ترموکوپل
در هنگام خرید ترموکوپل باید اطلاعات کامل و دقیقی در مورد این دستگاه‌ها داشته باشیم تا بتوانیم بهترین نوع و کارآمدترین آن را خریداری کنیم.خریداران در اغلب موارد در زمان انتخاب و خرید یک سنسور دما اطلاعات کافی و کاملی در مورد آن ندارند و فقط هدفشان خرید یک سنسور دما است.
می‌توان از سنسورهای مختلفی برای اندازه‌گیری دما استفاده کرد، البته باید به بازه دمایی و روش اندازه‌گیری نیز توجه کرد که یکی از مهمترین آنها ترموکوپل است،
شاید سؤال‌هایی در مورد خرید ترموکوپل، انواع آن، و حتی چگونگی کارکرد آن در ذهنتان وجود داشته باشد.
در ادامه باهم بررسی و مرور خواهیم کرد:
- هدف از خرید ترموکوپل چیست؟
- خدمات این نوع دستگاه‌ها کدام‌اند؟
- چگونه باید از این دستگاه استفاده کنیم؟
- انواع دستگاه ترموکوپل!
یکی از پرمصرف‌ترین و پرکاربردترین سنسورهای دمایی ترموکوپل است که در بسیاری از صنعت‌ها مورداستفاده قرار می‌گیرد.
ترموکوپل جزء سنسورهای تماسی در اندازه‌گیری دما محسوب می‌شود. به دلیل اینکه ما سنسورهای غیر تماسی دمایی نیز داریمکه بدون نیاز به اتصال یا تماس با محیط موردنظر می‌توان کمیت فیزیکی دما را با آنها اندازه‌گیری نمود. برای خرید ترموکوپل باید به یه سری از موارد دقت کنیم
ترموکوپل چیست؟
ترموکوپل سنسوری برای سنجش حرارت است که از دو سیم فلزی ناهمنام تشکیل شده که در انتها به هم متصل شده‌اندو به یک ترمومتر ترموکوپل یا دیگر دستگاه‌هایی که از ترموکوپل پشتیبانی می‌کنند وصل شده‌اند.
وقتی قسمت اتصالی دو سیم سر یا گرم شوند تولید ولتاژ می‌کنند و از این ولتاژ تولید شده می‌توان به دمای کنونی محیط مورداستفاده رسید.
این سنسورها مانند سنسورهای لیزری عمل می‌کنند. (معمولاً با IR یا مادون‌قرمز کار می‌کنند).
یکی از دلایل بیسار پرکاربرد سنسورهای ترموکوپل این است که رنج دمایی وسیعی را می‌توان با Typeهای مختلف آن برای اندازه‌گیری دما پوشش داد (مثلاً ۱۷۰۰ درجه سانتیگراد)که البته سنسور دمایی تماسی دیگری که تا این رنج دما را اندازه‌گیری کند، نمی‌توانید پیدا کنید.
از علت‌های دیگر محبوبیت خرید ترموکوپل، قیمت مناسب و دقت بالای آن است و همچنین سرعت پاسخ آن در شرایطی که سرعت تغییرات دمایی برای ما مهم است بالاست.
ترموکوپل‌ها اگر به‌درستی نصب و راه‌اندازی شوند می‌توانند در رنج دمایی گسترده‌ای فعالیت کنند.
این رنج دمایی (که به‌صورت حدودی می‌توان -۲۵۰ تا +۱۸۰۰ است.)
دلایل اصلی استفاده ترموکوپل در صنایع مختلف نیز دقت اندازه‌گیری، خاصیت‌های ضدخوردگی، ضد اسیدی، ضد انفجار و … است.
یکیاز ایرادهای این سنسور غیرخطی بودن آنها است که البته این موضوع عیب نیست، بلکه ذات این سنسور است و اگر چنین نبود نمی‌توانست رنج وسیع دمایی را برای ما پوشش دهد.
اما چون‌که در قدیم راه‌اندازی آن نسبت به سنسورهای خطی دشوارتر بود این موضوع را به‌عنوان عیب این سنسور مطرح می‌کردند و تا به امروز این لفظ روی این سنسور باقی‌مانده است.
