صفحه اصلی / مقالات / ترموکوپل چیست

ترموکوپل چیست

3.9/5 - (27 امتیاز)

ترموکوپل یا گرماجفت (Thermocouple)، یک نوع حسگر دما حرفه ای و کاربردی است که با ایجاد یک مدار با لمس نوک دو نوع سیم فلزی (Dissimilar Metal Wires)، میزان اختلاف دما را از طریق نیروی ترموالکتروموتور ایجاد شده در محل اتصال، اندازه گیری می کند. این اصل بر اساس اثر سیبک (Seebeck) انجام می شود. بدین معنی که وقتی دو سیم فلزی مختلف به هم متصل می گردند، بسته به میزان دما، بین دو نقطه اتصال به دلیل تفاوت در توان ترموالکتریک آنها، نیروی الکتروموتور ایجاد می شود. حسگر دمای ترموکوپل، علاوه بر کار اندازه گیری دما در پروسه های فرآیند، به عنوان ابزاری برای تولید ولتاژ ثابت برای مدت طولانی به منظور تحقیقات علمی استفاده می گردد.

تیترهای اصلی پنهان

اثر Seebeck: هنگامی که با اتصال انتهای سیم های فلزی و ایجاد اختلاف دما بین دو نقطه اتصال، یک مدار ایجاد می کنید، نیروی الکتروموتور (ولتاژ) ایجاد می شود. این پدیده توسط فیزیکدان آلمانی توماس سیبک در سال 1821 کشف شد.

اگر میزان دمای یک سمت مشخص باشد (اتصال سرد یا Cold Junction)، با اندازه گیری ولتاژ نیروی الکتروموتور ناشی از اثر Seebeck و مقایسه آن با نیروی الکتروموتور شناخته شده می توان دمای سمت دیگر یعنی اتصال گرم (Hot Junction) را پیدا کرد. دمای محل اتصال سرد را می توان با استفاده از دمای نقطه انجماد آب یا سیستم اندازه گیری دما در داخل تجهیز تعیین کرد. توجه داشته باشید که اتصال سرد یک دمای مرجع است و اتصال گرم یک تماس در سمتی است که با هدف اندازه گیری در تماس است. بنابراین، در اندازه‌گیری‌های واقعی، مانند هنگام اندازه‌گیری یک جسم با دمای پایین، ممکن است دمای سمت اتصال سرد بیشتر از دمای سمت اتصال گرم باشد. در صورتی که پیکربندی و تنظیمات به طور دقیق انجام گردد، جفت های حرارتی می توانند محدوده دما را به صورت دقیق و در بازه وسیع، به آسانی و بدون هیچ گونه مشکلی اندازه گیری کنند. جفت های حرارتی یا ترموکوپل ها از لحاظ کارکرد عمر بالایی دارند، همنچنین مقاومت خوبی دارند و بیشترین کاربرد صنعتی را به عنوان سنسور دما در محدوده دمای متوسط به بالا را دارند.

دریافت مشاوره صحیح و درست قبل از خرید سنسورهای Thermocouple، باعث می شود که شما عزیزان بتوانید سنسور مناسبی را انتخاب کنید. ما در شرکت آروان صنعت هیراد، کلیه خدمات مشاوره فنی قبل از خرید ترموکوپل را از 0 تا 100 به شما عزیزان خواهیم داد. همچنین برای کسب اطلاعات بیشتر درباره انواع ترموکوپل می توانید به وبسایت مانیاد صنعت رادین آژند (تولید کننده انواع حسگر دما ترموکوپل و RTD) مراجعه نمایید.

ترموکوپل چیست و چگونه کار می کند
ترموکوپل چیست و چگونه کار می کند

تعریف ترموکوپل به زبان ساده

به عبارت دیگر: ترموکوپل یک سنسور حرفه ای و کاربردی برای اندازه گیری دما است. این تجهیز، از دو سیم فلزی تشکیل شده است که در یک انتها به هم وصل شده و از طرف دیگر جدا شده اند. هنگامی که محل اتصال فلزات گرم یا سرد می شود، یک ولتاژ مرتبط با دما در انتهای جدا شده تولید می گردد. این ولتاژ توسط دستگاه دیگری خوانده می شود و بر حسب درجه سانتیگراد یا فارنهایت تفسیر می گردد.

هر دو سیم فلزی یا آلیاژ فلز، اثر ترموالکتریک را نشان می دهند، اما فقط تعداد کمی از آن ها به عنوان حسگر دما ترموکوپل مورد استفاده قرار می گیرند. به عنوان مثال، آنتیموان و بیسموت، مس و آهن، یا مس و کنستانتان (آلیاژ مس و نیکل). به طور معمول از پلاتین، یا رودیوم یا آلیاژ پلاتین – رودیم، در سنسورهای با درجه حرارت بالا استفاده می گردد. انواع حسگرهای دما به عنوان نمونه تایپ E [نیکل ، کروم و کنستانتان]، تایپ J [آهن و ثابت]، تایپ N [دو آلیاژ نیکل – سیلیکون، یکی از آنها حاوی کروم و منیزیم است] یا تیپ B [آلیاژ پلاتین – رودیم] با توجه به فلزات مورد استفاده در سیم ها، مورد استفاده قرار می گیرند.

متداول ترین تیپ از سنسورهای Thermocouple، تیپ K بوده که از سیم های (نیکل-آلومینیوم و نیکل-کروم) تشکیل شده است. هزینه این نوع از تجهیزات نسبت به بقیه تایپ ها ارزان تر بوده و دامنه دمایی وسیعی (270- الی 1372+ درجه سانتیگراد) از دارند. شرکت آروان صنعت هیراد، انواع مختلفی از سنسورهای ترموکوپل را تولید و در سرتاسر ایران ارائه می کند.

