به گزارش خبرگزاری این سایت، معادل فارسی ترموکوپل عبارتست از “اِلمان حسگر دما”، “حسگر دمای ترموالکتریکی”، “جفت گرمایی”، “گرماجفت” ، ” بندآور”.
اساس کار دماسنج ترموکوپل چیست؟
اساس کار دماسنج ترموکوپل (Temperature Sensor)، به اتصال دو فلز مختلف یا ناهمنوع در یک انتها متکی است. هنگامی که این اتصال داغ یا گرم می شود، اختلاف پتانسیلی در دو انتهای آزاد آن ایجاد می شود که متناسب با اختلاف دمای بین دو سر است. حسگر دما ترموکوپل (Thermocouple)، یکی از مهم ترین سنسورهایی است که برای اندازه گیری دما در متنوع ترین بخش های صنعتی استفاده می شود. آنها حسگرهای ساده، قوی و کم‌هزینه‌ای هستند که در متنوع‌ترین فرآیندها مورد استفاده قرار می‌گیرند، زیرا توانایی اندازه‌گیری آنها می‌تواند در طیف وسیعی از دماها اعمال شود. ترموکوپل ها سنسورهایی هستند که برای اندازه گیری دما از 200- تا 2000+ مناسب هستند. آنها پرکاربردترین سنسورهای دما در جهان هستند.
کمیت فیزیکی دما همیشه برای بشریت بسیار مهم بوده است، یکی از ارکان تکامل ما بوده و به امنیت، بقا و حتی رفاه کمک کرده است. امروزه تأثیر عمیقی بر زندگی روزمره ما دارد، چه در اندازه گیری دمای محیط، دمای بدن، تجهیزات الکتریکی و الکترونیکی، دمای موتورهای احتراقی و به ویژه در فرآیندهای صنعتی.
ما می‌توانیم دما را به‌عنوان درجه هم‌زدگی حرارتی مولکول‌هایی که مواد را تشکیل می‌دهند، تصور کنیم، و بزرگی فیزیکی اجازه می‌دهد تا ارزیابی درونی یک جسم، که دومین جسم پرکاربرد در جهان است، تنها با از دست دادن زمان انجام شود.
در بخش بالا درباره موضوع سنسور دما ترموکوپل چیست و چگونه کار می کند را به شما عزیزان توضیح دادیم. در ادامه به بررسی انواع این تجهیزات و موضوعات دیگر در مورد سنسور دما ترموکوپل خواهیم پرداخت.
تمام فرآیندهای صنعتی مدرن در نقطه‌ای از زنجیره تولید از اندازه‌گیری و کنترل دما بهره می‌برند و کنترل مورد نیاز قوانین فعلی را فراهم می‌کنند.
3 روش معمول برای اشاره به اندازه گیری اعتدال در پروسه های فرآیند وجود دارد:
- دماسنج: اندازه گیری دما
- پیرومتری: اندازه گیری دماهای بالا
- کرایومتری: اندازه گیری دمای پایین
در مورد اصول فیزیکی جفت حرارتی یا دماسنج ترموکوپل در ویکی پدیا بیشتر بدانید:
https://en.wikipedia.org/wiki/Thermocouple
اثر Seebeck
واکنش الکتریکی به طور تصادفی در سال 1821 توسط فیزیکدان استونیایی توماس سیبک کشف شد. هنگامی که او متوجه شد که در یک مدار بسته متشکل از دو هادی مختلف A و B، تا زمانی که اختلاف دما DT بین اتصالات آنها وجود داشته باشد، گردش جریان رخ می دهد.
اتصال اندازه گیری را Tm و دیگری را مفصل مرجع Tr می نامیم. وجود نیروی الکتروموتور AB در مدار به عنوان اثر Seebeck شناخته می شود.
تا زمانی که دمای اتصال مرجع ثابت بماند، تأیید می‌شود که e.m.f. تابعی از دمای Tm اتصال آزمایشی است و بنابراین این واقعیت به زوج ترموالکتریک اجازه می دهد تا به عنوان دماسنج استفاده شود.
