thermocouple type E)
جفت های گرمایی نوع E با آلیاژ کنستانتن برای پایه منفی و کرومل ( نیکل-کروم ) برای پایه مثبت ساخته می شوند. ترکیب این فلزات به جفت دمایی نوع ای توانایی سنجش دمایی وسیع از 450- الی 1830 درجه فارنهایت و 270- الی 1000 درجه سانتیگراد را دارد. این نوع جفت های گرمایی در بسیاری از آزمایشگاه ها و صنایعی که نیاز به اندازه گیری دقیق دما دارند، کاربرد دارد. بهترین واکنشی که در اندازه گیری دما در نوع E وجود دارد، در محیط های بی اثر است.
* محیط هایی که در آنها واکنش های شیمیایی خاص یا گازهایی حاوی گوگرد استفاده نمی شود، محیط های بی اثر می گویند.*
نوع K
جفت گرمایی نوع K پر مصرف ترین و کاربردی ترین نوع ترموکوپل می باشد. مهم ترین توانایی نوع کا، اندازه گیری دما در محدوده وسیع و پایداری بسیار بالا می باشد. با داشتن این توانایی در صنایع مختلفی اعم از شیمیایی و خودرو سازی بیشترین استفاده را دارد.(Thermocouple type K)
جنس ساخته شده نوع K از ترکیب آلیاژ آلومل ( نیکل 95%-آلومینیوم2%-سیلیکون1%-منگنز2%) برای پایه منفی و کرومل ( نیکل90%-کروم10%) برای پایه مثبت می باشد. محدوده سنجش دمایی این نوع جفت گرمایی از 300- الی 2300 درجه فارنهایت و 180- الی 1260 درجه سانتیگراد را داراست. در محیط های اکسیدکننده و بی اثر کاربرد بیشتری دارد.
نوع J
ترموکوپل نوع J با دارا بودن دقت بالا و سازگاری با محیط های مختلف در بسیاری از صنایع کاربرد دارد. در فرآیندهای قالب گیری تزریقی، بیشترین کاربرد را دارد. جنس نوع J از پایه منفی کنستانتان و پایه مثبت آهن تشکیل شده است. (Thermocouple type J)
با داشتن آلیاژ خاص در محیط های اکسید کننده، خنثی و خلاء استفاده می شود. البته با داشتن عنصر آهن بسیار در خورندگی حساس هستند و این بر دقت و میزان طول عمرش تاثیر مستقیم می گذارد. محدوده دمایی نوع جی از 32 تا 1400 درجه فارنهایت و 0 تا 760 درجه سانتی گراد است.
نوع B
ترموکوپلهای نوع بی برای اندازه گیری دماهای بسیار بالا مناسب است. محدوده دمایی آن از 32 الی 3300 درجه فارنهایت و 0 الی 1820 درجه سانتیگراد می باشد. جنس نوع B از آلیاژ پلاتین-رودیوم می باشد. با داشتن جنس خاص و محدوده دمایی بالا معمولا در کوره های صنعتی که نیازمند سنجش دماهای بالا هستند، استفاده می شود. (Thermocouple type B)
نوع C
این نوع ترموکوپل معمولا در محیط هایی که دارای گازهای بی اثر، هیدروژن و یا خلاء کاربرد دارند. به دلیل اینکه از خطر خرابی و اکسیداسیون جلوگیری شود. جنس جفت حرارتی نوع C از آلیاژ رنیوم و تنگستن می باشد. (Thermocouple type C)
در دماهایی بسیار بالا از 4200 درجه فارنهایت یا 2315 درجه سانتیگراد بسیار مناسب است. برای افزایش دوام آن از غلافهایی از جنس اینکونل، مولیبدن و تانتالیوم و عایقهای سرامیکی همچون هافنیا، اکسید منیزیم و آلومینا استفاده می شود.
نوع N
جفت گرمایی نوع N برای سنجش محدوده ی دمایی از 32 تا 2300 درجه فرانهایت و 0 تا 1260 درجه سانتیگراد کاربرد دارد. جنس نوع اِن از نیسیل ( نیکل-منیزیم- سیلیکون ) برای پایه منفی و نیکروسیل ( نیکل-کروم ) برای پایه مثبت است. با بالا بودن مقاومت آن در برابر پوسیدگی سبز و هیسترزیس، در صنایع پتروشیمی و پالایش بیشترین استفاده را دارد. (Thermocouple type N)
نوع T
کاربرد نوع T برای سنجش دماهای پایین می باشد. محدوده دمایی این نوع ترموکوپل از 450- الی 750 درجه فارنهایت و 270- الی 400 درجه سانتیگراد می باشد. جنس نوع T از کنستانتان برای پایه منفی و مس برای پایه مثبت تشکیل شده است. (Thermocouple type T)
با داشتن مقاومت بالا در برابر خورندگی، در محیط های بی اثر بسیار کاربرد دارد. با داشتن این خاصیت در صنایع غذایی و سیستم های برودتی بالاترین کاربرد را دارد. برای شرایط های محیطی مختلف، داشتن توانایی و دقت بالا برای متقاضیان دماهای پایین مناسب است.