تقویت کننده حسگر دما ترموکوپل چیست؟

اکنون که می دانیم حسگر دما ترموکوپل چیست، چگونه می توانیم در واقع یک دما را از یک Thermocouple دریافت کنیم؟ این را می توان با استفاده از یک مدار تقویت کننده که به عنوان تقویت کننده سنسور نیز شناخته می شود، به دست آورد. دمای خروجی تقویت کننده جفت حرارتی به ولتاژ تولید شده در محل اتصال مرجع بستگی دارد. و ولتاژ تولید شده در محل اتصال مرجع به اختلاف دمایی بین اتصال مرجع و اتصال اندازه گیری بستگی دارد. بنابراین برای بدست آوردن دمای دقیق، دمای محل اتصال مرجع باید مشخص باشد. این را می توان با استفاده از تقویت کننده حسگر که مدار آن دارای سنسور دما برای اندازه گیری دمای محل اتصال مرجع است، به دست آورد. این به عنوان جبران اتصال سرد شناخته می شود.

ترموکوپل دمای مطلق را اندازه گیری نمی کند، بلکه دمای دیفرانسیل بین اتصال گرم (Hot Junction) و اتصال سرد (Cold Junction) را اندازه گیری می کند. به همین ترتیب، می توان آن را به عنوان یک مدار ترموالکتریک نشان داد که شامل دو اتصال مربوط به فلزات اتصال مختلف است که برای این مثال فلز A و فلز B خواهد بود. سیم های فلزات A و B در دماهای مختلف T1 و T2 اتصال ایجاد می کنند. ، که منجر به یک پتانسیل V (emf) می شود که می تواند اندازه گیری شود.

ولتاژ ترموکوپل با اختلاف دمای محل اتصال رابطه مستقیم دارد:

V = α (T1 – T2)

جایی که α ضریب Seebeck نامیده می شود.

ترموکوپل چگونه کار می کند؟

ترموکوپل چگونه کار می کند
ترموکوپل چگونه کار می کند

اصل کارکرد سنسور ترموکوپل، متکی به قانون فیزیک است. قانونی که به پدیده سیبک (Seebeck) مشهور است و این قانون به نام این دانشمند خوشنام فرانسوی نامگذاری شده است. زمانیکه 2 سیمی متشکل از فلزات غیر همجنس در یک سر به هم وصل می شوند و طرف دیگر گرم می شود، جریان مداومی وجود دارد که در مدار ترموالکتریک جریان دارد. اگر این مدار در مرکز قطع شود، ولتاژ مدار باز (ولتاژ Seebeck)، تابعی از دمای محل تماس و ترکیب دو فلز بوده و بدین معنی است که وقتی محل تماس دو فلز گرم یا خنک می شود، ولتاژی تولید می کند که با دما ارتباط مستقیم دارد. بنابراین اگر مشخصات هر 2 فلز را بدانیم، می توان با اندازه گیری میلی ولتاژ تولید شده، تغییرات دما را به راحتی محاسبه کرد.

زمان پاسخدهی ترموکوپل چیست؟

زمان پاسخ دهی ترموکوپل
زمان پاسخ دهی ترموکوپل

ثابت زمانی به عنوان زمانی بیان می شود که نیاز است سنسور به 63.2% تغییرات پله ای دما تحت یک شرایط خاص برسد. 5 ثابت زمانی لازم است تا سنسور به 100% تغییرات پله ای نزدیک شود. ترموکوپلی که در معرض اتصال قرار دارد، سریع ترین میزان پاسخدهی را دارد. به علاوه، هر چه قدر میزان قطر غلاف Prob کمتر باشد، سرعت پاسخدهی کمتر است. اما حداکثر میزان دما ممکن است کمتر باشد. ذکر این نکته ضروریست که گاهی اوقات غلاف Prob قادر نیست محدوده کامل دما  را با توجه به تایپ ترموکوبل کند و نیاز است که بررسی هایی در این زمینه صورت گیرد.

نکته مهم: جفت گرمایی، جفت حرارتی، پروب دما، کاوشگر دما و گرماجفت نام دیگر حسگر دما ترموکوپل هستند. پس هر جا که از این کلمات استفاده کردیم منظورمان همان سنسورهای ترموکوپل است.

جفت های حرارتی یا جفت های گرمایی به تطبیق پذیری و همه کاره بودن معروفند. چون در بسیاری از صنایع گوناگون مورد استفاده قرار می گیرند. از سنسورهای معمولی گرفته تا سنسورهای صنعتی با توجه به کاربردشان در محیط، به طور گسترده ای کاربرد دارند. با توجه به اینکه انواع گوناگونی از سنسورهای ترموکوپل در بازار وجود دارد، درک ساختار اساسی سنسورها، نحوه کار، محدوده دما و جنس متریال این تجهیزات بسیار مهم است.

مشاوره قبل از خرید سنسورهای دما، بسیار حائز اهمیت است. اگر خدای ناکرده بدون هیچگونه مشورت یا مشاوره ای خرید خود را انجام دهید، مشکلات فراوان و جبران ناپذیری برای شما پیش خواهد آمد. ما در شرکت آروان صنعت هیراد، آماده ایم هرگونه مشاوره تخصصی و حرفه ای در زمینه سنسورهای ترموکوپل را به شما عزیزان انجام دهیم.

ساختار حسگر دما ترموکوپل چگونه است؟

ساختار حسگر دما thermocouple
ساختار حسگر دما thermocouple

سنسورهای ترموکوپل در محیط هایی که میزان دما بالا و پایین است، مورد استفاده قرار می گیرند. اما از آنجایی که نوع هر فلزی که بایستی به هم متصل گردد، متفاوت است، پایداری، بزرگی نیروی محرکه الکتریکی و خطی بودن نیروی الکتروموتور متفاوت است. به همین دلیل، انواع ترموکوپل ها با استانداردهای مختلفی (IEC، JIS، ANSI و …) تعیین می گردند. فلز مورد استفاده باید با در نظر گرفتن هزینه مواد به طور مناسب انتخاب گردد، زیرا محدوده اندازه گیری و دقت اندازه گیری بستگی به فلزی که بایستی به هم متصل گردد، متفاوت است.

