ترموکوپل چیست ؟

ترموکوپل , Thermocouple , ترموکوپل هد دار , ترموکوپل سیم دار , ترموکوپل سرامیکی , ترموکوپل ترانسمیتری , ترموکوپل داخلی

ترموکوپل در حقیقت وسیله ایست جهت اندازه گیری دما و یکی از پر مصرف ترین سنسور های اندازه گیری دما محسوب می شود. اساس و مکانیزم ترموکوپل ها بسیار ساده است و از اتصال دو فلز غیر همجنس تشکیل می شود و با توجه به اثر سی بک قادر به اندازه گیری دما در رنج وسیعی می باشد. طبق پدیده سی بک اتصال دو فلز غیر همجنس باعث ایجاد ترموکوپل و تولید میلی ولت متناسب با دمای اعمال شده در نقطه اتصال این دو فلز می شود.از این رو انواع مختلف ترموکوپل تولید می شود در حالیکه استاندارد های متداول آن بین 10 تا 12 ترموکوپل می باشد که در مدل های مختلف و با اشکال گوناگون تولید می شود که با توجه به کاربرد، محیط اندازه گیری دما و رنج دمای اندازه گیری طبقه بندی می شوند. البته جهت انتخاب صحیح ترموکوپل باید موارد بسیاری را در نظر گرفت که از آن جمله می توان به رنج دمایی کارکرد ترموکوپل، محل نصب ترموکوپل و محیط اندازه گیری، فاصله ترموکوپل تا نشان دهنده یا محل اندازه گیری و کنترل، نوع اتصال یا نحوه نصب ترموکوپل اشاره کرد.

ترموکوپل یکی از انواع مولد برق است. ترموکوپل دو فلز غیرهم‌ جنس است که از یک طرف به‌هم متصل‌اند. برای تولید برق باید محل اتصال دو فلز را حرارت داد. در این صورت در دو سر دیگر که آزاد هستند برق تولید می‌شود. البته برقی که به این صورت تهیه می‌شود بسیار کم است. به این صورت که وقتی به محل اتصال این دو مفتول حرارت داده شود، اختلاف پتانسیلی در دو سر این مفتول‌ها بوجود می‌آید. این اختلاف پتانسیل تابع میزان حرارت اعمال شده‌است و بنابراین با بررسی میزان ولتاژ خروجی می‌توان درجه حرارت اعمال شده به ترموکوپل را تشخیص داد.

نحوه عملکرد ترموکوپل :

ترموکوپل ها متداول ترین تجهیزات اندازه گیری الکتریکی دما در صنعت هستند. مکانیزم ترموکوپل ها بر اساس پدیده سی بک (Seebeck) که اختلاف دما بین دو نقطه را به ولتاژ تبدیل می کنند.

کاربرد ترموکوپل ؟

ترموکوپل‌ها در صنعت دارای کاربردهای بسیار زیادی هستند. از جمله مهمترین کاربردهای ترموکوپل در صنایع را می توان در صنایع تولید لوازم گازسوز نام برد. بدین ترتیب که از ترموکوپل جهت ایمن سازی تجهیزات گاز سوز در مواردی که شعله گاز به دلایلی (از جمله باد) خاموش می‌گردد، جهت قطع کردن گاز و جلوگیری از انتشار آن استفاده می‌گردد. ترموکوپل به دلیل ایجاد ولتاژ و جریان الکتریسته در اثر دریافت حرارت، وسیله بسیار مفیدی در کنترل حرارت یا استفاده بعنوان کنترلر می‌باشد. از جمله کاربردهای آن، به عنوان انواع [قطع کننده جریان گاز] می‌باشد.

مزایا و معایب ترموکوپل ؟

امتیاز عمد‌ه‌ی ترموکوپل‌ها محدوده‌ی وسیع اندازه گیری آنهاست که به طور اسمی از ۱۸۰- تا ۱۸۰۰+ درجه سانتیگراد را در برمی گیرد. دیگر امتیاز ترموکوپل‌ها، عملکرد خطی آنها در محدوده اندازه گیری است.

