جهت مشاوره و خرید تلفنی با شماره : 91307187-021 ( 30 خط ویژه ) تماس بگیرید
جستجو
Filters
بستن

ترموکوپل

مرتب سازی بر اساس
نمایش در هر صفحه

جزییات ترموکوپل

ترموکوپل ها از سنسورهای بسیار رایج در اندازه گیری دما میباشند که به دلیل سادگی عملکرد و سهولت در استفاده و محدوده وسیع اندازه گیری دارای محبوبیت زیادی در صنعت هستند.ترموکوپل‌ ها، سنسورهایی ترموالکتریکی هستند که اساسا از دو نقطه‌ی اتصال فلزات ناهمسان که در دو نقطه به هم جوش خورده یا به هم پیچیده شده باشند تشکیل شده است. یک اتصال در دمایی ثابت حفظ می‌شود که به آن اتصال سرد یا مرجع گفته می‌شود و اتصال دیگر، اتصال گرم یا همان اتصال اندازه‌گیری است. وقتی دو اتصال در دمایی متفاوت باشند، یک ولتاژ در بین دو اتصال ایجاد می‌شود که برای اندازه‌گیری سنسور دما مورد استفاده قرار می‌گیرد.

دلیل محبوبیت ترموکوپل‌ ها، سادگی، سهولت استفاده و سرعت مناسب واکنش به تغییرات دما (بیشتر به خاطر ابعاد کوچکشان) می‌باشد. ترموکوپل‌ها همچنین گسترده‌ترین بازه دمایی را در بین تمام سنسورهای دما دارند که از منفی ۲۰۰ درجه تا بالای ۲۰۰۰ درجه سلسیوس است.ترموکوپل ها انواع بسیار متنوعی دارند که هر یک محدوده اندازه گیری خاص خود را دارند، اما در این بین ترموکوپل های نوع J،K،R،S و نوع T بسیار پرکاربرد هستند.

عملکرد ترموکوپل

ترموکوپل نوعی از سنسور دمایی میباشد که بر اساس اصل فیزیکی اثر سیبک دما را اندازه گیری میکند. هنگامی که دو سیم ناهمسان در یک نقطه اتصال به یکدیگر متصل شوند(جوش یا لحیم شوند) بطوریکه این نقطه تحت تغییرات دمایی قرار گرفته(اتصال گرم) و در نقطه دیگر اتصال در دمایی ثابت باشد(اتصال مرجع/سرد)، با تغییرات دمایی در نقطه اتصال گرم بین دو سر اتصالات یک اختلاف پتانسیل در حد چند میلی ولت ایجاد شده که به این اختلاف ولتاژ بین دو سر سیم که تابعی از تغییرات دمایی در نقطه اتصال گرم میباشد، اثر سیبک گفته میشود.

ترموکوپل ها به دلیل سادگی عملکرد و سهولت در استفاده و محدوده وسیع اندازه گیری دارای محبوبیت زیادی در صنعت هستند.

انواع مختلفی ترموکوپل در بازار وجود دارد که هر یک از نظر بازه دمایی، استحکام، مقاومت و همچنین سازگاری با کاربردهای مختلف مورد استفاده قرار میگیرند.

ترموکوپل های نوع J،K،T،R،S،B انواع معروف تر ترموکوپل ها محسوب میشوند که هریک کاربردهای منحصر بفردی در صنعت دارند.

ترموکوپل چیست ؟

ترموکوپل‌ها، سنسورهایی ترموالکتریکی یا گرما برقی هستند که اساسا از دو نقطه‌ی اتصال فلزات ناهمسان تشکیل شده‌اند، همچون مس و آلیاژ کنستانتان (Constantan) که در دو نقطه به هم جوش خورده و یا به هم پیچیده شده باشند. یک اتصال در دمایی ثابت حفظ می‌شود که به آن اتصال سرد یا مرجع گفته می‌شود و دیگری، اتصال گرم یا همان اتصال اندازه‌گیری است. وقتی دو اتصال در دمایی متفاوت باشند، یک ولتاژ در بین دو اتصال ایجاد می‌شود که برای اندازه‌گیری سنسور دما مورد استفاده قرار می‌گیرد.

دلیل محبوبیت ترموکوپل‌ها، سادگی، سهولت استفاده و سرعت مناسب واکنش به تغییرات دما (بیشتر به خاطر ابعاد کوچکشان) می‌باشد. ترموکوپل‌ها همچنین گسترده‌ترین بازه دمایی را در بین تمام سنسورهای دما دارند که از منفی ۲۰۰ درجه تا بالای ۲۰۰۰ درجه سلسیوس است.

