ترموکوپل‌ها سنسورهای دمایی دقیق و پرکاربردی هستند که در صنایع مختلفی از جمله صنایع غذایی، خودروسازی و پتروشیمی مورد استفاده قرار می‌گیرند. این ابزارها قادرند تغییرات دما را به سیگنال‌های الکتریکی تبدیل کنند و به این ترتیب، امکان اندازه گیری دقیق دما را فراهم آورند.
در این مقاله قصد داریم به بررسی دقیق اجزای ترموکوپل بپردازیم و مهم‌ترین نکاتی که هنگام خرید این ابزارها باید مدنظر قرار داد را به طور جامع تشریح کنیم. با مطالعه این مقاله شما به عنوان یک مهندس یا تکنسین، قادر خواهید بود تا با آگاهی کامل، ترموکوپل مناسب برای کاربرد خود را انتخاب کرده و از آن در فرآیند های اندازه‌گیری دما بهره برداری بهینه ای داشته باشید.
ترموکوپل چگونه کار می کند؟
هنگامی که دو سیم ناهمگن در دو انتها به هم متصل می شوند و به یکی از اتصالات دما اعمال می شود، جریان الکتریکی پیوسته ای از طریق حلقه تشکیل شده توسط دو سیم جریان خواهد یافت و ولتاژی قابل اندازه گیری تولید می کند.
با تغییر دمای منبع، ولتاژ نیز تغییر خواهد کرد. این پدیده به عنوان مدار ترمو الکتریک شناخته می شود و ولتاژ حاصل به عنوان ولتاژ سیبک (به نام توماس سیبک، که این کشف را در سال 1821 انجام داد) نامیده می شود. سطح ولتاژ تابعی از دمای اتصال و ترکیب دو فلز است. در نتیجه تغییرات ولتاژ سیبک به تغییرات دمای اتصال متناسب است.
ترموکوپل سنسوری دقیق و کارآمد است که برای اندازه گیری دمای دقیق انواع مواد و تجهیزات در صنایع مختلف مورد استفاده قرار می گیرد. این ابزار هوشمند از دو سیم فلزی با جنس متفاوت تشکیل شده که با اتصال به یکدیگر، یک مدار الکتریکی حساس به دما ایجاد می کنند.
اصلی ترین بخش ترموکوپل، محل اتصال این دو سیم فلزی است. هنگامی که این نقطه تحت تأثیر دما قرار می گیرد، ولتاژی متناسب با آن تولید می شود. این ولتاژ الکتریکی کوچک، توسط دستگاه های اندازه گیری به دمای دقیق تبدیل می شود. در واقع ترموکوپل با تبدیل تغییرات دما به سیگنال های الکتریکی، امکان اندازه گیری دقیق و سریع دما را فراهم می کند.
همچنین بخوانید : قیمت ترموکوپل صنعتی در انواع مختلف
به طور کلی عملکرد ترموکوپل ها به این صورت است که هنگامی‌که دو اتصال ترموکوپل در دماهای متفاوتی قرار گیرند، ولتاژی متناسب با این اختلاف دما تولید می شود. این ولتاژ خروجی، به عوامل مختلفی از جمله نوع فلزات به کار رفته و اختلاف دمای بین دو اتصال بستگی دارد.
انواع مختلفی از ترموکوپل ها با مواد و محدوده دمایی متنوع وجود دارند که هر کدام برای کاربرد خاصی طراحی شده اند. برای تسهیل در انتخاب ترموکوپل مناسب، استاندارد های بین المللی با کدهای رنگی مشخصی برای انواع مختلف ترموکوپل ها تعریف شده است.
از جمله رایج ترین انواع ترموکوپل ها می توان به ترموکوپل های نوع J، T و K اشاره کرد که به ترتیب از آلیاژهای آهن-کنستانتان، مس-کنستانتان و نیکل-کروم ساخته شده اند. با این حال لازم به ذکر است که ولتاژ خروجی ترموکوپل‌ها بسیار کوچک بوده و معمولاً در حد چند میلی ولت است.
بنابراین برای تقویت این سیگنال ضعیف و تبدیل آن به یک سیگنال قابل استفاده، به تقویت‌کننده های الکترونیکی نیاز است. ترموکوپل‌ها به دلیل سادگی، دقت، قابلیت اطمینان و هزینه مناسب در صنایع مختلف از جمله صنایع نفت و گاز، پتروشیمی، صنایع غذایی و صنایع خودروسازی به طور گسترده مورد استفاده قرار می گیرند.
