ترموکوپل صنعتی چیست و چه انواعی دارد

انواع ترموکوپل صنعتی چیست و چه کاربردهایی در صنایع گوناگون دارد؟ (What are the Types of Industrial Thermocouples). با توجه به سوالات شما بزرگواران در خصوص معرفی انواع سنسورهای ترموکوپل صنعتی، تایپ های آن و همچنین کاربرد و نحوه استفاده از آن ها در پروسه های فرآیند، بنا شدیم مقاله ای جامع را در این زمینه تهیه و با شما به اشتراک بگذاریم تا به عنوان یک راهنمای مرجع از آن استفاده نمایید. پس با ما تا انتهای این مطلب همراه باشید.

مقدمه:

متداول ترین حسگر دما در یک سیستم حرارتی، سنسور ترموکوپل (TC) است. دقت اندازه گیری این تجهیزات ابزار دقیق قابل قبول بوده و قیمت مناسبی دارند. با این حال، ترکیبی از فاکتورهای مختلف بر کاربرد موفقیت آمیز جفت های حرارتی تأثیر می گذارند که عبارتند از: آلیاژ مورد استفاده، کیفیت ساخت، قرار گرفتن در معرض دماهای مختلف، چرخه حرارتی، قرار گرفتن در معرض مواد شیمیایی و بسیاری فاکتورهای دیگر.

مطالعه مطلب سنسور ترموکوپل چیست به شما پیشنهاد می شود

ترموکوپل صنعتی چیست و چه کاربردهایی دارد؟

ترموکوپل های صنعتی همانطور که از نام آن ها مشخص است، برای استفاده در دماهای بسیار بالا در محیط های صنعتی صنایع و کارخانه ها طراحی شده اند. این نوع از حسگرهای اندازه گیری دما، به لطف پایداری فوق العاده بالایی که دارند، یک نوع وسیله همه کاره به حساب می آیند و برای سنجش دما در پروسه های فرآیند در صنایع گوناگون، مورد مصرف قرار می گیرند.

ترموکوپل صنعتی چگونه کار می کند؟

اساس عملکرد ترموکوپل صنعتی اثر ترموالکتریک EMF (میدان الکترومغناطیسی) است. برای تعیین میزان محدوده دمایی این تجهیزات ابزار دقیق، علاوه بر نوع سنسور، قطر سیم های رسانای منفرد مورد استفاده برای ساخت آن ها نیز بایستی در نظر گرفته شود.

هر حسگر دما ترموکوپل از دو عدد سیم فلزی مختلف (رساناها) تشکیل شده است که در یک نقطه به هم متصل شده اند و یک مدار را تشکیل می دهند. نقطه‌ای که دو سیم به هم متصل هستند، به اتصال داغ (Hot Junction) مشهور است و نقطه‌ای است که دمای اندازه‌گیری در آن اعمال می‌شود، در حالی که سر دیگر (بی درنگ که توسط دو سیم آزاد تشکیل می‌شود) به وسیله ای متصل است که دمای آن مشخص و به آن اتصال سرد (Cold Junction) گفته می شود. اختلاف دما بین دو اتصال باعث ایجاد ولتاژ در مدار می شود که به اثر Seebeck مشهور است و جریانی را ایجاد می کند که می تواند به منظور سنجش دما در اتصال داغ (Hot Junction) استفاده شود. جریان از طریق وسیله ای به نام ولت متر متصل به مدار، اندازه گیری می شود که خواندن دقیق جریان ایجاد شده توسط نیروهای الکتروموتور را نشان می دهد.

شایان ذکر است که اگر دمای بین دو اتصال یکسان باشد، نیروهای الکتروموتور ایجاد شده یکدیگر را خنثی کرده و در نتیجه جریان صفر خواهد بود.

کاربردهای ترموکوپل صنعتی

ترموکوپل ها کاربردهای وسیعی در صنایع گوناگون دارند، از فرآیند تولید برق گرفته تا اندازه گیری دقیق دما تجهیزات، کوره های صنعتی, ماشین آلات، صنایع غذایی، پروسه های فرآیند تولید در کارخانه ها، اندازه گیری دمای کوره های صنعتی، حسگرهای خودرو، موتورهای هواپیما، ماهواره ها، فضاپیماها و بسیاری موارد دیگر همگی از این نوع تجهیز ابزار دقیق استفاده می کنند. آنها به گونه ای طراحی و ساخته شده اند که در محیط های خشن و ناپایدار به خصوص در صنایع بزرگ و کوچک، نظامی و محیط های اکتشافی بتوانند بدون کوچکترین مسئله ای کار کنند.

