ترموکوپل چیست و چگونه کار می کند؟

ترموکوپل چیست و چگونه کار‌ می کند؟ ترموکوپل ها (Thermocouple) که با نام هایی از قبیل: جفت های حرارتی، گرماجفت، 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 انواع 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 https://maniadsanat.com/articles/what-is-a-thermocouple-sensor/ کلیک کنید.

ویدیو در مورد حسگر دما ترموکوپل

در ادامه برای شما بزرگواران و جویای دانش، ویدیویی کوتاه در مورد ساخت سنسور دما ترموکوپل آماده کرده ایم که از شما دعوت می کنیم که حتماً آن را مشاهده فرمایید.

حال که ویدیوی بالا در مورد جفت حرارتی ترموکوپل (Thermocouple) را مشاهده کردید، ادامه مطلب از دست ندهید، چون از این به بعد قرار است مطالب بسیار مهمی به شما عزیزان گفته شود.

انواع ترموکوپل چیست؟

اکنون که فهمیدید ترموکوپل چیست و چگونه کار می کند، اکنون می خواهیم به انواع ترموکوپل بپردازیم و به قولی کلیه تایپ های آن را مورد بررسی کامل قرار دهیم. این نوع از جفت های گرمایی یا حرارتی، 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.

سنسورهای دما در صورتی که برای اندازه گیری دمایی خارج از محدوده کاری مشخص شده استفاده شوند، می توانند میزان اندازه گیری غیر قابل اعتمادی را ارائه دهند. اگر میزان اندازه گیری دما در فرآیندی انجام شود که دمای بالاتر از ۶۰۰-۷۰۰ درجه سانتیگراد را می توان انتظار داشت، استفاده از حسگر دما ترموکوپل توصیه می گردد. هنگامی که محدوده دمایی مورد نیاز خود را می دانید، می توانید محصولات MI Cable یا Bare Wire را بررسی کنید تا ببینید کدام نوع TC برای دمای مورد نیاز شما مناسب است. ترموکوپل نوع K پر استفاده ترین و پرکاربردترین نوع از سنسورهای ترموکوپل است. قیمت آن مناسب است و می توان از آن برای اهداف مختلف در محیط های صنعتی استفاده کرد. این به دلیل دامنه وسیع دما و حساسیت آن تقریباً ۴۱ µV/°C است. ترموکوپل تیپ N به عنوان جایگزینی برای نوع K در محدوده دمای ۰ تا ۱۳۷۲ درجه سانتی گراد ساخته شده است. در جایی که تایپ K ناپایداری تجمعی بالای ۹۰۰ درجه سانتیگراد را نشان می دهد، سِری N پایداری حرارتی را نشان می دهد.

۸ نوع ترموکوپل یا جفت حرارتی وجود دارد که به عنوان “فلز پایه و فلزخاص یا نجیب” طبقه بندی می شوند که عبارتند از:

انواع ترموکوپل هایی که از فلز پایه (Base Metal) ساخته شده اند:

• 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: یک ترموکوپل پایدار است و برای دماهای پایین تر استفاده می شود.
• نوع E: یک نوع سنسور سیگنال قوی تر و دقت بالاتری دارد.
• نوع N: دقت و محدودیت های مشابه K را دارد اما کمی گران تر است

انواع ترموکوپل هایی که از قلز نجیب (Noble Metal) ساخته شده اند:

• نوع R: از نظر عملکرد مشابه نوع S است و به دلیل دقت و پایداری اغلب در دمای پایین تر استفاده می شود
• نوع S: برای دماهای بسیار بالا و عمدتاً در صنعت داروسازی استفاده می شود.
• نوع B: بالاترین محدوده دما را در بین تمام ترموکوپل ها دارد

سنسورهای ترموکوپل چگونه کار می کنند؟

یک جفت گرمایی یا ترموکوپل (Thermocouple)، ابزاری مخصوص اندازه گیری است و برای سنجش دمای بدنه تجهیزات مختلف و اجزاء درونی آن و انواع مواد مختلف طراحی شده است. یک جفت گرمایی از دو رشته سیم از جنس دو فلز متفاوت ساخته شده است.  زمانی که این دو سیم به یکدیگر متصل شوند، یک مدار را تشکیل می دهند. این مدار باعث ایجاد دو اتصال الکتریکی جدا از هم می شود. یکی از اتصال ها در جایی تشکیل شده که درجه حرارت بایستی اندازه گیری شود. این قسمت به نام اتصال گرم یا اتصال اندازه گیری نامیده می شود.