انواع دماسنج ترموکوپل چیست
حسگر دما یا دماسنج ترموکوپل در انواع مختلف یا کالیبراسیون موجود هستند، مهم است که سنسور ترموکوپل مناسب را برای برنامه خود با دقت انتخاب کنید.
حسگر دما ترموکوپل نوع B
ویژگی های بسیار مشابهی با مدل های R و S دارد. با این حال ، آنها به دلیل حساسیت پایین تر ، به طور کلی فقط برای اندازه گیری دمای بالاتر از 300 درجه سانتیگراد ، تا 1800 درجه سانتیگراد استفاده می شوند.
همچنین ممکن است برای استفاده خلاء کوتاه مدت مناسب باشد. با این حال ، نباید از آن در کاهش یا جوهای حاوی بخار ، اعم از فلزی یا غیر فلزی استفاده شود. این دستگاه نباید مستقیماً در لوله محافظ فلزی زیرین قرار داده شود و نیاز به استفاده از عایق های سرامیکی با آلومینا بالا و لوله های محافظ دارد.
سنسور ترموکوپل نوع E
می توان از آن در اتمسفرهای اکسید کننده، بی اثر یا خلاء استفاده کرد. با این حال ، تناوب بین اکسیداسیون و کاهش جو نشان داده نشده است.
در مقایسه با سایر ترموکوپل های رایج، ظرفیت ترموالکتریک بیشتری دارد که برای کسانی که می خواهند تغییرات دمایی کوچک را تشخیص دهند بسیار مفید است.
دماسنج ترموکوپل نوع J
می توان از آن در اتمسفرهای کاهنده، خنثی یا اکسید کننده استفاده کرد. با این حال، استفاده از آنها در اتمسفرهایی با محتوای رطوبت بالا و همچنین در دماهای پایین توصیه نمی شود، زیرا ترموکوپل JP می تواند شکننده شود.
جفت حرارتی نوع K
به دلیل استفاده عمومی از آن متمایز می شود. هزینه پایینی دارد و به دلیل محبوبیت آن در متنوع ترین پروب ها موجود است. دامنه دمای تحت پوشش این محصول از -200 درجه سانتیگراد تا 1200 درجه سانتیگراد متغیر است.
ترموکوپل نوع N
پایداری و مقاومت بیشتر آن در برابر اکسیداسیون در دماهای بالا، آن را برای اندازه گیری در دماهای بالا بدون توسل به ترموکوپل های حاوی پلاتین (نوع B، R و S) مناسب تر می کند. این طراحی شده است که یک “تکامل” از نوع K باشد.
ترموکوپل نوع S
می توان از آن در اتمسفرهای بی اثر یا اکسید کننده استفاده کرد. در مواجهه با دماهای بالا در طول زمان از شاخص پایداری خوبی برخوردار است و شایان ذکر است که نسبت به ترموکوپل های غیر پلاتینیومی بالاتر است.
البته ترموکوپل های این دستگاه نباید در معرض اتمسفرهای کاهنده یا دود فلز قرار گیرند. نشانه این است که مستقیماً در لوله های محافظ فلزی قرار نمی گیرد، بلکه ابتدا در یک لوله محافظ سرامیکی با مشخصات زیر قرار می گیرد: ساخته شده از آلومینا با خلوص بالا (Al2O3) (99.7%)، با نام تجاری Type 799 (قدیمی 710).
البته لازم به ذکر است که لوله های سرامیکی با محتوای 67 درصد لومینا در بازار موجود است که نوع 610 نامیده می شود، اما برای ترموکوپل های پلاتین توصیه نمی شود.
دماسنج ترموکوپل نوع T
برای اتمسفرهای بی اثر، اکسید کننده یا کاهنده نشان داده شده است. به دلیل یکنواختی زیاد که با آن می توان مس را پردازش کرد، دقت خوبی دارد.