ولی در ادامه به شما توضیح خواهم داد که با چه روش‌هایی می‌توان این سنسورهایی را که زمانی راه‌اندازی سختی داشتند،امروز به‌راحتی با دقت بسیار بالا اندازه‌گیری کرد.
ساختار ترموکوپل بدین‌گونه است که دو فلز ناهم‌جنس را در نقطه‌ای به هم وصل کرده که با ایجاد حرارت در این نقطه بارهای الکتریکی داخل این دو فلز یا آلیاژ ناهم‌جنس به حرکت درآمده و در سر آزاد این فلزها ولتاژی در حد میلی‌ولت ایجاد می‌شود.این پدیده را با عنوان‌های مختلفی ازجمله پدیده ترموالکتریک و پدیده Seebeck معرفی می‌کنند.
نکته قابل‌توجه اینجاست که مقدار جابه‌جایی بار در فلزها و میزان میلی‌ولتی که در سر آزاد این جنس فلزها در ترموکوپل تولید می‌شود به جنس فلز استفاده شده در آن بستگی دارد.
نمودار زیر میزان ولتاژ برحسب دمای انواع ترموکوپل‌ها را نشان می‌دهد که بیانگر رفتار غیرخطی ترموکوپل نیز است:
توجه: برای خرید ترموکوپل‌های مارک بخصوص می‌توانید به فروشگاه دلتا صنعت مراجعه کنید.
توجه داشته باشید که قیمت هرترموکوپل به مقدار سیم، نوع مغری، قطر و طول غلاف، کانکشن، تعداد رشته سیم و… بستگی دارد.
۱- بازه دمایی
در هنگام خرید ترموکوپل باید به بازه دمای اندازه‌گیری در پروسه دمایی توجه کرد و باید بدانیم مقدار دمایی که قرار است اندازه‌گیری شود چقدر است. برای این کار به نکات زیر توجه می‌کنیم:
حداکثر دما چقدر است؟
آیا در پروسه اندازه‌گیری دمای منفی داریم؟
اگر در پروسه اندازه‌گیری دمای منفی صفر و یا دمای بالای صفر دارید باید نوع ترموکوپل مناسب با رنج دمایی موردنظر باشد.
در جدول زیر انواع ترموکوپل و بازه دمایی آنها نشان‌داده‌شده است.
در ساخت ترموکوپل‌هایی که در دمای بالا استفاده می‌شوند، برای افزایش طول عمر معمولاً از چندلایه سرامیک استفاده می‌شود. بازه دمایی ترموکوپل در ساختار و طراحی آن تأثیر بسزایی دارد.
۲-غلاف ترموکوپل
خود سنسور ترموکوپل سنسور بسیار کوچکی است که دقیقاً در حد نقطه کو پل شدن ۲ فلز ناهم‌جنس است ولی ازآنجایی‌که این سنسور جزو سنسورهای تماسی است برای مصارف مختلف نیاز به یک اساتراکچر مناسب برای محل نصب خواهیم داشت که به آن غلاف می‌گویند.
این غلاف در سایزهای مختلف در بازار موجود استکه هنگام خرید می‌توانید سازهای مختلف موردنظر خود را خریداری کنید.
مثلاً غلاف ۵ سانتی، غلاف ۱۰ سانتی و … علاوه بر این یکی از علت‌های استفاده غلاف برای ترموکوپل‌ها، محافظت از نقطه کو پل در برابر تنش و شوک‌های مکانیکی است.
در کنار این موضوع باید به این نکته نیز توجه کنیم که سرعت پاسخ‌دهی ترموکوپل در حالت عادی بالاست ولی زمانی که از این غلاف‌ها جهت محافظت از نقطه کو پل استفاده می‌شود سرعت پاسخ‌دهی آن، تاحدودی پایین می‌آید.
باتوجه‌به نوع نصب ترموکوپل، قطر غلاف می‌تواند متفاوت باشد که در هنگام انتخاب ترموکوپل باید به آن توجه کنیم.