اثر ترموالکتریک یا پدیده سیبک چیست؟ + قوانین Thermocouple

برای اینکه روش کار و قوانین سنسورهای دما را بدانید، می بایست پدیده سیبک و قوانین جفت های گرمایشی را به خوبی بشناسید. برای ساخت ترموالکتریک می بایست به دو سر ابتدایی فلزهای ناهمنام به هم متصل شده از قبل، دما بدهیم. در این صورت در نقطه اتصال دو فلز اختلاف پتانسیل ترموالکتریک خواهیم داشت. حال یک سوال بسیار مهم: آیا می دانید چرا در این نقطه اختلاف پتانسیل ایجاد می شود؟ دلیل اصلی، سرعت میانگین الکترون های آزاد فلزات می باشد.

خوب دوستان عزیزم، امیدوارم تا اینجای کار خسته نشده باشید و از خواندن مقاله لذت برده باشید. حالا بریم سراغ مبحث بعدی که بسیار جذاب است.

معرفی ساختمان و قوانین ترموکوپل

ضریب سیبک چیست؟ دمایی که شما به دو سر سیم وارد می کنید باعث می شود در سرعت میانگین و تعداد الکترون ها در منطقه گرم و سرد، تفاوت ایجاد شود. نباید نقش الکترون های آزاد در به وجود آمدن این پدیده را نادیده بگیریم. بطور واضح تر، دما روند رفت و برگشت الکترون ها از منطقه سرد به گرم و بالعکس را در یک واحد زمان از حالت عادی خارج می کند. بطوریکه در منطقه گرم و سرد پتانسیل مثبت و منفی خواهیم داشت. این پدیده را اثر سیبک می نامیم. مقدار سیبک به متریال فلز و میزان دمای وارد شده به آن بستگی دارد. ضریب سیبک به اختلاف پتانسیل ایجاد شده برای اختلاف دمای یک درجه سانتیگراد می گوییم.

لیست قوانین جفت های گرمایی

1. رنج دمایی کارکرد در بلند مدت را مشخص کنید.
2. به سازنده سنسورهای دما بگویید که حداکثر دمای لحظه ای چند درجه سانتیگراد است؟
3. دقت اندازه گیری مورد نیاز چگونه است؟
4. شرایط محیطی از قبیل وجود حلال های شیمیایی و نفتی که تعیین کننده جنس ماده سازنده غلاف محافظ آن خواهند بود را بیان کنید (مقاومت غلاف محافظ در برابر خوردگی).
5. آیا سنسور دما نیازمند مقاومت در برابر لرزش می باشد؟
6. شرایط نصب را مشخص کنید (سایز دقیق اتصالات و مطابقت با سایز پراب خروجی).

سوال مهم: قوانین تبدیل میزان ولتاژ اندازه گیری شده توسط جفت حرارتی به دما چگونه است؟

زمانی که تغییر دمایی در نقطه اتصال دو فلز نا مشابه رخ می دهد، ولتاژی ایجاد می شود. دمای معادل این ولتاژ را می توان از طریق قوانین جداول مرجع پیدا کرد. سیگنال میلی ولت تولید شده توسط Thermocouple (پی نوشت۲*) یک سیگنال بسیار ضعیف است و اگر محیط دارای نویز باشد انتقال سیگنال در فواصل طولانی با خطا همراه است. بنابراین برای انتقال سیگنال در این محیط ها باید از کابل Thermocouple شیلددار BLF ایتالیا استفاده کرد. بدون در نظر گرفتن نوع جفت گرمایی ، در هنگام استفاده اغلب آن را در یک غلاف محافظ قرار می دهند. تا بدین وسیله از تماس مستقیم با محیطی که در آن قرار داده شده است محافظت گردد و از آسیب خوردگی در امان باشد.