از مزایای آن ها می توان به سادگی، قیمت مناسب، استحکام و دوام بالا جهت مصارف صنعتی و دقت مناسب اشاره کرد. محدوده اندازه گیری دما توسط ترموکوپل ها وسیع بوده و در شرایط محیطی متفاوت قابل استفاده می باشند.  ترموکوپل ها دارای سرعت پاسخ دهی خوبی بدلیل ثابت زمانی کوچک می باشند.

ترموکوپل‌ها همواره پس از گذشت سالیان متمادی از بهترین سنسورها برای اندازه گیری دما می‌باشند زیرا با نقطه مورد نظر تماس برقرار نموده و دما را بصورت پتانسیل الکتریکی انتقال می‌دهند و ولتاژ با اتصال به اندیکاتور اندازه گیری و به صورت دما تحت تبعیت از جداول مورد بحث مشابه سازی شده و نمایش داده می‌شود. از این دستگاه برای اندازه گیری دماهای بالا(مثلاً در کوره‌های پخت محصولات سرامیکی) استفاده می ‌شود. ترموکوپل‌ها اصولاً در دمای پایین داری دقت لازم نیستند ولی جهت سنجش دماهای بالاتر از ۵۰۰ درجه سانتیگراد یکی از گزینه‌های خوب می‌ باشند.

از معایب ترموکوپل ها، غیر خطی بودن ، تماسی بودن (در معرض اغتشاش و شوک و …)، دقت متوسط را می توان نام برد. جهت استفاده ترموکوپل در مکان هایی که لرزش یا ضربه وجود دارد برای محافظت از سنسور از روکشی بنام ترموول یا غلاف استفاده می شود که باعث کاهش سرعت پاسخگویی می شود.

معرفی انواع ترموکوپل ؟

ترموکوپل‌ها دارای تیپ‌های متنوع برای اندازه‌گیری دما می‌ باشند بطور نمونه تیپ‌های R – S – B با قابلیت اندازه ‌گیری دما در محدوه ۲۰۰- الی ۱۸۰۰ و تیپ‌های L – K- J با قابلیت اندازه‌گیری دما در محدوده ۱۸۰- الی ۱۰۰۰ درجه سانتیگراد به‌ کار می‌روند. ولتاژ بوجود آمده در دوسر انتهایی ترموکوپل در هر صورت میلی ولت و رفتار الکتریکی هر ترموکوپل بسته به نوع آلیاژ سیم‌های آن تابع جداول استانداردی است که معمولاً در استانداردهای کشورهای مختلف تعریف و تقریباً در هر تیپ منبطق بر یکدیگر است. یکی از انواع معمول آن ترکیب آلیاژکروم و نیکل می‌باشد. معمولاً جهت جلوگیری از آسیب دیدن ترموکوپل آن را درون غلاف فلزی یا سرامیکی قرار می‌دهند. روش جوشکاری دوسر ترموکوپل تابع ضوابط خاصی است بطوری که نباید در حین عملیات جوشکاری فلز یا احیاناً نیمه‌هادی دیگری در فرایند جوش دخالت نماید در غیر اینصورت رفتار ترموکوپل هرگز رفتار استاندارد تعریف شده تابع جداول مربوطه نخواهد بود.

ساختمان ترموکوپل ها  با استفاده از اتصال یک فلز و آلیاژ  تولید می شوند و با همین مکانیزم ساده قادر به اندازه گیری دما به راحتی در رنج وسیعی از ۲۷۰- تا حدود ۱۸۰۰ درجه می باشند. ترموکوپل ها انواع مختلفی دارند که طبق جنس فلز و آلیاژ آن به هفت دسته ذیل تقسیم می شوند:

معرفی ترموکوپل نوع K : 

