ترموکوپل چیست و نحوه کار آن

ترموکوپل یا ترموکوبل

 

در واقع ترموکوپل صحیح است و ترموکوبل غلط است.

ترموکوپل یکی از ابزارهای بسیار پرکاربرد در انجام اکثر پروژه ها می باشد.

ترموکوپل در حقیقت نوعی مواد الکتریسیته می باشد.

ترموکوپل از دو فلز نا همسان ساخته می شود که به هم متصل شده باشند.

 

نحوه کارترموکوپل چیست؟

با رسیدن حرارت به محل اتصال این دو فلز،

جریان بسیار ضعیفی از محل اتصال تولید می شود و به سمت سیم ها، جریان می یابد.

با بالا تر رفتن دمای محل اتصال دو فلز، ولتاژ تولیدی افزایش می یابد

و در حقیقت ترموکوپل در هر دما، ولتاژ معینی تولید می کند و در نتیجه در صورتی که بتوانیم این ولتاژ را به صورت دقیق اندازه گیری کنیم،

قادر خواهیم بود دمای محل اتصال را به صورت دقیق اندازه گیری کنیم.

ولتاژ تولید شده توسط ترموکوپل بوسیله ترمومتر به دما تبدیل می شود.

 

ترموکوپل ها برای مدت زمان زیادی است

که جزء بهترین روش های اندازه گیری دما به حساب می آیند.

ترموکوپل ها در صنعت نیز کاربرد فراوان دارند

مانند اندازه گیری کردن دمای کوره ها،

دمای دودکش، قطع کن گاز شومینه و اجاق گازها،

اندازه گیری دمای سیستم های تولید کننده دارو ومواد غذایی و…

 

 

ترمو کوپل چیست؟ انواع ترموکوپل چیست؟ و کاربرد های آن چیست؟

در ابتداروش های اندازه گیری دما را نام می بریم:
1- اندازه گیری دما به روش تماسی

•  ترموکوپل
•  RTD
•  ترمیستور

2- اندازه گیری دما به روش غیر تماسی

•  مادون قرمز
•  صوتی

ترموکوپل چیست؟

ترموکوپل ها متداول ترین تجهیز جهت اندازه گیرهای الکتریکی دما در صنعت هستند. مکانیزم ترموکوپل ها بر  اساس پدیده سی بک (Seebeck) که اختلاف دما بین دو نقطه را به ولتاژ تبدیل می کنند.

 

مزایای ترموکوپل:

از مزایای آن ها می توان به سادگی، قیمت مناسب، استحکام و دوام بالا جهت مصارف صنعتی و دقت مناسب اشاره کرد.

محدوده اندازه گیری دما توسط ترموکوپل ها وسیع بوده و در شرایط محیطی متفاوت قابل استفاده می باشند. 

ترموکوپل ها دارای سرعت پاسخ دهی خوبی بدلیل ثابت زمانی کوچک می باشند.

از معایب ترموکوپل ها، غیر خطی بودن، تماسی بودن (در معرض اغتشاش و شوک و …)، دقت متوسط را می توان نام برد.

جهت استفاده ترموکوپل در مکان هایی که لرزش یا ضربه وجود دارد

برای محافظت از سنسور از روکشی بنام ترموول یا غلاف استفاده می شود که باعث کاهش سرعت پاسخگویی می شود.

 

انواع ترموکوپل:

ساختمان ترموکوپل ها  با استفاده از اتصال یک فلز و آلیاژ  تولید می شوند

و با همین مکانیزم ساده قادر به اندازه گیری دما به راحتی در رنج وسیعی از 270- تا حدود 1800 درجه می باشند.

ترموکوپل ها انواع مختلفی دارند که طبق جنس فلز و آلیاژ آن به شش دسته ذیل تقسیم می شوند.

• 1. ترموکوپل نوع K :

این ترموکوپل از سیم فلزی Ni-Cr  (به نام تجاری کرومل  Chromel ) و 

Ni-Al (به نام تجاری آلومل  Alumel) ساخته می شود.

این ترموکوپل ارزان قیمت است و یکی از پرکاربردترین و متداولترین نوع ترموکوپل ها می باشد. 

رنج عملکرد دمایی آن بین −250 °C و1300 °C 

(این رنج مطلق نیست و بسته به سازنده و نوع ظاهری آن متفاوت خواهد بود بطور مثال ترموکوپل های سیمی شکل نوع K رنج 40- تا 250 درجه می باشد و نوع میله ای آن قادر به اندازه گیری تا محدوده 1300 درجه هستند).

حساسیت ترموکوپل تیپ K تقریبا 41  µV/°C  است و معمولا در دماهای بالا مورد استفاده قرار می گیرد.

ترموکوپل نوع K بخاطر استفاده از مس خاصیت ضد اکسیداسیون دارد

لذا در کوره ها که اکسیداسیون رخ می دهد مناسب است.

• 2. ترموکوپل نوع J :

این ترموکوپل از فلز آهن ( Fe ) و آلیاژهای مس- نیکل Cu-Ni (کنستانتان Constantan  )  ساخته می شود.

رنج دمایی این ترموکوپل بین -180°C  و 800°C است.

به دلیل احتمال اکسید شدن آهن این ترموکوپل، در صنایع قالب ریزی پلاستیک استفاده می شود.

حساسیت ترموکوپل نوع J ، به اندازه ی 51 µV/°Cاست.

در ترموکوپل نوع J به علت وجود آهن در مکانهایی که امکان اکسیداسیون وجود دارد بهتر است استفاده نشود.

• 3. ترموکوپل نوع  E:

این ترموکوپل با استفاده از فلزات Ni-Cr (کرومل) و Cu-Ni (کنستانتانConstantan ) ساخته می شود.