یکی دیگر از نکاتی که باید در خرید ترموکوپل و انتخاب آن توجه کنیم طول غلاف ترموکوپل است.
باتوجه‌به اینکه ترموکوپل تا چه اندازه باید در داخل سیال قرار بگیرد طول آن تغییر می‌کند معمولاً طول غلاف به‌اندازه ۱۰ برابر قطر غلاف در نظر گرفته می‌شود.به‌عنوان‌مثال اگر قطر غلاف ۵ میلیمتر است طول آن باید ۵۰ میلیمتر باشد.
۳-انواع ترموکوپل
نمونه دیگر از نکات قابل‌توجه در هنگام خرید ترموکوپل، سنسور ترموکوپل است.
سنسور ترموکوپل در Typeهای مختلفی در بازار موجود استکه این Typeها بر اساس جنس فلزهای بکار رفته در سنسور ترموکوپل برای اندازه‌گیری رنج‌های دمایی مختلف تقسیم‌بندی شده‌اند.
این Typeها عبارت‌اند از:ترموکوپل نوع K,j,T,E,N,S,R,B که هرکدام رنج دمایی خاصی را پوشش می‌دهدکه متناسب با پروژه خود می‌توانید یکی از این نوع‌ها را انتخاب نمایید.
در شکل زیر انواع ترموکوپل را با رنگ‌بندی سیم‌ها – جنس فلز و آلیاژ بکار رفته در آن – رنج دمایی هر یک با استاندارد آمریکایی می‌توانید مشاهده کنید.
ترموکوپل تیپ J :
ترموکوپل تیپ J از فلز آهن Fe و آلیاژهای مس – نیکل Cu-Ni تشکیل می‌شود.رنج دمایی این ترموکوپل بین -۱۸۰ و +۷۵۰ سانتیگراد بوده و در رده متوسط است.
ترموکوپل تیپ J به این دلیل پرکاربرد است که رنج دمایی مطلوبی داشته و در کنار آن قیمت مناسبی هم دارد.
ترموکوپل تیپ K :
این تیپ ترموکوپل از دو فلز ناهمنام نیکل (Ni-Cr) و کروم (Ni-Al) تشکیل می‌شود. محدوده دمایی ترموکوپل تیپ K بین -۲۰۰ تا +۱۳۵۰ سانتیگراد بوده و بسیار مناسب است.
این ترموکوپل خاصیت ضد اکسیدی نیز دارد و معمولاً در دماهای بالا مورداستفاده قرار می‌گیرد.
تیپ K از پراستفاده‌ترین تیپ‌های ترموکوپل‌هاست و در بیشتر صنعت‌ها مورداستفاده قرار می‌گیرد.
یکی از دلایل آن رنج دمایی گسترده‌ای است که این ترموکوپل در آن کار می‌کند و از دلایل دیگر می‌توان به‌دقت بالای این ترموکوپل و همچنین قابل‌اعتماد بودن آن اشاره کرد.
برای خرید این ترموکوپل می‌توانید به سایت دلتا صنعت مراجعه کرده و به‌صورت آنلاین آن را تهیه کنید.
ترموکوپل تیپ E :
تیپ E از دو فلز NI-Cr و یا Cu-Ni معمولاً درست می‌شود. رنج دمایی این ترموکوپل -۴۰ تا +۹۰۰ سانتیگراد می‌باشد.
این نوع از ترموکوپل‌ها دارای حساسیت بالا هستند و کاربرد آن در موقعیت‌هایی است که حسگر آن محافظت نشده است ترموکوپل تیپ E به دلیل حساسیت بالا در زمینه‌هایی که احتیاج به سیگنال قوی وجود دارد کاربرد بیشتری دارد.این ترموکوپل در برابر تیپ‌های معمول دیگر پایدارتر است.
ترموکوپل تیپ T :
این دسته از ترموکوپل‌ها معمولاً از مس و آلیاژ مس و نیک (Cu-Ni) درست شده‌اند.گستره دمایی آن -۲۵۰ تا +۴۰۰ است.
ازآنجاکه رنج دمایی‌اش بدین صورت می‌باشد،پیشنهاد می‌شود در دماهای پایین از این محصول استفاده شود.
