ساخت ترموکوپل صنعتی و ساده

:تاریخ آخرین بروزرسانی مقاله مهر ۸ام, ۱۴۰۲ در ۱۲:۱۹ ب٫ظ

طرز، نحوه و طریقه ساخت انواع ترموکوپل صنعتی و ساده با دستگاه های پیشرفته

ساخت ترموکوپل صنعتی و ساده (Making a Simple and Industrial Thermocouple)، مبحثی است که قصد داریم در این مقاله به آن بپردازیم. این مطلب بسیار مهم به شما عزیزان کمک می کند که با نحوه، طرز و طریقه ساخت انواع ترموکوپل ها آشنا و اطلاعات کامل و مفیدی را از فرآیند تولید این تجهیزات ابزار دقیق بدست آورید. از شما خوانندگان گرامی دعوت می کنیم که تا انتهای این مقاله با ما همراه باشید.

مقدمه:

دما یکی از مهمترین کمیت های فیزیکی است که در صنایع مختلف بایستی کنترل و اندازه گیری شود. اندازه گیری دقیق دما بسیار مهم است. زیرا اگر میزان دما به درستی مدیریت نشود، می تواند علاوه بر تولید محصولات بی کیفیت در پروسه فرآیند صنایع، خطرات جانی و مالی به همراه بیاورد.

در دنیای صنعتی امروز، انتخاب های متعددی برای تجهیزات اندازه گیری و سنجش دما وجود دارند. در این میان، رایج ترین و پرکاربردترین تجهیزات اندازه گیری و سنجش، حسگرهای دما ترموکوپل و حسگر مقاومتی آر تی دی (RTD) هستند. ترموکوپل ها نوعی از حسگرهای دما هستند که در محیط های صنعتی مختلف از جمله خط تولید کارخانه ها، سیستم های تهویه مطبوع (HVAC) و تحقیقات علمی استفاده می شوند. این تجهیزات، بر اساس اصل اثر سیبِک (Seebeck) عمل می کنند، یعنی زمانیکه دو عدد فلز غیرمشابه در یک انتها به هم متصل می شوند، ولتاژ ایجاد و یک گرادیان دما را تشکیل می دهد.

مطالعه بیشتر: سنسور ترموکوپل چیست؟

مراحل و نحوه ساخت دماسنج ترموکوپل صنعتی

ساخت دماسنج ترموکوپل، فرآیندی است که به عوامل مختلفی بستگی دارد. لازم است بدانید که برای ساختن ترموکوپل، بایستی از متریال باکیفیت بالا و دستگاه های پیشرفته استفاده نمایید که در ادامه همین مقاله و در بخش بعدی با این تجهیزات بیشتر آشنا خواهید شد.

ساختمان یک حسگر دما ترموکوپل شامل یک جفت سیم فلزی ناهمنوع است که در یک جهت به یکدیگر متصل شده تا یک دماسنج اندازه گیری دما را تشکیل دهند، سیم ها درون یک غلاف فلزی محصور شده که این غلاف در یک طرف بسته و در انتهای دیگر باز است، محصور کردن جفت گرمایی و سیم های داخل غلاف، توسط مواد اکسید معدنی خرد شده و فشرده مانند اکسید منیزیم، عایق بندی شده اند. انتهای دیگر غلاف که سیم های سنسور از آن خارج می شوند با سیمان سرامیکی پُر می شوند تا اکسید معدنی خرد شده و سیم های سنسور در آن کاملاً بسته شود. بخش انتهایی غلاف که بسته است، نسبت به قسمت انتهای دیگر غلاف که باز است، قطر کمتری دارد.

شرکت مانیاد صنعت رادین آژند، به عنوان یکی از برترین سازندگان سنسورهای دما در ایران، مشاوره های لازم را قبل از خرید محصول موردنظرتان به شما بزرگواران می دهد تا شما انتخاب صحیحی داشته باشید.

