آموزش نصب ترموکوپل

ترموکوپل را چگونه نصب کنیم؟

نصب ترموکوپل شامل باید ها و نباید هایی است که باید در زمان نصب این دستگاه های سنجش حرارت رعایت و مورد ارزیابی قرار دهید. در این مقاله می خواهیم در مورد مراحل نصب جفت های حرارتی در داخل یک فرآیند صحبت کنیم. Thermocouple ها جز تجهیزات ظریف هستند و نصب و راه اندازی آن ها باید با احتیاط کامل انجام شود. اما قبل از هر چیز، پیشنهاد می کنیم مقاله زیر را حتماً بخوانید.

حتماً این مطلب را بخوانید: ترموکوپل

خوب. در ادامه می خواهیم درباره مراحل نصب و نگه داری جفت های حرارتی توضیحات کامل دهیم. پس حتماً با ما همراه باشید.

مراحلی قبل از نصب ترموکوپل باید رعایت کنید

1. قبل از نصب، عناصر را از آلودگی ها پاک کنید.
2. از خم شدن بیش از حد سیم جلوگیری کنید.
3. عنصر بایستی در محل مناسب و محیط مناسب نصب می شود.

نحوه نصب ترموکوپل در یک فرایند

1- ترموکوپل را درون ترموول قرار دهید.

با قرار دادن ساقه ترموکوپل، تماس مثبت با ته ترموول حاصل می شود. اطمینان حاصل کنید که کابل های موجود در سر اتصال در حین قرار دادن پیچ نمی خورند. اگر کابل ها شروع به چرخش کردند ، سیم ها را از ترمینال ها جدا کرده و پس از پیچ کردن سنسور در ترموول ، آنها را دوباره وصل کنید.

2- سیم ترموکوپل از همان نوع سنسور ، برای اتصال قلاب Thermocouple با ابزار دقیق آن باید استفاده شود.

اطمینان حاصل کنید که انتهای سیم تمیز بوده و با ترمینال ها تماس برقی درست برقرار می کند.

3- هنگام اتصال سیم ضمیمه ، سیم ها را با هم هماهنگ کنید تا رنگ های مربوطه به هم وصل شوند.

(سیم های ترموکوپل دارای کد رنگی است – پای منفی همیشه قرمز است و پای مثبت متفاوت است ، به عنوان مثال نوع K = زرد ؛ J = سفید ؛ E = بنفش ؛ T = آبی)

4- سیم ترموکوپل و قطعات را حداقل یک پا از خطوط برق AC دور کنید تا بهترین نتیجه را بگیرید.

سیم های Thermocouple را در مجرای دیگر سیم ها قرار ندهید.

5-دمای سر اتصال ترموکوپل نباید از 400 درجه فارنهایت تجاوز کند و بهترین نتیجه هنگامی حاصل می شود که دمای سر تا حد ممکن به دمای اتاق نزدیک باشد.

لیست مراحل نگهداری ترموکوپل

1. فرکانس کالیبراسیون: کالیبراسیون به تدریج تغییر می یابد که این موضوع با مواد در ارتباط با جفت حرارتی ، سرعت، و دما و… موجود و همچنین کاربردهای مختلف متفاوت است. فرکانس کالیبراسیون باید در هر مورد توسط کاربر مشخص شود. نحوه انتقال حرارت در دیتا شیتهای مربوط به سازنده معمولا در دسترس است.

2. کالیبراسیون با مقایسه خروجی با یک استاندارد کاری حاصل می شود: ترجیحاً ترموکوپل را در موقعیت نصب شده خود کالیبره کنید. اگر سنسور برای کالیبراسیون برداشته شود ، جفت گرمایی برای اطمینان باید به همان محل و عمق غوطه وری برگشت داده شود.

3. به طور مرتب سطح ترموول و غلاف حسگر را در ارتباط با خوردگی یا آسیب بررسی کنید. اگر خسارت وارد شده باشد، بایستی جایگزین در نظر گرفته شود.