ترموکوپل های صنعتی تولید شده شرکت آروان صنعت هیراد می توانند از دمای کاری 270- تا 1820+ درجه سانتیگراد را بسته به محیطی قرار است مورد مصرف قرار بگیرند، اندازه گیری کنند. محصولات ما برای کلیه صنایع از خودروسازی گرفته الی نفت، گاز، پالایش و پتروشیمی مناسب هستند. برخی از سنسورهای دما ساخته شده توسط ما، دارای اتصالات فرآیندی (Process Connection) هستند تا به راحتی در پروسه موردنظرتان نصب گردند. همچنین برخی از مدل ها همراه با ترانسمیتر دما و ترانسمیتر دمای ضد انفجار در محیط های مستعد انفجار هستند که سیگنال را به 4-20 میلی آمپر تبدیل می‌کنند تا مناسب برای استفاده از پردازش در صنایع غذایی، حسگرهای خودرو، موتورهای هوانوردی، موشک ها، ماهواره ها و فضاپیماها باشند.

کاربرد در صنایع غذایی

صنایع غذایی از ترموکوپل های صنعتی به منظور سنجش دما در پروسه های فرآیند از جمله پاستوریزاسیون، سردسازی، تخمیر، دم کردن و بطری سازی استفاده می کنند. هنگام استفاده از این تجهیزات، لازم نیست نگران باشید، زیرا آن ها توانایی این را دارند که دمای دقیقی را ارائه دهند.

کاربرد در صنایع متالورژی

در صنایع متالورژی از جفت های گرمایشی برای سنجش میزان دمای کوره های ذوب و ریخته گری استفاده می شود. برخی از فاکتورهای مهم هنگام  انتخاب یک ترموکوپل برای صنایع متالورژی (اندازه گیری دمای کوره های ذوب و ریخته گری) در نظر گرفته شود عبارتند از:

• میزان دما
• نوع غلاف محافظ و میزان دمایی که می تواند تحمل کند (فلزی یا سرامیکی)
• محیطی که در آن سنسور استفاده می شود (هوا، احیا کننده، اکسید کننده، خلا)

از آنجا که میزان دما در کوره های ذوب و ریخته گری بسیار بالاست، تعیین اندازه گیری دقیق دما برای فلزات مذاب مانند فولاد، روی و آلومینیوم ممکن است دشوار باشد. بدین منظور از دماسنج های ترموکوپل‌ پلاتینی B، S و R و ترموکوپل‌ های فلزی نوع K و N استفاده می شوند.

به عنوان مثال، ترموکوپل نوع B برای دماهای تا 1820+ درجه سانتیگراد در محیط های بی اثر یا اکسید کننده مناسب است.

کاربرد در صنایع تولید پلاستیک

کنترل میزان دقیق دما برای تولید محصولات در صنایع پلاستیک بسیار حائز اهمیت است. معمولاً از ترموکوپل های صنعتی به منظور کنترل و نظارت بر دما در پروسه فرآیند تولید اقلام پلاستیک در صنایع استفاده می گردد. همچنین از این تجهیزات در قالب های دایکستینگ (ریخته گری تحت فشار) و تزریق برای تشخیص ذوب یا دمای سطوح استفاده می شوند.

بیشتر ترموپلاستیک‌ها توسط فرآیند قالب‌گیری تزریقی ایجاد می شوند. پلیمر در یک محفظه استوانه‌ای از قبل گرم می‌شود، تا دمایی که در آن جریان دارد، قبل از اینکه به یک حفره نسبتاً خنک و بسته وارد شود. فشارهای بالایی برای تغذیه پلیمر مذاب به داخل قالب مورد نیاز است و این معمولاً با استفاده از یک پیچ رفت و برگشتی حاصل می شود. پس از سخت شدن پلیمر مذاب در قالب سرد، پیچ به عقب می چرخد ​​تا بار بعدی پلیمر برای چرخه بعدی آماده شود. در همین حال، قالب باز می شود و محصول نهایی خارج می شود.