شما می توانید برای سفارش محصول موردنظرتان، برروی لینک زیر کلیک کنید:

فرم سفارش ساخت ترموکوپل و RTD

مهمترین عوامل موثر در تولید سنسورهای ترموکوپل عبارتند از:

• انتخاب نوع سنسور: انواع مختلفی از سنسورهای ترموکوپل وجود دارند که هر کدام دارای متریال و محدوده دمایی متفاوتی هستند. حتماً لازم است شرکت سازنده از نوع (Type) دماسنج که قصد دارید را متناسب با نیازهای برنامه خود انتخاب کنید. انواع متداول عبارتند از نوع K (کرومل-آلومل)، نوع J (آهن-کنستانتان)، و نوع T (مس-کنستانتان).  همچنین حتما مشخصات فنی محصول موردنظرتان را برای شرکت سازنده ارسال نمایید.
• آلیاژ و جنس متریال سیم: آلیاژ و جنس مواد سیم های فلزی به کار رفته در ساخت جفت حرارتی، بایستی براساس تایپ آن انتخاب شود. شرکت های تولید کننده سنسورهای دما، متناسب با دمای کاری محیط تان که بایستی تحمل کند، آلیاژ سیم ها مشخص می کنند.
• آماده سازی سیم: سیم های فلزی را با استفاده از یک حلال تمیز کنید تا هر گونه آلودگی یا لایه های اکسیدی حذف شود. در مرحله بعد، سیم ها را به طول مورد نظر برش دهید و مطمئن شوید که طول آنها به منظور اندازه سنجش دقیق دما برابر است.
• جوش دادن سیم های فلزی: برای ایجاد محل اتصال ترموکوپل، سیم های فلزی بایستی به هم جوش داده شوند. روش های جوشکاری مختلفی مانند جوشکاری جوشکاری مقاومت الکتریکی، جوشکاری لیزری، جوشکاری آرگون یا حتی لحیم کاری وجود دارد. انتخاب صحیح روش جوشکاری مورد استفاده به جنس آلیاژ سیم و سازگاری آنها بستگی دارد.
• عایق بندی محل اتصال سیم های فلزی: پس از انجام فرآیند جوشکاری سیم ها، باید محل اتصال آن ها را عایق بندی کنید تا از خوانش دقیق دما اطمینان حاصل کنید. از روش های عایق بندی مختلفی نظیر مهره های سرامیکی، پودر سرامیک یا آب بندی شیشه برای انجام فرآیند عایق بندی استفاده کنید. متریال عایق باید با محدوده دما و شرایط محیطی شما سازگار باشد.
• ساخت غلاف محافظ: به منظور حفاظت از سیم های فلزی در برابر آسیب های ناشی از رطوبت، مواد شیمیایی و اصطکاک و همچنین ایجاد پایداری مکانیکی، بایستی محل اتصال ترموکوپل را در یک غلاف محافظ قرار دهید. جنس متریال غلاف محافظ به عوامل مختلف و بر اساس الزامات کاربردی خاص بستگی دارد. متریال متداول غلاف محافظ عبارتند از: اینکونل، هستلوی، اینکولوی، مولیبدن، سرامیک و … . بعلاوه به منظور افزایش دوام و طول عمر سیم های ترموکوپل، یک پوشش محافظ یا عایق در طول سیم ها اعمال کنید. شرکت های سازنده از روکش ها و نوار های حرارتی جمع شونده، عایق‌های سرامیکی یا فایبرگلاس یا تفلون استفاده می کنند.
• کالیبراسیون و تست دقت اندازه گیری: پس از اتمام فرآیند ساخت محصول نهایی، کالیبره کردن آن برای اطمینان از اندازه گیری دقیق دما حیاتی است. این تست شامل مقایسه قرائت و خوانش دما توسط ترموکوپل با دمای مرجع است. کالیبراسیون را می توان با استفاده از تجهیزات تخصصی یا با مقایسه خوانش ها با مرجع دمای شناخته شده، به راحتی انجام داد. همچنین آزمایش های دقیقی انجام می شود تا از عملکرد و قابلیت پایداری و و عملکرد صحیح سنسور اطمینان حاصل نمایید. جفت حرارتی (Thermocouple) را در دامنه های دمایی مختلف آزمایش کنید و خوانش ها را با یک دماسنج مرجع کالیبره شده مقایسه کنید. علاوه بر این، برای اطمینان از عایق بندی مناسب، استحکام مکانیکی و دوام، حتماً بررسی های کیفی را انجام دهید.
• اتصال کانکتور: به منظور نصب و جدا کردن آسان سنسور ترموکوپل از پروسه فرآیند، از کانکتور استفاده می گردد که متناسب با نحوه اتصال به پروسه انواع مختلفی دارد. انواع کانکتورهای رایج عبارتند از کانکتورهای استاندارد دوشاخه/سوکت، کانکتورهای مینیاتوری یا کانکتورهای تخصصی برای محیط های با دمای بالا یا خطرناک. لازم است حتماً دستورالعمل های سازنده را برای نصب صحیح کانکتورها دنبال کنید.
• مستندسازی: مستندسازی محصولات تولید شده به منظور ردیابی و شناسایی آن ها بسیار مهم است. شرکت های تولید کننده معمولاً یک شماره سریال یا شناسه منحصر به فرد به هر ترموکوپل اختصاص می هند و کلیه مراحل ساخت این تجهیزات را از ابتدا تا تست علکرد آن مستندسازی می کنند.
• نحوه بسته بندی و ارسال محصول به مشتری: پس از ساخت ترموکوپل، بایستی آن ها به طرز صحیحی بسته بندی و برای مشتری ارسال نمود. از آنجا سنسورهای دما انواع مختلفی دارند و براساس سفارش مشتریان گرامی ساخته می شوند، لذا بایستی بسته بندی را متناسب با شکل ظاهری و اندازه آنها انجام دهید. همچنین به منظور جلوگیری از آسیب رسید به حسگر دما، از کیسه های ضد الکتریسیته ساکن یا فوم استفاده کنید. برای سنسورهایی که اندازه بزرگتری دارند، معمولاً از پالت چوبی استفاده می شود.
• مطابقت محصول با استانداردهای ملی و بین المللی: سنسورهای ترموکوپل باید مطابق با استانداردها و مقررات ملی و بین المللی ساخته دارند. این استانداردها شامل استاندارد رنگ سیم و کابل ترموکوپل، میزان دقت اندازه گیری دما، مقاومت عایق، زمان پاسخگویی یا الزامات خاص برای کاربردها یا محیط های خاص باشد. شرکت های سازنده مشهور دنیا مطابق با استانداردهای می و بین اللمللی بروز شده، محصولات خود را می سازند.
• فرآیند کنترل کیفیت محصولات: شرکت های سازنده، واحدی به نام کنترل کیفیت دارند که به منظور نظارت مستمر بر فرآیند تولید پیاده سازی شده است. بایستی  به طور مرتب متریال مورد استفاده، تکنیک های جوشکاری، یکپارچگی عایق و فرآیندهای کالیبراسیون را بررسی تا هرگونه موارد مسئله دار را شناسایی و رفع نمود. فرآیند کنترل کیفیت تضمین می کند که محصول نهایی، استانداردهای لازم را برای ارائه به مشتری دارد.