اگرچه خود متریال ترموکوپل های فلزی نجیب (Noble Metal)، از پایداری خوبی برخوردار هستند، اما نیروی حرارتی آنها کم است و  از آنها نمی توان برای اندازه گیری دماهای پایین تا متوسط استفاده کرد. اما برای اندازه گیری دماهای بالا مانند دمای ذوب فلزات، مناسب است. علاوه بر این، اگر تمام سیم‌ کشی‌ها از این متریال ساخته شوند، بسیار گران تمام می‌شوند، بنابراین این فلزات گرانبها باید فقط در بخش های حسگر دما مورد استفاده قرار گیرند و قطعات سیم‌کشی که در دمای اتاق هستند، باید خواص ترموالکتریکی مشابهی داشته باشند. از این فلزات گرانبها سیم آلیاژی ساخته شده از فلزات نسبتاً ارزان استفاده می شود. سیم آلیاژی مورد استفاده در این حالت “سیم سرب جبرانی” نامیده می شود، اما اگر در نقطه اتصال با سیم جبرانی اختلاف دما وجود داشته باشد، باعث خطا می شود.

ترموکوپل های آروان صنعت هیراد اساس فلز پایه (Base Metal)، بسته به نوع آن مشخصات گوناگونی دارند. از آنجایی که این متریال آن ها ارزان است، می توان از همان نوع فلز از جمله هادی جبرانی استفاده کرد، اما پایداری آنها کمتر از حسگرهای دما فلزات نجیب است، بنابراین باید اثرات اکسیداسیون و کاهش را در نظر گرفت. زمان اتصال هادی های جبرانی، لازم است آنها را با استفاده از کانکتورهای ساخته شده از همان متریال متصل کنید و از آنها برای اتصال سیم کشی به قسمت های اتصال جبران کننده دما مانند داخل تجهیزات که دما یکنواخت و دمای کمی است استفاده کنید. تغییر دادن. استاندارد برای هادی های جبرانی در JIS C 1610 مشخص شده است.

قسمت اندازه گیری دما از ترموکوپل به عنوان نوع تماسی یا غیر تماسی بسته به الزامات اندازه گیری دما استفاده می گردند. علاوه بر این، گاهی اوقات از “غلاف محافظ ترموکوپل” به منظور محافظت از ترموکوپل های نازک استفاده می گردد. برای این لوله حفاظتی از فلزات (مس، فولاد ضد زنگ، کانتال، اینکونل، تیتانیوم، هاستلوی)، نافلزات (شیشه سخت، آلومینا با خلوص بالا، کوارتز، زیرکونیا، نیترید سیلیکون، تفلون) و غیره استفاده می شود. همچنین نوعی از ترموکوپل با ساختاری که در آن یک لوله محافظ فلزی با اکسید منیزیم یا پودر سیلیس پر شده است «ترموکوپل غلاف دار» نامیده می شود و به طور گسترده توزیع می شود. ضخامت، شکل و جنس لوله محافظ استاندارد شده است و نازک ترین لوله دارای قطری در حدود 0.25 میلی متر است.

اندازه‌گیری ترموکوپل‌های معمولی چند ثانیه طول می‌کشد، اما با ساخت آن‌ها به ترموکوپل‌های بسیار ظریف یا فویل‌مانند، اکنون می‌توان تغییرات دما و اجسام کوچک را با سرعت ۱۰۰ میلی‌ثانیه اندازه‌گیری کرد.

در سال‌های اخیر، فناوری MEMS برای توسعه دستگاه‌های تصویربرداری مادون قرمز خنک‌نشده دو بعدی که ترموکوپل‌های دقیقه‌ای را ادغام می‌کنند، استفاده شده است. با تشکیل یک اتصال گرم بر روی یک لایه نازک دی الکتریک با عایق حرارتی بالا و یک اتصال سرد بر روی سیلیکون با رسانایی حرارتی بالا، یک سنسور با واکنش عالی و حساسیت بالا محقق شد.

معرفی انواع ترموکوپل (Types Of Thermocouple)

انواع سنسور ترموکوپل
انواع سنسور ترموکوپل

سنسورهای ترموکوپل (Thermocouple) انواع یا تیپ های مختلفی دارند که عبارتند از تیپ K، J، S، R, T, B, C, E . تمایز اصلی و طبقه بندی آنها ترکیب فلزاتی است که برای ثبت دما از آنها استفاده می کنند که به عنوان کالیبراسیون شناخته می شود. رنج دمایی سنسورهای Thermocouple یا جفت های گرمایی بسیار متفاوت است. . هر کالیبراسیون ترموکوپل دما، محدوده دمایی متفاوتی دارد. اگر چه حداکثر دما به قطر سیم نیز بستگی دارد، یعنی یک سیم بسیار نازک ممکن است به طیف کامل دمایی که فلز در مقابل آن مقاومت می کند نرسد.

نوع سنسور
آلیاژ به کار رفته
حداکثر میزان دمای قابل استفاده
Type E Cu-CuNi از 270- الی 1000+ درجه سانتیگراد
Type J Fe-CuNi از 210- الی 1200+ درجه سانتیگراد
Type K NiCr-Ni از 270- الی 1372+ درجه سانتیگراد
Type N NiCrSil-NiSil از 270- الی 1300+ درجه سانتیگراد
Type T Cu-Ni از 270- الی 400+ درجه سانتیگراد
Type S Pt10%Rh-Pt از 50- الی 1750+ درجه سانتیگراد
Type R Pt13%Rh-Pt از 50- الی 1768+ درجه سانتیگراد
Type B Pt30%Rh-Pt6%Rh از 0 الی 1820+ درجه سانتیگراد
Type C W5%Re-W26%Re از 0 الی 2315+ درجه سانتیگراد
Type D W3%Re-W25%Re از 0 الی 2315+ درجه سانتیگراد

برای انتخاب نوع مناسب ترموکوپل برای صنعت خود، بایستی از معیارهای مختلفی استفاده کنید، به این ترتیب می توانید از ایده آل بودن و پاسخگویی به نیازهای خود اطمینان حاصل کنید. معیارهای اصلی عبارتند از: محدوده دما، مقاومت شیمیایی ترموکوپل یا ترموول (قسمتی که از ترموکوپل محافظت می کند)، مقاومت در برابر سایش و لرزش و الزامات نصب، زیرا برای برخی از مدل ها لازم است ترموکوپل با تجهیزات موجود سازگار باشد. . با آروان صنعت هیراد تماس بگیرید تا به شما مشاوره رایگان دهیم.

