هر آنچه که باید درباره ترموکوپل ها بدانید

معرفی انواع ترموول ها + ترموکوپل چیست؟ و انواع آن

ترموکوپل؛ شاید اسم این تجهیز پرکاربرد را شنیده باشید ولی آشنایی زیادی با آن نداشته باشید. در اینجا قرار است راجع به این وسیله و کاری که انجام میدهد و انواع آن صحبت کنیم و اطلاعاتی را در اختیارتان قرار دهیم، پس با ما همراه باشید…

هر آنچه که لازم است درباره ترموکوپل بدانید

ترموکوپل؛ تجهیزی است الکتریکی که از آن برای اندازه گیری دما بهره می برند. و به زبان ساده تر به عنوان یک اتصال حرارتی تعریف می شود که بر اساس پدیده اثر ترموالکتریک یعنی تبدیل مستقیم اختلاف دما به ولتاژ الکتریکی عمل می کند.در سال 1821، فیزیکدان آلمانی به نام توماس یوهان سیبك دریافت كه وقتی دو فلز مختلف از یك انتها به هم متصل می شوند و اختلاف دما را بین دو سر ایجاد می كنند، می توانند میدان مغناطیسی ایجاد کنند.

وی مشاهده کرد که به دلیل میدان مغناطیسی ولتاژ توسط اثر ترموالکتریک القا می شود اما!!! این ولتاژ بسیار به دلیل نوع فلز به کار رفته در ترموکوپل (از نظرmV) کم بود. حال با توجه به کاربردهای این تجهیز، پیکربندی های مختلف ترموکوپل های طراحی شده شامل پروبهای ترموکوپل، پروب با اتصالات، ترموکوپل مادون قرمز، ترموکوپل سیم پایه و سیم ترموکوپل می باشد.

مزایای و کاربردهای مهم ترموکوپل

از مهمترین مزیت های ترموکوپل این است که میتواند دامنه وسیعی از دما را اندازه گیری کند که معمولا از 180- تا 1800+ درجه سلسیوس را در بر میگیرد. سنسور دمایی ساده، قوی و مقرون به صرفه است که در کاربردهای مختلف صنعتی، خانگی، اداری و تجاری میتوان از آن بهره برد. قابل تعویض هستند و میتوان آنها را با اتصالات استاندارد یافت.

بر خلاف بیشتر روشهای دیگر اندازه گیری دما، ترموکوپل ها به هیچ نوع نیرو و یا تحریک خارجی ای نیاز نداشته و از خود نیرو می گیرند.از کاربردهای مهم ترموکوپل ها میتوان به کاربردهای علمی، نصب شده و صنعتی اشاره نمود که کاربردهای صنعتی عمدتاً شامل گاز (یا) روغن، تولید نیرو، سیمان، دارویی، بیوتکنولوژی، کاغذ و بافت های نرم است. این حسگر همچنین در لوازم خانگی یعنی توستر، اجاق گاز و بخاری بسیار استفاده می شود.

نحوه عملکرد ترموکوپل ها چگونه است؟

یک ترموکوپل از دو صفحه فلزات مختلف تشکیل شده است. هر دو صفحه از یک انتها به هم متصل شده که می توانند یک اتصال ایجاد کنند. محل اتصال (که بعنوان یک اتصال گرم شناخته میشود) روی عنصر یا سطحی قرار داده میشود که می خواهیم دما را اندازه گیری کنیم و انتهای دوم صفحه در دمای پایین تر (دمای اتاق) نگهداری می شود. این اتصال به عنوان اتصال سرد یا اتصال مرجع شناخته میشود.

با توجه به اثر Seebeck، اختلاف دما بین دو فلز مختلف باعث اختلاف پتانسیل بین دو نقطه از صفحات ترموکوپل می شود که اگر مدار بسته باشد، جریان بسیار کمی از مدار جریان می یابد. یک ولت متر در مدار وصل شده است. ولتاژ اندازه گیری شده توسط ولت متر تابعی از اختلاف دما بین دو اتصال است که از این رو با اندازه گیری ولتاژ، میتوانیم دمای اتصال گرم را محاسبه نماییم.

انواع ترموکوپل ها

ترموکوپل ها با توجه به ترکیب آلیاژها در انواع مختلفی یافت میشوند و نوع آنها با توجه به کاربرد، هزینه، در دسترس بودن، پایداری، خصوصیات شیمیایی، خروجی و دامنه دما انتخاب می شود.