توجه به این نکته ضروری است که ساخت ترموکوپل های صنعتی نیازمند دانش، تجهیزات و فرآیندهای کنترل کیفیت تخصصی است. اگر به دنبال تولید سنسورهای دما برای مقاصد تجاری هستید، توصیه می شود با متخصصان در این زمینه مشورت کنید یا با یک تولید کننده معتبر همکاری کنید.

مطالعه بیشتر: معرفی شرکت های تولید کننده ترموکوپل در ایران و دنیا

نحوه ساخت ترموکوپل ساده چگونه است؟

امروزه سنسورهای مورد استفاده در صنایع مختلف با ترکیب انواع فلزات مختلف ساخته می‌شوند تا محدوده دمایی لازم برای عملکرد و دقت را به دست آورند، اما اگر قصد دارید یک ترموکوپل ساده بسازید، کافیست با اتصال سیم مسی اول به یک سر گیره فلزی باز شده، و سپس اتصال سر دیگر گیره به سیم مسی دوم، دو سر آزاد سیم مسی را می توان به یک ولت متر متصل کرد. با یک اتصال در دمای اتاق (27 درجه سانتیگراد ملایم!)، و اتصال دیگر در تماس با آهن لحیم کاری 220 درجه سانتیگراد، ولتاژ 1.1mV (0.0011V) اندازه گیری شد. نگه داشتن آن محل اتصال در شعله یک فندک ولتاژ 0.9 میلی ولت داد.

ترموکوپل غلاف دار، نوعی سنسور است که در آن سیم ها توسط یک ترکیب سرامیکی با چگالی بالا، معمولاً اکسید منیزیم، عایق بندی و سپس در یک غلاف فلزی قرار می گیرند. متریالی که برای غلاف استیل ضد زنگ یا آلیاژ 600 هستند، اما جنس غلاف های مورد استفاده، متنوع هستند.

