ترموکوپل یا جفت گرمایی یکی از انواع رایج و کاربردی تجهیزات ابزار دقیق است که همراه با ترانسمیترهای دما و ترموول جهت اندازه گیری دمای سیالات مختلف مایع، گاز و بخار از 270- تا 1800+ درجه سانتی گراد به روش تماسی مورد استفاده قرار می گیرد. در صنایع فرآیندی ترموکوپلها به عنوان سنسورهای دمایی با قیمت مناسب، محدوده اندازه گیری وسیع، استحکام و دوام بالا کاربرد گسترده ای دارند.
این ابزارهای دقیق به دلیل مقاومت بالا، دوام و قابلیت اندازهگیری دما در محیطهای سخت، در صنایع متنوعی مانند نفت، گاز، پتروشیمی، فولاد و بسیاری دیگر مورد استفاده قرار میگیرند.
انتخاب نوع مناسب ترموکوپل براساس نیازهای خاص کاربرد، شرایط محیطی و دقت مورد نظر میتواند تأثیر زیادی بر عملکرد و کارایی فرآیندهای صنعتی داشته باشد. با توجه به تنوع در نوع فلزات و ویژگیهای مختلف هر نوع، شناخت دقیق این سنسورها ضروری است. هدف از ارائه این مقاله آشنایی با انواع ترموکوپل، بررسی عملکرد و راهنمایی خرید بهترین ترموکوپل است.
ترموکوپل (Thermocouple) یکی از انواع سنسورهای دما است که از دو فلز غیر هم جنس با ضریب انبساط حرارتی مختلف تشکیل می شود. این دو فلز در یک انتها به هم وصل شده اند و یک اتصال گرم (Hot junction) ایجاد می کنند. هنگامی که دما در اتصال گرم تغییر میکند، ولتاژی تولید میشود که میتوان آن را اندازهگیری و برای تعیین دما استفاده کرد.
در واقع ترموکوپل بر اساس اثر سیبک (Seebeck effect) عمل میکند که بیان میکند، هنگامی که فلزات غیرمشابه در یک نقطه به هم متصل میشوند، در پاسخ به تغییرات دما در آن اتصال ولتاژی کوچک و قابل اندازهگیری تولید می کنند. مقدار ولتاژ تولید شده به تغییر دما و همچنین به خواص فلزات مورد استفاده بستگی دارد.
با توجه به این که سنسورهای دمایی ترموکوپل به صورت زوج سیم به کار می روند به عنوان جفت گرمایی یا حرارتی نیز شناخته می شوند. ترموکوپلها بر اساس نوع فلز به کار رفته در ساخت آنها به دو دسته اصلی ترموکوپلهای فلز پایه (E، T، K و J) و ترموکوپلهای فلز قیمتی (R، S و B) تقسیم بندی می شوند.
ترموکوپلهای فلز پایه به دلیل قیمت مناسب کاربرد گسترده ای دارند اما ترموکوپلهای فلز قیمتی برای اندازهگیری دماهای بسیار بالا در کورههای صنعتی و در صنایع ذوب آهن و فولاد به کار می روند.
ترموکوپلها به طور معمول در کاربردهای صنعتی و علمی برای اندازهگیری دما در محیطهایی با دما و فشار بالا به کار میروند که سایر انواع سنسورهای دما ممکن است کارایی نداشته باشند. این سنسورها همچنین از نظر قیمت مقرون به صرفه هستند و محدوده گسترده ای از دماها را اندازه گیری می کنند. سنسورهای ترموکوپل معمولاً در داخل یک غلاف فلزی یا ترموول برای محافظت در برابر شرایط محیطی و اثرات خوردگی قرار می گیرند.
پیکاتک از معتبرترین تامین کنندگان تخصصی تجهیزات ابزار دقیق و شیرآلات صنعتی در ایران است. این فروشگاه گسترهای وسیع از تجهیزات اندازهگیری شامل فشار، دما، سطح و جریان را ارائه میدهد. همچنین، انواع شیرآلات از جمله شیرهای توپی، پروانهای، گلوب و دروازهای و بسیاری از محصولات دیگر را در اختیار مشتریان قرار میدهد.
با توجه به کیفیت بالا و تنوع محصولات، پیکاتک گزینهای ایدهآل برای تأمین نیازهای شما در زمینه ترموکوپل و سایر تجهیزات اندازهگیری دما است. در سایت پیکاتک مشخصات فنی تمامی محصولات ذکر می شود بنابراین به آسانی می توانید محصول مورد نظر را با توجه به شرایط پروژه و بودجه خود خریداری نمایید.