قبل از تعریف انواع سنسور ترموکوبل، بایستی درباره شکل ظاهری سنسورها به شما عزیزان اطلاعات دهیم. مدل هایی از ترموکوپل سیمی که همانطور که از نام آن ها مشخص است به صورت سیمی و با پروب وجود دارد. اولی ها ساده ترین شکل جفت حرارتی هستند. این فقط از دو تکه سیم تشکیل شده است که با یک سیم لحیم شده به هم متصل شده اند. این نوع ترموکوپل محدودیت هایی در کاربرد دارد، به عنوان مثال، نباید با مایعاتی که ممکن است آلیاژهای فلزی را خورده و اکسید کنند، استفاده شوند. همچنین می‌تواند با سطوح فلزی مشکلاتی داشته باشد، زیرا می‌توانند به عنوان رسانای غیرمستقیم یک سیستم الکتریکی مجاور عمل کنند که بر اندازه‌گیری تجهیز تأثیر می‌گذارد. این نوع سنسور با توجه به کوچک بودن طرح های آن و زمان پاسخ دهی بسیار سریع برای اندازه گیری دمای گازها یا کوره ها توصیه می شود.

از طرف دیگر، ترموکوپلی که دارای پروب است از سیمی تشکیل شده است که در داخل یک لوله فلزی یا یک ترموول قرار دارد. متداول ترین مواد برای ساخت بازوهای فولاد ضد زنگ و اینکونل هستند. دومی برای بالاترین محدوده دما ایده آل است. با این حال، فولاد ضد زنگ به دلیل سازگاری شیمیایی گسترده آن به طور کلی ترجیح داده می شود.

ترموکوپل نوع J

نوع J. آنها از ترکیب Iron – State (آلیاژی از مس و نیکل) استفاده می کنند. دارای محدوده 210- درجه سانتی گراد تا 1200+ درجه سانتی گراد می باشد.استفاده از آن در محیط های اکسید کننده در دمای بالا محدود است و برای دماهای پایین توصیه نمی شود.

سنسور نوع K

نوع K. آنها ترکیبی از کرومگا (نیکل و آلیاژ کروم) – آلومگا (آلیاژ نیکل و آلومینیوم) دارند. با محدوده اندازه گیری 270- درجه سانتی گراد تا 1372+ درجه سانتی گراد. کاربرد محدودی در خلاء یا reducing atmospheres دارند. دارای محدوده دمایی گسترده ای است که محبوب ترین نوع دماسنج اندازه گیری دما است.

سنسور نوع T

از ترکیب مس – کنستانتان تشکیل شده است. محدوده دمایی آن از 270- درجه سانتیگراد تا 400+ درجه سانتیگراد است. مواد آن کمی اکسید کننده هستند و در شرایط مرطوب موجود، بسیار موثر عمل می کنند. کاربرد آن در فرآیندهایی در دماهای پایین و برودتی است.

سنسور نوع E

نوع E ساخته شده از نیکل-کروم و کنستانتان است. با دامنه دمایی وسیع از 270- درجه سانتیگراد تا 1000+ درجه سانتیگراد. کاربرد محدودی در محیطهای خلاء یا reducing atmospheres دارند. همچنین بالاترین تغییر EMF را در هر درجه دارند.

ترموکوپل نوع N

نوع N. از ترکیبی از Omega-P (آلیاژ نیکل، کروم و سیلیکون) – Omega-N (آلیاژ نیکل، سیلیکون و منیزیم) استفاده می کند. محدوده دمایی آن از – درجه سانتیگراد تا 1300+ درجه سانتیگراد است. به عنوان جایگزینی برای ترموکوپل نوع K استفاده می شود، زیرا در دماهای بالا بسیار پایدارتر است.

سنسور نوع R

دماسنج نوع R. از فلزات گرانبها استفاده می کند. در ترکیب آن از پلاتین/13% رودیوم – پلاتین استفاده شده است. محدوده دمایی آن از 0 درجه سانتیگراد تا 1768+ درجه سانتیگراد است. یکی از گرانترین دماسنج های اندازه گیری است. نباید در لوله های فلزی قرار داده شود و جنس غلاف آن ها سرامیکی است. آنها برای دماهای بالا استفاده می شوند.

سنسور نوع S

نوع S. از فلزات گرانبها مشابه با نوع R استفاده می کند، اما در ترکیبی متفاوت: پلاتین/10% رودیوم – پلاتین. محدوده دمایی آن از 0 درجه سانتیگراد تا 1750+ درجه سانتیگراد است. مانند نوع R، نباید در لوله های فلزی قرار داده شود (جنس غلاف سرامیکی سفید یا استخوانی) و برای دماهای بالا طراحی شده اند.

ترموکوپل نوع B

ترموکوپل نوع B. مانند نوع R و نوع S از فلزات گرانبها در ترکیب خود استفاده می کند: پلاتین/30% رودیوم – پلاتین/6% رودیم. برای دماهای بالا با دامنه ای از 0 درجه سانتی گراد تا 1820+ درجه سانتی گراد طراحی شده است. نباید در لوله های فلزی قرار داده شود. بیشترین کاربرد آن در صنایع شیشه است.

حسگر اندازه گیری دما نوع C

حسگر دما ترموکوپل تایپ C (سی)، یک نوع دماسنج حرفه ای نسوز است که قادر است تا دمای 2315 درجه سانتیگراد را به راحتی اندازه گیری کند. تیپ C از آلیاژ (تنگستن-رنیوم) تشکیل شده است.