ماکزیمم دمای اندازه گیری شده بستگی به سطح مقطع سیم مورد استفاده دارد. به این معنی که با دستگاه سنجش حرارت خیلی باریک نمی توان رنج جریانی کاملی را اندازه گیری کرد ماکزیمم رنج قابل اندازه گیری، تعیین کننده قطر سیم Thermocouple می باشد. جفت های گرمایی دارای دقت اندازه گیری متوسطی می باشند. در صنایعی که دقت سنسور دارای اهمیت بالایی نباشد می توان از آنها استفاده نمود. بدیهی است که منظور ما از دقت زیاد در حد یک هزارم می باشد.

ساختمان ترموکوپل صنعتی + تصویر

قسمت دیگر به جایی متصل می شود که دارای درجه حرارت معلوم و ثابت باشد. این قسمت جفت حرارتی به اتصال سرد یا اتصال رفرنس معروف است. اختلاف درجه حرارت میان این دو نقطه، اتصال در هر لحظه ولتاژی در مدار ایجاد می کند. فلوی جریان ایجاد شده می تواند برای اندازه گیری درجه حرارت نا مشخص یا دمای اتصال گرم استفاده گردد.

ترموکوپل چگونه وصل می شود؟

طول کابل جبران ساز ترموکوپل به دلیل مقاومت داخلی پایین آن در درجه دوم اهمیت قرار دارد. با این حال، با طول کابل طولانی تر با سطح مقطع کوچک، مقاومت ترموکوپل یا کابل جبران ساز می تواند مقادیر نسبتاً بالایی را در نظر بگیرد. برای جلوگیری از نمایش خطاهای نمایشگر، مقاومت داخلی مدار ورودی دستگاه ارزیابی باید حداقل ۱۰۰۰ برابر بیشتر از مقاومت سنسور ترموکوپل متصل باشد. فقط می توان از کابل های جبران ساز از همان مواد خود عنصر یا با خواص ترموالکتریک مشابه استفاده کرد، در غیر این صورت یک گشتاور جدید در نقطه اتصال ایجاد می شود. کابل جبران باید تا اتصال مرجع گذاشته شود. هنگام اتصال ترموکوپل ها، قطبیت را رعایت کنید.

در صورت اتصال کوتاه یا وقفه چه کاری انجام دهیم؟

ترموکوپل ولتاژ خروجی نمی دهد اگر دمای اندازه گیری، محل اتصال گرم، برابر با دمای مرجع، اتصال سرد باشد. سپس ترموولتاژ ۰ میلی ولت است. اگر دماسنج اندازه گیری دما یا نقطه مرجع اتصال کوتاه داشته باشد، نقطه اندازه گیری جدید در محل اتصال کوتاه ایجاد می شود. برای مثال، اگر چنین اتصال کوتاهی در ناحیه سر اتصال رخ دهد، دمای نمایش داده شده دیگر دمای نقطه اندازه گیری واقعی نیست، بلکه دمای سر اتصال است. اگر وقفه ای در مدار اندازه گیری رخ دهد، دستگاه ارزیابی دمای مرجع را نمایش می دهد.

انواع اتصال گرم در نقطه اندازه گیری دما ترموکوپل

در ادامه انواع اتصال گرم Thermocouple و نحوه اتصال آن به روکش غلاف بیرونی این جفت حرارتی را بررسی می کنیم.