قالب‌گیری تزریقی روشی برای به دست آوردن محصولات قالب‌گیری شده از طریق تزریق مواد پلاستیکی مذاب در اثر حرارت به داخل قالب و سپس سرد کردن و جامد کردن آنهاست.

همانطور که تجهیزات قالب‌گیری تزریقی از تغذیه پیچ گرم شده استفاده می‌کنند، اکسترودرها نیز از همان اصل برای ذوب پلاستیک استفاده می‌کنند و آن را مجبور می‌کنند از درون قالبی عبور کند که شکل نهایی را به مواد می‌دهد. بسیاری از اشکال پیوسته را می توان به دست آورد. برخی از سیستم ها از پیچ و مهره های محصور در درام تشکیل شده اند که گرمکن های چند منطقه ای در اطراف آن نصب می شوند. اکسترودرهای بزرگتر از بخاری های ریخته گری استفاده می کنند که دو نیمه به هم متصل شده اند. اینها معمولاً شامل بخاری و کانال آب یا روغن خنک کننده هستند.

سنسورهای ترموکوپل های تایپ J، یکی از پراستفاده ترین سنسورهای دما است که با استفاده از یک قسمت فنری در بخش بیرونی بشکه نصب می شوند. با افزایش اندازه بشکه، نوع کنترلر متفاوت است. این در درجه اول به دلیل مقدار زیادی اصطکاک ایجاد شده در ماشین های بزرگ است که نیاز به خنک کننده دارند.

در فرآیند ترموفرمینگ، ورق‌های پلاستیک، فوم یا سایر مواد حساس به حرارت تا زمانی که در یک قفسه حرارتی قابل انعطاف باشند، گرم می‌شوند و سپس به یکی از دو نوع پرس منتقل می‌شوند تا شکل پلاستیک نهایی را تشکیل دهند. نوع اول قالبی است که از دو نیمه داغ تشکیل شده است. آن را ببندید و یک بسته مانند کارتن تخم مرغ درست کنید. نوع دوم فرآیند شکل دهی خلاء است. در این سیستم ها قالب یک تکه تحت پیش گرمایش قرار می گیرد. سوراخ های کوچکی در روی قالب به پمپ خلاء متصل می شوند. هنگامی که ورق انعطاف پذیر شد، الگو به موقعیت خود منتقل می شود. خلاء کشیده می شود که مواد انعطاف پذیر را به شکل مورد نظر می کشد.

کاربرد در صنایع داروسازی

تخمیر، حرارت دادن، دانه بندی، اختلاط، فیلتر کردن، استخراج شیمیایی، قرص سازی، فشرده سازی، پوشش دهی و خشک کردن، همگی فرآیندهای فیزیکی مورد استفاده در تولید دارو هستند. بسیاری از این فرآیندها نیاز به اعمال یا حذف گرما دارند که بدین منظور این صنایع از سنسورهای دما ترموکوپل صنعتی و RTD برای نظارت بر دما استفاده می کنند.

مدت هاست که شرکت آروان صنعت هیراد، راه حل های دقیق اندازه گیری دما را برای صنایع پزشکی و دارویی از تولید ایمپلنت، تحقیقات پزشکی گرفته تا استریل کردن تجهیزات پزشکی و… ارائه می کند. سنسورهای دمای ساخته شده توسط ما، بالاترین کیفیت را داشته و دقت اندازه گیری فوق العاده ای دارند. علاوه بر این، ما تمام سنسورهای دمای خود را مطابق با درخواست های سفارشی و مشخصات مدنظر شما تولید می کنیم.

استریل کننده ها اتاقک های استریلیزاسیون در خطوط تولید دارویی رایج است. معمولا از بخار برای استریل کردن استفاده می کنند. الزامات دقت بالا معمولاً استفاده از یک سنسور RTD و یک کنترلر متناسب یا نوع PID را دیکته می کند. استریل کننده های مدرن از چندین RTD در خط تخلیه برای نظارت بر محفظه استریلیزاسیون و RTD دیگر در Heating Jacket استفاده می کنند. این عناصر با هم کار خواهند کرد تا دمای دقیق را ارائه دهند.