جفت حرارتی نوع C، یک نوع تایپ خاص است و ارزش قیمتی آن بالاست. اگر قصد سفارش این نوع از ترموکوپل های حرارتی را دارید، با شرکت مانیاد صنعت رادین آژند تماس حاصل فرمایید.

تفاوت ترموکوپل نوع C و نوع D چیست؟

این هر دو حسگر دما ترموکوپل از آلیاژ تنگستن رنیوم ساخته شده اند. نوع C تنگستن 5% رنیوم در مقابل تنگستن 26% رنیوم است. نوع D ترکیب کمی متفاوت دارد: تنگستن 3% رنیوم در مقابل تنگستن 25% رنیوم. هر دوی این دماسنج ها را می توان برای اندازه گیری دمای تضمینی تا 2871 درجه سانتی گراد استفاده کرد.

درباره انواع سنسورهای ترموکوپل بیشتر بدانید:

Thermocouple – WIKA

چطور یک سنسور ترموکوپل صحیح را انتخاب کنیم؟

چطور یک سنسور ترموکوپل صحیح رو انتخاب کنیم؟
چطور یک سنسور ترموکوپل صحیح رو انتخاب کنیم؟

زمانیکه قصد انتخاب و خرید سنسور ترموکوپل را دارید، توجه به موارد زیر ضروریست:

  1. محدوده دما سنسور (Temperature Range): در مرحله اول بایستی دامنه یا محدوده دمایی لازم برای نوع کاربری خود را تعیین نمایید. هر نوع حسگر دما ترموکوپل، دامنه یا بازه دمایی خاصی دارد. برای مثال، در برخی موارد، نیاز به اندازه‌گیری دما در محدوده بالا (مانند 1700+ درجه سانتیگراد) وجود دارد، در حالی که در دیگر موارد، ممکن است نیاز به اندازه‌گیری دما در محدوده پایین‌تر (مانند 200- درجه سانتیگراد) باشد. بنابراین، حتماً بایستی محدوده دمایی مورد نیاز خود را تعیین کنید.
  2. بررسی محیط کاری: این عامل بسیار حائز اهمیت دارد. برخی از محیط‌ های صنعتی شامل موادی نظیر اسیدها، بازها، رطوبت بالا یا فشار بالا هستند. در این صورت، باید حسگر دما را بر اساس مقاومت آن در برابر شرایط محیطی خاص انتخاب کنید. برخی از انواع ترموکوپل‌ ها مقاومت بیشتری نسبت به شرایط سخت محیطی دارند.
  3. قرائت و خوانایی: بررسی قرائت و خوانایی سنسور نیز حائز اهمیت است. برخی از جفت های حرارتی قرائت دیجیتال را پشتیبانی می‌کنند و به وسیله‌ی اتصال به نمایشگرها یا سیستم‌های کنترلی، قرائت دما را به صورت آسانتری ارائه می‌دهند.
  4. هزینه: هزینه نیز نکته بسیار مهمی است. جفت های گرمایی، معمولاً قیمتی مقرون به صرفه‌تر نسبت به سایر سنسورهای دمای دیگر دارند، اما در نهایت، باید نیازها، محیط کاری، دقت، قرائت و خوانایی، و هزینه را با هم ترکیب کرده و سنسور ترموکوپلی را انتخاب کنید که بهترین تطابق را با نیازهای خاص شما دارد. در صورت امکان، مشاوره با تهیه کنندگان سنسورها و متخصصان صنعتی نیز می‌تواند به شما در انتخاب صحیح کمک کند.
  5. زمان واکنش (Reaction Time)
  6. مقاومت در برابر لرزش و سایش (Abrasion And Vibration Resistance)
  7. کالیبراسیون (Calibrations)
  8. نصب و راه اندازی و سازگاری (Installation And Compatibility)
  9. برند (Brand) ترموکوپل که می تواند ایرانی و خارجی باشد.
  10. ضمانت و خدمات پس از فروش (Guarantee And After-Sales Service)
  11. تایپ حسگر دما (Type)

امروزه انواع گوناگونی از تایپ های جفت های گرمایی وجود دارد که عباتند از: J، K، S، R, T, N, B, C . با توجه به نیاز شما عزیزان و موارد اشاره شده در بالا می توانید نوع سنسور موردنظرتان را انتخاب و خریداری کنید.

ما در شرکت آروان صنعت هیراد، به عنوان یکی از سازندگان سنسورهای دما در ایران، انواع گوناگونی از سنسورهای ترموکوپل و آر تی دی (RTD) را تولید و به صنایع مختلف ارائه می کنیم.

انتخاب متریال غلاف محافظ سنسور Thermocouple

تمامی جفت های گرمایی از عایق MgO با حداکثر میزان خلوص، به منظور استفاده در دماهای بسیار بالا تا 2300 درجه فارنهایت (1260 درجه سانتیگراد) ساخته می شوند. سنسورهای حرارتی همگی محدودیت های خاص خطا (ANSI) را دارند تا میزان اندازه گیری شما، بهترین نتیجه ممکن را داشته باشد. جنس غلاف با توجه به مصرف شما تعیین می گردد. در ادامه درباره متریال انواع غلاف ها توضیحاتی ارائه دادیم تا شما عزیزان بتوانید بهترین انتخاب را داشته باشید.