1. نوع اول: سیم ترموکوپل بیرون از غلاف محافظ (EXPOSED JUNCTION) : در این روش سیم های ترموکوبل (پی نوشت ۲*) به هم جوش داده می شوند. سپس مستقیما وارد فرایند اندازه گیری دما می شوند. در این صورت سیم های مولد ترموالکتریک بدون حفاظ را خواهیم داشت. سرعت پاسخدهی یا Response Time در این روش بسیار زیاد است اما سیم های دماسنج در معرض خوردگی و آسیب هستند. جز در مواردی که باید از این نوع دماسنج استفاده کرد ، استفاده از آن توصیه نمی شود.
2. نوع دوم: سیم ترموکوپل متصل به غلاف محافظ (GROUNDED JUNCTION): این مدل رایج ترین نوع اتصال در مولد ترموالکتریک است. در این روش سیم های جفت گرمایی و غلاف محافظ به هم جوش داده می شوند و نقطه اتصالی را در راس پراب شکل می دهند که در اصطلاح می گوییم مولد ترموالکتریک زمین شده است. این مدل دارای سرعت پاسخ دهی بسیار عالی است. زیرا جفت گرمایی با غلاف تماس مستقیم دارد و گرما به راحتی منتقل می شود.
3. نوع سوم: سیم ترموکوپل جدا از غلاف محافظ (UNGROUNDED JUNCTION): در این روش سیم های جفت گرمایی به هم جوش داده می شوند اما از غلاف محافظ ایزوله و عایق هستند. در این صورت نوع جفت های حرارتی ای زمین نشده خواهد بود.

کاربردهای دماسنج های Thermocouple در صنایع گوناگون چیست؟

سنسورهای اندازه گیری دما تقریباً در تمام بازار های صنعتی مانند: نیروگاه ( تولید برق )، صنعت نفت و گاز، پالایش و پتروشیمی، فولاد، داروسازی، بیوتکنولوژی، سیمان، کاغذ و … استفاده می شوند. از مزایای جفت های حرارتی یا گرمایی نسبت به سایر سنسورهای اندازه گیری دما می توان به قیمت پایین، رنج دمایی گسترده و بادوام بودن آنها اشاره کرد.

ترموکوپل‌ها (جفت های حرارتی) در صنعت دارای کاربردهای بسیاری هستند. از جمله مهم‌ترین کاربردها در صنایع تولید لوازم گرمازا است. مثلاً می توان از آن ها برای ایمنی تجهیزات گازسوز وقتی شعله گاز به دلایلی (از جمله باد) خاموش می‌گردد و برای قطع‌کردن گاز استفاده می‌شود.

لینک منبع: https://fa.wikipedia.org/wiki/ترموکوپل#کاربردها

چگونه با دماسنج ترموکوپل برق تولید کنیم؟

خیلی از شما از ما سوال کردید که چطور با یک دماسنج حرارتی بتوان برق تولید کرد؟! خوب جواب در ادامه برای شما دوستان آورده شده است؟

همانطور که می دانید ولتاژ (اختلاف پتانسیل) ایجاد شده توسط جفت حرارتی نوعی جریان فشار ضعیف برق محسوب می‌شود. به این ترتیب برای تولید برق با جفت گرمایی می توانیم به دو سر متصل به هم (اتصال گرم) جفت حرارتی ای حرارت وارد کنیم. در این صورت جریانی از دو سر متصل به هم ایجاد و به سمت دو سر آزاد دستگاه سنجش حرارت حرکت می کند. لازم بذکر است نیروی محرکه ی الکتریکی ایجاد شده با اختلاف دمای نقطه سنجش دما تناسب دارد. اگر بخواهیم میزان میلی ولت ایجاد شده را بسنجیم می توانیم از ولت سنج استفاده کنیم.

نکته مهم:

برای ساخت Thermocouple و سنسور PT100 ابتدا با قوانین و ساختمان ترموکوپل و سنسور PT100 آشنا شوید که پیش از این در بالا به آن ها اشاره کردیم و توضیحات کاملی را خدمت شما ارائه کردیم. بعنوان مثال این را بدانید که تفاوت های اصلی جفت گرمایی با ترموکوپل PT100 (پی نوشت ۱*) چیست ؟ سپس برای خرید یا ساخت انواع Thermocouple و سنسور PT100 به یک سازنده یا فروشنده معتبر ترموکوپل مراجعه کنید. یادمان باشد که ترموکوبل و سنسور PT100 (پی نوشت ۲*) یکی از حساس ترین و مهم ترین تجهیزات ابزار دقیق در خط تولید کارگاه یا کارخانه شما می باشند. پیشنهاد ما به شما خرید جفت های حرارتی ARVAN دارای یکسال گارانتی تعویض می باشد. تجهیزات ابزار دقیق و حرارتی ARVAN از بهترین متریال اروپای غربی ساخته می شوند. با خرید این سنسور دما شما می توانید دقت عملکرد بیشتر و زمان واکنش بسیار کم را تجربه کنید. در نتیجه کیفیت محصول نهایی تولید شده توسط مجموعه شما بهتر و بهره وری کارخانه تان در این شرایط اقتصادی بیش تر می شود.