ترموکوپل تیپ T در برابر رطوبت مقاومت بسیار خوبی داردو رنج حرارتی آن برای دماهای پایین بسیار مناسب است. نکته قابل‌ذکر دیگر پایداری بسیار بالای این ترموکوپل است.
ترموکوپل تیپ N:
ترموکوپل نوع N از فلزهای Ni-Cr-Si به نام تجاری نیکروسیل و Ni-Si-Mg به نام نیسیل Nisil ساخته می‌شود.
محدوده دمایی آن بین−۲۷۰ و +۱۳۰۰ سانتیگراد است. این تیپ ترموکوپل‌ها برخلاف تیپ T ، معمولاً در دماهای بالا مورداستفاده قرار می‌گیرند.
این ترموکوپل از نظر کارایی شباهت‌هایی به تیپ K دارند ولی از آن گران‌تر است.اما مقاوم‌تر بوده و همچنین در دماهای بالا پایدارتر است.
ترموکوپل تیپ B :
به دلیل استفاده از آلیاژهای بسیار مقاوم در سیم‌های خود توانایی اندازه‌گیری دماهای بسیار بالا را داشته و بالاترین حد دمایی را به نسبت باقی ترموکوپل‌ها اندازه می‌گیرد.
این ترموکوپل قابلیت استفاده مداوم در دماهای بسیار بالا را داشته و دماهای پایین‌تر از ۶۰۰ درجه را تقریباً اندازه‌گیری نمی‌کند.
دقت و پایداری این ترموکوپل در دماهای بسیار بالا مناسب بوده و می‌توان در بسیاری از مکان‌هایی که با دمای بسیار بالا سروکار دارند استفاده شود.
ترموکوپل تیپ R :
یکی از ابزارهای بسیار پرکاربرد در انجام اکثر پروژه‌ها ترموکوپل تایپ R می‌باشد.
ترموکوپل در حقیقت نوعی مواد الکتریسیته می‌باشد که از دو فلز ناهمسان ساخته می‌شود که به هم متصل شده باشند.
با رسیدن حرارت به محل اتصال این دو فلز، جریان بسیار ضعیفی از محل اتصال تولید می‌شود و به سمت سیم‌ها، جریان می‌یابد.
با بالاتر رفتن دمای محل اتصال دو فلز، ولتاژ تولیدی افزایش می‌یابد و در حقیقت ترموکوپل در هر دما، ولتاژ معینی تولید می‌کندو در نتیجه درصورتی‌که بتوانیم این ولتاژ را به‌صورت دقیق اندازه‌گیری کنیم، قادر خواهیم بود دمای محل اتصال را به‌صورت دقیق اندازه‌گیری کنیم.
ولتاژ تولید شده توسط ترموکوپل به‌وسیله ترمومتر به دما تبدیل می‌شود.
ترموکوپل تیپ S :
یکی از ابزارهای بسیار پرکاربرد در انجام اکثر پروژه‌ها ترموکوپل تایپ S می‌باشد.
برای خرید ترموکوپل و یا کسب اطلاعات بیشتر می‌توانید به فروشگاه دلتا صنعت مراجعه کنید.
ترموکوپل انواع مختلفی دارد، لذا در هنگام خرید ترموکوپل باید این مسئله را جدی گرفته و ترموکوپل موردنیاز را خریداری کنیم.
ترموکوپل‌های آلیاژ پلاتین و رودیومتیپ S – تیپ R – تیپ B :
هر سه تیپ بالا با مقادیر متفاوتی از آلیاژهای پلاتین و رودیوم تشکیل می‌شوند.
محدوده دمایی هر سه تیپ در حدود ۰ تا +۱۷۵۰ است.
این مدل‌ها نسبت به تیپ‌های دیگر از حساسیت کمی برخوردار هستند و به نسبت دیگر تیپ‌ها گران‌تر نیز هستنداما به دلیل کارایی در دماهای بسیار بالا در بعضی صنایع (مثلاً صنایع دارویی) کاربرد دارند.