  • 304SS: حداکثر میزان دما °1650 فارنهایت (°900 درجه سانتیگراد) و پرکابردترین متریال غلاف در دماهای پایین است. این ماده مقاومت خوبی در برابر خورندگی دارد، ولی در محدوده دمای 900 تا 1600 درجه فارنهایت (480 الی 870 درجه سانتیگراد) کارایی لازم را ندارد.
  • 310SS: حداکثر میزان دما °2100 فارنهایت (°1150 درجه سانتیگراد) و مقاومت مکانیکی خوبی دارد. علاوه بر این در برابر خورندگی مقاوم بوده (304SS) و در دماهای بسیار بالا پایدار است. ولی به اندازه 304SS منعطف نیست.
  • 316SS: حداکثر میزان دما °1650 فارنهایت (°900 درجه سانتیگراد) و بهترین مقاومت را در برابر خورندگی Austenitic Stainless Steels دارد. این ماده مقاومت خوبی در برابر خورندگی دارد، ولی در محدوده دمای 900 تا 1600 درجه فارنهایت (480 الی 870 درجه سانتیگراد) کارایی لازم را ندارد.
  • ®Inconel: حداکثر میزان دما °2150 فارنهایت (°1175 درجه سانتیگراد) و یکی از پرمصرف ترین و پرکاربردترین ماده متریال ترموکوپل محسوب می شود. این ماده مقاومت خوبی در برابر خورندگی، میزان درجه حرارت بالا و محیط های اکسیدی دارد. از این متریال در محیط های گوگردی استفاده نکنید.
  • Hastelloy X: حداکثر میزان دما °2200 فارنهایت (°1205درجه سانتیگراد) به طور گسترده ای در برنامه های هوا-فضا بسیار کاربرد دارد. همچنین در محیط های اکسیدی به راحتی استفاده می گردد و در دماهای بالا مقاومت فوق العاده ای دارد.

بررسی انتخاب قطر دماسنج ترموکوپل

تمامی جفت های گرمایی از عایق MgO با حداکثر میزان خلوص، به منظور استفاده در دماهای بسیار بالا تا 2300 درجه فارنهایت (1260 درجه سانتیگراد) ساخته می شوند. سنسورهای حرارتی همگی محدودیت های خاص خطا (ANSI) را دارند تا میزان اندازه گیری شما، بهترین نتیجه ممکن را داشته باشد. جنس غلاف با توجه به مصرف شما تعیین می گردد. در ادامه درباره متریال انواع غلاف ها توضیحاتی ارائه دادیم تا شما عزیزان بتوانید بهترین انتخاب را داشته باشید.

محدودیت های دمای بالا (پیشنهاد شده) قطرهای استاندارد غلاف
1290°F (700°C) .020″ + .001 – .0005″
1290°F (700°C) .032″ = .001 – .0005″
1290°F (700°C) .040″ + .001 – .0005″
1690°F (920°) 0.63″  ± .001″
1830°F (1000°C) .090″ ± .001″
1960°F (1070°C) .125″ + .002 – .001″
2100°F (1150°C) .188″ + .002 – .001″
2100°F (1150°C) .250″ + .003 – .001″

کالیبراسیون ترموکوپل چیست + بررسی تأثیرات آن

دقت اندازه گیری در هر فرایند یا پروسه صنعتی بسیار حائز اهمیت است. سنسورهای دما شامل Thermocouple و RTD ها که در فرایندهای صنعتی مورد استفاده قرار می گیرند، بایستی از لحاظ میزان دقت و درستی تحت آزمایش های مختلف قرار بگیرند. سنسورهای دما مانند هر وسیله یا تجهیز دیگری در طول زمان، دچار خرابی می شوند و کارایی آن ها کاهش پیدا می کند. بنابراین کالیبراسیون کردن سنسورها، خیلی مهم است. در زمینه کالیبراسیون انواع Thermocouple، مقاله ای را برای شما عزیزان آماده کرده ایم که می توانید در بخش مقالات آن را مطالعه فرمایید. در ادامه به طور مختصر درباره فرآیند Calibration، با شما عزیزان صحبت خواهیم کرد.

کالیبراسیون چیست؟

در بخش تعریف ترموکوپل، درباره این سنسور و نحوه عملکرد آن به طور کامل توضیحاتی را خدمت شما بزرگواران ارائه کردیم. ولی اینجا باز هم به شما عزیزان یادآوری خواهیم کرد. جفت گرمایی در اصل حسگری است که تغییر دما را تشخیص می دهد. یک سنسور ترموکوبل دارای دو سیم متفاوت است که در یک انتهای به هم جوش داده شده و در انتهای دیگر آزاد است. وقتی در این سیم ها اختلاف دما  ایجاد می شود، ولتاژی تولید می شود و اختلاف پتانسیلی را در محل اتصال ایجاد می کند. این ولتاژ در محل اتصال با دما اندازه گیری و همبستگی دارد.

حسگرهای دما ناهموار و مقاوم ساخته شده اند. آنها می توانند طیف گسترده ای از دما را تحمل کنند. با این حال ، از آنجا که اندازه گیری دما به ولتاژ بستگی دارد، کالیبراسیون آن ها در فواصل منظم لازم است تا اطمینان حاصل شود که دستگاه می تواند ولتاژ را با موفقیت تشخیص دهد. روند کالیبراسیون شامل مقایسه دقت اندازه گیری سنسور در مقابل یک منبع شناخته شده و استاندارد است.

نحوه کالیبراسیون کردن سنسورها چگونه است؟

کالیبراسیون کردن سنسورها نیاز به استفاده از تجهیزات مخصوص و هر جایی نمی تواند کالیبراسیون را انجام دهد.

انواع روش های کالیبراسیون

به طور کلی 3 روش برای کالیبراسیون کردن حسگرهای دما وجود دارد که عبارتند از:

  1. کالیبراسیون نقطه ثابت ترمودینامیکی
  2. روش حمام هم زده و یا روش کوره
  3. کالیبراتور بلوک خشک

در ادامه هر یک از روش های ذکر شده در بالا را برای شما عزیزان توضیح خواهیم داد.

کالیبراسیون نقطه ثابت ترمودینامیکی

این روش را می توان دقیق ترین روش کالیبراسیون بیان کرد. این روش شامل مقایسه میزان دمای سنسور در مقابل ترکیبات رایج کلی است که در آن ها حالت فیزیکی تغییر می کنند. برای مثال: نقطه انجماد فلزی مانند فلز قلع طبق ITS-90 یا مقیاس بین المللی دما در سال 1990 ، 231.928 درجه سانتیگراد است.