4- رطوبت می تواند باعث ایجاد خوردگی و جداسازی مجدد در برخی از سیم ها شود (به عنوان مثال ، پای مثبت یک ترموکوپل J آهن است و به راحتی زنگ می زند).
برای جلوگیری از ایجاد رطوبت در پایانه های سیم دقت کنید و تمهیدات لازم را در نظر بگیرید.

در ادامه می خواهیم درباره نصب و راه اندازی ترموکوپل برای یکی از مشتریانمان توضیحاتی دهیم.

نصب و راه اندازی ترموکوپل در کارخانه سیمان

من امیر محمد هستم و بیش از 9 سال است که در زمینه نصب تجهیزات ابزار دقیق کار می کنم. امروز می خواهم تجربیاتم را از نصب Thermocouple در یکی از کارخانجات سیمان به شما بگویم. حدود ساعت 8 صبح با دوستم رضا در خیابان لاله زار تهران قرار داشتم. زودتر رسیدم و منتظر بودم تا رضا بیاید، هوا کمی سرد بود و خبری از آن همه هیاهوی وسط روز لاله زار نبود. در ابتدای کوچه باربد (کوچه ملی سابق) یک قهوه خانه است. به آنجا رفتم تا هم گرم شوم و هم صبحانه بخورم. آمد دنبال من تا با هم به یکی از استان های غربی کشور سفر کنیم.

رضا چند سالی از من بزرگتر است و در دانشگاه مهندسی برق خوانده است. به همین دلیل به نشانه احترام اغلب او را مهندس صدا می کنم. ساعت تقریبا هشت و نیم بود که مهندس رسید و پس از خوردن صبحانه حرکت کردیم. در مسیر تا خود کارخانه سیمان با شور و شوق با مهندس راجبه تجهیزات ابزار دقیق صحبت کردیم. رشته مورد علاقه من! تاکنون در کارخانه سیمان کار نکرده بودم و برای من خیلی جالب بود. مهندس بیش از ده سال در صنعت سیمان کار کرده بود و پس از بیرون آمدن از آنجا شرکت خود را تاسیس کرد. وقتی وارد کارخانه شدیم به ساختمانی رسیدیم که در آن مدیر برق کارخانه منتظر ما بود. پله های ساختمان پر بود از خاک های تقریبا سفید رنگی که با پا گذاشتن روی آن، خاک به سرعت پخش می شد.

مهندس و مدیر برق کارخانه که دوست دوران دانشگاه بودند، مشغول صحبت و بررسی تجهیزات ابزار دقیق شدند. من و یکی از مهندسان قسمت برق برای بررسی محل های نصب ترموکوپل به سمت سیکلون ها و کوره مرکزی رفتیم. از مدیر برق اجازه گرفتم تا چند دقیقه هر چند کوتاه آقای مهندس کریمی کل کارخانه و خط تولید را به من نشان دهد. خیلی جالب بود همه چیزهایی که روی نقشه و در عکس دیده بودم برایم تداعی می شد. تقریبا تمام نقاطی که ترموکوپل و فلومتر نصب می شد را حفظ بودم. هر سیکلون، ترموکوپل مخصوص به خود را داشت. چرا که دما در هر کدام از نقاط اندازه گیری متفاوت می باشد.

همانطور که می دانید میلی ولت خروجی یک ترموکوپل مبتنی بر دمای اتصال اندازه گیری آن است. مطابق با قوانین آموزش روش و نحوه نصب می توان گفت که تعیین بهترین نقطه برای قرار گرفتن جفت حرارتی بسیار مهم است. از آن جایی که دمای یک نقطه از فرایند تا نقطه دیگر از آن می تواند متفاوت باشد، بهترین مکان نقطه ای است که معرف ترین اندازه گیری را فراهم کند. یکی از روش های تعیین بهترین محل نصب ترموکوپل ، اندازه گیری نقاط مختلف با استفاده از یک ترموکوپل قابل حمل می باشد.

