ترموکوپل

ترموکوپل وسیله ایست که با استفاده از آن می توان دما را اندازه گیری کرد و دارای انواع گوناگونی می باشد. 

Thermocouple (ترموکوپل) با نام های دیگری از قبیل: جفت های گرمایشی، سنسور سنجش دما و حسگر دمایی نیز شناخته می شود.

بهترین نوع ابزار، برای استفاده از اختلاف دما در دو نقطه ی متصل شده از دو فلز غیر هم جنس، انرژی حرارتی را به انرژی الکتریکی تبدیل می کند.

ترموکوپلها، زیر مجموعه ی حسگرهای دما محسوب می شوند. مهمترین قابلیت این حسگرها اندازه گیری دما از 270- الی 2315+ درجه سانتیگراد بدون ایجاد مشکل می باشد.

انواع ترموکوپل

این مدل از حسگرهای حرارتی، تشکیل شده از فلزات متفاوت، به شکل سیم و در درجه حرارت های مختلفی تولید و عرضه می شوند.

دارای تیپ های متنوعی در نوع آلیاژ ساختاری خود می باشند، که عبارتند از تیپ K،J،E،B،R،S،T،N،C،G.

متقاضیان و مصرف کنندگان ترموکوپل ها، با توجه به نیاز خود تیپ مد نظرشان را انتخاب می کنند.

تیپ K

شاید بتوان تیپ K را رایج ترین، کاربردی ترین و پر مصرف ترین تیپ دانست، به دلیل رنج دمایی وسیع و عمر بالای آن.

ترموکوپل نوع K به دلیل ارزان تر بودن، بسیار مقرون به صرفه بوده و در اندازه گیری دما بسیار دقیق و قابل اعتماد است.

نوع K حسگر دمایی قابلیت اتصال با انواع سَری، برای اتصال در محل مدنظر، مورد استفاده قرار می گیرد.

سیم اصلی این نوع تیپ بازه دمایی 454- الی 2300- درجه فارنهایت (270- الی 1260- درجه سلسیوس) را دارد. در سیم اکستنشن 32+ الی 392+ درجه فارنهایت (0 الی 200+ درجه سلسیوس) است.

تیپ J

بعد از تیپ K می توان تیپ J را در رده دوم پر مصرفترین قرار داد به دلیل ارزان بودن آن. تیپ J دارای محدوده دمایی کمتری نسبت به بقیه تیپ ها را اندازه گیری می کند. طول عمر کمتری نسبت به تیپ K در دماهای بالا را دارد.

از جنس پایه مثبت سیم آهنی و پایه منفی سیم آهنی، از سیم آلیاژ مس نیکل ساخته می شود.

در محیط های اکسیدی نباید استفاده شود، زیرا آهن داخل سنسور، دچار تغییرات مولکولی ( اکسیداسیون ) می شود و به مرور از بین می رود. حساسیت این نوع تیپ حدود 50 میکروولت بر درجه سانتیگراد می باشد.

محدوده دمایی سیم اصلی این تیپ 246- الی 1400- درجه فارنهایت و یا 210- الی 760- درجه سلسیوس است. در سیم اکستنشن 32+ الی 392+ درجه فارنهایت و یا 0 تا 200+ درجه سلسیوس می باشد.

تیپ N

مدل جفت گرمایی تیپ N دارای دمای کاری همانند تیپ K می باشد ولی تیپ N پر مصرف نیست به دلیل راحت نبودن استفاده از آن همانند K و قیمت بالاتری که دارد. جنس ترموکوپل نوع N از پایه مثبت نیکروسیل و هادی منفی نیسیل است.

با داشتن دو پایه که خاصیت غیر آهنربایی ( فاقد Fe ) دارد، در مکان و محیط های اکسیدی قابل استفاده می باشد. در دماهای بسیار بالا این حسگر حرارتی، نوسانات پایدارتری به نسبت نوع E و K را از خود نشان می دهد.

درجه حرارت بازه دمایی سیم اصلی تیپ اِن از 454- الی 2300- درجه فارنهایت (270- الی 392- درجه سلسیوس) است. برای سیم اکستنشن 32+ الی 392+ درجه فارنهایت (0 تا 200+ درجه سلسیوس) می باشد.

تیپ E

ترموکوپل تیپ E هم کم کاربرد است با اینکه رنج دمایی همانند تیپ J دارد به دلیل سازگار پذیری کم آن با هر محیطی است.

حسگر دمایی نوع E از جنس پایه مثبت نود و پنج درصد نیکل و دو درصد منگنز، دو درصد سیلیکون و دو درصد آلومینیوم و پایه منفی که عموماً مس و نیکل است به عنوان کنستانت شناخته شده، ساخته می شود. 

در محیط های اکسیدی، دارای خلأ و اسیدی توصیه نمی شود. بازه دمایی سیم اصلی این تیپ 454- الی 1600- درجه فارنهایت یا 270- الی 780- درجه سلسیوس است. در سیم اکستنشن آن بازه دمایی به 32+ الی 392+ درجه فارنهایت یا 0 تا 200+ درجه سلسیوس می رسد.