 

 

ترموکوپل یک سنسور است که برای اندازه‌گیری دما استفاده می‌شود. ترموکوپل‌ها از دو سیم ناهم‌جنس تشکیل شده‌اند. دو سر این دو سیم به یکدیگر جوش خورده‌اند و یک اتصال را به وجود آورده‌اند. این اتصال، جایی است که دما اندازه‌گیری می‌شود. وقتی که اتصال تغییری را در دما تجربه کند، یک ولتاژ تولید می‌شود. این ولتاژ با استفاده از جدول‌های مرجع ترموکوپل برای محاسبه‌ی دما مورد استفاده قرار می‌گیرد.  انواع مختلفی ترموکوپل وجود دارد و هر یک از نظر بازه دما، دوام و استحکام، مقاومت در برابر لرزش، مقاومت شیمیایی و سازگاری با کاربردهای مختلف، ویژگی‌های منحصر به فرد خود را دارند. انواع J و K و T و E ترموکوپل‌های «فلز پایه» بوده و رایج‌ترین نوع ترموکوپل هستند. انواع R و S و B ترموکوپل‌های «فلز قیمتی» هستند که در کاربردهای با دمای بالا مورد استفاده قرار می‌گیرند. 
ترموکوپل‌ها در کاربردهای متنوع صنعتی، علمی و OEM مورد استفاده قرار می‌گیرند. آن‌ها تقریبا در تمام بازارهای صنعتی حضور دارند: تولید برق، نفت و گاز، داروسازی، بیوتکنولوژی یا زیست فناوری، سیمان، پالپ و کاغذ و غیره. ترموکوپل‌ها همچنین در تجهیزات معمولی خانگی همچون اجاق گاز، شومینه و توسترها مورد استفاده قرار می‌گیرند. ترموکوپل‌ها عموما به خاطر هزینه پایین، محدوده‌ی بالای دما، بازه‌های وسیع دما و ذات بادوام خود انتخاب می‌شوند.

 

لینک های مفید: سنسور دمایی مقاومتی

 

نحوه‌ی کارکرد ترموکوپل:

اصل کارکرد یک ترموکوپل بسیار ساده و ابتدایی است. وقتی اتصال دو فلز ناهمسان همچون مس و آلیاژ کنستانتان، یک اثر ترموالکتریکی یا گرما برقی ایجاد کند، یک اختلاف پتانسیل چند میلی‌ولتی (mV) بین آن‌ها ایجاد می‌شود. به این تفاوت ولتاژ بین دو اتصال، اثر سیبک (See beck effect) گفته می‌شود، به این معنی که با ایجاد یک گرادیان دما در امتداد سیم‌های رسانایی، یک نیروی محرکه الکتریکی تولید می‌شود. پس ولتاژ خروجی ترموکوپل، تابعی از تغییرات دما خواهد بود.  اگر هر دو اتصال در دمایی یکسان باشند، اختلاف پتانسیل بین دو اتصال صفر است، به عبارت دیگر خروجی ولتاژ ندارد چون V1 = V2. از طرفی، وقتی که اتصالات، داخل یک مدار، به هم متصل می‌شوند و دمای آن‌ها متفاوت است، یک خروجی ولتاژ به نسبت تفاوت دما بین دو اتصال تشخیص داده می‌شود، (V1 – V2). تا زمانی که به سطح پیک ولتاژ اتصال‌ها برسیم، این تفاوت در ولتاژ با افزایش دما، افزایش می‌یابد. این سطح پیک ولتاژ، توسط ویژگی‌‌های دو فلز ناهمسان بکار رفته در ترموکوپل، تعیین می‌شود. 
ترموکوپل‌ها از انواع مختلفی از مواد ساخته می‌شوند که امکان اندازه‌گیری دماهای به شدت بالا و پایین، از -۲۰۰ درجه تا +۲۰۰۰ درجه سلسیوس را محقق می‌سازند. با وجود انتخاب گسترده‌ای از مواد و بازه‌های دما که وجود دارد، استانداردهای بین‌المللی با کدهای رنگی برای ترموکوپل‌ها ایجاد شده است تا کاربران بتوانند سنسور ترموکوپل مناسب را برای هر کاربردی انتخاب کنند. سه ماده‌ی رایج پراستفاده برای ترموکوپل‌هایی که برای اندازه‌گیری عمومی دما بکار گرفته می‌شوند، عبارتند از آهن- کنستانتان (نوع J)، مس- کنستانتان (نوع T) و نیکل-کروم (نوع K). ولتاژ خروجی از یک ترموکوپل بسیار کوچک است: حدود چند میلی‌ولت (mV) برای یک تغییر ۱۰ درجه‌ی سلسیوسی در تفاوت دمایی. و به این دلیل، معمولا برای این خروجی ولتاژ کوچک، نیاز به نوعی تقویت‌کننده (امپلی‌فایر) است.

