ترموکوپل چیست و چقدر در صنعت اهمیت دارد؟
ترموکوپل چیست؟ در این صفحه قصد داریم درباره تعریف ترموکوپل (Thermocouple)، کاربردها و اصول اساسی آن صحبت کنیم و از شما عزیزان دعوت می کنیم که تا انتهای مقاله با ما همراه باشید.
تعریف دما: کمیت دما همیشه برای بشریت مهم بوده است، یکی از ارکان تکامل ما بوده و به ایمنی، بقا و حتی رفاه کمک کرده است. امروزه در اندازه گیری دمای محیط، دمای بدن، تجهیزات الکتریکی و الکترونیکی، دمای موتورهای احتراقی و به ویژه در فرآیندهای صنعتی، تأثیر عمیقی بر زندگی روزمره ما دارد.
می‌توانیم دما را به‌عنوان درجه هم‌زدن حرارتی مولکول‌های تشکیل‌دهنده مواد تصور کنیم، کمیت فیزیکی است که امکان ارزیابی درونی یک جسم را فراهم می‌کند، که دومین مورد استفاده‌شده در جهان است، که فقط در زمان از دست می‌دهد.
هم زدن حرارتی مولکول ها – آلوتال
تمام فرآیندهای صنعتی مدرن در نقطه‌ای از زنجیره تولید از اندازه‌گیری و کنترل دما بهره می‌برند، بنابراین کنترل مورد نیاز قوانین فعلی را فراهم می‌کنند.
3 روش معمول برای اشاره به اندازه گیری دما وجود دارد:
- دماسنج: اندازه گیری دما
- پیرومتری: اندازه گیری دماهای بالا
- کرایومتری: اندازه گیری دماهای پایین
ترموکوپل، اصلاً چیست؟
ترموکوپل (که Thermocouple نیز نامیده می شود) یکی از مهم ترین سنسورهایی است که در اندازه گیری دما در متنوع ترین بخش های صنعتی مورد استفاده قرار می گیردو با توجه به کاربردشان می توانند متنوع ترین فرمت ها و ابعاد را داشته باشند.
آنها سنسورهای ساده، قوی و کم هزینه دمایی هستند که در متنوع ترین فرآیندها مورد استفاده قرار می گیرند زیرا قابلیت اندازه گیری آنها می تواند در طیف وسیعی از دما اعمال شود.
ترموکوپل ها مناسب ترین حسگرها برای اندازه گیری دما از دماهای منفی تا هزاران درجه سانتیگراد هستند. آنها پرکاربردترین سنسورهای دما در جهان هستند.
ترموکوپل یا پروب دماThermocouple متشکل از دو فلز مختلف که در انتهای آنها به هم متصل شده و به یک دماسنج ترموکوپل یا دستگاه دیگری با ظرفیت ترموکوپل متصل می شوند، یک مدار بسته را تشکیل می دهند که وقتی دو اتصال (T1 و T2) در دماهای مختلف حفظ می شوند، نیروی الکتروموتور ایجاد می کند.
نمودار عملکرد ترموکوپل
“مشاوره درست و صحیح با کارشناسان خبره حوزه برق صنعتی در زمینه خرید جفت های حرارتی، جفت های گرمایی، کاوشگرهای دما، پروب دما (به خصوص ترموکوپل)، به شما عزیزان کمک می کند تا صحیح ترین سنسور اندازه گیری دما را خریداری کنید. همچنین ذکر این نکته ضروریست که کیفیت و برند سنسوری که انتخاب می کنید، بسیار بسیار حائز اهمیت است. اگر خدای ناکرده اشتباهی در این مورد صورت بگیرد، دچار مشکلات زیادی در این زمینه خواهید شد. مانند همه انواع سنسورها، بهترین انتخاب ترموکوپل برای نیازهای خاص کاری که در ذهن دارید تا حد زیادی تحت تأثیر طیف متنوعی تایپ ها، محدوده دمایی مدنظر برای اندازه گیری، مواد و متریال، پیکربندی‌ها و هزینه‌های مربوط به کاوشگر دما موجود در بازار ایران است.”