با نگه داشتن محل اتصال در 0 درجه سانتیگراد ، EMF حرارتی (نیروی الکتریکی) از جفت گرمایی در طول انتقال نقطه ثابت که مواد فلزی از یک جامد به مایع انتقال می یابند ، اندازه گیری می گردد. سپس این EMF با نمودارهای اندازه گیری استاندارد مقایسه می شود تا دقت اندازه گیری حسگر دما تعیین شود.

باز هم عنوان می کنیم: کالیبراسیون نقطه ثابت ترمودینامیکی دقیق ترین روش برای کالیبراسیون دماسنج ها است.

کالیبراسیون روش حمام هم زده و یا روش کوره

این روش، دقت بسیار پایین تری نسبت به کالیبراسیون نقطه ثابت ترمودینامیکی دارد. هنگامی که دما در سطح مطلوب است، از سنسور برای کالیبراسیون اندازه گیری دما همراه با حسگر دقیق شناخته شده، استفاده می شود. اگر جفت گرمایی نیازی به کالیبراسیون داشته باشد، دو سنسور، 2 عدد مختلف را برای دما نشان می دهند. این روش در آزمایشگاه ها نیز انجام می گردد.

کالیبراسیون بلوک خشک

در این روش کالیبراسیون، از دستگاه dry-block استفاده می گردد. پراب های سنسور به بلوک خشک وارد شده و سپس بلوک فلزی خنک شده یا تا دمای خاصی گرم می شود که بتوان دمای نشان داد شده را به راحتی خواند. اگر سنسور همان دمای تنظیم شده در بلوک خشک را نمایش دهد، بنابراین نیازی به کالیبراسیون ندارد. بنابراین، اگر اختلاف دما مشاهده کردید، به احتمال زیاد، نیاز به کالیبراسیون دارید.

آیا کالیبراسیون جفت های حرارتی لازم است؟

سوال بسیار خوبی است. جفت های گرمایی، اجزای اساسی و مهم یک سیستم هستند که کمیت فیزیکی را اندازه گیری می کنند. انتطار مشتریان گرامی این است که سنسورهای تولید شده توسط کمپانی ها، بدون مشکل دما را اندازه گیری کنند. زیر یک خطا در خواند دما، می تواند منجر به فاجعه ای بزرگ شود که عواقب آن جبران ناپذیر است. این مورد به خصوص در محیط های صنعتی بسیار مشهود است. زیر جفت های گرمایی ماه ها و سال ها در معرض دماهای مختلف قرار می گیرند. بنابراین:

کالیبراسیون حسگرهای دما، سالیانه توصیه می گردد. در صورتی که از حسگرها به طور مداوم استفاده می کنید، بایستی در فواصل کوتاه کالیبراسیون را انجام دهید.

در اینجا ذکر این نکته ضروریست شرایطی نظیر در معرض قرار گرفتن طولانی مدت سنسور در دماهای بالا، شرایط سخت محیطی یا شرایطی که شوک حرارتی یا مکانیکی اتفاق بیفتد، در فرایند دقت اندازه گیری در طولانی مدت موثر است.

چگونه می توانم متوجه بشوم که آخرین بار چه زمانی کالیبراسیون انجام شده است؟

متاسفانه هیچ روش مطمئنی برای مشخص شدن آخرین زمان کالیبراسیون سنسور دما وجود ندارد. ولی بسیاری از صنایع که از سنسورهای دما استفاده می کنند، سوابقی را به صورت Document (سند) نگه داری کرده تا از زمان آخرین کالیبراسیون مطلع گردند.

پس کالیبراسیون سنسورها یا حسگرهای دما بسیار مهم است. زمانیکه جفت های حرارتی شامل شرایط زیر باشند بایستی کالبراسیون انجام شود:

  • هنگامیکه زمان کالیبراسیون کردن سنسور طبق دوره های زمانی رسیده باشد.
  • زمانیکه سنسور تحت شرایط بسیار سخت و غیرمنتظره ای قرار می گیرد.
  • عملکرد و دقت اندازه گیری آن ها اشکال داشته باشد.

سنسورهای Thermocouple را باید زمانی تعویض کنید که:

  • معیوب یا خرابش شده باشد.
  • در اثر نیورهای مکانیکی آسیب به سنسور وارد شده باشد.
  • غلاف محافظ به علل مختلف نظیر خوردگی یا اکسیداسیون دچار مشکل شده باشد.
  • زمانیکه که آزمایشگاه کالیبراسیون، دقت اندازه گیری زا خازج از مشخصات ذکر شده سنسور اعلام کند.

گواهینامه کیفیت سنسورهای دما

با یک تغییر دما ، یک ترموکوبل استاندارد تغییرات دما را نمایش می دهد. با این حساب، چگونه می توان اطمینان یافت که آنچه می بینیم درست است؟ بدبن منظور، شرکت آروان صنعت هیراد به تمامی استانداردهای ملی و بین المللی پایبند هستیم. ISO و NIST از مشهورترین استانداردهای مورد استفاده برای اندازه گیری عملکرد جفت های گرمایی هستند.

میزان طول عمر سنسور ترموکوپل چقدر است؟

میزان طول عمر سنسور ترموکوپل، به عوامل مختلفی بستگی دارد و نمی توان طول عمر دقیقی برای هر نوع سنسور دما Thermocouple مشخص کرد. به عنوان مثال محیطی که سنسور بخواهد در آنجا استفاده شود، یکی از عوامل بسیار تأثیرگذار در میزان طول عمر جفت های حرارتی و گرمایشی است. اگر محصول شما به درستی انتخاب شده باشد و همچنین به شیوه صحیح از آن نگهداری شود، تا سالیان سال دوام خواهد داشت.

در اینجا ذکر این نکته ضرورریست که استفاده مداوم از سنسورهای Thermocouple، در میزان عملکرد و سیگنال خروجی آن تأثیرگذار است. در بسیاری از مواقع توصیه می شود که حسگر ترموکوپل را هر 2 یا 3 سال عوض کنید.

از اطلاعات فوق= می توان نتیجه گرفت که خروجی ترموکوبل را می توان با استفاده از روش هایی مانند مولتی متر، پتانسیومتر و تقویت کننده توسط دستگاه های خروجی محاسبه کرد. هدف اصلی ترموکوپل ایجاد اندازه گیری های ثابت و مستقیم دما در چندین کاربرد مختلف است.