این ترموکوپل از سیم فلزی Ni-Cr (به نام تجاری کرومل  Chromel) و Ni-Al (به نام تجاری آلومل  Alumel) ساخته می شود. این ترموکوپل ارزان قیمت است و یکی از پرکاربردترین و متداولترین نوع ترموکوپل ها می باشد.  رنج عملکرد دمایی آن بین −250 °C و۱۳۰۰ °C  (این رنج مطلق نیست و بسته به سازنده و نوع ظاهری آن متفاوت خواهد بود بطور مثال ترموکوپل های سیمی شکل نوع K رنج ۴۰- تا ۲۵۰ درجه می باشد و نوع میله ای آن قادر به اندازه گیری تا محدوده ۱۳۰۰ درجه هستند). حساسیت ترموکوپل تیپ K تقریبا ۴۱  µV/°C  است و معمولا در دماهای بالا مورد استفاده قرار می گیرد. ترموکوپل نوع K بخاطر استفاده از مس خاصیت ضد اکسیداسیون دارد لذا در کوره ها که اکسیداسیون رخ می دهد مناسب است.

معرفی ترموکوپل نوع J : 

این ترموکوپل از فلز آهن (Fe) و آلیاژهای مس – نیکل Cu – Ni (کنستانتان Constantan) ساخته می شود. رنج دمایی این ترموکوپل بین -۱۸۰°C  و ۸۰۰°C است. به دلیل احتمال اکسید شدن آهن این ترموکوپل، در صنایع قالب ریزی پلاستیک استفاده می شود. حساسیت ترموکوپل نوع J ، به اندازه ی ۵۱  µV/°Cاست. در ترموکوپل نوع J به علت وجود آهن در مکانهایی که امکان اکسیداسیون وجود دارد بهتر است استفاده نشود.

معرفی ترموکوپل نوع   E: 

این ترموکوپل با استفاده از فلزات Ni-Cr (کرومل) و Cu-Ni (کنستانتان Constantan) ساخته می شود. رنج عملکرد دمایی آن، بین −40 °C و ۹۰۰°C است. این ترموکوپل با ۶۲ µV/°C  بیشترین حساسیت را دارد و می توان از آن در کاربردهای خلاء و مواردی که سنسور در آن حفاظت نشده، استفاده کرد.

معرفی ترموکوپل نوع T : 

این ترموکوپل از مس Cu و آلیاژ Cu-Ni (کنستانتان Constantan) ساخته می شود. رنج عملکرد دمایی این نوع ترموکوپل، بین −250 °C و ۴۰۰ °C  است. این ترموکوپل نسبتا ارزان و برای کاربردهای با دمای پایین مناسب است و در برابر رطوبت مقاوم است. حساسیت این ترموکوپل، ۴۶µV/C° است.

ترموکوپل نوع T در صنعت به دلایل زیر بیشتر مورد استفاده می گیرد:

نسبت به تمام انواع ترموکوپل خطی تر است.

رنج درجه حرارت مناسبی دارد.

همچنین از حساسیت خوبی برخوردار است.

معرفی ترموکوپل نوع N : 

این ترموکوپل از فلزهای Ni-Cr-Si (به نام تجاری نیکروسیل) و Ni-Si-Mg (به نام تجاری نیسیل  Nisil) ساخته می شود. محدوده دمائی آن بین -۲۷۰°C و +۱۳۰۰ °C  است. حساسیت این ترموکوپل، ۳۰ µV/°C  است و معمولا در دماهای بالا مورد استفاده قرار می گیرد. همچنین تحمل این سنسور در برابر اکسید شدن در دماهای بالا بهتر نوع K می باشد.

معرفی ترموکوپل نوعR ، S و B :

این ترموکوپل ها با استفاده از Pt-Rh (پلاتین – رادیوم) با ترکیبات مختلف ساخته می شود (تفاوت این سه نوع در میزان پلاتین آنهاست). قیمت آنها بالا و حساسیت آن بسیار کم و در حدود ۱۰ µV/°C  و محدوده دمایی آن تقریبا  -50 °C و +۱۷۵۰ °C است. انواع این ترموکوپل ها در اندازه گیری با دمای بالا بطور مثال در صنعت شیشه و فولاد به کار می روند.

جدول رنج حرارتی و رنگ بندی سیم ترموکوپل ها ؟