ترموکوپل نوع K

ترموکوپل نوع K متداول ترین نوع ترموکوپل است و بیشترین دامنه اندازه گیری دما را دارد. سرب مثبت ترموکوپل نوع K تقریباً از 90٪ نیکل و 10٪ کروم تشکیل شده است. سرب منفی تقریباً از 95٪ نیکل ، 2٪ آلومینیوم، 2٪ منگنز و 1٪ سیلیسیم تشکیل شده است. همچنین این نوع ترموکوپل به دلیل استفاده از مس در آن خاصیت ضد اکسیداسیون دارد به همین دلیل برای استفاده در کوره ها که اکسیداسیون رخ می دهد مناسب هستند.

ترموکوپل نوع T

این نوع ترموکوپل برای اندازه گیری دمای پایین مناسب است. سرب مثبت آن از مس و سرب منفی از ثابت (45٪ نیکل و 55٪ مس) تشکیل شده است. همچنین مناسب برای کار در جو اکسید کننده است. دامنه دمایی این ترموکوپل بین -200 درجه سانتیگراد تا 350 درجه سانتیگراد است.

ترموکوپل نوع J

این نوع ترموکوپل کم هزینه و پرکاربرد است. سرب مثبت آن از آهن و سرب منفی از کنستانتان (45٪ نیکل و 55٪ مس) ساخته شده است. این نوع ترموکوپل برای کاربردهای دمای پایین توصیه نمی شود و حساسیت این نوع ترموکوپل تقریباً 50μV / ˚C  است.

ترموکوپل نوع E

این نوع ترموکوپل از دقت و سیگنال قوی تری نسبت به ترموکوپل K و J در دامنه های دمایی متوسط ​​برخوردار است. و یک ترموکوپل از نوع پایدارتر از نوع K است. ترموکوپل نوع E با بالاترین EMF  در هر درجه نسبت به انواع دیگر ترموکوپل تولید می کنند. دامنه دمایی این نوع ترموکوپل بین -270 درجه سانتیگراد تا 870 درجه سانتیگراد (454 تا 1600 فارنهایت) است و دقت استاندارد ± 1.7 ˚C است.

ترموکوپل نوع N

ترموکوپل نوع N توسط سازمان علوم و فناوری دفاعی (DSTO) استرالیا، توسط Noel A. Burley طراحی شده است. محدودیت های دقت و دمای ترموکوپل نوع N همان ترموکوپل نوع K است. دامنه دمایی ترموکوپل نوع N بین -270 درجه سانتیگراد تا 1300 درجه سانتی گراد است. حساسیت نسبت به ترموکوپل نوع K کمی کمتر است و 39μV / ˚C  است. ترموکوپل نوع N از Nicrosil و Nisil  تشکیل شده است.

ترموکوپل نوع  S

از ترموکوپل های نوع S برای کاربردهای دمای بالاتر استفاده می شود. به دلیل دقت و ثبات بالا، گاهی اوقات برای دمای پایین نیز استفاده می شود. دامنه دمایی ترموکوپل نوع S بین 630 درجه سانتیگراد تا 1064 درجه سانتیگراد است. به طور کلی، این نوع ترموکوپل در کاربردهایی مانند صنایع دارویی و بیوتکنولوژی استفاده می شود که در آن درجه حرارت بالا باید با دقت بالا اندازه گیری شود.

ترموکوپل  نوع R

ترموکوپل Type R نیز از پلاتین و رودیم تشکیل شده است. اما دامنه خروجی و پایداری ترموکوپل نوع R کمی بیشتر از ترموکوپل نوع S است. دامنه دمایی این ترموکوپل بین 0 درجه سانتیگراد تا 1600 درجه سانتیگراد است.

ترموکوپل نوع B

ترموکوپل های نوع B نیز از ترکیب پلاتین و رودیم تشکیل شده اند. از ترموکوپل نوع B برای اندازه گیری دما تا 1800 درجه سانتیگراد استفاده می شود. اما خروجی این ترموکوپل در مقایسه با ترموکوپل های نوع R و S کمتر است.