تیپ S

ابزاری لوکس و گران قیمتی می باشد. تیپ S با آلیاژ پلاتین و دقت کار بالا و دمای کار بالا شناخته می شود.

بیشترین استفاده آن در صنایع داروسازی می باشد. آلیاژ این نوع ترموکوپل گرانبها از 90 درصد پلاتینیوم و 10 درصد رودیوم تشکیل شده است. پروب دمایی نوع S، با تیپ K کاملاً متفاوت است. به طور مثال می توان گفت که در یک دمای معین و خاص، ولتاژهای متفاوتی توسط تیپ S و K تولید می شود.

تیپ اس جزو انواع حسگرهای دمایی سرامیکی نیز محسوب می شود.

میزان بازه دمایی سیم اصلی: 58- الی 2700- درجه فارنهایت و در درجه سلسیوس 50- الی 1480- می باشد.

و برای سیم اکستنشن: 32+ الی 392+ درجه فارنهایت و در درجه سلسیوس 0 الی 200+ درجه است.

تیپ R

همانند تیپ S تیپ R هم از آلیاژ پلاتین ساخته شده است. به دلیل دقت بالا و ثبات در دماهای پایین، بیشترین استفاده را دارد.

تایپ R همانند تیپ S و B جزو سنسورهای حرارتی گرانقیمت و لوکس محسوب می شود. جنس غلاف آن از سرامیک می باش. از آلیاژ 87 درصد پلاتینیوم و 13 درصد رودیوم تشکیل شده است.

بازه دمایی سیم اصلی: 58- الی 1768- درجه فارنهایت (50- الی 964.48- سلسیوس)
سیم اکستنشن: 32+ الی 392+ درجه فارنهایت (0 الی 200+ درجه سلسیوس)

تیپ B

مدل دیگری از پلاتین ها، تیپ B می باشد و دارای دمای کاری بالاتری از برادران کوچک تر خود R و S می باشد.

آلیاژ نوع B از پایه مثبت 70 درصد پلاتین، 30 درصد رودیوم و پایه منفی 6 درصد رودیوم و 94 درصد پلاتین تشکیل شده است.

خروجی دمایی از سیم اصلی: 32- الی 3100- درجه فارنهایت یا 0 الی 1740- سلسیوس

انتقال دما از سیم اکستنشن: 32+ الی 212+ درجه فارنهایت یا 0 الی 100+ درجه سلسیوس

تیپ C

وقتی شما نیازمند اندازه گیری دما تا نزدیک 2300 درجه سانتیگراد ( 4200 درجه فارنهایت ) می باشید، فقط می توانید سمت ترموکوپلی برید با آلیاژ تنگستن. در حسگر دمایی نوع C از آلیاژ تنگستن و رودیم استفاده شده است.

تیپ سی یکی از پیچیده ترین و خاص ترین نوع ترموکوپل ها می باشد. قابلیت اندازه گیری دمای بالای 2000 درجه سانتیگراد را به راحتی دارد.

برای انتخاب این نوع تیپ می بایست بازه دمایی آن را بداینم. بازه دمایی سیم اصلی تیپ سی  32+ الی 4200+ درجه فارنهایت یا 0 الی 2300+ سلسیوس می باشد.

تیپ G

تیپ G همانند تیپ C از آلیاژ تنگستن ساخته شده است و در بالای قله رنج دمایی ترموکوپل ها قرار دارد. برای تیپ G بازه دمایی سیم اصلی 32+ الی 4800+ درجه فارنهایت یا 0 الی 2600+ سلسیوس می باشد.

خرید ترموکوپل

در هنگام خرید حسگر دما می بایست به دمای کاری و مواد مورد تماس با آنها توجه کرد تا محصول مناسبی خریداری کرد.

جهت مشاوره و خرید محصولات پادکوپل با ما تماس بگیرید.

غلاف ترموکوپل

برای محافظت از مغزی حسگر دما در برابر اتصال کوتاه و مواد خورنده از غلاف استفاده می کنند.

در دماهای بالا غلاف ترموکوپل کاربرد زیادی دارد. مخصوصاً در محیط های شیمیایی و مکان هایی که تغییرات دما خیلی سریع رخ می دهد، استفاده می شود.

محیط هایی که امکان آسیب دیدگی وجود دارد، برای محافظت از پروب های دما از غلاف استفاده می شود. این غلاف از آسیب فیزیکی به خود پروب جلوگیری می کند و از شکستن آن جلوگیری می کند. 

غلاف ها دارای نوع سرامیکی و فلزی می باشند که در بعضی مدل های آن ها از فلنچ هم استفاده می شود. این نوع ترموکوپلها، توانایی اندازه گیری دما را تا 1600 درجه سانتیگراد را دارند.

جدول مشخصات رنگ، دمای کاری و آلیاژ ساختاری

جدول خروجی ولتاژ انواع تیپ ها

انواع اتصال گرم در ترموکوپلها

برای اتصال گرم در نقطه اندازه گیری دما ترموکوپل انواع مختلفی وجود دارد، که در ادامه با آن ها آشنا می شوید:

سیم جفت گرمایی متصل به غلاف

مرسوم ترین نوع اتصال، در مولد ترموالکتریک اتصال Grounded Junction (متصل به غلاف) می باشد.

