ترموکوپل تایپ K با هد ضد انفجار

ترموکوپل نوع K از آلیاژ‌های نیکل - کروم و نیکل - آلومینیوم ساخته می‌شود و قادر است تا دما را در بازه تقریبی منفی ۲۰۰ الی مثبت ۱۲۵۰ درجه سانتیگراد به شکل خطی و دقت قابل قبول اندازه‌گیری کند. این ترموکوپل به خاطر بازه دمایی گسترده، قیمت اقتصادی و مقاومت مناسب در برابر اکسیداسیون برای اندازه‌گیری دما در صنایع بسیار زیادی استفاده می‌شود. انواع این ترموکوپل در دو کلاس 1 و 2 تعریف شده که در دماهای خیلی بالا ممکن است به تدریج دچار انحراف در خروجی شوند. مهمترین نکته خرید ترموکوپل نوع K بررسی شرایط محیطی است. زیرا آلیاژ‌های این مدل در مواجهه با محیط‌های گوگردی شدیداً آسیب‌پذیر هستند. در ادامه این مطلب جزئیات کامل فنی و نکات خرید را بررسی خواهیم کرد.

مشخصات فنی ترموکوپل نوع K

انتخاب ترموکوپل K در فرایندهای دمای بالا صرفاً یک تصمیم ساده ابزار دقیق نیست، زیرا خطای اندازه‌گیری در چنین نواحی می‌تواند مستقیماً روی کیفیت محصول، ایمنی خط و عمر تجهیزات اثر بگذارد. طبق استاندارد IEC 60584-1 از ترموکوپل‌های نوع K می‌توان تا سقف دمایی ۱۲۵۰ درجه سانتیگراد استفاده کرد. اما قرار گرفتن دائمی این نوع ترموکوپل در نزدیکی سقف دمایی، خطر انحراف تدریجی خروجی را افزایش می‌دهد. برای همین است که همیشه ترموکوپل‌های نوع K را متناسب با بازه واقعی فرایند انتخاب می‌کنند و از کارکرد طولانی مدت آنها در نزدیکی حداکثر دما جلوگیری می‌شود. در جدول زیر مشخصات فنی انواع ترموکوپل K را بررسی کرده‌ایم:

ترکیب آلیاژی ترموکوپل نوع k

ترکیب آلیاژی ترموکوپل‌های نوع k از دو هادی با خواص ترموالکتریک مکمل تشکیل شده است. سیم مثبت از آلیاژ نیکل - کروم با نام تجاری کرومل (Chromel) و سیم منفی از آلیاژ نیکل - آلومینیوم با نام تجاری آلومل (Alumel) است. این دو آلیاژ به شکلی انتخاب شده‌اند که در بازه دمایی گسترده، توانایی تولید ولتاژ ترموالکتریک پایدار و قابل پردازش داشته باشند.

سیم مثبت (KP)

سیم مثبت ترموکوپل نوع k از آلیاژ نیکل - کروم است. در این آلیاژ حدوداً ۹۰ درصد نیکل و ۱۰ درصد کروم استفاده شده و مقاومت بسیار خوبی در برابر اکسیداسیون دارد. پایداری ترموالکتریک این آلیاژ در دماهای بالا از بسیاری فلزات ساده دیگر بهتر است.

سیم منفی (KN)

سیم منفی ترموکوپل نوع k از آلیاژ نیکل - آلومینیوم ساخته می‌شود که با عنوان آلومل می‌شناسند. در این آلیاژ علاوه ‌بر نیکل از مقدار کنترل شده آلومینیوم، منگنز و سیلیسیم نیز استفاده شده است. وجود آلومینیوم باعث ایجاد لایه‌ی اکسید محافظ در دماهای بالا می‌شود. اما در محیط‌های گوگردی همین لایه محافظ آلومینیومی از بین رفته و سیم ترموکوپل به سرعت در معرض تخریب قرار می‌گیرد.

