آشنایی با ترموکوپل و انواع آن
ترموکوپل از جمله تجهیزاتی است که برای تعیین کردن دما در صنعت مورد استفاده قرار می گیرد. این تجهیزات بر مبنای تبدیل اختلاف دمای بین دو نقطه به ولتاژ کار می کند. به این قاعده ی کار ترموکوپل ها قانون سی بک گفته می شود. این حسگر های دمایی در انواع صنایع مختلف کاربرد های زیادی دارند. این کاربرد ها به دلیل وجود ویژگی های منحصر به فردی همچون دقت بالا و زمان واکنش کم می باشد.
از طرفی این حسگر های دمایی در برابر ارتعاشات و شرایط دمایی و فشار بالا نیز از مقاومت بسیار مطلوب برخوردار هستند. در ادامه به معرفی و کاربرد این نوع از سنسور های دما خواهیم پرداخت. برای آشنایی بیشتر با انواع سنسور های دما می توانید به مقاله ای با عنوان انواع سنسورهای دما (ترموکوپل، ترمیستور و RTD) مراجعه نمایید.
حتما بخوانید:
انواع سنسور های دما (ترموکوپل، ترمیستور و RTD)
ترموکوپل ها چه نوع تجهیزاتی هستند؟
این حسگر های دمایی که به آن ها جفت حرارتی نیز گفته می شود. از دو پایه ی سیمی ساخته شده اند که از جنس فلز می باشد. لازم است دو فلز به کار برده شده در ساختار ترموکوپل غیر هم جنس باشند. پایه های فلزی در یک قسمت به یکدیگر جوش داده می شوند. زمانی که در قسمت این اتصال تغییر دمایی رخ دهد این تغییر دما منجر به ایجاد ولتاژ می شود.
در نتیجه با محاسبه ولتاژ ترموکوپل قادر به اندازه گیری دما خواهد بود. در حقیقت این سنسور های دمایی یک ترانسدیوسر خود مولد محسوب می شود. داخل ساختار این تجهیز یک سر از اتصال به عنوان مرجع در نظر گرفته می شود و اتصال دوم باید با جسم مورد نظر برای تعیین دما به طور کامل در تماس قرار داشته باشد. یکی از تقسیم بندی های ترموکوپل ها بر اساس فلزاتی است که در ساختار آن ها مورد استفاده واقع می شود. بر این مبنا به دو گروه:
- ترموکوپل های فلز پایه
- ترموکوپل های فلزات قیمتی
تقسیم می شوند.
ترموکوپل ها به چه صورت عمل می کنند؟
یک فیزیک دان آلمانی به نام سیبک در سال 1821 متوجه شد که اگر دو فلز غیر هم جنس در دماهای متفاوتی نسبت به یکدیگر قرار گیرند. یک جریان الکتریکی در مدار بسته بین دو فلز ایجاد خواهد شد که به آن اثر ترمو الکتریک گفته می شود. دمای بین اتصالات و جنس فلزات به کار رفته در ایجاد ولتاژ ترموالکتریک تاثیرگذار هستند.
چنانچه دو فلز دمایی یکسان داشته باشند ولتاژ های ایجاد شده یکدیگر را خنثی کرده و در نتیجه جریانی نیز در مدار به وجود نخواهد آمد. بنابراین برای ایجاد یک جریان و داشتن اختلاف ولتاژ نیاز داریم تا دو اتصال فلزی در دما های متفاوتی قرار داشته باشند. اتصالات فلزی در ترموکوپل ها معمولا برای اهداف خاصی طراحی و ساخته می شوند.
اتصال اندازه گیری یا اصطلاحا اتصال داغ در ترموکوپل در معرض دمای مورد نظر برای اندازه گیری قرار می گیرد و اتصال مرجع یا سرد که در دمای معینی نگه داشته خواهد شد.
حتما بخوانید:
کاربرد های ترموکوپل کدام است؟
با وجود اینکه که سال ها از ساخت اولین نسل از ترموکوپل ها می گذرد اما این تجهیزات سنجش دما همچنان جزو بهترین انواع حسگرها به این منظور می باشند. چرا که به دلیل تماس با نقطه ی هدف و انتقال دما به صورت اختلاف پتانسیل الکتریکی دما را نمایش می دهند. البته ترموکوپل ها در دماهای نسبتا پایین از دقت بالایی برخوردار نیستند.