در دمای بالای 300 درجه سانتی گراد اکسیداسیون مس بسیار شدید می شود که باعث کاهش عمر مفید آن و ایجاد انحراف در منحنی پاسخ اولیه می شود.
دماسنج ترموکوپل نوع R
آنها دارای مشخصات مشابه ترموکوپل های نوع S هستند و برای اندازه گیری دما تا 1600 درجه سانتیگراد مناسب هستند، اما به دلیل هزینه بالاتر استفاده از آنها در صنایع عمومی رایج نیست.
تفاوت بین ترموکوپل و RTD چیست؟
دو نوع ترموکوپل به طور گسترده برای اندازه گیری دما استفاده می شود: ترموکوپل ها و مقاومت های حرارتی. با وجود شباهت نام ها، هر یک از آنها ویژگی ها و عملکردهای خاص خود را دارند.
ترموکوپل ها انرژی حرارتی را به انرژی جنبشی تبدیل می کنند و برای دماهای بالا تا 1700 درجه سانتیگراد مناسب هستند. آنها کم هزینه هستند و در متنوع ترین فرآیندها و در محدوده دمایی وسیع استفاده می شوند.
در حالی که حسگرهای دمای مقاومتی با دقت بالا و قابلیت تکرار خواندن خوب هستند، بر اساس اصل تغییر مقاومت الکتریکی یک فلز به عنوان تابعی از دما.
به طور کلی نسوز از پلاتین ساخته می شود، اما می توان از مواد دیگری مانند نیکل نیز استفاده کرد و محدوده کاربرد آن از 200- تا 650+ درجه سانتی گراد است.
با پنج مزیت اصلی ترموکوپل نسبت به جسگر مقاومتی (RTD) آشنا شوید.
- هزینه کمتر در مقایسه با RTD در همان محدوده
- محدوده دمایی بزرگتر از دماسنج های مقاومتی
- زمان پاسخگویی بهتر
- از نظر مکانیکی قوی تر
- می توان از آن در مکان هایی با لرزش زیاد استفاده کرد
چگونه دماسنج ترموکوپل مناسب را انتخاب کنیم؟
ضروری است که در رابطه با برنامه به درستی شناسایی شود. استفاده از حسگرهایی با ویژگی‌های نامناسب می‌تواند منجر به خطاهای اندازه‌گیری، خرابی فرآیند و کاهش عمر مفید شود.
مهندسان ما 5 نکته را برجسته می کنند که باید در نظر گرفته شود:
- برنامه کاربردی که در آن نصب خواهد شد را با جزئیات مشخص کنید
- تغییرات دما را در مکانی که ترموکوپل در معرض آن قرار می گیرد به دقت تجزیه و تحلیل کنید
- هر گونه مقاومت شیمیایی که ممکن است ترموکوپل در حین کار تجربه کند را به دقت ارزیابی کنید.
- نیاز به مقاومت در برابر سایش و/یا لرزش را در نظر بگیرید
- فهرستی از تمام الزامات نصب ایجاد کنید (به سازگاری با تجهیزات موجود توجه داشته باشید؛ سوراخ های موجود ممکن است قطر پروب را مشخص کنند و غیره)
اهمیت کالیبره کردن سنسور دما
انتخاب سنسور مناسب به اندازه کالیبراسیون صحیح آن مهم است. از طریق آن، ما می توانیم بررسی کنیم که آیا ابزار با اندازه فیزیکی شناخته شده یا استاندارد شده و خوانش های آن مطابقت دارد یا خیر.
کالیبراسیون باید از استانداردهای بازار مانند اعتبار RBC CGCRE (اعتباربخشی عمومی)، ABNT NBR ISO/IEC 17025 و غیره پیروی کند.
نتیجه گیری
در این مقاله در باب موضوع دماسنج ترموکوپل چیست و چگونه کار می کند و همچنین معادل فارسی ترموکوپل صحبت کردیم.