چگونه میتوان تشخیص داد که عمر ترموکوپل رو به پایان است؟

برای درک این موضوع، ابتدا باید اصل کار یک ترموکوپل خوب را (که کار می کند) درک کنیم که ترموکوپل از طریق اثر ترموالکتریک یعنی تبدیل مستقیم اختلاف دما به ولتاژ الکتریکی کار می کند.ترموکوپل ها اغلب در دماهای بالا و در جوهای کوره واکنش پذیر استفاده می شوند. در این حالت، عمر عملی با پیری ترموکوپل محدود می شود.

ضرایب ترموالکتریک سیم ها در یک ترموکوپل که برای اندازه گیری دمای بسیار بالا استفاده می شود ممکن است با گذشت زمان تغییر کند و بر این اساس ولتاژ اندازه گیری کاهش می یابد. رابطه ساده بین اختلاف دما اتصالات و ولتاژ اندازه گیری فقط در صورتی درست است که هر سیم یکدست باشد (یعنی از نظر ترکیب یکنواخت است).

با افزایش سن ترموکوپل ها در فرآیندی، هادی های آنها می توانند به دلیل تغییرات شیمیایی و متالورژی ناشی از قرار گرفتن در معرض زیاد یا طولانی مدت در دمای بالا، همگنی را از دست دهند. اگر بخش پیر مدار ترموکوپل در معرض شیب دما قرار گیرد ، ولتاژ اندازه گیری شده متفاوت بوده و منجر به خطا می شود. لذا با این تفاسیر میتوان تشخیص داد که ترموکوپل عمرش را کرده است و نیاز به تعمیر و یا تعویض دارد.

ترموکوپل چیست؟ (What is a thermocouple sensor)

ترموکوپل ها (Thermocouple) که با نام هایی از قبیل: جفت های حرارتی، جفت های گرمایشی، ترموکوبل، حسگر و سنسور سنجش دما شناخته می شوند، رایج ترین تجهیزات اندازه گیری دما هستند که به زبان ساده از دو فلز غیر هم جنس تشکیل شده و این دو فلز از یک سر به هم متصل شده اند. هنگامی که نقطه اتصال این دو فلز گرم می شود، در اثر “پدیده سیبک (seebeck)”، ولتاژی در دو سر آزاد آن، ایجاد می گردد.

این اختلاف ولتاژ با میزان دمای نقطه اتصال رابطه مستقیم دارد و می توان با استفاده از این پدیده میزان دمای نقطه اتصال را اندازه گیری نمود. خیلی از شما عزیزان درخواست داشته اید تا مقاله ای جامع در خصوص ترموکوپل ها بنویسیم و درباره های کارکردهای آن، تایپ ها و نحوه کالیبراسیون آن ها توضیح دهیم.

خوب الوعده وفا. ما در این مقاله به طور جامع و کامل این نوع از سنسورهای دما را مورد بررسی قرار داده و بسیاری از سوالات و پرسش های شما عزیزان را پاسخ داده ایم. امیدواریم این نوشته بتواند اطلاعات شما را در خصوص یکی از محبوب ترین و کاربردی ترین تجهیزات برقی در صنعت، کامل کند و بتوانید براساس اطلاعات صحیح و درست، سنسور موردنظرتان را تهیه کنید.

مطمئناً برای شما عزیزان سوال پیش آمده که من چطور یک سنسور Thermocouple خریداری و از کجا تهیه کنم یا خریداری کنم؟ در حالیکه هیچ گونه اطلاعاتی در این زمینه ندارم؟ خوب این سوال بسیاری از دوستان و دغدغه آنان محسوب می گردد. توصیه ما به شما عزیزان این است که حتماً قبل از خرید از افراد فنی و خبره در این زمینه مشورت و راهنمایی بگیرید.

پس از مشاوره از افراد خبره در این زمینه، بایستی یک شرکت تولیدکننده حرفه ای را پیدا کنید تا بتوانید تجهیزات خود از آنجا خریداری کنید. حتماً تایپ سنسور را در زمان خرید از فروشنده بپرسید و از آن ها بخواهید که دیتاشیت (Datasheet) محصول موردنظر را با اطلاعات کامل برای شما عزیزان ارسال کنند.