 

 

لینک های مفید: فلومتر

 

انواع ترموکوپل:

قبل از آنکه انواع مختلف ترموکوپل را معرفی کنیم، باید ذکر کنیم که ترموکوپل عموما در یک غلاف محافظ قرار دارد تا در برابر اتمسفر محلی از آن محافظت شود. این غلاف محافظ، به شکل قابل توجهی از اثرات خورندگی می‌کاهد. ترموکوپل‌ها در ترکیب‌هایی متنوع از فلزات و کالیبراسیون‌ها موجود هستند. رایج‌ترین آن‌ها، ترموکوپل‌های «فلز پایه» هستند که به اسم های N و T و E و J و K شناخته می‌شوند. همچنین ترموکوپل های دارای کالیبراسیون‌های دمای بالا وجود دارند که به آن‌ها ترموکوپل‌های فلز قیمتی گفته می‌شود و انواع R و S و C و GB هستند.  ترموکوپل های فلز قیمتی به این دلیل برگزیده می شوند که توانایی تحمل دماهای بالاتری را داشته و در عین حال، درستی و طول عمر مفید خود را حفظ می کنند. این ترموکوپل ها نسبت به ترموکوپل های فلز پایه به میزان قابل توجهی گران قیمت تر هستند.

 

نوع K (نیکل-کروم / نیکل-آلومل):

  • رایج‌ترین نوع ترموکوپل است.
  • وسیع‌ترین محدوده اندازه‌گیری دما را دارد.
  • محدوده‌ دمایی ترموکوپل نوع K از ۲۰۰- تا ۱۲۶۰ درجه‌ی سانتی‌گراد  است.
  • حساسیت این سنسور ۴۱ میکرو ولت بر درجه سانتی‌گراد است.
  • این ترموکوپل برای شرایط غیر خلاء عملکردی مناسب دارد.

 

نوع J (آهن/کنستانتان):

  • ترموکوپلی کم هزینه و پرکاربرد است.
  • محدوده دمایی ترموکوپل نوع J بین ۲۱۰-  تا ۷۵۰ سانتی‌گراد است.
  • حساسیت ۵۰ میکرو ولت بر درجه دارد.
  •  در مقایسه با ترموکوپل نوع K دارای محدوده دمایی کمتر و طول عمر کوتاه‌تری است.
  • برای جوهای اکسیدکننده مناسب است.

 

لینک های مفید: روتامتر

 

نوع T (مس/کنستانتان):

  • برای اندازه‌گیری دمای پایین مناسب است.
  • حساسیت  ۴۳ میکرو ولت بر درجه سانتی‌گراد.
  • محدوده دمایی این ترموکوپل بین ۲۰۰- تا ۳۵۰ درجه سانتی‌گراد است.
  • این ترموکوپل هم مانند ترموکوپل نوع J برای کار در جو اکسیدکننده مناسب است.

 

ترموکوپل نوع E (نیکل-کروم/کنستانتان):

  • این نوع ترموکوپل دقت بیشتر و سیگنال قوی‌تری نسبت به ترموکوپل نوع K و J دارد.
  •  محدوده دمایی آن متوسط است.
  • ترموکوپل نوع E نسبت به انواع دیگر ترموکوپل بالاترین اختلاف پتانسیل را در هر درجه ایجاد می‌کند.
  • محدوده دمایی این نوع ترموکوپل بین ۲۷۰- تا ۸۷۰  است.
  • در مواردی که دقت بالا و پاسخ سریع مورد نیاز است استفاده می‌شود.
  • توانایی فعالیت در محیط‌های خلاء یا اکسیژن کم و محیط‌های گوگردی را ندارد.
  • هزینه ترموکوپل نوع E بیشتر از ترموکوپل نوع J و K است.

 

ترموکوپل نوع N (نیکروسیل / نیسیل):

  • دقت و محدوده‌ی دمایی ترموکوپل نوع N مشابه ترموکوپل نوع K است.
  • حساسیت آن کمی کمتر از ترموکوپل نوع K است (۳۹ میکروولت در درجه سانتی‌گراد).
  • جنس فلز ترموکوپل نوع N نیکروسیل (ترکیبی از نیکل ، کروم و سیلیکون) و نیسیل (ترکیبی از نیکل و سیلیکون) است.
  • این ترموکوپل بهترین جایگزین ترموکوپل نوع K برای شرایطی است که اکسیژن کم است.
  • این نوع ترموکوپل همچنین برای استفاده در خلا ، جو اکسید کننده و جو خشک مناسب است.

