می‌توان از ترموکوپل به عنوان یکی از ساده‌ترین سنسورها برای اندازه گیری دما یاد کرد. این سنسور می‌تواند یک وسیله کاربردی برای اتوماسیون صنعتی باشد. امروز در این مقاله از تکه کابل قصد داریم درباره کاربرد ترموکوپل و چیستی آن صحبت کنیم؛ با ما تا انتهای این مطلب همراه باشید.
ترموکوپل چیست؟
ترموکوبل (Thermocouple) سنسوری است که برای اندازه گیری دما مورد استفاده قرار می‌گیرد. این سنسور را همچنین با نام‌های جفت‌های گرمایشی، جفت‌های حرارتی، حسگر و گرما جفت می‌شناسیم. به صورت کلی هر ترموکوپل از ۲ سیم ناهمجنس تشکیل شده است. زمانی که دو سیم به هم جوش می‌خورند یک اتصال به وجود میاید که این اتصال دقیقا همان محل اندازه گیری دما محسوب می‌شود.
ترموکوپل انواع متنوعی دارد که به دو دسته کلی فلز پایه و فلز قیمتی تقسیم می‌شوند. ترموکوپل‌های نوع J، K، T و E از نوع فلز پایه بوده و رایج ترین انوع ترموکوپل هستند. انواع R، S و B از نوع فلز قیمتی بوده و برای اندازه گیری دمای بالا مورد استفاده قرار می‌گیرند.
از آنجایی که این سنسور دارای قیمت منصفانه، سنجش دمای بالا و کیفیت بادوامی است؛ افراد زیادی در حوزه‌های مختلف مثل تولید برق، داروسازی، سیمان، بیوتکنولوژی و… از آن استفاده می‌کنند.
نکته‌ای که باید به آن توجه کرد این است که ترموکوپل‌ها معمولا نمی‌توانند به طور مطلق دما را اندازه بگیرند بلکه این ابزار الکتریکی توان اندازه گیری دمای بین نقطه اندازه گیری و نقطه اتصال را دارد.
تمامی ترموکوپل‌ها در یک غلاف محافظ قرار می‌گیرند تا در برابر اتمسفر محلی محافظت شوند؛ این محافظ اثرات ساییدگی را به شکل قابل توجهی کاهش می‌دهد.
ترموکوپل چگونه کار می‌کند؟
یک ترموکوپل کارکرد بسیار ساده و آسانی دارد. زمانی که دو فلز غیر همسان مثل مس و آلیاژ با یکدیگر یک اثر ترمو الکتریکی ایجاد کنند، در نتیجه آن یک اختلاف پتانسیل چند میلی ولتی در میان آن‌ها به اسم پدیده سیبک افکت (see back effect) ایجاد می‌گردد.
همان‌طور که گفتیم این ابزار الکتریکی برای اندازه گیری دمای بدنه و تجهیزات متنوع در حوزه‌های مختلف به کار گرفته می‌شود؛ می‌دانیم که ترموکوپل از ۲ رشته سیم از جنس ۲ فلز متفاوت ساخته شده است؛ وقتی که این سیم ها بهم وصل می‌شوند در نهایت یک مدار را با هم تشکیل می‌دهند که این مدار باعث ایجاد ۲ اتصال الکتریکی کاملا جدا از هم می‌شود.
انواع ترموکوپل
انواع جفت گرما بر اساس ترکیبات آن مشخص می‌شود که در ادامه به توضیح هر یک می‌پردازیم.
ترموکوپل‌های بر پایه فلز
۱. ترموکوپل نوع K
فلز داخل این ترموکوپل نیکل و کروم و یا نیکل و آلومل است. این نوع از تروموکوپل بسیار رایج است و قیمت مناسب و دقت خوبی دارد. بازه دمایی سیم اصلی: منفی ۴۵۴ تا ۲۳۰۰ درجه فارنهایت و بازه دمایی سیم اکستنشن: ۳۲ تا ۳۹۲ درجه فارنهایت است.
۲. ترموکوپل نوع J
این نوع نیز بسیار کاربردی و رایج است. فلزهای به کار گرفته شده در آن به ترتیب آهن و کنستانتان است. این از ترموکوپل بازه دمایی کوچکی دارد و بازه دمایی سیم اصلی: منفی ۳۴۶ فارنهایت تا ۱۴۰۰ درجه فارنهایت و بازه دمایی سیم اکستنشن: ۳۲ تا ۳۹۲ درجه فارنهایت است.
۳. ترموکوپل نوع T
ترموکوپل نوع T پایداری بیشتری دارد و به طور معمول برای دماهای بسیار پایین به کار گرفته می‌شود. فلز داخل آن مس و کنستانتان است. بازه دمایی در سیم اصلی منفی ۴۵۴ تا ۷۰۰ درجه فارنهایت و بازه دمایی در سیم اکستنشن ۳۲ تا ۳۹۲ درجه فارنهایت است.
۴. ترموکوپل نوع N
این نوع از حسگر از فلزهای نیکروسیل و نیسیل است. به طور معمول این نوع قیمت بالاتری دارد و بازه دمایی سیم اصلی منفی ۴۵۴ تا ۲۳۰۰ درجه فارنهایت و بازه دمایی سیم اکستنشن ۳۲ تا ۳۹۲ درجه فارنهایت است.