عمق غوطه وری نیز مسئله بسیار مهمی می باشد. فاصله بین نوک ترموول ( غلاف محافظ ) تا نقطه ای که در رسانه ی تحت اندازه گیری داخل می شود را ( Immersion length ) یا عمق غوطه وری می گوییم. از طرفی طول فرو رفتن یا ( Insertion length ) فاصله بین انتهای ترموول تا رزوه های خارجی می باشد.برای به حداقل رساندن خطای رسانایی گرمایی، ما طول ( Immersion length ) را حداقل 8 تا 10 برابر قطر ترموول در نظر گرفتیم. یادتان باشد که برای اندازه گیری دمای مایعی با سرعت بالا نیازی به عمیق بودن ( immersion length ) نمی باشد.

در زمان نصب بطور ویژه ای به موقعیت نصب ترموکوپل ها توجه قرار کردیم. همانطور که می دانید اکثر ترموول ها عمود بر دیواره ی مخزن و یا لوله نصب کردیم. البته در بعضی نقاط مطابق با قوانین روش و نحوه نصب ترموکوپل ها به صورت زاویه دار و گاهی نیز مجبور بودیم در داخل زانویی نصب شان کنیم.

راهکار نصب برای لوله‌ های نازک، کانال‌ های هوا و تابلوها

در مواردی که می‌ خواهیم حسگر دما ترموکوپل را روی دیواره نازک لوله، کانال هوا یا داخل تابلو نصب کنیم منظور جایی که ترموول قابل‌ استفاده نیست یا جواب نمی‌ دهد) یک (یقهٔ حرارتی) فلزی با پد رسانای حرارتی و یک دمپر لاستیکی یا سیلیکونی برای کاهش ارتعاش و تضمین تماس حرارتی پایدار نصب می‌ کنیم. همراه با یک آزمون ساده خودسنج می‌ توانیم کیفیت تماس را بلافاصله در محل بررسی و در صورت نیاز ضریب تصحیح نرم‌ افزاری اعمال کنیم.

چرا این ایده کاربردی است؟

بسیاری از خطاهای نصب روی لوله‌ های نازک یا پوسته تجهیزات از دو منبع ناشی می‌ شود:

1. تماس حرارتی ناقص بین نوک ترموکوپل و دیواره
2. ارتعاش‌های مکانیکی که باعث شل شدن یا شکست سیم یا اتصالات می‌ شوند.

ترکیب یک یقه حرارتی که انتقال حرارت سطح به نوک سنسور را بهبود می‌ دهد و یک دمپر آکوستیک که ارتعاش را می‌ گیرد، نتیجه‌ ای داریم که هم دقت و هم پایداری نصب سنسور دما را بالا می‌ برد. بدون  اینکه نیاز به ترموول کامل یا حفاری اضافی باشد.

راهنمای‌ های استاندارد دربارهٔ طول قرارگیری و ترموول را باید رعایت کنید؛ اما برای شرایطی که تجهیز ترموول منطقی یا اقتصادی نیست، این راهکار جایگزین مؤثر است.

اجزا و متریال پیشنهادی

• یقهٔ حرارتی: حلقهٔ فلزی نازک استیل ضدزنگ یا آلومینیوم آنودایز با شیار مرکزی که نوک حسگر ترموکوپل را در تماس نزدیک با دیواره قرار می‌ دهد.
• پد رسانای حرارتی نازک: ورقه گرافیت یا پد سیلیکون‌ پرشده با ذرات فلزی به ضخامت 0.3–1 mm برای افزایش هدایت بین دیواره و نوک سنسور.
• دمپر آکوستیک / ویبرشن-شاک: حلقه لاستیکی سیلیکونی یا وایتون با سختی Shore مناسب مثلاً 40–60 آمپر که دور یقه قرار می‌ گیرد و ارتعاشات مکانیکی را جذب می‌ کند.
• پیچ/بست کم-فشار: پیچ‌ های ریز یا بست کمربندی برای فیکس کردن یقه بدون فشار زیاد که ممکن است دیواره نازک را دفرمه کند.
• کابل‌های twisted-pair شیلددار و اتصال کوتاه کابل به بدنه: به منظور کاهش EMI و حلقه‌های زمین.

