یک راه بسیار ساده برای اندازه‌گیری دما، ترموکوپل است؛ که انواع مختلفی دارد و در بسیاری از موارد مانند صنعت، نفت، خوراکی و … می‌توان از آن استفاده کرد. ترموکوپل‌ها با تبدیل اختلاف دمای میان دو نقطه به ولتاژ، آن را به یک پارامتر قابل اندازه‌گیری تبدیل می‌کنند. حال آیا شما می‌خواهید بدانید نحوه کار ترموکوپل چگونه است، چطور باید آن را تنظیم کنید و از چه چیزی تشکیل شده است، در جای درستی هستید. ما در این مقاله به تمامی این سوالات پاسخ داده‌ایم.
نحوه کار ترموکوپل چگونه است؟
نحوه کارترموکوپل، بر اساس یک قضیه فیزیکی است؛ که در آن هر گاه دو فلز ناهمسان به یکدیگر متصل شوند. هنگامی‌که نقطه‌ی اتصال این دو فلز حرارت داده شود، جریان کمی در نقطه اتصال این دو فلز به وجود می‌آید، که تابع دما آن نقطه است. این جریان موجب ایجاد ولتاژ می‌شود.
اگر بخواهیم نحوه کار ترموکوپل را به صورت کامل توضیح بدهیم، باید بگوییم، در واقع ترموکوپل نوعی دماسنج است که از دو سیم ناهمسان تشکیل شده است. از یک طرف به یکدیگر جوش خورده و درون یک محفظه قرار داده شده است، که اصطلاحا به آن اتصال گرم می‌گویم. و از سر دیگر به صورت آزاد، به یک کنترلر یا اندازه‌گیر متصل می‌شوند و اصطلاحا به آن اتصال سرد می گویند. اگر به محل اتصال گرم حرارت داده شود به دلیل اثر ترموالکتریکی در سمت اتصال سرد، اختلاف پتانسیل (ولتاژ) تولید می‌شود. اين ولتاژ تابع دما است. با اندازه‌گیری آن می‌توان دما را اندازه گرفت. این موضوع که با عنوان “اثر سیبک” شناخته می‌شود؛ دمای نقطه اتصال را به یک پارامتر قابل اندازه‌گیری و نمایش، تبدیل می‌کند.
ساختار ترموکوپل
ترموکوپل انواع مختلفی دارد و در موارد بسیاری مثل صنعت، پزشکی، نفت و … کاربرد دارد. در هر یک از این موارد از ترموکوپل خاصی استفاده می‌شود. تفاوت انواع ترموکوپل در نوع الیاژ مورد استفاده در سیم ترموکوپل، درصد استفاده از آن، نوع غلاف و سایر موارد است. ساختمان ترموکوپل به طور کلی به دو بخش داخلی و خارجی تقسیم می‌شود.
داخلی: سیم، عایق ایزولاتور، ترمینال یا ترانسمیتر
خارجی: غلاف محافظ، هد، گلند
جنس غلاف ترموکوپل عموما به صورت زیر است:
- سیلیکون کارباید
- تیتانیوم
- تفلون
- شیشه‌ای
- سرامیکی
- استیل
همانگونه که در نحوه کار ترموکوپل توضیح داده شد، در ترموکوپل از دو سیم ناهمسان استفاده می‌شود، جنس این دو سیم می‌تواند از فلزات پایه یا فلزات خاص باشد. بنا بر فلز استفاده شده و رنگ سیم انواع مختلفی از ترموکوپل ساخته، و در بازار عرضه می‌شود.
انواع ترموکوپل: K, J, T, N, E, B, R, S
ترموکوپل ساخته شده بر اساس فلز پایه:K, j, T, N, E
ترموکوپل ساخته شده بر اساس فلزات خاص:B, R, S
الیاژ های مورد استفاده در انواع ترموکوپل
E : الیاژ نیکل_کروم، الیاژ نیکل_مس
N :الیاژ نیکل_کروم_سیلیسیم، الیاژ نیکل_سیلیسیم_منیزیم
T :الیاژ نیکل_مس، فلز مس
J :الیاژ نیکل_مس، فلز آهن
K :الیاژ نیکل_کروم، الیاژ نیکل _منگنز_سیلیکون _آلومینیوم
S :پلاتتین، الیاژ پلاتین_رادیوم
R :پلاتین، الیاژ پلاتین_رادیوم
B :الیاژ پلاتین_رادیوم، الیاژ پلاتین رادیوم
این آلیاژها با درصد های مختلفی ساخته می‌شوند.