یکی نکته مهم که باید خدمت شما عزیزان بگوییم این است که، اگر شرکت شما دارای نیروی فنی و تخصصی برق است، حتماً آن ها را با شرکت تولیدکننده سنسورهای دما و تجهیزات جانبی ارتباط دهید تا کار سریع تر پیش برود. شرکت مانیاد صنعت رادین آژند به عنوان تولید کننده حرفه ای انواع سنسور ترموکوپل در ایران، طیف گسترده ای از این محصولات را ارائه می نماید. شما عزیزان می توانید به منظور اطلاعات بیشتر درباره نحوه عملکرد سنسور ترموکوپل (Thermocouple) برند مانیاد صنعت، بر روی لینک کلیک کنید.

تقسیم بندی کد و تایپ ترموکوپل ها چیست؟

اکنون که فهمیدید ترموکوپل چیست و چگونه کار می کند، اکنون می خواهیم به انواع گوناگون این جفت های حرارتی بپردازیم و به قولی تایپ های آن را مورد بررسی قرار دهیم. این جفت های گرمایی به شکل سیم و از فلزات مختلف و در درجات متفاوتی تولید می گردند. این تفاوت درجات برای مشتریان و مصرف کنندگان به وسیله کد های E,N,J,K,T و… مشخص می گردند.

برای مثال ترموکوپل نوع K را با کد K نام گذاری نموده و کابل رابط آن، کابل افزاینده طول یا جبران ساز BLF ایتالیا تایپ KX است. در رنج های دمایی بسیار بالا، کدها با حروف دیگری از قبیل R ,S ,B ,C مشخص می گردند. ۸ نوع جفت حرارتی وجود دارد که به عنوان “فلز پایه و فلزخاص یا نجیب” طبقه بندی می شوند. انواع جفت های حرارتی ای که از Base Metal ساخته شده است:

• نوع K: این نوع از دماسنج ها، رایج ترین نوع از دماسنج های حرارتی هستند که به طور گسترده در صنایع مختلف استفاده می گردند و محدوده دمایی وسیعی دارند. سنسورهای های نوع K از آلیاژهای پایه نیکل ساخته شده که در برابر خوردگی مقاوم بوده و تقریباً برای کلیه مصارف صنعتی و نیمه صنعتی مناسب هستند. پایه مثبت (+) که با رنگ زد مشخص شده اند، غیر مغناطیسی است. پاها منفی(-) که با رنگ قرمز مشخص شده، مغناطیسی است. شما می توانید از میان فلزات پایه معمولی که از عملیات دمای بالا پشتیبانی می کنند، انتخاب خود را انجام دهید. از این ترموکوپل ها، برای استفاده در محیط های اکسیدی یا خلا در دمای تا ۱۳۷۲ درجه سانتیگراد (۲۵۰۱٫۶ درجه فارنهایت) استفاده می شوند.

(لازم به ذکر است که سنسور را از قرار دادن در معرض محیط های حاوی گوگرد خودداری کنید). حداکثر عملکرد در فضای اکسید کننده هوای پاک. برای استفاده در حالت نیمه اکسید شده در خلاء یا در شرایطی که اکسیداسیون و کاهش متناوب هستند، به هیچ عنوان توصیه نمی گردد.

• نوع J: این تایپ از حسگرهای دما را می توان بعد از تایپ K، پرکاربردترین سنسور برای مصارف صنعتی و نیمه صنعتی در نظر گرفت. طراحی مناسب برای استفاده در محیط های اکسیدی و محیط های خلا تا دمای ۱۲۰۰ درجه سانتیگراد (۲۱۹۲ درجه فارنهایت) با اندازه گیج سیم ضخیم تر. در دمای بالاتر از ۵۴۰ درجه سانتیگراد (۱۰۰۰ درجه فارنهایت)، سیمی که از جنس آهن است، به سرعت اکسید شده  و عمر مفید سیم های با اندازه های ظریف را محدود می کند.

از این سنسورها در محیط های گوگردی بالای ۵۴۰ درجه سانتیگراد (۱۰۰۰ درجه فارنهایت) خودداری کنید. همچنین از استفاده در دمای زیر ۰ درجه سانتیگراد خودداری کنید، زیرا سیم آهنی زنگ زده و شکننده می شود. + (آهن) پایه مغناطیسی هستند (سفید)، -پایه ها غیر مغناطیسی هستند (قرمز).

• نوع T
• نوع E
• نوع N

انواع جفت های حرارتی ای که از Noble Metal ( فلزات خاص یا نجیب) ساخته شده است.