کالیبراسیون Thermocouple چیست؟

همانطور که پیشتر گفتیم، سنسورهای ترموکوپل، یک نوع مرسوم و کاربردی از سنسورهای دما محسوب می گردند که به منظور برای اندازه گیری دما مورد استفاده قرار می گیرند. در نتیجه، Thermocouple ها برای تولید و نمایش اندازه گیری قابل تفسیر و دقیق، نیاز به کالیبراسیون دارند. کالیبره کردن سنسور بسیار بسیار حائز اهمیت است. زیرا دقت اندازه گیری، درصد میزان خطا و سرعت پاسخدهی جفت های حرارتی یا گرمایی، در تحت آزمایش قرار دادن این تجهیزات است.

چگونه می توانم بفهمم که سنسور من دقیق است؟

برای مشخص شدن میزان دقت اولیه سنسور دما، می توانید حداکثر میزان تحمل داده شده را انتخاب کنید. توجه کنید که میزان تحمل استاندارد و خاص thermocouple ها با استفاده از یک روش تعیین می گردد. ۳۰۰ درجه سانتی گراد را در ۰٫۰۰۷۵ ± ضرب کرده که عدد ۲٫۲۵ درجه سانتی گراد را نشان می دهد.

رنج دمایی انواع تایپ های ترموکوپل چقدر است؟

می دانستید که یکی از مهم ترین مشخصه ها در زمان انتخاب و خرید سنسورهای Thermocouple، داشتن اطلاعات در زمینه رنج دمایی یا دامنه دمایی این تجهیزات است.

نوع ترموکوپل	رنگ بندی براساس استاندارد ANSI/ASTM E230	رنگ بندی براساس استاندارد IEC 60584	محدوده دمایی
Type K	Yellow (+)/ Red (-)	Green (+)/ White (-)	۲۷۰- الی ۱۳۷۲+
Type J	White (+)/ Red (-)	Black (+)/ White (-)	۲۷۰- الی ۱۲۰۰+
Type T	Blue (+) / Red (-)	Brown (+) / White (-)	۲۱۰- الی ۴۰۰+
Type E	Purple (+)/ Red (-)	Purple (+) / White (-)	۲۱۰- الی ۱۰۰۰+
Type N	Orange (+)/ Red (-)	Rose (+) / White (-)	۲۷۰- الی ۱۳۰۰+
Type R	Black (+)/ Red (-)	Orange (+) / White (-)	۵۰- الی ۱۷۶۸+
Type S	Black (+)/ Red (-)	Orange (+) / White (-)	۵۰- الی ۱۷۵۰+
Type B	Black (+)/ Red (-)	Orange (+) / White (-)	۰ الی ۱۸۲۰+
Type C	None established	None established	۰ الی ۲۳۱۵+

چگونه ترموکوبل مناسب را انتخاب کنیم؟

هنگام انتخاب سنسور دما چندین علل وجود دارد که بایستی در هنگام خرید آن ها را در نظر بگیرید. ابتدا محیطی که قصد اندازه گیری آن را دارید، بسیار مهم است. دستگاهی که بایستی اندازه گیری شود چیست؟ آیا دمای هوای محیط در یک اتاق یا محوطه صنعتی یا محیط دیگری است؟ قطعه الکترونیکی با بسته بندی پلاستیکی یا فلزی که ممکن است دارای ولتاژ بالا باشد یا نباشد؟ یا یک شمش از فولاد درخشان؟ شاید بخشی از موتور خودرو مانند ورودی یا خروجی اگزوز؟ برخی از این ملاحظات می تواند انتخاب دماسنج را به دلیل عوامل محیطی و ایمنی، بودجه هزینه هر حسگر دما و فاصله سنسور  دمابه ابزار هدایت کند.