۵. ترموکوپل نوع E
حسگر نوع E از ترکیب فلزهای نیکل-کروم وکنستانتان ساخته می‌شود و به طور کلی سیگنال قوی‌تر و درست‌تری دارد. بازه دمایی سیم اصلی منفی ۴۵۴ تا ۱۶۰۰ درجه فارنهایت و بازه دمایی سیم اکستنشن ۳۲ تا ۳۹۲ درجه فارنهایت است.
ترموکوپل‌های قیمتی
۱. ترموکوپل نوع S
کاربرد این حسگر برای دماهای بسیار بالا است و به طور معمول در صنایع بیوتکنولوژی و داروسازی استفاده می‌شود. حسگر نوع E درستی و پایداری بسیار بالایی دارد. فلزهای به کار گرفته در آن عبارتند از: پلاتین و رودیم و بازه دمایی آن در سیم اصلی منفی ۵۸ تا ۲۷۰۰ درجه فارنهایت و بازه دمایی در سیم اکستنشن ۳۲ تا ۳۹۲ درجه فارنهایت است.
۲. ترموکوپل نوع R
ترموکوپل نوع R بسیار گران قیمت است از دقت و پایداری بالاتری برخوردار است. بازه دمایی سیم اصلی منفی ۵۸ تا ۲۷۰۰ درجه فارنهایت و بازه دمایی سیم اکستنشن ۳۲ تا ۳۹۲ درجه فارنهایت است.
۳. ترموکوپل نوع B
این نوع حسگر برای دماهایی با شدت بالا به کار گرفته می‌شود و از پایداری قدرتمندی برخوردار است. بازه دمایی سیم اصلی منفی ۳۲ تا ۳۱۰۰ درجه فارنهایت و بازه دمایی سیم اکستنشن ۳۲ تا ۲۱۲ درجه فارنهایت است.
مزایای استفاده از ترموکوپل
در این قسمت برخی از مزایای استفاده از ترموکوپل را بررسی میکنیم:
- معمولا قیمت پایین‌تر و ارزان‌تری نسبت به دیگر ابزارهای محاسبه دارد
- بازه دمایی در آن بسیار گسترده‌تر است
- سرعت پاسخگویی در آن بسیار بالا است
- دقت محاسبه خوبی دارد
- بازه دمایی آن از ۲۷۰ تا ۲۷۰۰ درجه سلسیوس را پوشش می‌دهد
- می‌تواند باز تولید شود
- ساختار آن بسیار محکم و بادوام است
- نیاز به مدار پل ندارد
معایب استفاده از ترموکوپل
اما مانند هر دستگاه دیگری، ترموکوپل نیز دارای برخی معایب است که آن‌ها را در این قسمت بررسی میکنیم:
- غیر خطی شدن را به نمایش می‌گذارد
- ولتاژ خروجی آن کوچک است و نیاز به تقویت سازی دارد
- امکان دارد ولتاژ سرگردان را دریافت کند
- اتصال سرد و جبران پیش فاز در آن حیاتی است
- تبدیل پیچیده از emf به دما
سؤالات رایج درباره ترموکوپل
۱. آیا به ترموکوپول بی‌کیفیت می‌توان اعتماد کرد؟
می‌توان گفت که انتخاب هر محصول بی‌کیفیت می‌تواند منجر به هزینه‌های مالی شود؛ بهتر است قبل از انتخاب و خرید ترموکوپل تمامی جوانب و ویژگی‌ها را بررسی کنید.
۲. قیمت ترموکوپل چقدر است؟
قیمت این محصول متغیر است و بر اساس نوع برند و همچنین وارداتی یا داخلی بودن آن تعیین می‌شود.
۳. چرا در ترموکول باید از دو فلز متفاوت استفاده شود؟
باید بدانید که ویژگی‌های اصلی و ذات فلز است که رفتار الکترون‌های داخل سیم‌های یک ترموکوپل را تعیین می‌کند. انتقال ولتاژ از یک سیم به سیم دیگر پتانسیل بالاتری دارد به همین دلیل این ابزار الکتریکی می‌تواند دما را محاسبه کند.
۴. ترموکوپل بیشتر در کجا مورد استفاده قرار می‌گیرد؟
صنعت نفت و گاز، شیشه و سرامیک، دارو سازی، فولاد، سیمان، معدن، غذا و نوشیدنی، سردخانه، نیروگاه‌های برق، پلاستیک، خودروسازی، کوره و دفع زباله از جمله فعالیت‌هایی هستند که در آن‌ها از این دستگاه استفاده می‌شود.
۵. به هنگام خرید ترموکوپل به چه مواردی باید توجه کنیم؟
جنس غلاف – طول و تیپ – رنج دمایی – نوع سرامیک به کار گرفته شده – دقت آن – خروجی ۴ تا ۲۰ میلی آمپر از جمله مواردی هستند که در هنگام خرید ترموکوپل باید به آن‌ها توجه داشته باشید.
کلام آخر
ما در این مقاله سعی کردیم به صورت کامل به توضیح ابزار الکتریکی کاربردی به نام ترموکوپل بپردازیم. شما می‌توانید این مقاله را برای آشنایان خود نیز ارسال کرده و در قسمت دیدگاه‌ها نظرات و تجربیات خود را با ما و دیگران به اشتراک بگذارید. برای اطلاعات بیشتر و مشاهده آگهی‌های مربوط به ترموکوپل، کلیک کنید.
333 بازدید
الهه زینالی