در نحوه کار ترموکوپل گفتیم دو سیم دارد، این دو سیم یکی به عنوان پایانه منفی و دیگری به عنوان پایانه مثبت استفاده می‌شود. که در انواع مختلف ترموکوپل رنگ این سیم‌ها متفاوت است.
نوع k: زرد_قرمز
نوع j : سفید_قرمز jنوع
نوع S : سبز_قرمز نوع
نوع N : نارنجی_قرمز
نوع B : خاکستری_قرمز
انواع اتصال دو فلز در ترموکوپل
محل اتصال نقطه گرم در ترموکوپل به ۳ حالت ممکن است.
Ungrounded thermocouple :1
Grounded thermocouple :2
Exposed thermocouple :3
در حالت اول، در نقطه اتصال گرم، غلاف محافظت کننده موجود نمی‌باشد و همچنین به دلیل داشتن عایق کندترین پاسخ دمایی را دارد.
در حالت دوم، بر عکس حالت اول در نقطه اتصال گرم غلاف محافظت کننده موجود است. جنس غلاف از فلزی است که حرارت را می‌تواند به خوبی انتقال دهد.
در حالت سوم، انتقال گرما به ترموکوپل به صورت مستقیم است و برای گرفتن سریع‌ترین پاسخ دمایی از این حالت استفاده می‌شود.
نحوه تنظیم ترموکوپل
برای تنظیم ترموکوپل خود، شما می‌بایست این ۵ مرحله را به دقت انجام دهید.
۱: در اولین مرحله باید ترموکوپل را در داخل ترموول قرار دهید. مطمئن شوید که کابل‌های سر اتصال در حین وارد کردن، پیچ نخورد. اگر کابل‌ها شروع به چرخش کردند، سیم‌ها را از ترمینال‌ها جدا کنید. پس از پیچاندن ترموکوپل در ترموول دوباره آن‌ها را وصل کنید.
۲: برای اتصال درست و دقیق ترموکوپل به ابزاری که می‌خواهید از آن استفاده کنید، مطمئن شوید انتها سیم‌ها تمیز هستند، و تماس الکتریکی خوبی با پایانه برقرار می‌کنند.
۳: هنگام وصل کردن، سیم‌ها را با هم هماهنگ کنید تا درست باشد. سیم‌ها ترموکوپل دارای کد رنگی هستند، پایه منفی همیشه قرمز است. پایه مثبت متفاوت است.
۴: برای گرفتن یک نتیجه درست و دقیق، ترموکوپل و سیم کشش را حداقل یک فوت دورتر از جریان متناوب برق، نصب کنید.
۵: سر اتصال ترموکوپل نباید بیش از ۴۰۰ درجه باشد. بهترین نتیجه زمانی حاصل می‌شود که سر اتصال ترموکوپل تا حد امکان به دمای اتاق نزدیک باشد.
نکات کلی در ارتباط با تنظیم و نگه داری ترموکوپل
- بررسی‌های ماهانه برای نگهداری ترموکوپل کافی است، اما با این حال ممکن است نیاز به بررسی مکرر داشته باشد.
- دقت کنید هرگز از ترموکوپل با لوله محافظت کننده سوخته استفاده نکنید؛ زیرا ممکن است در این حالت ترموکوپل آسیب‌های جدی ببیند.
- هنگام قرار دادن مجدد ترموکوپل مهم است که عمق جاگذاری درست باشد و کاهش پیدا نکند.
کلام آخر
ترموکوپل امروزه نقش بسیار پررنگی در زندگی ما انسان‌ها دارد. ترموکوپل یک سنسور اندازه‌گیری دما است که از اجاق‌گاز گرفته تا وسایل پزشکی و کارخانجات، از آن استفاده می‌شود. سعی ما در این مقاله بر این بوده است که اطلاعاتی در ارتباط نحوه کار ترموکوپل، انواع آن و… در اختیار شما عزیزان قرار دهیم.
