ترموکوپل چیست؟ کاربرد انواع ترموکوپل

به زبان ساده از بهترین و پرکاربردترین سنسورها برای اندازه‌گیری دما است. ترموکوپل وسیله‌ای الکتریکی که از دو ماده رسانای الکتریکی غیر هم جنس متصل به هم تشکیل شده است، که با گرم شدن محل اتصال آن‌ها الکتریسیته تولید می‌شود.

خود واژه ترموکوپل به معنی {جفت حرارتی} است. یکی از ابزارهای بسیار پرکاربرد در انجام  پروژه‌ها، که در حقیقت نوعی مواد الکتریسیته است که از دو فلز ناهم سان ساخته شده و به هم متصل هستند. در سایت تهران المنت به بقیه مقاله‌های لوازم حرارتی و المنت‌ سازی به‌صورت مفصل اشاره شده است.

 

برای تولید برق باید محل اتصال دو فلز را حرارت داد؛ در این صورت در دو سر دیگر که آزاد هستند، برق تولید می‌شود. متداول‌ترین تجهیز جهت اندازه‌گیری‌های الکتریکی دما در صنعت به حساب می‌آیند.

مکانیزم ترموکوپل بر اساس  پدیده {سی بک – seebeck} یا ترموالکتریک انجام می‌شود، که اختلاف دما بین دو نقطه را به ولتاژ تبدیل می‌کند. اگر ترموکوپل‌ها به درستی نصب و راه‌اندازی شوند، می‌توانند در رنج دمایی گسترده‌ای فعالیت کنند.

ترموکوپل چگونه کار میکند

• ایجاد اختلاف دما: هنگامی که یک سر ترموکوپل (اتصال گرم) در معرض دمای بالاتری نسبت به سر دیگر (اتصال سرد) قرار می‌گیرد، بین الکترون‌های آزاد در دو فلز اختلاف پتانسیل ایجاد می‌شود.
• تولید ولتاژ: این اختلاف پتانسیل باعث ایجاد جریان الکتریکی کوچکی می‌شود که ولتاژی متناسب با اختلاف دما تولید می‌کند.
• اندازه‌گیری ولتاژ: ولتاژ تولید شده توسط ترموکوپل توسط یک دستگاه اندازه‌گیری (مانند میلی‌ولت متر) اندازه‌گیری می‌شود.
• محاسبه دما: با استفاده از جداول تبدیل، ولتاژ اندازه‌گیری شده به دمای اتصال گرم تبدیل می‌شود.

ساختار ترموکوپل

ترموکوپل یک حسگر دمایی است که از اتصال دو فلز مختلف تشکیل شده است. هنگامی که این دو فلز در دمای متفاوتی قرار گیرند، ولتاژی متناسب با اختلاف دما تولید می‌شود. این ولتاژ را می‌توان اندازه‌گیری کرد و با استفاده از یک جدول تبدیل، دمای مورد نظر را به دست آورد.

اجزای اصلی یک ترموکوپل:

1. دو فلز ناهمگن: این دو فلز، قلب ترموکوپل هستند. انتخاب نوع فلز به بازه دمایی مورد نظر، دقت مورد نیاز و محیط کار بستگی دارد. فلزات رایجی که در ترموکوپل‌ها استفاده می‌شوند عبارتند از: کرومل، آلومل، مس، کنستانتان، نیکل، و آلیاژهای مختلف.
2. اتصال گرم (Hot Junction): محل اتصال فیزیکی دو فلز ناهمگن است. این نقطه به طور مستقیم در معرض دمایی قرار می‌گیرد که قصد اندازه‌گیری آن را داریم.
3. اتصال سرد (Cold Junction): محل اتصال سیم‌های ترموکوپل به دستگاه اندازه‌گیری است. دمای این نقطه باید به صورت دقیق اندازه‌گیری شود و برای محاسبه دمای واقعی در اتصال گرم استفاده شود.
4. عایق: برای جلوگیری از اتصال کوتاه و تأثیر عوامل خارجی بر روی سیگنال الکتریکی، سیم‌های ترموکوپل با عایقی مناسب پوشیده می‌شوند.
5. غلاف محافظ: در بسیاری از کاربردها، ترموکوپل‌ها در یک غلاف محافظ قرار می‌گیرند تا از آسیب‌های فیزیکی و شیمیایی محافظت شوند.

انواع ترموکوپل

ترموکوپل‌ها بر اساس جنس فلز و آلیاژ انواع مختلفی دارند، که آن‌ها را برای شما بازگو می‌کنیم:

ترموکوپل نوع k:

این ترموکوپل از سیم فلزی Ni-Cr نام تجاری کرومل و Ni-Al نام تجاری آلومل ساخته شده است. ارزان قیمت و از پرکاربردترین نوع ترموکوپل است. ترموکوپل نوع k به خاطر استفاده از مس، خاصیت ضد اکسیداسیون دارد، به همین دلیل برای استفاده در کوره‌ها که اکسیداسیون رخ می‌دهد، مناسب است.

محصولات دیگر که در تهران المنت تولید می‌شود: المنت سرامیکی

ترموکوپل نوع J:

این ترموکوپل از فلز آهن {Fe و آلیاژهای مس {Cu} – نیکل Ni {کنستانتان} ساخته می‌شود. به دلیل اکسید شدن آهن، این ترموکوپل در صنایع قالب‌ریزی پلاستیک استفاده می‌شود. این نوع ترموکوپل بهتر است به علت وجود آهن در مکان‌هایی که امکان اکسیداسیون وجود دارد، استفاده نشود.