 

ترموکوپل‌های نوع S (پلاتین-رودیم ۱۰% / پلاتین):

  • ترموکوپل‌های نوع S با فلزهای پلاتین و  ۱۰ درصد رودیوم ساخته می‌شوند.
  • در کاربردهای با دمای بالا استفاده می‌شوند.
  • به دلیل دقت و ثبات بالا، گاهی اوقات برای دمای پایین هم استفاده می‌شود.
  • محدوده دمایی ترموکوپل نوعS  بین ۶۳۰ تا ۱۰۶۴ درجه سانتی‌گراد است.
  • این نوع ترموکوپل در صنایع داروسازی و بیوتکنولوژی در مواردی که درجه حرارت بالا و با دقت بالا اندازه‌گیری شود مورد استفاده قرار می‌گیرد.

 

ترموکوپل نوع R (پلاتین-رودیم ۱۳% / پلاتین):

  • ترموکوپل نوع R هم مشابه نوع S از فلزهای پلاتین و رودیوم استفاده شده است اما با درصدهای متفاوت (۸۷ درصد پلاتین و ۱۳ درصد رودیوم).
  • محدوده خروجی و پایداری ترموکوپل نوع R  کمی بیشتر از ترموکوپل نوع S است.
  • محدوده دمایی این ترموکوپل بین ۰ تا ۱۶۰۰ درجه سانتی‌گراد است.

بدیهی است که ترموکوپل‌های نوع S و R بسیار مشابه باشند. هر دوی این ترموکوپل‌ها برای کاربردهای با درجه حرارت بالا استفاده می‌شوند و باید با یک محافظ غیرفلزی و مقره‌های سرامیکی محافظت شوند. ترموکوپل نوع R در صنعت استفاده می‌شود در حالی که نوع S در آزمایشگاه‌ها کاربرد دارد.


ترموکوپل نوع B (پلاتین رودیم ۳۰% / پلاتین رودیم ۶%):

ترموکوپل نوع B بخاطر جنس میله‌ی مشابه (پلاتین ۷۰ درصد و رادیوم ۳۰ درصد)، شباهت زیادی به نوع R و نوع S دارد.

ترموکوپل نوع B برای اندازه‌گیری دمای ۸۷۱ تا ۱۷۰۴ درجه سانتی‌گراد استفاده می‌شود.

خروجی آن در مقایسه با ترموکوپل‌های نوع R و S کمتر است.

 

 

کدهای رنگی ترموکوپل‌ها بر اساس کشور:

علاوه بر سیستم شماره‌گذاری، معمولا ترموکوپل‌ها دارای کد رنگی هم هستند. این کدگذاری‌های رنگی در هر کشور متفاوت است، بنابراین بهتر است که کدهای رنگی را بر اساس کشوری بررسی کنید که متریال از آن تامین شده است.

 

 

چگونگی انتخاب یک ترموکوپل مناسب:

از آنجایی که یک ترموکوپل ممکن است در اشکال مختلفی باشد، مهم است که بدانید چطور باید سنسور مناسب را انتخاب کنید. رایج‌ترین معیار استفاده شده برای انتخاب، بازه دما، مقاومت شیمیایی، مقاومت در برابر لرزش و سایش و نیازمندی‌های نصب است. برای انتخاب بهترین ترموکوپل برای اهداف خود، این پنج مورد را در نظر بگیرید:

1-کاربردی را که می‌خواهید از سنسور ترموکوپل در آن استفاده کنید مشخص کنید:

ترموکوپل‌ها را می‌توان در صنایع و کاربردهای متنوعی استفاده کرد، بنابراین انتخاب نوع درست برای مقاصد شما اول از همه از اینجا شروع می‌شود که کاربرد خود را بشناسید و بدانید کجا و چطور می‌خواهید از آن استفاده کنید.

2-بازه دمایی که می‌خواهید پروب در معرض آن قرار بگیرد را مشخص کنید:

وقتی که بازه دمای مورد نیاز برای ترموکوپل خود را بدانید، می‌توانید به جدول بازه ترموکوپل مراجعه کنید تا به شما کمک کند که تعیین کنید کدام ترموکوپل مناسب بازه‌ی دما مورد نیاز شماست. ترموکوپل نوع K بازه گسترده‌ی دما را ارائه می‌کند و یکی از رایج‌ترین ترموکوپل‌های مورد استفاده است. از طرفی، اگر پروب ترموکوپل شما قرار است که در معرض دمای شدید قرار بگیرد، مدل N پایداری بیشتر در دمای بالا دارد و ترموکوپل نوع T برای دماهای بسیار بسیار پایین مناسب است.