خرید ترموکوپل ترموکوپل‌ها تنگستن و رنیوم
تیپ C – تیپ D – تیپ G :
ترموکوپل تیپ C به‌صورت معمول در دماهای بالا مورداستفاده قرار می‌گیرد. این تیپ در برابر اکسید شدن مقاومت بسیار کمی داردو در دماهای پایین (دمای اتاق) به نسبت دیگر تیپ‌های تنگستن و رنیوم کمتر شکننده است.
ترموکوپل‌های فلکسی بل
دارای تعداد دو یا بیشتر سیم ترموکوپل هستند که در داخل یک غلاف فلزی عایق قرار دارند.
این محصولات دارای انعطاف بالا هستند و طول عمرشان هم بسیار زیاد است.
حجم آنها هم نسبت به دیگر محصولات مشابه، کمتر می‌باشد.
معمولاً با شرایط متفاوت محیطی سازگارند و در مقابل تغییرات دما پاسخی بسیار سریع می‌دهند.
نکته دیگر آنکه دامنه حرارتشان بین ۲۰۰ تا ۱۲۰۰ درجه سانتیگراد است و در طول‌ها و اندازه‌های مختلف تولید می‌گردند.
میزان تغییرات ولتاژ سر آزاد سیم‌ها در ازای اعمال حرارت در نقطه کو پل شدن دو آلیاژ ناهم‌جنس به میزان حرارت سرتاسر آلیاژها بستگی دارد.
درنتیجه برای اینکه بتوانیم میزان حرارت را در نقطه کوپل شده بخوانیم می‌بایست سر آزاد این آلیاژها را با سیم‌هایی به‌عنوان سیم جبران‌کننده افزایش دهیم.
انتهای آزاد آنها را در محلی که دمای آن معلوم است قرار دهیم.
معمولاً به این نقطه، نقطه مرجع – نقطه سرد یا اتصال سرد میگونید که در بسیاری از تجهیزات اندازه‌گیری آن را با عنوان CJC بیان می‌کنند.
نکته مهم اینجاست که باید دمای نقطه سرد همیشه ثابت و معلوم باشد و اگر این نقطه سرد دمای ثابتی نداشت و ممکن بود تغییر کند
حتماً باید مانند یک ترموستات، دمای آن را توسط یک سنسور دیگر مانند سنسور دمای LM35 بخوانیم.
در شکل فوق دمای T2 دمای نقطه کو پل شدن دو آلیاژ ناهم‌جنس است که دقیقاً دمای اندازه‌گیری ترموکوپل ماست و نقطه T3 دمای نقطه مرجع – نقطه اتصال – نقطه سرد یا CJC ما است
که درواقع همان جایی استکه ما اتصال ترموکوپل را به تجهیز موردنظر مانند کارت‌های DAQ وصل می‌کنیم تا دمای ترموکوپل را بتوانیم اندازه‌گیری نماییم.
نکته خیلی مهم:
زمانی که از سیم‌های جبران‌کننده برای اتصال آلیاژها به پایانه موردنیاز مانند تجهیز اندازه‌گیری دما استفاده می‌کنیم،باید هنگام خرید ترموکوپل باتوجه‌به فاصله اندازه‌گیری دمای نقطه موردنظر از تجهیز موردنیاز برای خواند و قرائت میزان دما، طول سیم‌ها را به فروشنده سفارش دهید.
مثلاً بگوید ترموکوپل نوع k می‌خواهم با طول سیم ۲ متر و طول غلاف ۵ سانت.
بسیار مهم است که باتوجه‌به فاصله نقطه‌ای که می‌خواهید دما را اندازه‌گیری کنیدتا نقطه‌ای که می‌خواهید ترموکوپل را به تجهیز اندازه‌گیری وصل نمایید طول سیم را سفارش دهید.
چرا که اگر بعد از خرید ترموکوپل، خواستید اتصال آن را با تجهیز اندازه‌گیری برقرار نماییدو طول سیم‌های جبران‌کننده کافی نبود نباید هرگز به سیم‌های جبران‌کننده سیم دیگری اضافه کنید تا این کمبود فاصله را جبران نمایید.