ترموکوپل نوع E:

این ترموکوپل از فلزات Ni-Cr نام تجاری کرومل و Cu-Ni کنستانتان، ساخته می‌شود. می‌توان از آن در کاربردهای خلاء و مواردی که سنسور در آن حفاظت شده، استفاده کرد.

ترموکوپل نوع T:

این نوع ترموکوپل از مس Cu و آلیاژ  Cu-Ni کنستانتان تولید می‌شود. نسبتا ارزان بوده و برای کاربردهای با دمای پایین مناسب است. در برابر رطوبت مقاوم است. به دلیل خطی بودن نسبت به تمام انواع ترموکوپل، رنج درجه حرارت مناسب و دارا بودن حساسیت خوب، زیاد در صنایع مورد استفاده قرار می‌گیرد.

ترموکوپل نوع N:

این نوع ترموکوپل از فلزهای Ni-Cr-Si نام تجاری نیکروسیل و Ni-Si-Mg نام تجاری نیسیل، ساخته می‌شود. در دماهای بالا کاربرد دارند. تحمل این سنسور در برابر اکسیدشدن در دماهای بالا بهتر از نوع K است.

ترموکوپل نوع B, R, S:

این ترموکوپل‌ها با استفاده از  Pt-Rh {پلاتین-رادیوم} با ترکیبات مختلف ساخته می‌شوند. قیمتشان بالاست و حساسیت آن‌ها بسیار کم است. در اندازه‌گیری با دمای بالا مانند: صنعت شیشه و فولاد کاربرد دارند.

این ترموکوپل‌ها بسته به کاربردشان دارای ظاهری متفاوت هستند؛ برای مثال: ترموکوپل غلاف‌دار به همراه کلاهک برای نصب ترانسمیتر، مناسب در کاربردهای صنعتی است.

محصولات دیگر که در تهران المنت تولید می‌شود: المنت سردخانه

ترموکوپل پرابی: به علت داشتن متراژ متفاوت سیم، مناسب برای مکان‌های دور از دسترس است.

ترموکوپل پرابی پرتابل: مناسب برای تست و تجهیزات پرتابل است.

ترموکوپل سیمی: برای اندازه‌گیری در دماهای زیر ۲۵۰ درجه سانتیگراد مناسب است.

ترموکوپل سطحی: مناسب برای اندازه‌گیری دمای سطح مثل کوره است.

بیشترین کاربرد ترموکوپل‌ها در کدام صنایع است؟

ترموکوپل‌ها چون دارای نمونه‌های مختلفی با رنج دمایی متفاوت هستند؛ از خاصیت‌هایی همچون: ضد خورندگی، ضد انفجار، ضد اسید و… نیز برخوردارند.

توانایی این را دارند که در صنایع زیادی از جمله: نفت و گاز پتروشیمی، کشتی سازی، داروسازی، شیمیایی، سیمان، فولاد و ریخته‌گری، معدن، صنایع غذایی و نوشیدنی، پلاستیک، خودروسازی، شیشه و سرامیک، کوره، دفع زباله، سردخانه، نیروگاه‌های برق، نظارت بر آلاینده و نظارت بر ابزار و لوازم صنعتی مورد استفاده قرار گیرند.

نکته: مهمترین کاربرد آن‌ها در صنایع تولید لوازم گازسوز است. به این صورت است که از ترموکوپل برای ایمنی تجهیزات گازسوز استفاده می‌کنند. (در مواردی که شعله گاز به دلایلی مثل باد خاموش می‌شود، جهت قطع جریان گاز و جلوگیری از انتشار آن استفاده می‌شود.)

هنگام انتخاب ترموکوپل باید به این موارد دقت کنید

زمانی که قرار است سنسور اندازه‌گیری بخرید، باید فاکتورهای زیر را در نظر بگیرید، تا انتخابی مطمئن داشته باشید:

• تیپ ترموکوپل
• رنج دمایی ترموکوپل
• طول ترموکوپل
• جنس غلاف ترموکوپل
• دقیق بودن ترموکوپل
• اتصال ترموکوپل
• مقاومت در برابر سایش و تکان
• ترموکوپل انتخابی ما با دیگر قطعات همخوانی دارد یا خیر؟

ترموکوپل‌ها چه مزایایی دارند؟

1. مهمترین مزایای ترموکوپل‌ها عبارت است از:
2. قیمت مناسب
3. سادگی آن‌ها
4. استحکام و دوام بالا جهت مصرف صنعتی
5. دقت بالای آن‌ها
6. محدوده‌ی اندازه‌گیری دمایی وسیع
7. اندازه‌گیری دماهای بین ۱۸۰- تا ۱۸۰۰ سانتیگراد در شرایط محیطی متفاوت
8. عملکرد خطی آن‌ها در محدوده اندازه‌گیری

نکته: از معایب این سنسورها، غیر خطی بودن آن‌ها است، که البته این عیب نیست! زیرا اگر چنین نبود نمی‌توانست رنج وسیع دمایی را پوشش دهد.

محصولات دیگر که در تهران المنت تولید می‌شود: المنت برقی