ملاحظات بعدی محدوده دمای مورد انتظار اندازه گیری شده است. یک بلوک موتور خودرو، زمانی که به طور کامل گرم شود، می تواند دمایی بیش از ۱۰۰ درجه سانتیگراد ایجاد کند. اکثر ترموکوپل ها می توانند این محدوده دما را تحمل کنند و تیپ K، همانطور که قبلا هم به آن اشاره کردیم، پرمصرف ترین جفت حرارتی برای چنین کاربردهایی است. از طرف دیگر، در کوره های پخت سرامیک می تواند دما بسیار بالاتر باشد. نوع N به دلیل پایداری و مقاومت در برابر اکسیداسیون در دمای بالا، برای دمای بالاتر خوب است. در طرف دیگر مقیاس، دستگاه‌های ابررسانا در دماهای بسیار پایین، در حدود چندین کلوین (یا کمی بالاتر از صفر مطلق یا ۲۷۳ درجه سانتی‌گراد)، به ابررسانایی دست می‌یابند، بنابراین حسگر باید بتواند در برابر آب و هوای زیر یخ‌بندان که در آن ابررساناها کار می‌کنند، مقاومت کند. . سنسورهای های نوع E با خروجی بالا (حدود ۶۸uV/C) خوب خواهند بود، زیرا برای دماهای پایین مناسب هستند.

انتخاب نوع ترموکوپل در درجه اول به دمای محلی که قرار است استفاده گردد، بستگی دارد. علاوه بر این، یک عنصر با ولتاژ ترموالکتریک بالا باید انتخاب شود تا سیگنال اندازه گیری به دست آید که تا حد امکان نسبت به تداخل حساس نباشد.

از آنجا که سنسورهای ترموکوبل صنعتی محدوده دمایی وسیعی را با توجه به تایپ شان می توانند اندازه گیری کنند، انتخاب این نوع از سنسورهای به عوامل مختلفی بستگی دارد که در ادامه به برخی از این موارد اشاره خواهیم کرد تا شما عزیزان با این موارد آشنا شوید:

1. محدوده دمایی سنسور
2. مقاومت شیمیایی ترموکوپل یا متریال غلاف محافظ
3. مقاومت در برابر سایش و لرزش های ناگهانی
4. شرایط نصب در محیط (ساز با شرایط و تجهیزات موجود و عوامل دیگر)
5. کیفیت متریال حسگر دما
6. محیطی که قرار است سنسور در آنجا نصب گردد.

سنسورهای ترموکوپل برند مانیاد صنعت رادین آژند و آروان صنعت هیراد، جزو باکیفیت ترین سنسورهای اندازه گیری دما محسوب می شوند.

زمان پاسخدهی Thermocouple صنعتی چیست؟

ثابت زمانی به عنوان زمانی در نظر گرفته می شود که یک حسگر برای رسیدن به ۶۳٫۲% از تغییر مرحله در دما تحت یک مجموعه مشخص از شرایط در نظر گرفته می شود. به منظور رسیدن سنسور Thermocouple به ۱۰۰%، ۵ ثابت زمانی موردنیاز است.

ثابت زمانی به عنوان زمان مورد نیاز یک سنسور برای رسیدن به ۶۳٫۲٪ از تغییر مرحله در دما تحت یک مجموعه مشخص از شرایط تعریف شده است. یک ترموکوبلی که در معرض اتصال و در حال استفاده است، سرعت پاسخدهی بالایی دارد. به علاوه هر چه میزان قطر غلاف Prob کوچکتر باشد، زمان پاسخدهی سریع تر است. اما حداکثر دما ممکن است کمتر نشان داده شود. به هر حال ذکر این نکته ضروریست که برخی اوقات غلاف Prob نمی تواند محدوده دمایی کامل (نوع سنسور ترموکوپل) را تحمل کند.