نوع ترموکوپل            مواد تشکیل‌دهنده                                                                بازه دما

T                              مس / کنستانتان                                                           250℃ تا 400℃

J                               آهن / کنستانتان                                                           180℃ تا 750℃

E                              کرومل / کنستانتان                                                        40℃ تا 900℃

K                             کرومل / آلومل                                                              180℃ تا 1200℃

S                             پلاتین-رودیم (10%) / پلاتین                                            0℃ تا 1700℃

R                             پلاتین-رودیم (13%) / پلاتین                                            0℃ تا 1700℃

B                           پلاتین-رودیم (30%) /پلاتین-رودیم (6%)                             0℃ تا 1800℃

N                           نیکروسیل / نیسیل                                                          270℃ تا 1280℃

G                           تنگستن / تنگستن-رودیم (26%)                                       0℃ تا 2600℃

C                           تنگستن-رودیوم (5%) /تنگستن-رودیم (26%)                     20℃ تا 2300℃

D                           تنگستن-رودیوم (3%) / تنگستن-رودیم (25%)                   0℃ تا 2600℃

 

3-تعیین کنید که زمان پاسخگویی سریع چقدر برای شما مهم است:

زمان پاسخگویی یک ترموکوپل چیست

یک ثابت زمانی به عنوان زمان مورد نیاز سنسور برای رسیدن به ۶۳٫۲ درصد از یک مرحله تغییر در دما تحت شرایط خاص تعریف می‌شود. پنج ثابت زمانی مورد نیاز است تا سنسور به ۱۰۰ درصد مقدار تغییر مرحله برسد. یک ترموکوپل با اتصال باز، سریع‌ترین پاسخگویی را دارد. همچنین هر چقدر قطر غلاف پروب کوچک‌تر باشد، پاسخگویی سریع‌تر است اما حداکثر دما ممکن است پایین‌تر باشد. اما دقت کنید که گاهی اوقات غلاف پروب نمی‌تواند بازه کامل دمای نوع ترموکوپل را تحمل کند. 

سه نوع اتصال ترموکوپل وجود دارد: باز (exposed)، زمین‌شده (grounded) یا زمین نشده (ungrounded). یک اتصال باز، سریع‌ترین زمان پاسخگویی را دارد. البته اگر پروب در معرض گاز خورنده یا فشار بالا قرار بگیرد، نباید از یک اتصال باز استفاده شود. ترموکوپل زمین‌نشده آهسته‌ترین زمان پاسخگویی را دارد اما اگر می‌خواهید ترموکوپل را به شکل الکترونیکی، ایزوله و جدا نگهدارید و با یک غلاف، از آن محافظت شود، بهترین انتخاب همین زمین‌نشده است. 

4-هر نوع مقاومت شیمیایی، سایش و لرزش را در نظر بگیرید:

استفاده از یک ترموکوپل باز، تنها محدود به کاربردهای غیرخورنده می‌شود. از ترموکوپل‌های زمین‌شده و زمین‌نشده می‌توان در محیط خورنده یا فشار بالا استفاده کرد، اما پروب زمین‌نشده بهترین انتخاب است اگر می‌خواهید ترموکوپل را به شکل الکترونیکی، ایزوله و جدا نگهدارید و با یک غلاف، از آن محافظت شود. اگر زمان‌های پاسخگویی سریع‌تر در محیط خورنده مهم است، ترموکوپل زمین‌شده بهترین انتخاب است.

5-تمام نیازمندی‌های نصب را در نظر بگیرید:

ممکن است نیاز باشد که ترموکوپل شما با تجهیزات فعلی شما، سازگاری داشته باشد. به طور مثال، سوراخ‌های موجود فعلی، شاید تعیین‌کننده‌ی قطر پروب باشد.

 

انواع اتصالات به بدنه(غلاف)در ترموکوپل:

پروب‌های ترموکوپل غلاف‌دار، با یکی از این سه نوع اتصال موجود هستند: زمین‌شده، زمین‌نشده یا باز

1-ترموکوپل‌های اتصال زمین‌شده (grounded junction):

در سر و نوک پروب اتصال زمین‌شده، سیم‌های ترموکوپل به شکل فیزیکی به داخل دیواره پروب وصل شده‌اند. این باعث می‌شود که انتقال گرما از بیرون، با عبور از دیواره پروب به اتصال ترموکوپل، به خوبی انجام شود. یعنی ترموکوپل زمین‌شده زمان پاسخگویی سریع‌تری نسبت به زمین‌نشده دارد. تصال ترموکوپل برای اندازه‌گیری دما مایع یا گاز استاتیک یا در جریان و خورنده و کاربردهای پرفشار توصیه می‌شود. اتصال ترموکوپل زمین‌شده به غلاف محافظ جوشکاری شده و در نتیجه پاسخگویی آن سریع‌تر از نوع زمین‌نشده است. از طرفی، ترموکوپل‌های زمین‌شده به شدت در برابر نویز ایجاد شده توسط حلقه‌های زمین، آسیب‌پذیر هستند و در نتیجه دقت خوانش آن‌ها پایین‌تر خواهد بود.