زیرا خود این اتصال یک نقطه کو پل دیگر محسوب می‌شودو میزان دمای اندازه‌گیری شده خطا هست. پس حتماً در انتخاب طول سیم در هنگام خرید دقت نمایید.
۴- اتصال ترموکوپل
نوع نصب ترموکوپل از دیگر نکاتی است که در انتخاب ترموکوپل باید موردتوجه قرار بگیرد که باتوجه‌به ساختار و مورداستفاده متفاوت است.
به‌طورکلی به روشهای زیر می‌توان ترموکوپل را در محل سنجش دما نصب کرد:
اتصال فلنج
اتصال پیچی
اتصال سطحی (تماسی)
اتصال پیچی (تماسی)
۵- جنس غلاف ترموکوپل
غلاف ترموکوپل از مواد مختلفی تشکیل می‌شود که هرکدام مشخصات منحصر به خود را دارندو باتوجه‌به شرایط محیطی از این مواد در ساخت غلاف ترموکوپل استفاده می‌شود.
به‌عنوان‌مثال اگر در پروسه اندازه‌گیری تغییرات ناگهانی دما و یا اینکه در محیط اندازه‌گیری مواد خورنده و رطوبت بالا وجود داردباید غلاف سرامیکی استفاده شود که مقاومت بالاتری در مقابل شرایط سخت دارد.
برخی از مواد که در ساخت غلاف ترموکوپل استفاده می‌شوند:
- سیلیکون کار بید
- سرامیک (آلسینت – پیتوگراس)
- استیل
۶- سیگنال خروجی
نوع سیگنال خروجی ترموکوپل باتوجه‌به نوع و فاصله کنترلر با ترموکوپل انتخاب می‌شود.
سیگنال خروجی ترموکوپل ولتاژی در حدود ۵۰ میلی‌ولت استکه در برخی موارد مجبور به استفاده از ترانسمیترهای دما هستیمکه سیگنال ترموکوپل را به یک سیگنال استاندارد صنعتی (سیگنال جریانی ۲۰-۴ یا سیگنال ولتاژی ۵-۰) تبدیل می‌کند.
در مواردی که در نزدیکی ترموکوپل کابلهای قدرت و یا تجهیزات الکترونیکی فرکانس بالامانند درایورها وجود داشته باشد باید از سیم‌های جبران‌کننده ترموکوپل استفاده شود.
انواع اتصال گرم در نقطه اندازه‌گیری دما ترموکوپل چگونه است؟
در ادامه انواع اتصال گرم ترموکوپل و نحوه اتصال آن به روکش غلاف بیرونی این جفت حرارتی را بررسی می‌کنیم.
نوع اول: سیم ترموکوپل بیرون از غلاف محافظ
در این روش سیم‌های ترموکوبل به هم جوش داده می‌شوند. سپس مستقیماً وارد فرایند اندازه‌گیری دما می‌شوند.
در این صورت سیم‌های مولد ترموالکتریک بدون حفاظ را خواهیم داشت.
سرعت پاسخ در این روش بسیار زیاد است اما سیم‌های دماسنج در معرض خوردگی و آسیب هستند.
جز در مواردی که باید از این نوع دماسنج استفاده کرد، استفاده از آن توصیه نمی‌شود.
نوع دوم: سیم ترموکوپل متصل به غلاف محافظ
این مدل رایج‌ترین نوع اتصال در مولد ترموالکتریک است. در این روش سیم‌های جفت گرمایی و غلاف محافظ به هم جوش داده می‌شوندو نقطه اتصالی را در رأس پراب شکل می‌دهند که در اصطلاح می‌گوییم مولد ترموالکتریک زمین شده است.
این مدل دارای سرعت پاسخ‌دهی بسیار عالی است.زیرا جفت گرمایی با غلاف تماس مستقیم دارد و گرما به‌راحتی منتقل می‌شود.
نوع سوم: سیم ترموکوپل جدا از غلاف محافظ
در این روش سیم‌های جفت گرمایی به هم جوش داده می‌شونداما از غلاف محافظ ایزوله و عایق هستند. در این صورت نوع جفت‌های حرارتی‌ای زمین نشده خواهد بود.