معرفی کامل اجزای ترموکوپل
ترموکوپل‌ها سنسورهای حرارتی پرکاربردی هستند که بر اساس اصل ترمو الکتریک عمل می کنند. به زبان ساده تر و همانطور که گفتیم، زمانی که دو فلز ناهمگن به هم متصل شوند و در معرض اختلاف دما قرار گیرند، ولتاژی متناسب با این اختلاف دما تولید می شود. این ولتاژ سیگنالی است که به ما امکان می دهد تا دما را با دقت بسیار بالا اندازه‌گیری کنیم. در ادامه مطلب اجزای ترموکوپل را به طور کامل در ساختمان بیرونی و داخلی ان معرفی می کنیم.
- سیم های ترموکوپل: اصلی ترین قسمت از اجزای ترموکوپل سیم های رسانای الکتریکی هستند که از دو فلز متفاوت تشکیل شده اند. این سیم‌ها ولتاژ ترموالکتریک را تولید کرده و به سمت مدار اندازه‌گ یری هدایت می کنند.
- عایق ایزولاتور: برای جلوگیری از اتصال کوتاه و نویزهای الکتریکی، سیم‌های ترموکوپل توسط یک لایه عایق بسیار مقاوم پوشیده می‌شوند. این عایق تضمین می کند که سیگنال خروجی ترموکوپل دقیق و پایدار باشد.
- ترمینال یا ترانسمیتر: در انتهای سیم های ترموکوپل، ترمینال یا ترانسمیتری قرار دارد که وظیفه اتصال ترموکوپل به مدار اندازه گیری را بر عهده دارد. این قطعه سیگنال الکتریکی تولید شده توسط ترموکوپل را به شکلی قابل فهم برای دستگاه اندازه گیری تبدیل می کند.
- غلاف محافظ: غلاف محافظ، پوسته ای است که از سیم های داخلی ترموکوپل محافظت می کند. این غلاف معمولاً از مواد مقاوم در برابر حرارت، خوردگی و فشار ساخته می‌شود. انتخاب نوع غلاف، به شرایط محیطی که ترموکوپل در آن قرار می گیرد بستگی دارد.
- هد: هد یا سر ترموکوپل، محل اتصال سیم های داخلی به غلاف محافظ است. این قسمت نقش بسیار مهمی در انتقال حرارت از محیط به سیم های ترموکوپل ایفا می کند.
- گلند: گلند قطعه ای است که برای آب بندی و محکم کردن ترموکوپل در محل نصب استفاده می شود. گلند از نفوذ رطوبت، گرد و غبار و سایر آلودگی ها به داخل ترموکوپل جلوگیری می کند.
همچنین بخوانید : انواع ترموکوپل صنعتی (مقایسه + کاربرد)
ساختمان ترموکوپل ترکیبی هوشمندانه از اجزای ساده و در عین حال حیاتی است که به این سنسور امکان می دهد تا در طیف گسترده ای از کاربرد های صنعتی و علمی مورد استفاده قرار بگیرد. با درک دقیق ساختمان داخلی و بیرونی و شناخت اجزای ترموکوپل، می‌توانیم مناسب ترین نوع ترموکوپل برای هر کاربرد خاص را انتخاب کرده و از عملکرد دقیق و پایدار آن اطمینان حاصل کنیم.
عوامل تاثیرگذار روی دقت اندازه گیری ترموکوپل ها
ترموکوپل‌ها ابزارهای بسیار پرکاربردی برای اندازه گیری دما هستند، اما دقت اندازه گیری آن‌ها تحت تأثیر عوامل مختلفی قرار می گیرد. درک این عوامل به انتخاب و استفاده صحیح از ترموکوپل‌ها کمک شایانی می کند. در ادامه مطلب مهم ترین عوامل اثر گذار روی میزان دقت ندازه گیری ترموکوپل را ذکر می کنیم.
- نوع ترموکوپل: هر نوع ترموکوپل (K، J، T، S و …) دارای محدوده دمایی، دقت و مقاومت در برابر خوردگی متفاوتی است. انتخاب نوع مناسب ترموکوپل بر اساس شرایط محیطی و محدوده دمایی مورد نظر بسیار مهم است.
- جنس غلاف: غلاف ترموکوپل باید از ماده‌ای انتخاب شود که در برابر شرایط محیطی مانند دما، فشار، خوردگی و سایش مقاوم باشد. جنس غلاف بر سرعت پاسخ دهی و دقت ترموکوپل تأثیرگذار است.