مطالعه بیشتر:آموزش گام به گام ساخت ترموکوپل نوع K

دستگاه های مورد استفاده ساخت ترموکوپل

دستگاه های مختلفی در خصوص ساخت انواع ترموکوپل ها وجود دارند که در ادامه مهم ترین آن ها را برای شما عزیزان شرح می دهیم:

1) خطایاب کابل اِم آی (MI Cable Fault Locator)

از گالوانومتر حالت جامد با نور پس‌زمینه و حساسیت قابل تنظیم گرفته تا یک کوپلیمر ضربه‌ای بالا، می‌تواند انواع کابل‌ها را برای مکان‌یابی بهتر عیوب، در خود جای دهد و اطمینان حاصل کند که می‌توانید مشکلاتی را که ممکن است در تولیدتان پیش بیاید، حل کنید. این ابزار حرفه ای، تست کابل و مکان یابی عیوب کابل را برآورده می کند که مقاومت آن از 0 تا 100MΩ مگااُهم است. یک باتری اسید سرب و شارژر، شامل تمام کابل‌های لازم و یک دفترچه راهنمای جامع مصور همراه است.

تعریف گالوانومتر طبق سایت ویکی پدیا:

گالوانومتر (Galvanometer)، یک ابزار اندازه گیری الکترومکانیکی برای جریان الکتریکی است. گالوانومترهای اولیه کالیبره نشده بودند، اما به مروز زمان، نسخه های بهبود یافته به نام آمپرمتر کالیبره بودند و قادر بودند جریان را با دقت بیشتری اندازه گیری کنند.

2) دستگاه جوش ترموکوپل اِم آی (MI Thermocouple Welding Machine)

این دستگاه مجهز به یک عدد میکروسکوپ متحرک به منظور افزایش دید از طریق نور است. به وسیله این تجهیز حرفه ای می توان تمام ترموکوپل های با عایق معدنی (MI Thermocouple) را از 1 میلی متر تا 6 میلی متر به راحتی جوش داد. سیکل جوشکاری تمام اتوماتیک، تحت کنترل ریزپردازنده آن است که تجربه جوشکاری بهتری را ارائه می کند. اینها تنها چند ویژگی این دستگاه است. همچنین دارای عملکردهای شیب بالا و شیب به پایین جوش TIG برای کنترل دقیق جوش است، همچنین امکان تغییر سایز ترموکوبل ها در این دستگاه وجود دارد.

3) دستگاه حفاری دقیق کابل اِم آی (MI Cable Precision Drilling Machine)

این دستگاه دارای دقت بالایی است و به منظور حذف بدون دردسر عایق از انتهای کابل استفاده می شود و یک اتصال اندازه گیری کامل جوش داده شده را فراهم می کند. این کار با سوراخ کردن انتهای کابل به عمق مورد نیاز انجام می شود. این دستگاه برای کابل های بین 1 تا 6 میلی متر مناسب است. تمامی دریل ها، راهنماها و دیگر تجهیزات مورد نیاز برای راحتی شما همراه با یک کتابچه راهنمای آموزشی کامل ارائه شده است. یک گزینه کنترل سوئیچ پا قابل انتخاب، کیت ثابت کردن نیمکت و لوازم جانبی جامع همگی گنجانده شده است. رسیدن به سرعت تا 4000 دور در دقیقه، کاهش زمان آماده‌سازی و سایر قابلیت‌های دستگاه، همگی به ایجاد این محصول فوق‌العاده کمک کرده است.

4) دستگاه برش دهنده انتهای کابل اِم آی (MI Cable End Stripper)

دستگاه برش دهنده انتهای کابل اِم آی، محصولی حرفه ای است که با استفاده از انرژی مافوق صوت، غلاف را از کابل های MI جدا می کند. این محصول با سرعت های گوناگونی از ثانیه تا میلی ثانیه (بسته به اندازه کابل) عمل می کند تا شما بتوانید همین کار را انجام دهید. این دستگاه برای کابل هایی از 1 الی 6 میلی متر است. تنها اقدام قبلی که هنگام جدا کردن لازم است، حلقه زدن از طریق غلاف در نقطه شکست (که می تواند تا 25 میلی متر از انتهای کابل باشد) است. خوشبختانه این دستگاه یک ابزار زنگ و همچنین یک انبر الکترونیکی برش جانبی دارد. دستگاه برش دهنده انتهای کابل اِم آی، غلاف را از روی کابل‌های مختلف مانند کابل‌های روکش شده از جنس استنلس استیل، کابل‌های روکش دار مسی نیکل، اینکونل و سایر آلیاژهای مبتنی بر نیکل، به راحتی جدا می‌کند. از تک هسته تا چند هسته ای و حتی سه محوری، دستگاه سازگار است. این دستگاه خوشبختانه به هوای فشرده نیاز ندارد و مستقیماً از منبع تغذیه خارج می شود.