نکته مهم: هنگامی که برای اندازه گیری دما نیاز به دقت بالا دارید و دامنه های دمایی پایین است، به جای ترموکوپل از RTD ها استفاده می کنند.سنسور RTD ، نوع دیگری از سنسورهای دمای مقاومتی هستند که در صنایع داروسازی مورد استفاده قرار می گیرند. این سنسورها دقت اندازه گیری فوق العاده ای دارند.

انواع ترموکوپل صنعتی چیست؟

در ادامه به معرفی کامل انواع تایپ های ترموکوپل صنعتی می پردازیم و هریک را به طور کامل برای شما شرح می دهیم. اکثر سازندگان و تولید کنندگان این تجهیزات، اطلاعاتی در مورد تلورانس های کالیبراسیون اولیه برای محصولات خود ارائه می دهند. به عنوان مثال، تحمل استاندارد برای سنسور تایپ K در دمای 2000F (1095C) حدود 15F (8C) است. در کاربردهای بحرانی در دمای بالا، تحمل‌های ویژه (مانند 8F یا 4C) ممکن است برای اطمینان از نتیجه مطلوب فرآیند مورد نیاز باشد. جفت های گرمایی می‌توانند از لحاظ شکل ظاهری متفاوت باشند، اما اساساً، همه آن‌ها همان اصل عملکردی دارند که در بالا توضیح داده شد.

دو نوع مرسوم Thermocouple عبارتند از: نوع استاندارد صنعتی بدون سیم (که مهره ای نیز نامیده می شود) و نوع عایق فلزی با غلاف محافظ (که MI، MIMS و MgO نیز نامیده می شود).

تیپ K

پرکاربردترین نوع حسگر دما، تایپ کا (K) است که کاربردهای گسترده ای در صنایع مختلف دارد. این تایپ از آلیاژ سیم های نیکل (معمولاً کرومل/آلومل) ساخته شده است. از لحاظ قیمتی بسیار مقرون به صرفه و دقت اندازه گیری خوبی دارد. محدوده اندازه گیری معمولاً بین 270- تا 1372+ درجه سانتیگراد با میزان انحراف استاندارد +0.75٪ است. نیکل مورد استفاده که در برابر خوردگی و اکسیداسیون مقاوم است، امکان استفاده از آن را در طیف وسیعی از کاربردها فراهم می کند. به طور خاص، سیم ترموکوپل نوع K شامل یک قطب مثبت متشکل از تقریباً 90٪ نیکل و 10٪ کروم، و یک قطب منفی دیگر از 95٪ نیکل، 2٪ آلومینیوم، 2٪ منگنز و یک٪ سیلیکون باقی مانده است.

تیپ J

تیپ J، یکی دیگر از پرمصرف ترین حسگرهای دما محسوب می گردد . این تیپ از سنسور دما از 270- الی 1200+ درجه سانتیگراد را اندازه گیری می کند. اگر در برابرد ماهای بالا قرار دهیم، از عمر و کارایی آن کاسته شده و در نهایت دچار خرابی می گردد. اگرچه، نوع J به دلیل هزینه کم و تطبیق پذیری، امروزه همچنان به طور گسترده مورد استفاده قرار می گیرد. این پروی دما با تجهیزات قدیمی و مواد بی اثر سازگار است. قطب مثبت آن از یک عدد سیم آهنی و قطب منفی از آلیاژ مس و نیکل (آلیاژ ثابت) ساخته شده است. با این حال، اجزای آهن خود به ویژه در معرض اکسیداسیون هستند و برای محیط های مرطوب به هیچ مورد استفاده قرار نمی گیرند.

تیپ N

تایپ N، نوع دیگری از ترموکوپل های فلز پایه (Base Metal) است. این تیپ از سنسورهای دما از 270- الی 1300+ درجه سانتیگراد را اندازه گیری می کند. سیم‌های فلزی به کار رفته در سِری N، از یک آلیاژ نیکروسیل-نیسیل (نیکل، کروم و سیلیکون) ساخته شده‌اند و دارای برخی ویژگی‌های مشترک با تایپ K بوده که نشان‌دهنده تکامل طبیعی هستند. جفت های گرمایی نوع N پایداری بیشتری در کاربردهای هسته ای دارند و در عین حال حساسیت کمتری به اکسیداسیون در شرایط دمایی شدید دارند.