 

 

2-ترموکوپل‌های اتصال زمین‌نشده (ungrounded junction):

در یک پروب زمین‌نشده، اتصال ترموکوپل از دیواره پروب جداست. زمان پاسخگویی آهسته‌تر از مدل زمین‌شده است. از طرف دیگر، اتصال به شکل الکتریکی از غلاف ایزوله (جدا) شده است، در نتیجه از تداخل نویز الکتریکی با سیگنال جلوگیری می‌کند. به این شکل اندازه‌گیری دما با دقت بسیار بالاتری انجام می‌شود، به خصوص در سیگنال‌های سطح پایین. اتصال زمین‌نشده برای اندازه‌گیری محیط‌های خورنده توصیه می‌شود، جایی که مطلوب است ترموکوپل به شکل الکترونیکی از غلاف ایزوله شده باشد و محافظت شده باشد. ترموکوپل سیم جوشکاری‌شده با استفاده از پودر Mgo (نرم) به شکل فیزیکی از غلاف ترموکوپل عایق شده است.

 

 

3-ترموکوپل‌های اتصال باز(exposed junction):

ترموکوپل در اتصال مدل باز، از نوک غلاف بیرون زده و در معرض محیط پیرامونی قرار دارد (یا باز است). این نوع بهترین زمان پاسخگویی را دارد، اما از آن فقط می‌توان در کاربردهای غیرخورنده و غیرتحت‌فشار استفاده کرد. یک اتصال باز برای اندازه‌گیری دما گاز استاتیک یا در جریان غیرخورنده توصیه می‌شود، زمانی که زمان پاسخگویی سریع‌تر مورد نیاز است. این اتصال از غلاف فلزی محافظ بزرگ‌تر است تا پاسخگوی سریع دقیق ارائه کند. غلاف عایق در جایی که اتصال بیرون زده سیلد شده (مهر و موم شده) تا از نفوذ رطوبت یا گاز و خطاهای احتمالی جلوگیری کند.

 

 

محافظت از ترموکوپل:

ساختار یک ترموکوپل به شکل شگفت‌انگیزی ساده است؛ تنها دو سیم از دو فلز متفاوت است که در دو انتها به یکدیگر متصل شده‌اند. یکی از این دو اتصال، اتصال مرجع را معمولا می‌توان در یک جای ایمن، دور از محیط مخرب قرار داد. از طرفی اتصال اندازه‌گیری همیشه در محل پرخطر است و احتمالا باید اندازه‌گیری‌هایی با دما و فشار شدید و همینطور سیالات فرآیند خورنده را تحمل کند. اگر بگذاریم این سیم‌ها در معرض محیط باشند، عمر مفید آن‌ها کاهش پیدا می‌کند، به خصوص در دمای بسیار بالا، مثلا بالای ۸۰۰ درجه سلسیوس، جایی که هیچ سنسور دمای دیگری استفاده نمی‌شود. با این حال، روش‌هایی برای محافظت از ترموکوپل و افزودن روش محافظتی به سیم‌های اتصال اندازه‌گیری وجود دارد.

1-پوشش فولاد:

فولاد ضد زنگ یک پوشش استاندارد برای سنسور دماست. این متریال، متریالی ارزان و در دسترس است و در ابعاد بسیار متفاوتی وجود دارد و قابل استفاده در طراحی‌های مختلفی از ترموکوپل‌هاست. لوله‌ی محافظ معمولا با قطر ¼ اینچ وجود دارد و ممکن است چندین فوت یا حتی بلندتر باشد. ابعاد ¼ اینچ، تعادل مناسبی بین هزینه، سختی، قدرت و کاربردی بودن ایجاد می‌کند. قطرهای کوچک‌تر، همچون ۱/۸ اینچ یا کوچک‌تر: ترموکوپل‌هایی با ابعاد سوزن برای کاربردهای پزشکی استفاده می‌شوند. هر چقدر پروب کوچک‌تر باشد، فشار و تنش فیزیکی کمتری را می‌تواند تحمل کند و پروب کوتاه‌تر خواهد بود. از طرف دیگر، قطرهای بزرگ‌تر هم وجود دارند اما هزینه‌ی مواد آن‌ها بیشتر است و پاسخگویی آن‌ها کمتر.
این ترموکوپل‌های پهن و قوی را در کاربردهای خاص صنعتی می‌بینید، مثلا در اندازه‌گیری چاه نفت، جایی که هزینه مالی و کاهش در دقت، بسیار مهم‌تر از شکستن و آسیب زدن به سنسوری است که هزاران فوت زیر زمین است.