رفتار ترموالکتریک ترموکوپل نوع k

بسیاری از مهندسین ابزار دقیق ترموکوپل k را یک سنسور خطی در نظر می‌گیرند، اما واقعیت نشان می‌دهد که رفتار ترموالکتریک آن در تمام بازه دمایی‌ها یکسان نیست. رفتار این ترموکوپل در دماهای میانی قابل پیش‌ بینی است و عملکرد خطی دارد. ولی هر چه به سقف کاری نزدیک‌تر می‌شویم، حساسیت سیم‌ها کم کم تغییر می‌کند و خروجی ترموکوپل از حالت ایده‌آل فاصله می‌گیرد. این رفتار ترموالکتریکی و تغییرات تدریجی اگر در لحظه خرید ترموکوپل نوع k نادیده گرفته شود، به تنهایی یک عامل تشدید کننده خطای سیستم است. در جدول زیر رفتار ترموالکتریک نوع k را در بازه دماهای گوناگون بررسی کرده‌ایم:

نکته: انتخاب غلاف مناسب ترموکوپل نوع k

هرگز ترموکوپل‌های نوع k را بدون غلاف محافظ در محیط‌های گوگردی یا احیایی نصب نکنید. در چنین محیط‌هایی باید از غلاف اینکونل ۶۰۰ یا محافظ‌های سرامیکی استفاده کنید. زیرا تنها با استفاده از چنین غلاف‌هایی است که می‌توان جلوی خوردگی روکش آلومینیومی و شکست زودرس سیم‌های ترموکوپل را گرفت.

بازه دمایی ترموکوپل k

طبق استاندارد IEC 60584-1 سازندگان موظف هستند که بازه دمایی عملکرد ترموکوپل‌های نوع k را در محدوده منفی ۲۰۰ الی مثبت ۱۲۵۰ درجه سانتیگراد برای کارکرد پیوسته به شکل خطی طراحی کنند. این گستردگی در اندازه‌گیری دما باعث شده تا مدل‌های نوع k یکی از منعطف‌ترین ترموکوپل‌ها برای فرایندهای صنعتی باشند. تا جاییکه می‌توان از آنها در دماهای پایین سردخانه‌ای تا دماهای بالای کوره‌های صنعتی استفاده کرد. اما استفاده از کل این بازه همیشه بدون قید و شرط نیست، زیرا عملکرد این نوع ترموکوپل‌ها در دماهای خیلی سرد و یا خیلی داغ غیرخطی می‌شود. برای کاربردهای دمایی بسیار بالا، ترموکوپل نوع s می‌تواند گزینه‌ای دقیق و پایدار باشد.

عملکرد در دماهای پایین

عملکرد ترموکوپل k در محدوده منفی ۵۰ الی منفی ۲۰۰ درجه سانتیگراد پایدار و خطی است. اما دقت آنها نسبت به ترموکوپل نوع T کمتر است. از آنجا که قیمت ترموکوپل نوع k از نوع T ارزان‌تر است، عموماً در فرایندهای فوق سرد غیر حساس مانند سردخانه‌های صنعتی و صنایع غذایی از همین مدل‌های نوع k استفاده می‌کنند.

عملکرد در دماهای میانی

محدوده صفر الی ۶۰۰ درجه سانتیگراد بهترین ناحیه کاری ترموکوپل نوع k است. در این محدوده عملکردی کاملاً پایدار، خطی با دقت بالا دارد. برای همین انتخاب شماره یک و کاملاً اقتصادی برای اکثر کاربردهای صنعتی است.

عملکرد در دماهای بالا

پایداری و خطی بودن خروجی ترموکوپل‌های نوع k در دماهای بالای ۹۰۰ درجه سانتیگراد به تدریج کاهش پیدا می‌کند. سیم‌ها در معرض اکسیداسیون و حتی تغییر متالوژیکی قرار دارند. لذا برای نصب در دماهای بالای ۱۰۰۰ درجه تا حداکثر ۱۲۵۰ درجه از غلاف اینکونل یا سرامیکی استفاده می‌شود. همچنین حداکثر دمای موقت این ترموکوپل ۱۳۷۰ درجه است.