اثر Seebeck
واکنش الکتریکی به طور تصادفی در سال 1821 توسط فیزیکدان استونیایی توماس Seebeck کشف شد. وقتی متوجه شد که در یک مدار بسته که توسط دو هادی متمایز A و B تشکیل شده است، تا زمانی که اختلاف دما DT بین اتصالات آنها وجود داشته باشد، جریان جریان دارد. اتصال اندازه گیری را Tm و دیگری را مفصل مرجع Tr می نامیم. وجود e.m.f. AB حرارتی در مدار به عنوان اثر Seebeck شناخته می شود. هر زمان که دمای اتصال مرجع ثابت نگه داشته شود، تأیید می شود که e.m.f. دما تابعی از دمای اتصال آزمایشی Tm است، بنابراین این واقعیت اجازه می دهد تا از ترموکوپل به عنوان دماسنج استفاده کنید.
انواع ترموکوپل
انواع ترموکوپل موجود در انواع مختلف یا کالیبراسیون، مهم است که ترموکوپل مناسب را برای برنامه خود با دقت انتخاب کنید.
ترموکوپل نوع B
این ویژگی بسیار شبیه به مدل های R و S است. آنها پایدارتر هستند، اما به دلیل کاهش حساسیت آنها معمولاً فقط برای اندازه گیری دمای بالای 300 درجه سانتیگراد تا 1800 درجه سانتیگراد استفاده می شود.
همچنین ممکن است برای استفاده در خلاء برای دوره های کوتاه مدت مناسب باشد. با این حال، نباید در کاهش اتمسفرها یا اتمسفرهای حاوی بخارات اعم از فلزی و غیرفلزی استفاده شود. این تجهیزات نباید مستقیماً در یک لوله محافظ اولیه فلزی قرار داده شود و نیاز به استفاده از عایق های سرامیکی با آلومینا بالا و لوله های محافظ دارد.
ترموکوپل نوع E
می توان از آن در اتمسفرهای اکسید کننده، بی اثر یا خلاء استفاده کرد. با این حال، برای اکسیداسیون و کاهش متناوب جو مناسب نیست. در مقایسه با سایر ترموکوپل های رایج، قدرت ترموالکتریک بالاتری دارد – چیزی که برای کسانی که می خواهند تغییرات دمایی کوچک را تشخیص دهند بسیار سودمند است.
ترموکوپل نوع J
می توان از آن در اتمسفرهای کاهنده، خنثی یا اکسید کننده استفاده کرد. با این حال، در اتمسفرهایی با محتوای رطوبت بالا و همچنین در دماهای پایین توصیه نمی شود، زیرا ترمو المنت JP می تواند شکننده شود.
ترموکوپل نوع K
به دلیل استفاده عمومی از آن متمایز است. هزینه پایینی دارد و به دلیل محبوبیت آن در متنوع ترین پروب ها موجود است. دمای تحت پوشش این محصول از -200 درجه سانتی گراد تا 1200 درجه سانتی گراد است.
ترموکوپل نوع N
پایداری و مقاومت زیاد آن در برابر اکسیداسیون در دماهای بالا، آن را برای اندازه گیری در دماهای بالا، بدون توسل به ترموکوپل هایی که پلاتین را در ساختار خود دارند (نوع های B، R و S) مناسب تر می کند. این یک “تکامل” از نوع K طراحی شده است.
ترموکوپل نوع S
می توان از آن در اتمسفرهای بی اثر یا اکسید کننده استفاده کرد. هنگامی که در طول زمان در معرض دماهای بالا قرار می گیرد، از شاخص پایداری خوبی برخوردار است و به دلیل برتری نسبت به ترموکوپل های غیر پلاتینومی برجسته است.
با این حال، عناصر حرارتی این دستگاه نباید در معرض اتمسفرهای کاهنده یا بخارات فلزی قرار گیرند. توصیه می شود که هرگز مستقیماً در لوله های محافظ فلزی قرار داده نشوند، بلکه ابتدا در لوله های محافظ سرامیکی با مشخصات زیر ساخته شده اند: ساخته شده از آلومینا (Al2O3) با خلوص بالا (99.7%)، که تجاری آن را نوع 799 (قدیمی 710) می نامند. البته شایان ذکر است که لوله های سرامیکی با میزان آلومینا 67 درصد در بازار موجود است که نوع 610 نامیده می شود اما استفاده از آنها برای ترموکوپل های پلاتینی توصیه نمی شود.
ترموکوپل نوع T
برای اتمسفرهای بی اثر، اکسید کننده یا کاهش دهنده مناسب است. به دلیل همگنی زیاد که می توان با آن مس را فرآوری کرد، دقت خوبی دارد. در دماهای بالاتر از 300 درجه سانتی گراد، اکسیداسیون مس بسیار شدید می شود، بنابراین عمر مفید آن کاهش می یابد و باعث انحراف در منحنی پاسخ اولیه می شود.
ترموکوپل نوع R
آنها دارای ویژگی های مشابه ترموکوپل های نوع S هستند و برای اندازه گیری دما تا 1600 درجه سانتیگراد مناسب هستند، اما به دلیل هزینه بالاتر، استفاده از آنها در صنعت به طور کلی چندان رایج نیست.
تفاوت بین ترموکوپل و RTD چیست؟
دو عنصر حرارتی بسیار رایج برای اندازه گیری دما وجود دارد: ترموکوپل ها و دماسنج های مقاومتی. با وجود نام های مشابه، هر یک از آنها ویژگی ها و عملکردهای خاص خود را دارند.
ترموکوپل ها انرژی حرارتی را به انرژی جنبشی تبدیل می کنند و برای دماهای بالا تا 1700 درجه سانتی گراد مناسب هستند، قیمت پایینی دارند و در متنوع ترین فرآیندها و در محدوده های دمایی وسیع استفاده می شوند.
دماسنج های مقاومتی حسگرهایی با دقت بالا و قابلیت تکرار خواندن خوب هستند که بر اساس اصل تغییر مقاومت الکتریکی یک فلز به عنوان تابعی از دما است.
به طور کلی مقاومت حرارتی از پلاتین ساخته شده است، اما می توان از مواد دیگری مانند نیکل نیز استفاده کرد و محدوده استفاده آن از -200 درجه سانتیگراد تا 650 درجه سانتیگراد است.
با 5 مزیت اصلی ترموکوپل نسبت به ترمورهای مقاومتی (RTD) آشنا شوید.
- هزینه کمتر در مقایسه با RTD در همان محدوده
- محدوده دمایی بیشتر از دماسنج های مقاومتی
- بهترین زمان پاسخگویی
- از نظر مکانیکی قوی تر است
- قابل استفاده در مکان هایی با لرزش زیاد
چگونه سنسور دمای مناسب را انتخاب کنیم؟
ضروری است که با توجه به کاربرد آن به درستی مشخص شود. استفاده از سنسورهایی با ویژگی های نامناسب می تواند منجر به خطاهای اندازه گیری، خرابی در فرآیند و عمر کوتاه شود.
- تعیین دقیق برنامه ای که در آن نصب خواهد شد
- تغییرات دمای موجود در مکانی که ترموکوپل در معرض آن قرار می گیرد را به دقت تجزیه و تحلیل کنید
- هر گونه مقاومت شیمیایی که ترموکوپل در حین کار در معرض آن قرار می گیرد را به دقت ارزیابی کنید
- نیاز به مقاومت در برابر سایش و/یا لرزش را در نظر بگیرید
- فهرستی از تمام الزامات نصب ایجاد کنید (به سازگاری با تجهیزات موجود توجه داشته باشید؛ سوراخ های موجود ممکن است قطر پروب را تعیین کنند و غیره)
اهمیت کالیبراسیون سنسور دما
به همان اندازه که انتخاب سنسور مناسب مهم است، کالیبراسیون مناسب آن است. از طریق آن است که می‌توانیم تأیید کنیم که آیا ابزار بین یک کمیت فیزیکی شناخته شده یا استاندارد شده و خوانش‌های آن مطابقت دارد یا خیر. کالیبراسیون باید از استانداردهای بازار مانند اعتباربخشی RBC از CGCRE (هماهنگی اعتباربخشی عمومی)، ABNT NBR ISO/IEC 17025 و غیره پیروی کند.
در این مقاله یا نوشته به بررسی کامل دماسنج یا سنسور ترموکوپل (Thermocouple Sensor)، از 0 تا 100 پرداختیم. شما می توانید به منظور دریافت اطلاعات در خصوص انواع سنسورهای دما ترموکوپل به این لینک منبع حتما سر بزنید. سایر موارد نظیر سنسورهای RTD، سنسورهای ترمیستور، سیم و کابل ترموکوپل، ترموول جز تجهیزات سنسورهای دما هستند.