فروشگاه ابزاردقیق پیکاتک انواع مختلف ترموکوپل C، B، E، J، N، K، R، T و S را با بهترین کیفیت و قیمت مناسب به فروش می رساند. جهت کسب اطلاعات بیشتر در زمینه خرید، مشاوره فنی و استعلام قیمت ترموکوپل با کارشناسان فنی ما با شماره 87700142-021 تماس حاصل فرمایید.
ترموکوپلها به عنوان ابزارهای اندازهگیری دما در صنایع مختلف نقش حیاتی دارند. هر یک از اجزای آنها به طور خاص طراحی شدهاند تا عملکرد دقیق و قابل اعتمادی را ارائه دهند. در ادامه اجزای اصلی یک ترموکوپل و عملکرد هر یک توضیح داده میشود:
ترموکوپلها از دو سیم ساخته شده از فلزات مختلف تشکیل میشوند. این دو سیم در یک انتها به یکدیگر متصل شدهاند (نقطه اتصال گرم) و در انتهای دیگر به دستگاه اندازهگیری متصل میشوند. جنس فلزات به کار رفته در این سیمها بر اساس محدوده دمایی مورد نیاز و نوع ترموکوپل انتخاب میشود.
جایی است که دو فلز مختلف به یکدیگر متصل میشوند. این نقطه جایی است که تغییر دما باعث تولید ولتاژ میشود. در مقابل، نقطه اتصال سرد (Cold Junction) در انتهای دیگر سیمها قرار دارد و معمولاً در دمای مرجع (معمولاً دمای محیط) نگهداری میشود. ولتاژ تولید شده به اختلاف دما بین این دو نقطه بستگی دارد و این اصل به اثر سیبک (Seebeck effect) معروف است.
سیمهای ترموکوپل معمولاً با یک لایه عایق پوشانده میشوند تا از اتصال کوتاه و تداخلات الکتریکی جلوگیری کنند. مواد عایق ممکن است از مواد مختلفی مانند فایبرگلاس، PVC یا سرامیک باشد که این مواد بسته به دما و شرایط محیطی انتخاب میشوند و باید توانایی تحمل دماهای بالا و شرایط سخت را داشته باشند.
غلاف یا محافظ خارجی، سیمهای ترموکوپل را از آسیبهای مکانیکی و شرایط محیطی سخت محافظت میکند. این غلافها میتوانند از مواد مختلفی مانند فولاد ضدزنگ،اینکونل و آلیاژهای مقاوم در برابر حرارت ساخته شوند. انتخاب جنس غلاف به شرایط کاری و محدوده دمایی بستگی دارد. این محافظت به ویژه در محیطهای صنعتی که ممکن است دماهای شدید و شرایط خورنده وجود داشته باشد، اهمیت دارد.
سر ترموکوپل بخشی از دستگاه است که اتصال سیمهای ترموکوپل به دستگاه اندازهگیری را فراهم میکند. این بخش معمولاً شامل ترمینالهای اتصال و گاهی اوقات یک بخش محافظ برای جلوگیری از ورود رطوبت و گرد و غبار است. سر ترموکوپل همچنین میتواند شامل یک مکانیزم تثبیت برای نگهداشتن سیمها به صورت ایمن باشد و از حرکت آنها جلوگیری کند.
ترمینالها در واقع سیمهای ترموکوپل به دستگاه اندازهگیری متصل میکنند. طراحی این ترمینالها باید به گونهای باشد که از انتقال حرارت ناخواسته جلوگیری کنند و ارتباط الکتریکی پایدار را تضمین نمایند. این ویژگیها به دقت اندازهگیری دما کمک میکند و از خطاهای احتمالی جلوگیری میکند.