اما این در حالی است که برای اندازه گرفتن دماهای بالایی (دمای بالاتر از 500 درجه ی سانتی گراد) نظیر کوره های پخت سرامیک و امثال آن بسیار مناسب می باشند. از دیگر کاربرد های این حسگرها می توان به استفاده گسترده از آن ها در صنایع لوازم گاز سوز اشاره کرد. استفاده از ترموکوپل ها در لوازم گاز سوز به منظور ایجاد ایمنی و قطع خودکار گاز می باشد. این تجهیزات قادر به اندازه گیری دما در بازه ی 180 الی 1800 درجه ی سانتی گراد می باشند.
حتما بخوانید:
ترانسمیتر چیست؟ انواع و کاربرد آن
مزایا و معایب استفاده از ترموکوپل
علاوه بر گستره بالای دمایی که این تجهیزات تعیین کننده دما قادر به اندازه گیری آن هستند عوامل دیگری همچون:
- استحکام و دوام بسیار خوب
- قیمت مناسب
- دقت مناسب
- سرعت سنجش نسبتا بالا
- سهولت کار با آن ها
اشاره کرد. از ترموکوپل ها می توان در شرایط محیطی مختلفی استفاده کرد. و این موضوع بر کاربردهای این وسیله می افزاید. به عنوان مثال از بخش کوچکی از ای ان را در یک لوله ی حاوی سیال قرار دهیم به راحتی و بدون هیچ مشکلی دمای سیال جاری در لوله را اندازه گیری می نماید. البته علاوه بر موارد گفته شده از مزیت های ترموکوپل ها به شمار می آیند این ابزار سنجش دما دارای معایبی نیز هستند.
این معایب یکی دقت متوسط و دیگری غیر خطی بودن آن ها می باشد. همچنین در مکان هایی که لرزش و یا ضربه وجود دارد نیاز است تا از غلاف یا روکشی به نام ترموول استفاده شود. همین موضوع بر سرعت پاسخ دهی آن تاثیر منفی خواهد گذاشت. همانطور که پیشتر گفته شد فلزات به کار رفته در ترموکوپل ها از انواع مختلفی ساخته می شوند. و بر این اساس در گروه های مختلفی دسته بندی می شوند. در ادامه به معرفی این تقسیم بندی ها خواهیم پرداخت.
انواع ترموکوپل ها کدام اند؟
تقسیم بندی این تجهیزات به صورت زیر مشخص می شوند:
- K
- J
- E
- N
- T
- R
- S
- B
هر کدام از این گروه ها ویژگی ها و خواص مخصوص به خود را دارند که کاربرد ویژه ای به آن ها می دهد. در برخی از انواع ترموکوپل ها نیز از یک غلاف به منظور جداسازی آن ها از محیط و بالا بردن ایمنی استفاده می شود که موجب کاهش یافتن خوردگی در آن ها نیز می شود.
ترموکوپل نوع K
این نوع که از انواع پر کاربرد آن محسوب می شود. قیمت پایینی نیز دارد. از این نوع ترموکوپل معمولا در دما های بالا بیشتر استفاده می شود. محدوده ی دمایی این نوع بین 200- تا 1350 درجه ی سانتی گراد واقع می باشد.
هر چند این رنج مطلق نیست. و بسته به نوع طراحی و ساخت ان می تواند کمی متفاوت نیز باشد. مثلا نوع سیمی این ترموکوپل ها محدوده ی 40- تا 250+ را پوشش می دهند. در حالی که شکل میله ای آن ها تا دمای 11350 درجه ی سانتی گرد را پوشش می دهند.
ترموکوپل نوع J
محدوده ی دمایی این نوع از ترموکوپل ها چیزی در حدود 210- تا 1200 درجه سانتی گراد می باشد. از نوع J عموما در صنایع مرتبط با قالب ریزی پلاستیک استفاده می شود. به طور کلی در محیط هایی که احتمال اکسیداسیون بالا است استفاده از این نوع از ترموکوپل توصیه نمی شود.
ترموکوپل نوع E
در بین انواع ترموکوپل این نوع از حساسیت بالاتری برخوردار بوده و در مواردی که شرایط خلا وجود دارد و یا سنسور در آن ها حفاظت نشده می باشد مورد استفاده واقع خواهد شد. محدوده ی دمایی این نوع نیز بین 200- تا 900 درجه ی سانتی گراد است.