2-کابل MI از پیش بسته‌بندی شده (و محافظت شده):

کابل عایق معدنی یا کابل MI (Mineral insulated)، یک نوع کابل است که با نوعی ماده معدنی عایق‌بندی پر شده است. انواع مختلفی کابل MI وجود دارد اما برای ترموکوپل‌ها معمولا از سه چیز تشکیل شده است: غلاف از جنس فولاد ضد زنگ؛ دو سیم متفاوت ترموکوپل و پودر عایق‌کننده. بیایید هر یک را بررسی کنیم.  لوله فولاد ضد زنگ در واقع صرفا یک محفظه‌ی محکم است که پودر عایق‌کننده و سیم‌های ترموکوپل را کنار یکدیگر نگه می‌دارد. طبیعتا تمام اقدامات محافظتی که بالاتر در مورد آن صحبت کردیم را نیز پوشش می‌دهد.  دو سیم متفاوت ترموکوپل، یک نیازمندی برای اندازه‌گیری دو ولتاژ متفاوت است که به ما دمای فرآیند را نشان می‌دهد. به طور مثال کابل MI نوع K، سیم کرومل و آلومل دارد که در امتداد لوله فولاد ضد زنگ قرار دارد. برخی کابل‌های MI می‌توانند شامل چهار سیم یا دو ترموکوپل باشند تا دقت و تکرارپذیری بالاتری ارائه کنند. به طور مثال، یک کابل MI نوع J دوتایی، دو سیم آهن و دو سیم کنستانتان دارد. هر جفت تفاوت ولتاژ خود را ارائه می‌کنند که اندازه‌گیری و تفسیر شوند. برخی کابل‌های MI ویژه شاید سه جفت سیم داخل خود داشته باشند. 

عایق داخل کابل MI معمولا از پودر اکسید منیزیم یا MgO تشکیل شده است. به عنوان یک جایگزین ارزان‌تر می‌شود از اکسید آلومینیوم هم استفاده کرد که البته نمی‌تواند به اندازه‌ی MgO دماهای بالاتر را تحمل کند. وقتی پودر به شکل محکم دور سیم داخل غلاف قرار بگیرد، در این حالت پودر به عنوان مانع مقاومت الکتریکی عمل می‌کند و آثار رطوبت را کاهش می‌دهد و اجازه می‌دهد که ترموکوپل خوانش درستی انجام دهد. همچنین رساناش گرمایی فوق‌العاده‌ای را فراهم می‌کنند؛ هر تغییر دما فورا منتقل می‌شود و اجازه می‌دهند که پاسخگویی سریع برای فرآیند نوسانی محقق شوند. یک اثر ثانویه پر کردن غلاف فولاد ضد زنگ با پودر این است که باعث می‌شود که کل ترکیب‌بندی محکم‌تر شود، در نتیجه به دوام و استحکام ترموکوپل ساخته شده با کابل MI می‌افزاید.

3-با خلاء آن را تمیز نگه دارید:

درست مثل فرآیند تولید، المان‌های متفاوت می‌توانند با گذر زمان با سیم‌های ترموکوپل ترکیب شده و ترکیب‌بندی آن‌ها را تغییر دهند. این واکنش‌ها به شکل بنیادی نحوه خوانش ترموکوپل را تغییر می‌دهد. در نتیجه با گذر زمان، دقت ابزار را کاهش می‌دهند و سرانجام نیاز می‌شود که دستگاه را تعویض کنید. برای پرهیز از ناخالصی‌ها دور سیم‌های فلزی، می‌توانید یک ترموکوپل را داخل خلاء سیل کنید (مهر و موم کنید). با محبوس کردن در خلاء، ریسک تغییر کردن ویژگی‌‌های الکترومغناطیسی کاهش پیدا می‌کند و عمر مفید صحت ولتاژهای گزارش‌شده طولانی‌تر می‌شود.

4-در یک ترموول، آن را ایمن نگهدارید:

ترموول‌ ها یا چاه‌های حرارتی، برترین محافظت برای ترموکوپل‌ها هستند. عموما از یک تکه برنج یا فولاد ضد زنگ فرز شده‌اند و مانعی هستند که ابزار را از شرایط سخت محیطی فرآیند جدا می‌کند. شاید این به نظر مشابه کاری باشد که غلاف فولاد ضد زنگ انجام می‌دهد که بالاتر در مورد آن صحبت کردیم، اما ترموول‌ها بهتر از آن عمل می‌کنند. تحت فشار بالا و دماهای بالا، شرایطی هستند که معمولا در فرآیندهای اندازه‌گیری ترموکوپل‌ها دیده می‌شود، حتی غلاف فولاد ضد زنگ هم مستهلک و دفرمه می‌شود و دوباره ابزار را در برابر تخریب فوری آسیب‌پذیر می‌کند. 

