:تاریخ آخرین بروزرسانی مقاله آذر ۲۶ام, ۱۴۰۲ در ۰۹:۰۶ ق٫ظ

وظیفه ترموکوپل به چه معناست

وظیفه ترموکوپل چیست یا به قول خودمانی وظیفه ی ترموکوپل یعنی چه؟ اگر قصد دارید درباره کاربرد و وظیفه ی این نوع از سنسورهای دما اطلاعات بیشتری کسب کنید، حتما در ادامه این مقاله با ما همراه باشید.

زمانیکه در مورد انواع سنسور دما صحبت می شود، ناخودآگاه عبارات ترموکوپل (Thermocouple) و آر تی دی (RTD) به ذهنمان می آید. خوب اصل کارکرد اساسی این نوع از سنسورهای دما، اندازه گیری درست و اصولی دما در بازه هایی گسترده است. ما در این مقاله قصد داریم درباره وظیفه جفت های حرارتی و عملکردشان به طور کامل صحبت کنیم.

حسگر دما ترموکوپل چطور عمل می کند؟

در دانشنامه ویکی پدیا (wikipedia)، جفت گرمایی را اینطور تعریف می کند:

ترموکوپل یک وسیله الکترونیکی متشکل از دو هادی الکتریکی غیرهمنوع است که یک اتصال الکتریکی را تشکیل می دهند. یک جفت حرارتی یک ولتاژ وابسته به دما را در نتیجه اثر ترموالکتریک تولید و این ولتاژ را می توان برای اندازه گیری دما تفسیر کرد.

به زبان ساده تر می توانیم Thermocouple را اینطور تعریف کنیم:

سنسور Thermocouple، تجهیزی حرفه ای و کاربردی است که به منظور اندازه گیری و سنجش دمای یک نقطه مشخص مورد استفاده قرار می گیرد. جفت های گرمایی از دو عدد فلز غیرهمنوع تشکیل شده که به یکدیگر متصل شده تا دو اتصال ایجاد کنند، یکی از اتصالات به بدنه ای که دمای آن اندازه گیری می شود، متصل می گردد و به آن اتصال گرم یا Hot Junctiopn می گویند. اتصال دیگر به جسمی که دمای آن مشخص است متصل می گردد و به آن اتصال سرد، اتصال مرجع یا Cold Junction می گویند.

مطالعه بیشتر: ترموکوپل چیست و چگونه عمل می کند

اصل عملکرد و وظیفه ی دماسنج Thermocouple بر چه چیزهایی استوار است؟

خوب رسیدیم به یکی از مهم ترین بخش های این مقاله. اصل کارکرد Thermocouple به 3 اصل و پایه زیر استوار است که به ترتیب مورد بررسی قرار می دهیم:

  1. Seebeck Effect: اثر سیبک (Seebeck) بیانگر این است که وقتی دو فلز غیرهمنوع در دو اتصال به یکدیگر متصل شوند و هنگامی که هر یک از این دو  فلز گرم می شود، الکترون‌ها از فلز داغ به فلز سرد شروع به جریان می‌کنند.
  2. Peltier Effect: اثر Peltier دقیقاً برعکس اثر سیبک (Seebeck) عمل می کند و آماری را نشان می‌دهد که وقتی اختلاف پتانسیل را بین هر دو فلز غیرمشابه ارائه می‌ کنیم، می‌ توانیم اختلاف دما را بین آنها ایجاد کنیم.
  3. Thomson Effect: اثر Thomson بیانگر این است که وقتی دو فلز غیرمشابه به یکدیگر متصل می‌شوند، باید یک اختلاف پتانسیل در مدار وجود داشته باشد که علت آن temperature gradient در طول کل رسانا است.

وظیفه ترموکوپل صنعتی و نحوه عملکرد آن چگونه است؟

خوب رسیدیم به یکی دیگر از مهم ترین بخش های این مقاله. در این بخش قصد داریم درباره وظیفه ی ترموکوپل صنعتی و نحوه کارکرد آن صحبت کنیم. همانطور تا اینجای این نوشته متوجه شدید، جفت هایی حرارتی از 2 عدد فلز مختلف ساخته شده اند که معمولاً این 2 فلز کنستانتان (Constantan و آهن (Iron) هستند. با متصل کردن این دو فلز ناهمنوع، دقیقاً 2 اتصال ایجاد می شود، بخش اتصال سرد (Cold Junction) که دستگاه ولت متر را به آن وصل می کنیم و بخش اتصال داغ گرم (Hot Junction) که قصد داریم میزان دما اندازه گیری و مشاهده نماییم.