- قطر سیم‌های ترموکوپل: قطر سیم های ترموکوپل بر مقاومت الکتریکی و زمان پاسخ دهی آن تأثیر می گذارد. سیم های با قطر کمتر سریع تر به تغییرات دما پاسخ می دهند اما مقاومت الکتریکی بالاتری دارند.
- طول سیم‌های ترموکوپل: طول سیم‌های ترموکوپل بر افت ولتاژ و نویز تأثیر می گذارد. افزایش طول سیم‌ها باعث افزایش افت ولتاژ و کاهش دقت می شود.
- اتصالات و کانکتورها: کیفیت اتصالات و کانکتورها بر دقت اندازه گیری تأثیرگذار است. اتصالات نامناسب باعث ایجاد مقاومت الکتریکی اضافی و نویز می شوند.
- جبران سازی دمای سرد: دمای محل اتصال سرد ترموکوپل بر ولتاژ خروجی آن تأثیر می گذارد. برای افزایش دقت، باید دمای محل اتصال سرد را ثابت نگه داشت یا از مدارهای جبران سازی استفاده کرد.
- نویز الکتریکی: نویزهای الکتریکی محیطی می توانند بر سیگنال خروجی ترموکوپل تأثیر گذاشته و دقت اندازه گیری را کاهش دهند.
- کالیبراسیون: کالیبراسیون منظم ترموکوپل ضروری است تا از دقت اندازه‌گیری آن‌ها اطمینان حاصل شود.
- سرعت تغییرات دما: ترموکوپل برای اندازه گیری تغییرات سریع دما مناسب نیست و زمان مشخصی برای پاسخ دهی به تغییرات دما نیاز دارد.
- اثرات حرارتی محیط: عواملی مانند تابش حرارتی، همرفت و هدایت حرارتی می‌توانند بر دقت اندازه گیری تأثیر بگذارند.
نکات مهم انتخاب و خرید ترموکوپل مناسب
انتخاب ترموکوپل مناسب، کلیدی برای اندازه‌گیری دقیق دما در صنایع مختلف است. با توجه به تنوع ترموکوپل‌ها، این سوال مطرح می‌شود که چگونه می‌توان بهترین گزینه را انتخاب کرد؟
- بازه دمایی: هر ترموکوپل برای بازه دمایی خاصی طراحی شده است. مثلاً ترموکوپل نوع K برای بازه دمایی گسترده ای مناسب است، در حالی که ترموکوپل نوع T برای دماهای بسیار پایین ایده آل است.
- مقاومت شیمیایی: محیط کاری ترموکوپل تعیین می کند که چه نوع پوشش یا آلیاژی برای مقاومت در برابر خوردگی لازم است.
- مقاومت در برابر لرزش و سایش: در محیط های پرلرزش یا ساینده، ترموکوپل باید استحکام کافی داشته باشد.
- زمان پاسخگویی: برای فرآیندهایی که به اندازه‌گیری سریع دما نیاز دارند، ترموکوپل با اتصال باز گزینه مناسبی است.
- نیازمندی های نصب: ابعاد، نوع اتصال و سازگاری با تجهیزات موجود از دیگر عوامل مهم در انتخاب ترموکوپل هستند.
برای انتخاب بهترین اجزا ترموکوپل ابتدا باید مشخص کنید که ترموکوپل در چه صنعتی و برای چه فرآیندی مورد استفاده قرار خواهد گرفت. سپس با توجه به محدوده دمایی مورد نظر، ترموکوپل مناسب را انتخاب کنید. بسته به اینکه سرعت پاسخگویی، مقاومت در برابر خوردگی یا ایزولاسیون الکتریکی برای شما مهم‌تر است، اتصال باز، زمین‌شده یا زمین نشده را انتخاب کنید. همچنین مقاومت ترموکوپل در برابر مواد شیمیایی، لرزش و سایش را بررسی کنید. در نظر داشته باشید که ترموکوپل انتخابی باید با تجهیزات موجود سازگار باشد.
انتخاب ترموکوپل مناسب، نیازمند توجه به جزئیات و در نظر گرفتن عوامل مختلفی است. با در نظر گرفتن این عوامل و مشورت با کارشناسان، می‌توانید ترموکوپلی را انتخاب کنید که به طور دقیق و پایدار دمای مورد نظر را اندازه‌گیری کند.