حساسیت ترموکوپل

:تاریخ آخرین بروزرسانی مقاله مرداد ۲۳ام, ۱۴۰۱ در ۰۶:۳۹ ق٫ظ

حساسیت ترموکوپل به چه معناست؟ این ممکن است سوال بسیاری از شما عزیزان باشد. راستش را بخواهید، این سوال را می توان از جنبه های متفاوت مورد بررسی قرار داد. در ادامه مقاله با ما همراه باشید تا درباره ضریب حساسیت ترموکوپل بیشتر بدانید. قبل از هر چیز بایستی اطلاعات کلی از این نوع از سنسورهای اندازه گیری دما داشته باشید. در غیراینصورت، حتمآً مقاله زیر را مطالعه نمایید.

مطالعه بیشتر: ترموکوپل چیست؟

اگر بخواهیم ترموکوپل را به صورت خلاصه توضیح دهیم عبارتست از:

سنسور Thermocouple متشکل از 2 سیم از فلزات غیر همنوع است که در یک جهت به یکدیگر متصل شده اند. این اتصال دو سیم به یکدیگر به اتصال گرم (Hot Junction) مشهور است. نقطه دیگر که سیم ها به هم متصل نیستند، اتصال سرد (Cold Junction) گفته می شود. به عبارت دیگر:

زمانیکه دو فلز از جنس های مختلف در دو نقطه به یکدیگر متصل می گردند، یک حلقه کامل را تشکیل و اختلاف دما بین اتصالات وجود دارد، که این مورد سبب ایجاد پتانسیل الکتریکی بین اتصالات می گردد. به چنین ساختاری Thermocouple گفته می شود و اغلب برای اندازه گیری دما در محیط های مختلف مورد استفاده قرار می گیرد.

از آنجا که جفت های گرمایی تنها به تفاوت های بین دو نقطه دما حساس اند، یک بخش از مدار بایستی در یک نقطه مرجع (Source) مشخص (به عنوان مثال ، نقطه ذوب یخ) نگهداری، در حالیکه بخش دیگر در دمایی است که بایستی اندازه گیری گردد. زمان پاسخدهی ترموکوپل ها به زمان لازم برای رسیدن دمای سنسور به دمای مرجع (Source) در هنگام قرار گرفتن در معرض آن تعریف می گردد.

با اشاره به پارامتر جمع شده به منظور بررسی جریان حرارتی گذرا، می توان از فرمول زیر استفاده کرد:

با توجه به فرمول بالا  می توان به این نتیجه رسید که پارامتر hA/ρVc بزرگتر است، یعنی هرچه میزان exp (نمایی) نزدیک تر به عدد به صفر باشد، میزان سرعت پاسخدهی بالاتر خواهد بود. مقدار بیشتری از hA/ρVc را می توان با افزایش مقدار ضریب همرفتی یا کاهش قطر سیم، چگالی و حرارت خاص بدست آورد.

حساسیت ترموکوپل به زمان مورد نیاز سنسور برای رسیدن به 63.2 درصد از حالت پایدار آن تعریف می گردد. وقتی چنین شرایطی حاصل شد، معادله به صورت زیر است:

جفت گرمایی هرچه حساس تر باشد، نسبت به دما و حرارت واکنش بیشتری نشان می دهد. یعنی زمانیکه حرارت به قسمت اتصال داغ (Hot Junction) برخورد می کند، دما با سرعت بیشتری انتقال پیدا کرده و در نمایشگر دیجیتال نشان داده می شود.پارامتر ρVc/hA در فرمول فوق، دارای واحد زمان است و به ثابت زمانی سیستم معروف است. این واحد vh با نماد τ* نشان می دهند.

بنابراین:

با استفاده از ثابت زمانی، توزیع میزان دما در مواد جامد را می توان در فرمول زیر خلاصه کرد:

این ثابت زمانی نشان دهنده سرعت پاسخدهی Thermocouple است. یعنی اینکه چقدر طول می کشد که سنسور به یک میزان پایدار برسد. هر چه قدر میزان ثابت زمانی بزرگتر باشد، میزان سرعت پاسخدهی (response time) بالا و هرچه قدر میزان ثابت زمانی کوچکتر باشد، میزان سرعت پاسخدهی (response time) کوچکتر است.

مقدار کم خروجی در ثابت زمانی را می توان برای حسگر دما بدست آورد:

• کاهش قطر سیم (Decreasing the wire diameter)
• استفاده از فلزات سبک با چگالی کم و حرارت ویژه کم (Using light metals of low density and low specific heat)
• افزایش ضریب انتقال حرارت (Increasing the heat transfer coefficient)

بسته به نوع سیالی که قرار است استفاده شود ، زمان پاسخدهی برای اندازه ها و مواد مختلف سیم های ترموکوپل معمولاً بین 0.04 تا 2.5 ثانیه است.

در زیر مثال های در مورد حساسیت Thermocouple برای شما آورده شده است:

دماسنج جیوه ای با لامپ ایده آل به صورت کُره ای به شعاع 1 میلی متر برای اندازه گیری دمای سیالی که دمای آن با سرعت متغیر تغییر می کند، استفاده می گردد.

برای جیوه:

k = 10 W/mK ؛ α = 0.00005 m2/s و h = 10 W/m2K

اگر زمان تغییر دمای سیال 3 ثانیه است، مشخص کنید که آیا دماسنج قادر است دما را درست بخواند یا خیر؟ در غیر این صورت ، شعاع یک ترموکوپل (k = 100 W/mK ؛ α = 0.0012 m2/s و h = 8 W/m2K) برای خواندن دمای سیال چقدر باید باشد؟

ابعاد خطی مشخص شده به عنوان نسبت حجم لامپ به سطح آن به صورت زیر است:

از آنجایی که ثابت زمان (6.67 ثانیه) بیشتر از زمان تغییرات دمای سیال (3 ثانیه) است، سنسور نمی تواند رکورد پایداری را در مورد تغییر دمای زمان سیال ارائه دهد.

(ب) قطر ترموکوپل با خواص داده شده را می توان با همبستگی ثابت زمانی مشخص کرد.

به این معنا که:

بررسی قیمت Thermocouple

به طور کلی، جفت های حرارتی از دو نوع آلیاژ مختلف مانند آهن، نیکل، کروم، منگنز، آلومینیوم، تنگستن، رنیوم و موارد دیگر از جمله آلیاژهای پلاتین و طلا در برخی مدل ها و همچنین فلزات خالص استفاده می کنند. هر ترکیبی دارای ویژگی های مختلفی است و متناسب با استانداردهای متفاوتی که توسط ASTM تعیین شده است.

ترموکوپل ها نسبتاً ارزان هستند، می توانند دماهای بسیار پایین و بسیار بالا را تحمل و از متریال مختلفی شده اند. بسته به نوع کلاس (فلز پایه ، فلز نجیب و فلز خالص)، آنها می توانند اختلاف دمای حدود 1 درجه سانتی گراد، 0.1 درجه سانتی گراد و 0.01 درجه سانتی گراد را به ترتیب بررسی کنند. در این مقاله درباره ضریب حساسیت ترموکوپل صحبت کردیم. اگر نظر، پیشنهاد، انتقاد و سوالی دارید از طریق بخش نظرات با ما در ارتباط باشید.