اگرمیزان دما در دو اتصال گرم وسرد یکسان باشد، همان emf است که در تقارن معکوس وجود دارد و هیچ جریانی از مدار عبور نمی کند. اما وقتی دما در هر دو اتصالسرد و گرم  متفاوت باشد، emf در مدار القا شده و جریانی از مدار عبور می کند. جریان کل یا emf القایی از مدار از به وسیله دستگاه های مخصوص، اندازه گیری می گردد. دستگاه اندازه گیری جریان یا emf  در مدار سنسور متصل می گردد. مقدار emf توسعه یافته در مدار بسیار کم است، به طور کلی، به میلی ولت، به همین دلیل است که ما باید از یک تجهیز بسیار دقیق برای اندازه گیری میزان emf استفاده کنیم. معمولاً از یک گالوانومتر معمولی یا پتانسیومتر متعادل کننده ولتاژ استفاده می شود.

مطالعه بیشتر درباره انواع گوناگون ترموکوپل صنعتی

بررسی انواع دماسنج Thermocouple از لحاظ مختلف

  1. Ungrounded Thermocouples: در این نوع نوع، یک سنسور به طور کامل از دیواره پروب (prob wall) جدا می گردد. مزیت اصلی این نوع این است که مشکلات ground loop را برطرف می کند و همچنین به دلیل کاهش اثر فشار، عمر ترموکوبل نیز به طور قابل توجهی افزایش دهد. مشکل اصلی این نوع این است که مییزان سرعت پاسخدهی آن نسبت به انواع دیگر بسیار کند است.
  2. Grounded Thermocouples: فلزات رسانا و دیواره های پروب مستقیماً در این نوع ترموکوپل به هم متصل می گردند. میزان سرعت پاسخدهی سریع به دلیل انتقال حرارت بسیار خوب، از ویژگی های این نوع از دماسنج ها است.
  3. Exposed Thermocouples: در این نوع، فلزات رسانا در معرض محیط موردنظر قرار می گیرند. این سِری از دماسنج ها، زمان پاسخدهی بسیار خوبی دارند و حرارت را خیلی عالی انتقال می دهند. از این نوع  در محیط هایی خورنده استفاده نمی گردد و در جاهایی که response time سریع لازم است، اولویت اول را خواهد داشت. لازم به ذکر است که از Exposed به منظور اندازه گیری دمای گاز استفاده می گردد و هیچ مشکلی از این بابت وجود ندارد.

انواع سنسور بر اساس ترکیبات فلزات مختلف

ترکیبات فلزی مختلف برای انواع سنسور Thermocouple وجود دارد. هر ترکیب یا تایپ، دامنه دمایی گوناگونی دارد. متداول ترین نوع ترموکوپل ها “Base Metal” هستند که با نام های K، J، T، E و N شناخته می گردند. انواع دیگر Non Base Metal با دمای بالا از نوع S، R، C و B هستند.

در ادامه جدولی را برای شما عزیزان آماده کرده ایم که انواع ترموکوپل ها یا جفت گرمایی را به همراه محدوده دمایشان نشان می دهد.

Temperature Range (C) Combination Of Metal
Sensor Type
From -270 To 1372 Nickle-Chromium/Nickle-Alumel K
From -210 To 1200 Iron/Constantan J
From -210 To 400 Copper/Constantan T
From -270 To 1000 Nickle-Chromium/Constantan E
From -270 To 1300 Nicrosil/Nisi N
From -50 To 1750 Platinum 10% Rhodium S
From -50 To 1768 Platinum 13% Rhodium R
From 0 To 1820 Platinum 30% Rhodium/Platinum 6% Rhodium B
نتیجه گیری

امیدوارم از این نوشته خوشتان آمده باشد. هم اکنون شما عزیزان با وظیفه ترموکوپل و انواع آن به طور کامل آشنایی دارید، اگر سوالی برای شما در این زمینه عزیزان پیش آمده است، در بخش نظرات همین پست ما را آگاه سازید تا در سریع ترین زمان ممکن به آن پاسخ دهیم. بی صبرانه منتظر نظرات، پیشنهادات، انتقادات و پرسش های شما عزیزان هستیم.