تعویض حسگر ترموکوپل  (Thermocouple replacement)

ترموکوپل ها محدوده دمایی بسیار گسترده ای دارند، بنابراین در شرایط سخت بدون هیچ مشکلی کاربرد دارند. این باعث می شود که تعویض آن ها یک جنبه کلیدی تعمیر و نگهداری باشد. خوشبختانه، ترانسمیترهای هوشمند می توانند سلامت سنسور و سلامت خود را کنترل کنند. این دستگاه‌ها می‌توانند داده‌های مورد فرآیند شما را برای برنامه‌ریزی تعمیرات پیشگیرانه بر اساس تحلیل‌های پیش‌بینی‌کننده در اختیار شما قرار دهند. علاوه بر این، آنها می توانند داده هایی در مورد عملکرد سنسورهای مختلف به شما بدهند، پس می توانید سنسورهایی با عملکرد و عمر بهتر برای خود انتخاب کنید. اگر برای انتخاب سنسور دمای مناسب برای برنامه خود نیاز به مشاوره حرفه ای دارید، کارشناسان ما آماده مشاوره به شما عزیزان هستند.

نتیجه گیری نهایی

همانطور که در بالا بیان کردیم جفت گرمایی ابزاری برای اندازه گیری دما در انواع فرآیندهای صنعتی می باشد که از دو فلز مختلف ساخته می شود. این دو فلز از یک طرف به هم جوش داده می شوند و نقطه اتصال آنها جایی است که دما اندازه گیری می شود. مطابق با قوانین Thermocouple ها می توانند رنج دمایی از ۲۷۰- تا ۲۳۱۵+ درجه سانتیگراد را اندازه گیری کنند. همچنین بیان کردیم که دستگاه های سنجش حرارت از لحاظ رنج دمایی، مقاومت در برابر لرزش، مقاومت شیمیایی و … انواع گوناگونی دارند.

پایه و اساس جفت های گرمایی نوع J ،K ،E ،T از نوع بیس متال ( پایه فلز ) و از رایج ترین انواع دستگاه های سنجش حرارت هستند .جفت های حرارتی  نوع R ،S و B نوبل متال (فلز نجیب) هستند و برای محدوده دمایی بالاتر کاربرد دارند. جفت های گرمایی در بسیاری از کاربردهای صنعتی و علمی مورد استفاده قرار می گیرند.

در این مقاله سعی کردیم به طور کامل به سوال ترموکوپل چیست پاسخ دهیم و اطلاعات مفیدی را در این زمینه در اختیار شما عزیزان قرار دهیم. در انتها اگر سوال، نظر و پیشنهادی درباره حسگرهای دما دارید، حتما در بخش نظرات همین پست با ما در میان بگذارید. ما به عنوان طراح، سازنده و تأمین کننده تجهیزات ابزار دقیق و کابل های خاص، انواع گوناگونی از این گونه تجهیزات را به شما عزیزان ارائه می کنیم.

بررسی خرابی ترموکوپل و تست آن

پس از سیم کشی صحیح ترموکوپل طبق نمودار سیم کشی کنتور، متر ابتدا عدد شاخص ترموکوپل کنتور را نمایش می دهد. سپس محدوده کنتور را نمایش دهید و سپس ردیف پایین کنتور را اندازه گیری کنید تا دمای تنظیم شده و ردیف بالایی کنتور را برای نمایش دمای اندازه گیری شده اندازه گیری کنید. اگر صفحه نمایش بالای کنتور دمای المنت گرمایشی نباشد، “OVER”، “۰۰۰۰” یا “۰۰۰” را نشان می دهد. توضیح دهید که قسمت ورودی دستگاه ایراد دارد و بایستی تست های زیر انجام شود:

۱) ترموکوپل را از ترمینال ورودی دستگاه خارج کنید و سپس از هر سیمی برای اتصال کوتاه ترمینال ورودی جفت حرارتی دستگاه استفاده کنید. هنگامی که برق روشن است، هنگامی که مقدار نمایشگر لوله دیجیتال روی متر حدود دمای اتاق است، به این معنی است که سیم کشی داخلی باز است و ترموکوپل از همان نوع نیاز به تعویض دارد. اگر همچنان در شرایطی است که در بالا ذکر شد، به این معنی است که ترمینال ورودی دستگاه در هنگام حمل و نقل آسیب دیده است و ابزار باید تعویض شود.