سنسور دمای ترموکوپل بر اساس اصل ترموالکتریک یا سیبک عمل می کند و از دو سیم فلزی از جنس مختلف تشکیل شده است که در یک نقطه به هم متصل میشوند و یک اتصال گرم (Hot Junction) ایجاد میکنند. با تغییرات دما در نقطه اتصال گرم مطابق با اصل سیبک ولتاژی در حدود چند میلی ولت ایجاد می شود که متناسب با دما است. افزایش دما در نقطه اتصال گرم (Hot Junction) موجب افزایش سیگنال میلی ولتی در Cold Junction می شود. اصل عملکرد ترموکوپل عمدتاً به این سه اثر زیر بستگی دارد:
از سنسور دمای ترموکوپل با ترانسمیتر دما هنگامی استفاده می شود که نیاز به کنترل پیوسته دما در اتاق کنترل باشد. ترانسمیترهای دما با تبدیل سیگنال میلی ولتی از ترموکوپل به سیگنال استاندارد 4 تا 20 میلی آمپر، دمای سیالات را به طور پیوسته اندازه گیری و کنترل می کنند. در گذشته ترموکوپل با کابل اضافی Extention و مقاومت کمتر از 100 اهم مورد استفاده قرار می گرفته که به دلیل ایجاد ترموکوپل جدید با کابل اضافی و خطای اندازه گیری استفاده از کابل منسوخ شده و از جایگیزین آن (ترانسمیتر دما) استفاده می شود. این کابل فقط برای گسترش سیگنال ترموکوپل از یک سنسور به دستگاهی که سیگنال را می خواند استفاده می شود.
ترموکوپلها از تجهیزات ضروری اندازه گیری دما در صنایع مختلف محسوب می شوند و در ساختارهای مختلفی متناسب با کاربردها و محیطهای مختلف تولید می شوند. دو ساختار رایج ترموکوپل ها عبارتند از:
ترموکوپل مونتاژی عمدتاً از اجزای مختلفی مانند جعبه اتصال، ترموول، عایق، ترمینال سیمکشی و الکترود حرارتی تشکیل می شود. از مزایای این مدل میتوان به مونتاژ ساده، جایگزینی آسان، مقاومت بالا در برابر لرزش، دامنه وسیع اندازهگیری دما، استحکام مکانیکی بالا و مقاومت مناسب در برابر فشار اشاره کرد.
ترموکوپلهای روکشدار از ترکیب سیم ترموکوپل، مواد عایق (معمولاً پودر اکسید منیزیم با خلوص بالا) و یک لوله فلزی تشکیل میشوند. این نوع ترموکوپل دارای مزایایی از جمله قابلیت خمشی، مقاومت در برابر فشار بالا، زمان پاسخ حرارتی سریع و دوام بالا است.
ترموکوپل ها در انواع مختلفی بر اساس متریال تولید می شوند و با توجه به متریال فلزات به کار رفته در ساخت آنها محدوده اندازه گیری متفاوتی دارند. هر نوع از ترموکوپل با حرف انگلیسی نام گذاری می شود و دارای محدوده دمایی و ویژگی های منحصر به فرد خود می باشد. در واقع تفاوتهای بین انواع ترموکوپلها بر اساس دوام، محدوده دما، مقاومت و کاربردهای خاص آنها است.
هر ترموکوپل از دو فلز مختلف تشکیل میشود که به هم متصل شدهاند تا یک اتصال گرم ایجاد کنند و هر یک از این ترموکوپل ها در دماهای متفاوتی کاربرد دارند. انواع رایج ترموکوپلها شامل C، B، E، J، N، K، R، T و S هستند که از فلزاتی مانند آهن، مس، نیکل، پلاتین، رودیوم و کروم ساخته شدهاند. توجه داشته باشید که پرکاربردترین ترموکوپل نوع k است که به دلیل رنج اندازه گیری وسیع، قیمت ارزان، سیگنال خروجی نسبتا خطی، پایداری بالا و غیره مورد استفاده قرار می گیرد. در ادامه انواع ترموکوپل های رایج معرفی می شوند:
هر دوی آنها برای کاربردهایی در دماهای بسیار بالا، مانند عملیات حرارتی و بیوتکنولوژی مناسب هستند و هر دو باید با یک لوله سرامیکی با یک لوله ثانویه برای عایق محافظت شوند.
پایه مثبت ترموکوپل R دارای 13 درصد ترکیب رودیوم و پلاتین است اما پایه مثبت ترموکوپل S دارای 10 درصد رودیوم می باشد. به همین دلیل، ترموکوپل های نوع R دارای خروجی کمی بالاتر و پایداری بالاتری هستند.