تیپ T

دماهای پشتیبانی شده توسط ترموکوپل های نوع N از 270- الی 400+ درجه سانتیگراد متغیر است. این دماسنج حرارتی از ترکیب آلیاژ کنستانتان (آلیاژ دوتایی مس-نیکل)، که از 60٪ مس و 40٪ نیکل ساخته شده است. این ترکیب را برای فرآیندهای برودتی و برای هر نوع کاربرد در دماهای شدید ایده آل است. در محیط های مرطوب به خوبی مقاومت می کند و مقاومت خوبی در برابر اکسیداسیون دارد. اغلب برای اندازه گیری دیفرانسیل استفاده می شود زیرا فقط سیم های مسی در تماس مستقیم با سنسور دما هستند.

تیپ E

سیم های فلزی به کار رفته در جفت حرارتی تیپ E، نیکل کروم (Ni-Cr) (+) و کنستانتان (Cu-Ni) (-) است. میزان دمای قابل تحمل در این تایپ از سنسور از 270- الی 1000+ درجه سانتیگراد است. میزان حساسیت این سِری بالای 68 µV/°C است که آنها را برای کاربردهای دمای پایین مناسب می کند.

در دماهای متوسط، تیپ E، پایداری بیشتری نسبت به نوع K و نوع J دارند. با این حال، آنها همان معایب نوع K را دارند. زیرا حاوی متریال کروم در پایه مثبت است (خطر اکسیداسیون). ترموکوپل تایپ E پایدارتر از تایپ K است و دقت اندازه گیری خوبی دارد.

تیپ S

تیپ S از دو سیم فلزی پلاتین – 10٪ رودیوم (+) و پلاتین (-) ساخته شده است. این تایپ جزو ترموکوپل های بر پایه فلزات نجیب (Noble Metal) محسوب می گردد. این تایپ دما را از 50- الی 1750+ درجه سانتیگراد را اندازه گیری می کند. جنس غلاف محافظ آن ها سرامیکی (استخوانی و سفید) است. یکی از علت های استفاده از غلاف محافظ سرامیکی میزان تحمل دمایی آن ها و دلیل دیگر مقدار کمی بخار فلز باعث ایجاد خرابی و کاهش emf نشود.

استفاده مداوم ترموکوپل تایپ S در دماهای بالا ممکن است به دلیل انتشار رودیوم در هادی پلاتین دچار ایراد شده و در نتیجه سیگنال خروجی کاهش یابد.

تیپ R

ترموکوپل صنعتی تیپ R، نوع دیگری از ترموکوپل های بر پایه فلزات نجیب هستند که همانند تایپ S دو سیم فلزی پلاتین و رودیوم ساخته شده اند. اما تفاوت آن در میزان پلاتین به کار رفته در آن است. یعنی از پلاتین – 13٪ رودیوم (+) و پلاتین (-) ساخته شده است. میزان دمای قابل اندازه گیری در این سِری از سنسورهای دما از 50- الی 1768+ درجه سانتیگراد است. اما مزین آن نسبت به نوع S، سیگنال خروجی کمی قوی تر و پایداری بهتر است. قیمت آن ها مانند تایپ S بالار است.

تیپ B

آخرین نوع از ترموکوپل فلز نجیب، تایپ B است. در ساخا آن از 2 عدد سیم فلزی پلاتین – 30٪ رودیوم (+) و پلاتین – 6٪ رودیوم (-) استفاده شده است. از این تایپ برای اندازه گیری دما از 0 الی 1820+درجه سانتیگراد (بالاترین درجه حرارت ترموکوپل ها) استفاده می شود. همچنین این سنسورها حداکثر پایداری و دقت بالا را ارائه می دهند.

نتیجه گیری

در این مقاله به طور کامل درباره موضوع انواع ترموکوپل صنعتی چیست و چه کاربردهایی در صنایع مختلف دارد، صحبت کردیم. امیدواریم توانسته اطلاعات خوبی را در این زمینه به شما عزیزان منتقل کرده باشیم. در انتها اگر سوالی درباره این مقاله دارید، در بخش نظرات همین مطلب آن را مطرح نمایید تا به شما پاسخ دهیم.