نوع S
جزو گرانقیمت ترین نوع ترموکوپل ها می باشد. برای سنجش دما های بسیار بالا در صنایع بیوتکنولوژی و دارویی استفاده می‌شود، همچنین در دما های پایین نیز کاربرد دارد. محدوده دمایی نوع S از 50- تا 1768 درجه سانتیگراد می باشد. (Thermocouple type S)
دقت و ثبات بالای این نوع جفت گرمایی آن را به ابزاری که نیازمند اندازه‌گیری دقیق دما هستند، تبدیل کرده است. جفت دمایی نوع اِس در فرآیند های حساس و حیاتی که دقت در آنها بسار مهم است، به کار می‌رود.
نوع R
این ترموکوپل برای سنجش دما در محدوده وسیع از دمای 50- تا 1768 درجه سانتیگراد مناسب است. جنس آن از پایه های پلاتین و رودیوم ساخته شده است. به دلیل بالا بودن مقدار رودیوم نوع R نسبت به نوع S گران قیمت تر است. با بالا بودن قیمت ولی دقت و پایداری بیشتری نیز دارد. بیشترین استفاده و کاربرد را در صنایعی که با گوگرد در تماس هستند، را دارد. (Thermocouple type R)
نکات مهم در قیمت گذاری ترموکوپل
- برند منتخب ترموکوپل مد نظر، بسیار مهم است.
- مواد اولیه و میزان کیفیت آن نیز مهم می باشد.
- میزان قطر و طول جفت گرمایی
- سیمی یا هد دار بودن ترموکوپل
- میزان دقت سنجش دما
- میزان ثبات و پایداری اندازه گیری دما
- چه نوعی از ترموکوپل است.
- ترموکوپل با غلاف فلزی یا غلاف سرامیکی
- میزان تحمل دمای سیم داخل جفت گرمایی
- میزان محدوده اندازه گیری دما سنسور جفت دمایی
- ضمانت و خدمات پس از فروش
- کاربردشان در انواع محیط و شرایط دمایی مختلف
- داشتن ابزار دقیق ترموول یا غلاف محافظ برای ترموکوپل
- و غیره.
مزایای استفاده از ترموکوپل
استفاده از جفت دمایی صنعتی (ترموکوپل) مزایا و کاربرد زیادی دارد. امروزه جفت های گرمایی نقش بسیار مهمی در تعیین و اندازه گیری دما را دارند. به دلیل پیشرفت و گسترش ابزار سنجش دما (ترموکوپل) در مدل ها و کاربردهای بسیاری قابل استفاده می باشد و مزایای بسیاری برای مصرف کنندگان به همراه دارد.
دقت بالا و مقرون به صرفه بودن
با توجه به قابلیت اندازه گیری دما و سنجش با دقت ترموکوپل ها، داشتن قیمت اقتصادی باعث محبوبیت این نوع سنسور می باشد. داشتن این قابلیت آن را به یک گزینه ی مناسب و اولویت در مصرف انواع صنایع می کند.
سرعت در پاسخگویی
در محیط و موقعیت هایی که نیاز به سنجش دما با سرعت حداکثری و دقت بالا می باشد؛ ترموکوپل ها بسیار تاثیرگذار هستند. داشتن سرعت واکنشی بالا و امکان اندازه گیری دما در شرایط خاص بسیار مهم می باشد.
اندازه گیری دما در محدوده وسیع
مهم ترین ویژگی جفتهای دمایی، داشتن قابلیت اندازه گیری دما در محدوده های دمایی بسیار وسیع، از دمای پایین تا بالا می باشد. داشتن همین ویژگی آن را مفید برای کاربردهای فراوان در صنایع از جمله کوره های صنعتی بسیار پر حرارت می کند.
می توان نتیجه گیری کرد که استفاده از آن در تجهیزات مهم بسیار کارآمد و ضروری می باشد. با توجه به نکاتی که تا کنون خوانده اید، ترموکوپل مدنظر خود را با توجه به شرایط محیط و میزان محدوده دمایی که نیاز دارید، خریداری نمایید. اگر برای جفت دمایی خود نیازمند مشاوره و راهنمایی بیشتری هستید، می توانید با کارشناسان حرفه ای پارس صنایع در ارتباط باشید.
کالیبره کردن ترموکوپل
کالیبراسیون جفت دمایی به فرآیندی گفته می شود که میزان خروجی های سنجش ترموکوپل با نقاط مرجع دمایی دقیق و قابل اطمینان مقایسه شود. به طور کل انجام این فرآیند برای اطمینان از سالم بودن و دقت اندازه گیری جفت های دمایی در محدوده خطای قابل قبول با استاندارد ملی و بین المللی می باشد.
مراحل انجام کالیبراسیون
- مقایسه خروجی جفت گرمایی با داده های ترمومتر مرجع
- تبدیل خروجی جفت گرمایی به شرایط دمایی مدنظر
- جدا نمودن ترموکوپل از فرآیند
- جا نمایی جفت دمایی در یک مرجع دمایی دقیق و مطمئن مثل محیط بی اثر، مرطوب و غیره.
- با انجام فرآیند کالیبراسیون می توان از عملکرد ترموکوپل مطمئن شد و میزان دقت سنجش دمایی آن حفظ شود.