ترموول‌ها قوی‌تر و محکم‌تر از کابل MI یا ترموکوپل غلاف‌دار هستند. ترموول‌ها به ویژه برای ترموکوپل‌هایی طراحی شده‌اند که از قبل دارای غلاف فولاد ضد زنگ هستند. بهترین محافظت در حالتی بوجود می‌آید که پودر محافظت MgO، غلاف فولادی و مانع ترموول در کنار یکدیگر استفاده شوند.

 

تفاوت‌های کلیدی بین RTD و ترموکوپل:

یک RTD از تغییر در مقاومت فلز برای پیش‌بینی تغییر در دما استفاده می‌کند. ترموکوپل یک سنسور ترموالکتریکی است که از تغییرات در ولتاژ/EMF برای تعیین تغییر دما استفاده می‌کند.

RTD عموما در بازه بین -۲۰۰ تا ۶۰۰ درجه سلسیوس کار می‌کند. اما ترموکوپل معمولا بازه عملیاتی گسترده‌تری نسبت به RTD دارد، مثلا معمولا -۲۰۰ تا ۲۰۰۰ درجه سلسیوس. در نتیجه ترموکوپل مناسب انواع مختلف کاربردهاست.

ترموکوپل‌ها زمان پاسخگویی ۰٫۱ تا ۱۰ ثانیه ارائه می‌کنند که بهتر از زمان پاسخگویی RTDهاست که بین ۱ تا ۵۰ ثانیه است.

در مورد حساسیت، گفته می‌شود که ترموکوپل‌ها حساسیت بالاتری از RTDها دارند. دلیل این مساله این است که سریع‌تر از RTDها به تغییرات دما واکنش نشان می‌دهند.

ترموکوپل‌ها عموما مقرون به صرفه‌تر از RTDها است. البته هزینه‌ی اولیه‌ی RTD مقداری کمتر از ترموکوپل است، ولی از نظر هزینه نگهداری و تعمیر، RTDها سه برابر ترموکوپل‌ها هزینه‌بر هستند. در نتیجه RTDها در مجموع گران‌تر از ترموکوپل‌ها هستند.

ابعاد فیزیکی ارائه شده توسط ترموکوپل‌ها کوچک‌تر از RTD است، در نتیجه استفاده از آن‌ها ساده‌تر است.

برای کاربردهایی که نیازمند دقت بالا هستند، RTD ترجیح داده می‌شود چون نتایج دقیق بیشتری نسبت به ترموکوپل‌ها تولید می‌کنند.

پایداری ارائه شده توسط RTD نسبتا بالاتر از ترموکوپل است. دلیل این مساله این است که RTD طراحی شده تا تکرارپذیری در نتایج را برای زمانی طولانی‌تر، برای ورودی یکسان ارائه کند. اما تغییر شیمیایی که در ترموکوپل‌ها رخ می‌دهد، باعث دریفت (کژرفت) در خوانش آن می‌شود.

پدیده‌ی خودگرمایشی در RTDها وجود دارد اما در ترموکوپل ناچیز است.

برای RTD، نمودار بین مقاومت و دما خطی است و در نتیجه به اندازه‌گیری دقیق‌تر دما منجر می‌شود. در مورد ترموکوپل‌ها، در خروجی تولیدشده، غیرخطی بودن نیز وجود دارد.

 

 

در ادامه به معرفی برخی از مزایا و معایب ترموکوپل ها اشاره خواهیم کرد:

مزایای ترموکوپل:

  • ترموکوپل ارزان‌تر از RTD است.
  • بازه‌های دمایی گسترده دارد.
  • بازتولیدپذیری خوبی دارد.
  • بازه دما از ۲۷۰ تا ۲۷۰۰ درجه سلسیوس است.
  • ساختار آن محکم و بادوام است.
  • نیازمند مدار پل نیست.
  • درستی و دقت خوبی دارد.
  • سرعت بالای پاسخگویی دارد.

معایب ترموکوپل:

  • ممکن است ولتاژ سرگردان دریافت شود.
  • چون ولتاژ خروجی بسیار کوچک است، نیازمند تقویت‌سازی است.
  • اتصال سرد و جبران پیش‌فاز (lead compensation) حیاتی است.
  • غیر خطی بودن را نمایش می‌دهد.
نمایش بیشتر

Filter by:

Clear All
تلفن پشتیبانی: 91307187-021 ( 30 خط ویژه ) | همه روزه پاسخگوی شما هستیم.