کاربردهای انواع ترموکوپل چیست؟ (Thermocouple Applications)

در ادامه به برخی از کاربردهای سنسور Thermocouple اشاره شده است:

  1. به منظور استفاده در انواع کوره های برقی و حرارتی، از سنسورهای تایپ S, R, B, K استفاده می شوند.
  2. ترموکوپل ها در کارخانه های تولید مواد شیمیایی و پالایشگاه های نفت، به منظور اندازه گیری دما در بخش های مختلف کارخانه نصب و استفاده می شود.
  3. Thermocoupleها همچنین به منظور اندازه گیری دمای فلزات در صنایع مس، فولاد، آلومینیم و آهن مورد استفاده قرار می گیرند.

چرا دماسنج ترموکوپل راه حلی بهینه برای اندازه گیری دما است؟

دلایل بسیاری وجود دارد که محبوبیت سنسورهای ترموکوپل را از بین تجهیزات اندازه گیری بین مصرف کنندگان تایید می کند:

قابلیت Self-powered

با افزایش EMF خروجی با توجه به تغییرات دما، نیازی به منبع تغذیه خارجی نیست. بنابراین، دماسنج ترموکوپل در عملکرد خود بسیار خودکفا هستند.

ساده و قدرتمند (Simple and Robust)

از نظر طراحی، این سنسورها ساده و در عین حال از لحاظ نحوه ساخت متفاوت هستند. زیر این تجهیزات ابزار دقیق با انواع مختلف فلزات با استحکام بالا از جمله آلومینیوم، آهن، مس و پلاتین ساخته می شوند. این اجازه می دهد تا سنسورها در انواع کاربردهای صنعتی مورد استفاده قرار گیرند.

ارزان (Inexpensive)

دماسنج های ترموکوپل از لحاظ قیمت ارزان هستند. در مقایسه با RTD ها، تقریباً سه برابر ارزان تر از RTD ها هستند.

محدوده وسیع دما (Wide Temperature Range)

حسگرهای دما ترموکوپل به طور مستقیم دما را در یک برنامه اندازه گیری می کنند. قابلیت اندازه گیری دما تا 2000 درجه سانتی گراد را دارند.

سنسورهای ترموکوپل می توانند رتبه بندی دقیق اندازه گیری را برای کاربردهای صنعتی با دماهای شدید ارائه دهند. آنها مقرون به صرفه، قوی، سریع پاسخ می دهند و برای سال های طولانی بسیار کارآمد هستند.

نتیجه گیری

در این مقاله به سوال انواع ترموکوپل چیست و چگونه کار می کند، پاسخ جامع دادیم و موارد بسیار را مورد بررسی قرار دادیم. اگر پرسشی درباره این این نوع از سنسورها دارید، در بخش نظرات همین پست در خدمت تک تک شما عزیزان هستیم. لازم بذکر است که شرکت آروان صنعت هیراد و شرکت مانیاد صنعت رادین آژند، به عنوان برترین تولیدکنندگان ترموکوپل در ایران محسوب می شوند.

دانلود PDF مقاله

30 thoughts on “ترموکوپل چیست”

  1. سلام. سنسورهای ترموکوپل سرامیکی هم تولید می کنید؟ برای دمای حدود 1400 و 1500 درجه سانتیگراد، از چه تایپی باید استفاده کنم؟

    پاسخ
  2. دنبال یکی سنسور برای اندازه گیری کوره حرارتی با دمای 1200 درجه سانتیگراد هستم. شما چه سنسوری برای من پیشنهاد می کنید. آیا آماده دارید یا باید برایم تولید کنید؟ ممنونم.

    پاسخ
  3. سلام و عرض ادب. درباره محدودیت های ترموکوپل می خواستم اطلاعاتی کسب کنم. آیا نسبت به RTD ها بهتر هستند یا خیر؟

    پاسخ
    • سلام و درود بر شما. نام‌های متداول و رایج برای رایج‌ترین ترکیبات ترموکوپل ها و همچنین کاربردها و محدودیت‌های معمولی برای هر کدام در ادامه آمده است.

      ترموکوپل نوع K …
      ترموکوپل نوع J. …
      ترموکوپل نوع T …
      ترموکوپل نوع E …
      ترموکوپل نوع N …
      ترموکوپل نوع S و ترموکوپل نوع R. …
      ترموکوپل نوع B

      پاسخ
  4. سلام وقت بخیر.یک سوال داشتم:
    سریع ترین راه برای تشخیص بهترین تایپ ترموکوبل چیست؟

    پاسخ
  5. من از خوندن این مقاله لذت بردم. مقاله کامل و جامع در مورد حسگر دما ترموکوپل به این میگن. ممنون از آقای موسوی جشنی.

    پاسخ
    • سلام و درود. از حسگرهای ترموکوپل نوع K در کاربردهای با دمای بالا، محیط های خورنده و کاربردهایی که کابل مستعد اکسید شدن است استفاده می شود. این شامل برنامه های مرطوب و مواردی است که در آب غوطه ور می شوند. نوع J بهترین گزینه در دماهای پایین تر است، زیرا محدوده دمایی آن از 40-درجه سانتی گراد شروع می شود.

      پاسخ
  6. سلام وقت بخیر. برای دمای ۱۷۰۰ درجه سانتیگراد برای کوره احیا از چه نوع حسگر دما ترموکوبلی باید استفاده کنیم ؟

    پاسخ
    • درود بر شما. وقت بخیر. بله شرکت آروان صنعت هیراد به عنوان طراحی، تولید و تأمین تجهیزات ابزار دقیق و کابل های خاص خشکی و دریایی، با اکثر شرکت های نفتی، پالایشگاهی و پتروشیمی کشور کار می کند.

      پاسخ

Leave a Comment

×

سلام!
ارتباط از طریق ایمیل:
sales@arvansanat.com

×