کلاس دقت ترموکوپل نوع k

کلاس دقت برای تعیین میزان خطای مجاز ترموکوپل‌های نوع k در محدوده‌های دمایی مختلف است و طبق استاندارد IEC 60584-1 تعریف می‌شود. این کلاس‌ها به کاربر نشان می‌دهند که در هر بازه دمایی چقدر انحراف از مقدار واقعی قابل قبول است. انتخاب کلاس در واقع، تعادل بین دقت اندازه‌گیری و هزینه تمام شده ترموکوپل محسوب می‌شود. به هر حال انواع ترموکوپل k را در دو کلاس طراحی می‌کنند:

کلاس ۱

دقیق‌ترین کلاس استاندارد برای ترموکوپل k است. ترموکوپل‌ کلاس ۱ در محدوده دمایی منفی ۴۰ تا مثبت ۱۰۰۰ درجه سانتیگراد عملکرد دقیق با حداکثر خطای 1.5 درجه دارد. از این کلاس برای فرایندهای حساس، آزمایشگاه‌ها و کاربردهایی که خطای کوچک نیز اهمیت قابل توجهی دارد، استفاده می‌کنند. قیمت ترموکوپل نوع k کلاس ۱ بالاتر از کلاس ۲ است.

کلاس ۲

رایج‌ترین کلاس ترموکوپل برای استفاده در کاربردهای صنعتی عمومی است. خطای مجاز این کلاس 2.5± درجه سانتیگراد است و عموماً برای استفاده در فرایندهای صنعتی معمولی که به دقت بالایی نیاز ندارند، استفاده می‌شود. اگر فرایند شما در بازه صفر تا ۱۰۰۰ درجه سانتیگراد است و خطای ۲ الی ۳ درجه مشکلی ایجاد نمی‌کند، خرید ترموکوپل نوع k کلاس ۲ انتخاب اقتصادی است.

همچنین انجام تست ترموکوپل نوع k به‌صورت دوره‌ای، از صحت عملکرد و دقت اندازه‌گیری این سنسور در فرایندهای صنعتی اطمینان می‌دهد.

مزایای استفاده از ترموکوپل k

ترموکوپل‌ k به دلایل متعددی انتخاب اول در بسیاری از صنایع است. بازه دمایی گسترده، قیمت اقتصادی، دسترسی آسان و مقاومت مناسب در محیط‌های اکسید کننده از جمله مهمترین مزیت‌های استفاده از این نوع ترموکوپل است. قابلیت‌هایی که هر کدام می‌توانند زمینه‌های کاربردی گسترده باشند. مواردی مانند:

• قابلیت اندازه‌گیری دما در بازه گسترده از ۲۰۰- الی ۱۲۵۰+ درجه سانتیگراد
• قیمت اقتصادی‌تر در مقایسه با سنسورهای مقاومتی (RTD)‌
• دسترسی آسان و تنوع گسترده در بازار با مدل‌های مختلف
• طراحی در انواع قطر سیم، نوع غلاف و اتصالات مناسب کاربردهای مختلف صنعتی
• هر دو آلیاژ کرومل و آلومل مقاومت خوب در محیط‌های اکسید کننده دارند.
• حساسیت ترموالکتریک عالی در حدود 41 میکرو ولت بر درجه مناسب پردازش سیگنال در انواع کنترلرها

محدودیت‌های استفاده از ترموکوپل نوع k

با وجود محبوبیت زیاد و قیمت اقتصادی و قابلیت اندازه‌گیری در رنج دمایی گسترده، ترموکوپل‌های نوع k محدودیت‌هایی نیز دارند که اگر نادیده گرفته شود، به خطای اندازه‌گیری یا خرابی زودرس منجر خواهد شد. از انحراف تدریجی خروجی در دماهای بالا تا آسیب‌پذیری در محیط‌های خاص همگی محدودیت‌های استفاده از این نوع ترموکوپل‌ها هستند:

• در دماهای بالا و کارکردهای طولانی مدت، خواص ترموالکتریک نوع k به تدریج تغییر می‌کند.
• آلیاژ‌های کرومل و آلومل این ترموکوپل‌ها در محیط‌هایی با اتمسفر گوگردی یا احیایی آسیب‌پذیر هستند.
• در دماهای زیر صفر دقت ترموکوپل k از نوع T کمتر است.
• در دماهای بالا نزدیک به ۱۲۵۰ درجه سانتیگراد، رفتار ترموالکتریک این مدل‌ها غیرخطی و حتی ناپایدار می‌شود.

کاربردهای ترموکوپل نوع k

ترموکوپل‌های نوع k به خاطر بازه دمایی گسترده، قیمت مناسب و دسترسی آسان در صنایع مختلف از کوره‌های داغ تا خطوط بخار و فرایندهای پتروشیمی استفاده می‌شوند. این سنسورها در پروژه‌هایی انتخاب می‌شوند که اندازه‌گیری دما در محدوده‌های میانی و بالا اهمیت زیادی دارد. کاربردهایی مانند:

کوره‌های صنعتی

ترموکوپل نوع k در کوره‌های صنعتی به خاطر تحمل دمای بالا و مقاومت در محیط‌های اکسید کننده استفاده می‌شود. البته باید سنسور را به شکلی نصب کنید که نوک آن دقیقاً در ناحیه پایدار حرارتی کوره قرار بگیرد. همچنین باید حداقل فاصله ۱۰ سانتی‌متری از المنت‌های حرارتی را رعایت کنید.

طراحی خطوط بخار

در خطوط بخار با دمای متوسط تا بالا از ترموکوپل‌های نوع k برای اندازه‌گیری سریع و پایدار استفاده می‌کنند. اما حتماً باید از غلاف استنلس استیل ۳۱۶ استفاده شود و سنسور مستقیم در جریان بخار قرار بگیرد.

نیروگاه‌ها

در صنایع نیروگاهی از ترموکوپل‌های نوع k برای پایش دمای یاتاقان‌ها، خطوط بخار و تجهیزات دوار استفاده می‌کنند. البته در چنین فضاهایی با چالش لرزش زیاد مواجه می‌شوید و باید از غلاف محکم و اتصال انعطاف پذیر استفاده کنید.

صنایع پتروشیمی و پالایشگاهی

در صنایع پتروشیمی و پالایشگاهی به شکل گسترده از ترموکوپل k برای مانیتورینگ فرایندهای عمومی استفاده می‌شود. اما اگر محیط فرایند گوگردی یا احیایی است، حتماً از غلاف اینکونل ۶۰۰ برای نصب ترموکوپل استفاده کنید.

صنایع فلزی و ریخته‌گری

در فرایندهای پیش‌گرم، عملیات‌های حرارتی و کنترل دمای قالب صنایع ریخته‌گری و ذوب فلزات به شکل گسترده از ترموکوپل‌های نوع k استفاده می‌کنند.

خرید ترموکوپل نوع k

خرید ترموکوپل نوع k فقط سفارش یک سنسور ساده ابزار دقیق با بازه دمایی درست نیست، بلکه لازم است تا جزئیاتی مانند کلاس دقت، جنس غلاف، قطر سیم و نوع اتصال را تعیین کنید. زیرا همین پارامترها هستند که تعیین می‌کنند سنسور مورد نظر در شرایط واقعی پروژه چقدر دوام آورده و چه عددی را با چه میزان خطای مجاز نمایش می‌دهد. توصیه می‌کنیم که هنگام خرید ترموکوپل نوع k حتماً موارد زیر را بررسی کنید:

• برای پایش‌های عمومی نصب ترموکوپل کلاس ۲ کافی و اقتصادی است. اما برای پروژه‌های حساس یا تست‌های کالیبراسیون حتماً ترموکوپل k کلاس 1 را تهیه کنید.
• غلاف استنلس استیل ۳۱۶ برای محیط‌های معمولی مناسب است. اما برای پروژه‌های داغ با دمای بالای ۱۰۰۰ درجه و یا محیط‌های گوگردی حتماً غلاف اینکونل ۶۰۰ یا غلاف سرامیکی تهیه کنید.
• همیشه غلاف ترموکوپل k را براساس ترکیب شیمیایی سیال و رنج دمای فرایند انتخاب کنید.
• برای اندازه‌گیری دمای هوا یا گاز در محیط معمولی ترموکوپل با رشته‌های 1 یا 1.5 میلیمتری کافی است. اما در پروژه‌هایی که لرزش یا احتمال ضربه زیاد است، سیم ضخیم‌تر و یا سیم غلاف‌دار تهیه کنید.
• اگر فاصله ترانسمیتر با محل نصب ترموکوپل زیاد است، حتماً از سیم جبران کننده استاندارد نوع k استفاده کنید.

برای راهنمایی و مشاوره خرید این محصول با کارشناسان ما در فروشگاه پیکاتک تماس بگیرید. 02187700142

قیمت ترموکوپل نوع k

قیمت ترموکوپل نوع k تحت تاثیر فاکتورهایی مانند کلاس دقت، جنس غلاف، قطر سیم، نوع اتصال و برند سازنده قرار دارد. انتخاب سنسورهای کلاس 1، استفاده از غلاف اینکونل یا سرامیکی، سیم‌های ضخیم‌تر و اتصال فلنجی یا سفارشی قیمت نهایی ترموکوپل را به شکل محسوس افزایش می‌دهد. اما برای کاربردهای عمومی، انتخاب ترموکوپل کلاس ۲ با غلاف استنلس استیل ۳۱۶ و اتصال رزوه‌ای تصمیم هوشمندانه، کاربردی و کاملاً اقتصادی است.

توصیه می‌کنیم که پیش از استعلام قیمت ترموکوپل، شرایط دمایی و محیطی فرایند را مشخص کنید تا از هزینه‌های اضافی هنگام خرید ترموکوپل نوع k جلوگیری شود. برای بررسی محصولات و انتخاب ترموکوپل مناسب پروژه‌های تخصصی نیز می‌توانید از خدمات مشاوره فنی و مهندسی در پیکاتک استفاده کنید. کارشناسان پیکاتک آماده هستند تا در فرایند انتخاب یک ترموکوپل مناسب در کنار شما باشند. با ما تماس بگیرید.

سوالات متداول

• چگونه بفهمیم که ترموکوپل نوع k برای محدوده دمایی فرایند مناسب است یا خیر؟

باید بازه دمایی فرایند را مشخص کنید و با محدوده دمایی استاندارد نوع k مقایسه کنید. اگر دما بالای ۱۰۰۰ درجه می‌رود، باید از غلاف و متریال تخصصی استفاده کنید.

• چطور بفهمیم که غلاف استنلس استیل ۳۱۶ برای محیط پروژه کافی است یا باید اینکونل ۶۰۰ را تهیه کنیم؟

اگر محیط پروژه خورنده یا گوگردی نیست، غلاف استیل ۳۱۶ کافی است. در غیر این صورت باید غلاف اینکونل ۶۰۰ را انتخاب کنید تا از ترموکوپل در برابر چنین محیط‌هایی محافظت کند.

• برای کوره‌های القایی با دمای بالای ۱۰۰۰ درجه، چه نوع اتصال ترموکوپل نوع k با چه نوع غلافی مناسب است؟

برای کوره‌های خیلی داغ با دمای بالای ۱۰۰۰ درجه حتماً از غلاف اینکونل ۶۰۰ یا سرامیکی به همراه اتصال فلنجی یا جوشی استفاده کنید.