رنج عملکرد دمایی آن، بین −40 °C و 900°C است.

این ترموکوپل با 62 µV/°C  بیشترین حساسیت را دارد

و می توان از آن در کاربردهای خلاء و مواردی که سنسور در آن حفاظت نشده، استفاده کرد.

• 4. ترموکوپل نوع T :

این ترموکوپل از مس Cu و آلیاژ Cu-Ni  (کنستانتان Constantan) ساخته می-شود.

رنج عملکرد دمایی این نوع ترموکوپل، بین −250 °C و 400°C  است.

این ترموکوپل نسبتا ارزان و برای کاربردهای با دمای پایین مناسب است و در برابر رطوبت مقاوم است.

حساسیت این ترموکوپل، 46 µV/°C  است.

ترموکوپل نوع T در صنعت به دلایل زیر بیشتر مورد استفاده می گیرد :

نسبت به تمام انواع ترموکوپل خطی تر است

رنج درجه حرارت مناسبی دارد

همچنین از حساسیت خوبی برخوردار است

• 5.    ترموکوپل نوع N :

این ترموکوپل از فلزهای Ni-Cr-Si (به نام تجاری نیکروسیل) و Ni-Si-Mg (به نام تجاری نیسیل  Nisil) ساخته می شود.

محدوده دمائی آن بین -270°C و +1300 °C  است.

حساسیت این ترموکوپل، 30 µV/°C  است و معمولا در دماهای بالا مورد استفاده قرار می گیرد.

همچنین تحمل این سنسور در برابر اکسید شدن در دماهای بالا بهتر نوع K می باشد.

• 6.    ترموکوپل نوع  R،  S و B :

این ترموکوپل ها با استفاده از Pt-Rh (پلاتین – رادیوم) با ترکیبات مختلف ساخته می شود

(تفاوت این سه نوع در میزان پلاتین آنهاست).

قیمت آنها بالا و حساسیت آن بسیار کم و در حدود10  µV/°C  و محدوده دمایی آن تقریبا  -50 °C و +1750 °C است.

انواع این ترموکوپل ها در اندازه گیری با دمای بالا بطور مثال در صنعت شیشه و فولاد به کار می روند.

پارامترهای مهم جهت انتخاب ترموکوپل :

E (-40 to 900°C) J(-180 to 800°C) K(-250 to 1300°C) R(-50 to 1700°C) S(-50 to 1750°C) T(-250 to 400°C) B(0 to 1800°C) N(-270 to 1300°C)	نوع ترموکوپل و رنج دمایی آن
2سیمه 3سیمه 4سیمه	تعداد سیم ها
خروجی سنسوری (mV)  ولتاژ/ جریان (دارای ترانسمیتر)	خروجی
مثال : 1 متر یا بیشتر	متراژ کابل رابط- پروب
مثال : 8mm- 5cm	سایز المان(قطر و طول )

معمولا استانداری برای تعیین رنگ کابل ترموکوپل ها می باشد که بطور مثال طبق استاندارد آمریکا در شکل زیر آورده شده است :

ترموکوپل صنعتی چیست؟

ترموکوپل یکی از انواع تجهیزات ابزاردقیق می باشد

که جهت اندازه گیری دما در صنایع مختلف و در رنج های مختلف دمایی مورد استفاده قرار می گیرد.

ترموکوپل از اتصال دو فلز غیر هم جنس و معمولا به صورت سیم ساخته می شود.

این فلزات از یک طرف بهم تابیده شده و بهم جوش می خورند،

(جهت جلوگیری از تنش مکانیکی دو فلز) و نقطه گرم (Hot Junction) یا اندازه گیری را تشکیل می دهند.

اثر ترمو الکتریسيته و کاربرد آن در ترموکوپل

این پدیده توسط سی بک در سال 1821 کشف شد.

او متوجه شد هرگاه دو انتهای دو رشته سيم غير هم جنس را به یکدیگر وصل کرده و نقطه اتصال را حرارت دهيم در این محل

یک اختلاف پتانسيل الکتریکی که به آن پتانسيل تماس یا ولتاژ سيبک می گویند به وجود می آید.

در صورتی که دمای اتصالات تشکيل شده با یکدیگر متفاوت باشد جریانی در سيم ها جاری خواهد شد.

در شکل زیرنمایش کلی ترموکوپل (پدیده ترموالکتریک) نمایش داده شده است.

بنابراین زمانیکه ترموکوپل در مجاورت سیالی که قرار است اندازه گیری دمای آن را انجام دهد قرار می گیرد،

اعمال حرارت به نقطه اتصال دو فلز  در اثر پدیده سیبک باعث ایجاد ولتاژ کوچکی بین دو فلز در طرف دیگر می شود.

در این نقطه که به ترنسمیتر یا ولت متر متصل می شود اتصال مرجع یا سرد تشکیل می شود.

این اختلاف پتانسیل در ولتمتر محاسبه و به درجه حرارت نسبت به ترموکوپل تبدیل می گردد.

میزان ولتاژ تولید شده متناسب با میزان دما است.

 

نمودار دما بر حسب میلی ولت تیپ های مختلف ترموکوپل

در ترموکوپل ها، رابطه بین ولتاژ و دما خطی نیست.

دمای فرآیند با توجه به مقدار ولتاژ حاصل، با خواندن از روی یک منحنی یا بوسیله جدول های ترموکوپل بدست می آید.

تصویر زیر نمودار، مقدار میلی ولت خوانده شده بر اساس دما را برای تیپ های مختلف ترموکوپل نشان می دهد: