ترموکوپل چیست و چگونه کار می کند

برای بسیاری از ما که در زمینه اتوماسیون و برق صنعتی کار می کنیم، به خصوص اتوماسیون، سوالات زیادی در این زمینه ها از ما می شود. سوالاتی نظیر ترموکوپل چیست و چگونه کار می کند، انواع ترموکوپل چیست و چه محدوده های دمایی ای دارند و بسیاری پرسش های دیگر. این سوالات پرتکرار را می خواهیم در این مقاله به طور جامع و کامل پاسخ بدهیم. پس اگر می خواهید درباره این نوع از سنسورهای دما اطلاعات کاملی دریافت کنید، با ما همراه باشید.

تعریف ترموکوپل به زبان ساده

یک ترموکوپل (Thermocouple Sensor) یا اتصال حرارتی، یکی از دسته بندی های مشهور و جزو زیر مجموعه سنسورهای دما محسوب شده و کار آن اندازه گیری دما در نقاط مختلف است. این نوع از سنسورهای دما از 2 عدد سیم فلزی غیر هم نوع تشکیل شده که از یک طرف به یکدیگر متصل شده اند و از طرف دیگر به دماسنج ترموکوپل یا تجهیزاتی که قابلیت اتصال ترموکوبل را دارند، وصل می شود. در صورتی که پیکربندی و تنظیمات به طور صحیح انجام شود، سنسورهای Thermocouple می توانند محدوده دما را به صورت دقیق و در بازه وسیع به آسانی و بدون هیچ گونه مشکلی اندازه گیری کنند.

هر دو سیم فلزی یا آلیاژ فلز، اثر ترموالکتریک را نشان می دهد، اما فقط تعداد کمی از آن ها به عنوان 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.

ترموکوپل چیست
ترموکوپل چیست

نکته مهم: جفت های گرمایی یا جفت هایی حرارتی نام دیگر ترموکوپل ها هستند. پس هر جا که از این کلمات استفاده کردیم منظورمان همان سنسورهای Thermocouple است.

مشاهده لیست انواع ترموکوپل صنعتی برند آروان صنعت

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، مورد استفاده قرار می گیرند. 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.

یک سنسور Thermocouple چگونه کار می کند؟

اصل کارکرد ترموکوپل متکی به قاون فیزیک است. قانونی که به سیبک (Seebeck) مشهور است. قانونی که به نام دانشمند فرانسوی 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.

کار با زمان پاسخدهی

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 Thermocouple کند و نیاز است که بررسی هایی در این زمینه صورت گیرد.

چطور یک سنسور ترموکوپل صحیح را انتخاب کنیم؟

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

  1. محدوده دما سنسور (Temperature Range)
  2. زمان واکنش (Reaction Time)
  3. مقاومت در برابر لرزش و سایش (Abrasion And Vibration Resistance)
  4. کالیبراسیون (Calibrations)
  5. نصب و راه اندازی و سازگاری (Installation And Compatibility)
  6. برند (Brand)
  7. ضمانت و خدمات پس از فروش (Guarantee And After-Sales Service)
  8. تایپ (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 ما عزیزان و موارد اشاره شده در بالا می توانید نوع سنسور موردنظرتان را انتخاب و خریداری کنید.

انتخاب متریال 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.

انتخاب قطر سنسور 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″

معرفی انواع ترموکوپل

سنسورهای ترموکوپل (Thermocouple) انواع یا تیپ های مختلفی دارند که عبارتند از تیپ K، J، S، R, T, B, C . برخی سنسورها در موارد ریز تفاوت دارند و برخی تفاوت ها زیاد است.

نتیجه گیری

در این مقاله به سوال 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.

دیدگاه خود را بنویسید

×

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

×