۲) ترموکوپل را از دستگاه معیوب ذکر شده در بالا جدا کرده و جفت حرارتی متصل به دستگاه را با همان شماره شاخصی که معمولاً در کنار آن قرار دارد جایگزین کنید. پس از روشن شدن، هنگامی که لوله دیجیتال کنتور معیوب اصلی دمای المنت گرمایشی را نشان می دهد، به این معنی است که اتصال Thermocouple باز است. همان نوع سنسور دما را تعویض کنید.

۳) ترموکوپل معیوب را از پروسه فرآیند خارج کرده، مولتی متر را روی فایل اندازه گیری اهم (R) * 1 قرار دهید و از میله های دو متری مولتی متر برای اندازه گیری دو سر ترموکوپل استفاده کنید. اگر مقدار مقاومت نمایش داده شده روی مولتی متر بسیار زیاد باشد، به این معنی است که اتصال داخلی سنسور باز است. جفت گرمایی از همان نوع را تعویض کنید. در غیر این صورت، مقدار مقاومت مشخصی وجود دارد که نشان می دهد در انتهای ورودی کنتور مشکلی وجود دارد و کنتور باید تعویض شود.

مزیت های سنسور ترموکوپل در برابر حسگر دما مقاومتی RTD چیست؟

ترموکوپل ها انرژی حرارتی را به انرژی جنبشی تبدیل می کنند و برای دماهای بالا تا ۲۰۰۰ درجه سانتی گراد مناسب هستند، هزینه مناسبی دارند و در متنوع ترین فرآیندها و در محدوده دمایی وسیع مورد استفاده قرار می گیرند. در حالی که حسگرهای دما مقاومتی RTD تجهیزاتی با دقت بسیار بالا و قابلیت تکرار پذیری خوب هستند و بر اساس اصل تغییر مقاومت الکتریکی یک فلز به عنوان تابعی از دما عمل می کنند. به طور کلی کاوشگرهای دما مقاومتی RTD، از متریال پلاتین ساخته می شوند، اما از متریال دیگری نظیر نیکل نیز می توان استفاده کرد و محدوده استفاده آن از ۲۰۰- تا ۶۵۰+ درجه سانتیگراد است.

1. هزینه کمتر در مقایسه با RTD در همان محدوده
2. محدوده دمایی بیشتر از حسگرهای دما مقاومتی
3. زمان پاسخگویی بهتر
4. از نظر مکانیکی قوی تر است
5. قابل استفاده در مکان هایی با لرزش زیاد

سوالات متداول:

۱) ترموکوپل چیست؟ رایج ترین، حرفه ای ترین و پرکاربردترین تجهیزات به منظور اندازه گیری دما هستند. ترموکوپل ها از ۲ فلز غیر همنوع تشکیل شده و این دو نوع فلز از یک سر به هم وصل شده اند.

۲) ضریب سیبک (Seebek Effect) چیست؟ میزان دمایی که به دو سر سیم وارد می شود، باعث تفاوت سرعت در میانگین و تعداد الکترون ها در منطقه گرم و سرد می شود. این پدیده را اثر سیبک می نامیم.

همچنین به منظور بررسی، مقایسه و خرید آنلاین محصولات، می توانید از منوی اصلی وبسایت، بر روی خرید ترموکوپل کلیک کنید.

جمع بندی

در این مقاله درباره موضوع مهم انواع ترموکوپل چیست و چگونه کار می کند و کلیه موارد مرتبط با آن با جزئیات کامل صحبت کردیم. شما عزیزان می توانید در بخش نظرات یا دیدگاه های همین مقاله، کلیه نقطه نظرات، پیشنهادات، انتقادات و پرسش های خود را درج کنید. نظرات شما عزیزان با عث دلگرمی ما است.

پی نوشت :

1. ۱- از نظر علمی عبارت سنسور PT100 (پی تی صد) صحیح می باشد.
2. ۲- از نظر علمی ترموکوپل صحیح است و عبارت ترموکوبل صحیح نیست.