5) گرم کننده انتهای کابل اِم آی (MI Cable End Warming Oven)

خیلی از سازندگان به منظور جلوگیری از نفوذ نَم یا رطوبت به عایق کابل ها از دستگاهی به نام MI Cable End Warning Oven استفاده می کنند. این دستگاه به منظور جلوگیری از کاهش مقاومت عایق، انتهای باز کابل را گرم نگه می دارد.

برای جلوگیری از نفوذ رطوبت به عایق کابل ها و در نتیجه کاهش مقاومت عایق، بهتر است انتهای باز کابل، گرم نگه داشته شود.

مزایای استفاده از این دستگاه در فرآیند جوشکاری عبارتند از:

1. تجزیه بهتر گاز آرگون باعث سوختگی نرمتر و سریعتر می شود.
2. کاهش خطر اختلاف فشار در داخل جوش که باعث بالا آمدن فلز مذاب می شود.
3. افزایش مقاومت و ظرفیت خازنی از خراب شدن اجزای مورد استفاده برای شروع جوش جلوگیری می کند.

مزایای استفاده از سنسور ترموکوپل

استفاده از جفت های حرارتی (ترموکوپل)، نسبت به سایر تجهیزاتی که به منظور بررسی و سنجش میزان دما استفاده می شوند، مزایای بسیاری دارد. همچنین انواع ترموکوپل برای مصارف و کاربردهای صنعتی مورد استفاده قرار می گیرند که در ادامه با یک مثال به شما نشان خواهیم داد:

مثال: فرض کنید که یک سنسور در یک کوره حرارتی داریم و می خواهیم بدانیم که دمای آن در کوره چقدر است، می توانیم یک ولت متر را به اتصال سرد (Cold Junction) متصل و ولتاژ را اندازه گیری کنیم. همچنین فرض کنید که کوره در دمای 1000 درجه کار می کند و در انتهای سنسور دمای آن 100 درجه است. از آنجایی که گفتیم Thermocouple تفاوت بین اتصالات گرم و سرد را اندازه می گیرد، فرمول ما این خواهد بود:

100 (اتصال سرد) – 1000 (اتصال گرم) = 900 درجه

این ما را به COLD JUNCTION COPENSATION (جبران سازی اتصال سرد ) می رساند. جبران اتصال سرد معمولاً به طور خودکار توسط تجهیز اندازه گیری انجام می شود. این ابزار، دما را در محل اتصال سرد اندازه گیری می کند و آن را به معادله اضافه می کند.

1000-100 =900

900+100=1000

به این ترتیب دستگاه، دمای واقعی محل اتصال داغ (Hot Junction) را نشان می دهد.

در اینجا ذکر این نکته ضروریست که به منظور کارکرد صحیح دماسنج اندازه گیری دما، نباید از فلزات دیگری بین اتصال گرم و اتصال سرد استفاده شود. اگر سیم برای اتصال سنسور به ابزار نشانگر نیاز باشد، سیم جبران ساز باید از همان ماده سیم های سنسور ساخته شود.

ساخت ترموپیل (Thermopile)

ولتاژی که توسط جفت حرارتی تولید می شود، زیاد نیست. اما اگر چندین اتصال به صورت سری به یکدیگر متصل شوند، تمام ولتاژهای ترموالکتریک جداگانه آنها با هم جمع می شوند تا ولتاژ زیادتری ایجاد کنند.

نتیجه گیری

در این مقاله درباره نحوه و طریقه ساخت انواع ترموکوپل صنعتی که تجهیزاتی پرمصرف و کاربردی در کلیه صنایع مهم است، توضیحاتی را خدمت شما عزیزان ارائه کردیم. چنانچه سوالی در این مورد دارید، در بخش دیدگاه های همین مقاله آن را بیان کنید تا به شما پاسخ دهیم.