ترموکوپل نوع T
نوع T پر کاربرد بوده و در دما های پایین بیشتر مورد استفاده قرار می گیرد. همچنین از مقاومت بسیار خوبی نسبت به رطوبت برخوردار است. از نظر قیمتی نیز این نوع ارزان قیمت محسوب می شود. محدوده ی دمایی نوع T در حدود 200- تا 350 درجه ی سانتی گراد بوده و از حساسیت مناسبی نیز برخوردار است. این نوع از ترموکوپل در صنعت بیشترین کاربرد را دارد و این موضوع به دلایلی همچون:
- خطی تر بودن آن نسبت به سایر انواع ترموکوپل
- رنج حرارتی مناسب
- حساسیت مطلوب
می باشد.
ترموکوپل نوع N
حساسیت این نوع نسبت به سایر انواع کمی پایین تر است. محدوده ی دمایی آن در حدود 270- تا 1300 درجه ی سانتی گراد بوده و به همین دلیل در دماهای بالا بیشتر مورد استفاده قرار می گیرد. از دیگر ویژگی های نوع N تحمل و مقاومت بالای آن در برابر اکسیداسیون در دمای بالا می باشد.
ترموکوپل های نوع R S B
تفاوت بین این سه نوع در میزان پلاتین به کار رفته شده در آن ها است. سه نوع یاد شده از انواع ترموکوپل ها قیمت بالایی دارند. همچنین از حساسیت پایینی نیز برخوردار هستند. محدوده ی دمایی آن ها در حدود 50- تا 1750 درجه ی سانتی گراد می باشد. به همین دلیل عموما در مواردی با دمای بالا مورد استفاده قرار می گیرند. از موارد کاربرد این سه نوع بیشتر در صنایع فولاد و شیشه است.
حتما بخوانید: کاربرد سنسور های نوری در صنایع مختلف
در انتخاب یک ترموکوپل چه پارامترهایی را باید در نظر گرفت؟
از آن جایی که ترموکوپل ها دارای انواع مختلفی هستند و هر نوع نیز ویژگی های مخصوص به خود را دارد گاهی انتخاب نوع مناسب و کاربردی از آن ها که تناسب بالایی با کاربری مورد نظر فرد را داشته باشد کمی دشوار و پیچیده است. از جمله مواردی که در حین تهیه یک ترموکوپل باید مورد توجه قرار داد شامل:
- محدوده ی دمایی مورد نیاز
- متراژ کابل رابط
- ابعاد حس گر اعم از قطر و طول آن
- در صورت وجود غلاف جنس آن و…
می باشد.
ریسک خرید یک ترموکوپل در چیست؟
اطلاع دقیق از نوع ترموکوپل مورد نیاز می تواند تا حد زیادی باعث کم شدن ریسک یک خرید بی کیفیت شود. اطلاع دقیق از شرایط محیطی و محدوده ی دمایی مورد نظر کمک زیادی به انجام یک خرید کارآمد کند.
اما بی دقتی و عدم آگاهی لازم می تواند به هدر رفتن سرمایه شما منجر شود. گروه صنعتی سپیانی یکی از موفق ترین و پیشرو ترین گروه ها در زمینه ی تهیه و ارائه ی اتوماسیون صنعتی و سایر تجهیزات مورد نیاز در زمینه ی تجهیزات صنعتی می باشد. برای مشاهده ی محصولات فروشگاهی سپیانی و نیز بهره مندی از مشاوره های 24 ساعته ی این گروه به وب سایت فروشگاهی ما مراجعه نمایید.
از دیگر خدمات ارائه شده در گروه صنعتی سپیانی می توان به مشاوره و راه اندازی خط تولید همچنین اتوماسیون صنعتی زیمنس و اتوماسیون صنعتی plc اشاره کرد.
حتما بخوانید:
کلام پایانی
ترموکوپل ها از انواع سنسورهای دما محسوب می شوند. که در صنایع مختلف کاربرد های بسیار زیادی نیز دارند. این حسگر های حرارتی قدمت زیادی نیز دارند. با این وجود همچنان در راس تجهیزات پر کاربرد اندازه گیری دما قرار دارند.