اگر درون ترموول از یک جفت ترموکوپل استفاده شود به آن Single و اگر از دو جفت المنت ترموکوپل (4 عدد) استفاده شود به آن Dual می گویند. انواع رایج اتصالات نقطه اتصال گرم درون غلاف فلزی ترموول به شرح زیر است:
نوع ترموکوپل | متریال سازنده | رنج اندازه گیری | مزایا |
ترموکوپل نوع J |
آهن/کنستانتان (Fe/ Constantan) |
-346 ~ 2193 درجه فارنهایت -210 تا 1200 درجه سانتیگراد |
خطی بودن خوب/قدرت حرارتی زیاد/ حساسیت بالا/ پایداری و یکنواختی بالا |
ترموکوپل نوع K |
نیکل-کروم / نیکل-آلومل (Ni-Cr/Ni-Al) |
-454 ~ 2501 درجه فارنهایت -270 ~ 1372 درجه سانتیگراد |
خطی بودن خوب/ آنتی اکسیدان عالی/ حساسیت بالا/ ارزان قیمت/ کاربرد گسترده |
ترموکوپل نوع T |
مس/کنستانتان (Copper/ Constantan) |
-454 ~ 752 درجه فارنهایت -270 تا 400 درجه سانتیگراد |
ارزان قیمت/ مقاوم در برابر رطوبت/ مناسب کاربرد دماهای پایین / نسبت به انواع ترموکوپل خطی تر |
ترموکوپل نوع E |
نیکل-کروم/کنستانتان (Ni-Cr/Constantan) |
-454 ~ 752 درجه فارنهایت -270 تا 1000 درجه سانتیگراد |
خطی بودن خوب/ قدرت حرارتی زیاد/ حساسیت بالا/ پایداری و یکنواختی بالا/ آنتی اکسیدان عالی |
ترموکوپلهای نوع R |
پلاتین/ رادیوم (Pt-13% Rh/Platinum) |
-58 ~ 3214 درجه فارنهایت -50 ~ 1768 درجه سانتیگراد |
دقت و پایداری بالا/ محدوده وسیع اندازه گیری دما /آنتی اکسیدان عالی در دمای بالا |
ترموکوپلهای نوع S |
پلاتین/ رادیوم (Platinum/ Pt-10% Rh) |
-58 ~ 3214 درجه فارنهایت -50 ~ 1768 درجه سانتیگراد |
دقت بالا/محدوده وسیع اندازه گیری دما/ عمر طولانی و قیمت گران/ آنتی اکسیدان عالی در دمای بالا |
ترموکوپل نوع B |
پلاتین/ رادیوم 30درصد (Pt-30% Rh/ Pt-6% Rh) |
32 ~ 3308 درجه فارنهایت 0 ~ 1820 درجه سانتیگراد |
دقت و پایداری بالا/ دامنه وسیع اندازهگیری دما/ عمر طولانی/ حد بالای اندازهگیری دما |
هنگام خرید و انتخاب سنسورهای دمایی ترموکوپل نکات متعددی باید در نظر گرفته شود. مهمترین نکات خرید ترموکوپل به شرح زیر است:
زمان پاسخ گویی: سه نوع اتصال ترموکوپل وجود دارد که زمان پاسخ متفاوتی دارند. در یک اتصال در معرض (exposed) سریعترین زمان پاسخگویی را فراهم می کند. اما اگر کاوشگر در معرض گاز خورنده یا فشار بالا قرار گیرد، نباید از اتصال در معرض دید استفاده کرد. ترموکوپل های Ungrounded به دلیل انتقال حرارتی کمتر کندترین زمان پاسخ را دارند. به طور کلی ترموکوپل هایی با قطر سیم بزرگ دوام بسیار خوبی دارند اما پاسخ حرارتی ضعیفی دارند.
قیمت ترموکوپل: قیمت نیز یکی از عوامل مهم در انتخاب ترموکوپل است. ترموکوپلهای ساخته شده از فلزات نجیب معمولاً گرانتر از ترموکوپلهای فلزات پایه هستند. کاربران باید با توجه به شرایط و نیازهای اندازهگیری خود، ترموکوپل مناسب را انتخاب کنند تا از دقت و پایداری در اندازهگیری دما اطمینان حاصل کنند.
دلایل انتخاب ترموکوپل برای اندازهگیری دما میتواند شامل قیمت نسبتاً پایین، تحمل در دماهای بالا، محدودههای گسترده اندازهگیری دما و مقاومت در محیطهای سخت باشد. این ویژگیها باعث میشود ترموکوپلها در بسیاری از کاربردها و صنایع به عنوان یک انتخاب مناسب برای اندازهگیری دما استفاده شوند.
ترموکوپل ها دارای مزایای متعددی به شرح زیر می باشند:
Filter by:
Clear All