مدل این نوع اتصال، غلاف محافظ و سیم های حرارتی (جفت گرمایی) به هم جوش داده می شوند. یک نقطه اتصال در راس پراب تشکیل می دهد که به آن مولد الکتریک گفته می شود.

سرعت پاسخ دهی بالاتری نسبت به مابقی اتصال ها دارد. به دلیل اینکه غلاف و جفت گرمایی به طور مستقیم باهم تماس دارند و بدون مانع گرما منتقل می شود.

جدا از غلاف محافظ

Ungrounded Junction (جدا از غلاف محافظ)، سیم های جفت گرمایشی (ترموکوپل) به هم جوش می شوند.

مهم ترین مزیت این نوع اتصال در غلاف آن می باشد که یک محافظ ایزوله و عایق می باشد.

بیرون از غلاف محافظ

اتصال Exposed Junction (بیرون از غلاف محافظ)، سیم های جفت گرمایی (ترموکوپل) به همدیگر جوش می شوند.

بعد از جوش سیم ها، مستقیم وارد فرآیند اندازه گیری دما شده ولی سیم های مولد ترموالکتریک بدون محافظ خواهند بود.

سرعت پاسخ دهی در این نوع اتصال نیز بالا بوده ولی سیم های دماسنج هر لحظه امکان آسیب پذیری و خوردگی را دارند.

به شما پیشنهاد می کنیم که فقط در مواردی که ضروری است از این نوع اتصال استفاده کنید.

سیم ترموکوپل

کاربرد اصلی این سیم ها برای جلوگیری از افت ولتاژ در مسیر انتقال می باشد. از سیم ها و کابل ها جهت اتصال مستقیم ترموکوپل به تجهیزات اندازه گیری دما استفاده می شود.

از کنار هم قرار دادن دو فلز با آلیاژ متفاوت سیم ها ساخته می شوند و در دو نوع افشان و مفتولی عرضه می شود. قیمت سیم های ترموکوپل ارتباط مستقیم با عوامل مختلفی اعم از جنس سیم، طول سیم، بازار عرضه، تولید کننده وغیره دارد.

چگونگی عملکرد ترموکوپلها

اصول اصلی کارکرد ترموکوپل بسیار ساده می باشد. هنگام اتصال میان دو فلز ناهمسان مانند آلیاژ کنستانتان و مس، گرما برقی ایجاد می شود که به آن اثر ترموالکتریکی می گویند.

ما بین آن دو فلز یک اختلاف پتانسیل چند میلی ولتی (mV) رخ می دهد. این تفاوت ولتاژ بین دو اتصال سیم ها، اثر سیبک نام دارد.

تعریف دیگر آن به این صورت است که با ایجاد کردن یک گرادیان دما در طول سیم های رسانایی، نیروی محرکه الکتریکی ایجاد می شود.

مثال: اگر دمای یکسان در هر دو اتصال باشد، اختلاف پتانسیل بین دو اتصال صفر بوده و خروجی ولتاژ ندارد. 

آلیاژ های اصلی ترموکوپلها

برای اندازه گیری دما در ترموکوپلها سه ماده ی پراستفاده و رایج وجود دارد.

1. آهن- کنستانتان (نوع J)
2. مس- کنستانتان (نوع T)
3. نیکل-کروم (نوع K)

مقایسه سنسور ترموکوپل با حسگر دما مقاومتی RTD

جفت های گرمایی (ترموکوپل) انرژی حرارتی را به انرژی جنبشی تبدیل می کنند. در دماهای بالا تا 2000 درجه سانتیگراد بسیار مناسب می باشد. در فرآیندهای مختلف و محدوده دمایی وسیع قابل استفاده است و قیمت مناسبی دارد.

RTD ها تجهیزاتی هستند که قابلیت تکرار پذیری مناسب و دقت بالا را دارند. این حسگرهای مقاومتی بر اساس اصل تغییر مقاومت مواد اعم از فلز با دما اندازه‌گیری می کند.

متریال این حسگر های مقاومتی (RTD) عموماً از پلاتین است. از متریال های دیگری همچون نیکل نیز می توان استفاده کرد. محدوده دمایی این حسگر ها از 200- الی 650 درجه سانتیگراد است.

نکات مهم در انتخاب ترموکوپل و RTD ها

• زمان پاسخگویی بهتری نسبت به RTD ها دارند.
• جفت گرمایی از نظر مکانیکی بسیار قوی تر از حسگر مقاومتی است.
• در محیط های با لرزش زیاد ترموکوپل ها قابل استفاده هستند.
• هزینه ی بسیار کمتری نسبت به حسگرهای مقاومتی در همان محدوده دمایی را دارند.
• در نهایت دارای محدوده دمایی بالاتری نسبت به حسگر مقاومتی را دارند.

جهت دریافت اطلاعات بیشتر روی مقاله کلیک کنید.