روش نصب گام‌ به‌ گام ترموکوپل

1. پیدا کردن مکان مناسب برای نصب ترموکوپل بسیار مهم است. اگر قرار است دما به صورت دیواره‌ ای باشد، نصف محیط دور تا دور مناسب است.
2. محل تماس را از روغن، رنگ یا اکسید پاک کنید تا پد رسانای حرارتی بتواند کار کند.
3. پد نازک را بین دیواره و شیار یقه قرار دهید و به هیچ عنوان پد نباید از محل بیرون بزند.
4. نوک حسگر ترموکوپل را از شیار عبور دهید تا با پد در تماس فشرده قرار گیرد.
5. یقه را دور لوله محکم کنید و دمپر لاستیکی را طوری قرار دهید که تماس مکانیکی را جذب کند اما جریان هوا را مسدود نکند. از بست‌ های کم‌ فشار یا پیچ‌ های ریز استفاده کنید.
6. از کابل زوج به هم تابیده شیلددار استفاده کنید؛ شیلد را تنها در یک سر معمولاً در ترمینال اتصال به زمین کنید تا ground-loop ایجاد نگردد.

آزمون سریع کیفیت تماس

بلافاصله بعد از نصب، برای اطمینان از تماس حرارتی و عدم وجود فضای هوا بین نوک و دیواره، یک آزمون ساده پیشنهاد می‌شود:

-اندازه‌ گیری پایهٔ دما (T0).

-اعمال یک پالس گرمایی کوتاه به‌صورت محلی به عنوان مثال یک فندک هوای گرم کوچک یا المنت کوچک با ΔT ≈ 3–6°C برای 1–2 ثانیه.

-ثبت ΔT مشاهده‌ شده توسط ترموکوپل؛ اگر ΔT ثبت‌ شده کمتر از مقدار مورد انتظار برای چنین پالس ساده‌ ای باشد، احتمال وجود ضعف تماس است.

-اگر مشکل است، یقه را شُل کرده، پد را بررسی و دوباره نصب کنید.

این آزمون می‌ تواند به سادگی و بدون تجهیزات پیچیده انجام شود و کمک می‌ کند خطاهای نصب میدان را قبل از راه‌ اندازی کامل پیدا کنید.

مزایا، معایب و موارد ایمنی این ایده چیست؟ 

از جمله مزایای این ایده می توان به موارد زیر اشاره کرد:

1. مناسب برای نصب سریع روی لوله‌ های نازک یا جاهایی که ترموول ممکن نیست.
2. بهبود سرعت پاسخ و دقت نسبت به نصب سطحی ساده.
3. جذب ارتعاش و افزایش عمر کابل یا اتصالات.

هر چیزی علاوه بر مزایا، معایب یا محدودیت هایی دارد که عبارتند از:

1. این روش جایگزین علاف محافظ سنسور دما (ترموول) برای شرایط فشار بالا یا سیال خورنده نیست.
2. در محیط‌ های با جریان شدید یا فشار فرآیند، ممکن است نیاز به ترموول یا پیچۀ مخصوص باشد.
3. پدهای حرارتی با کیفیت پایین عمر و دقت را کاهش می‌ دهند؛ از مواد مناسب استفاده کنید.

همچنین موارد ایمنی ای که باید در نظر بگیرید به شرح زیر است:

1. از بستن بیش‌ از حد یقه جلوگیری کنید تا دیواره نازک لوله آسیب نبیند.
2. در محیط‌ های انفجاری یا خورنده، از متریال تأییدشده و مطابق  استفاده کنید.

الگوریتم ساده نرم‌ افزاری برای اصلاح تماس

# خواندن اولیه
T_base = read_T()
# پس از پالس کنترل‌شده یا رویداد تغییر سریع:
T_after = read_T_windowed() # میانگین در 1–2s
deltaT = T_after – T_base
if deltaT < expected_deltaT * 0.7:
flag = “poor_thermal_contact”
suggest: “check collar / replace TIM pad”
else:
flag = “ok”
log(timestamp, deltaT, flag)

نتیجه گیری

در این مقاله به طور کامل درباره آموزش نصب ترموکوپل و مراحل آن بطور کامل صحبت کردیم. اگر سوالی در این زمینه دارید، در بخش دیدگاه های همین مقاله حتماً آن را مطرح فرمایید تا به آن پاسخ دهیم.