ولتاژ خروجی ترموکوپل (Thermocouple Voltage)، یکی از مبحث های بسیار مهم است که قصد داریم در این مقاله درباره آن صحبت کنیم. دماسنج ترموکوپل یک دستگاه اندازه گیری و سنجش دمای بسیار حرفه ای و کاربردی با محدوده دمایی بسیار گسترده و دقت بالاست (البته از لحاظ دقت اندازه گیری، کمتر از RTD ها است). با استفاده از این تجهیز حرفه ای می توانید دما را در سایت های گوناگون در بسیاری از صنایع به طرز صحیحی اندازه گیری نمایید. لازم به ذکر است که دقت اندازه گیری دما به ولتاژ ترموکوپل و Signal Conditioning Circuitry مرتبط است. در ادامه با ما همراه باشید تا اطلاعات بیشتری را در این زمینه خدمت شما بزرگواران ارائه دهیم.

چگونه دما به وسیله ولتاژ خروجی ترموکوپل اندازه گیری می گردد؟

ترموکوپل ها از ترکیب 2 عدد فلز ناهمنوع یا نامشابه ساخته شده که در یک انتها به یکدیگر متصل شده اند و به آن اتصال گرم (Hot Junction) می گویند و سمت دیگر، اتصال سرد (Cold Junction)، باز می ماند. اتصال سرد، که از آن به عنوان اتصال مرجع (Reference Junction) هم عنوان می شود، به Signal Conditioning Circuitry متصل است. دما در یک اتصال داغ کمیت فیزیکی ناشناخته در اندازه گیری دما بر اساس Thermocouple است.

زمانی که اتصالات سرد و گرم در دماهای مختلف هستند، ولتاژ خروجی ترموکوپل یا EMF ترموالکتریک در دو سر باز هادی ها در اتصال سرد ایجاد می گردد. این اثر به عنوان اثر Seebeck شناخته می شود که ولتاژ خروجی و تفاوت دما بین اتصالات گرم و سرد را به هم مرتبط می کند. فرمول شماره 1، رابطه ولتاژ (Vth) را با دمای اتصال گرم (Th) و دمای اتصال سرد (Tc) را بر حسب درجه سانتیگراد نشان می دهد. EMF تولید شده بر حسب یکای واحد میلی ولت بوده و یک مدار وضعیت سیگنال برای تبدیل دقیق ولتاژ به دمای خواندن لازم است.

فرمول محاسبه خروجی ترموکوپل

فرمول شماره 1) محاسبه خروجی ترموکوپل

مقدار ضریب Seebeck برای دماسنج هایی با ترکیب‌های فلزی متفاوت، فرق می کند و مقدار و دما رابطه‌ای غیر خطی دارند. برای تعیین دمای اتصال گرم، باید ولتاژ خروجی، نوع جفت حرارتی و دمای محل اتصال مرجع یا سرد را بدانیم. دمای محل اتصال گرم را می توان از معادله زیر (2) به دست آورد:

دمای محل اتصال گرم ترموکوپل

دمای محل اتصال گرم سنسور

ولتاژ خروجی انواع ترموکوپل

تایپ K

در سنسورهای ترموکوبل تایپ K از آلیاژهای کروم و آلومینیوم (chromium and aluminum) بر پایه نیکل (nickel-based) ساخته شده اند. میزان محدوده دمایی آنها 270- تا 1372+ درجه سانتیگراد و ضریب سیبک آن ها ℃/41µV در دمای 25 درجه سانتیگراد است. سنسورهای تیپ کا در سیستم های سنجش دما مبتنی بر میکروکنترلر در بخش های گوناگون صنعت استفاده می شوند. این سِری از جفت های گرمایی از لحاظ قیمتی مقرون به صرفه بوده، اندازه آن دقیق و دارای پایداری لازم در صنایع گوناگون است.

تایپ J

در سنسورهای تایپ J، محدوده دمایی J از 270- تا 1200+ درجه سانتیگراد و ضریب سیبک آن ℃/52µV در دمای 25 درجه سانتیگراد است. این دماسنج، ترکیبی از آلیاژهای آهن و مس نیکل (constantan) بوده و در برابر خوردگی بسیار حساس هستند. سنسور نوع J، جزو محصولات ارزان قیمت محسوب می شوند ولی در محیط های مرطوب ماندگاری کوتاهی دارد.

تایپ N

سنسورهای تیپ N از آلیاژهای سیلیکونی نیکل و کروم، یعنی نیکروسیل و نیسیل، تشکیل شده اند. محدوده دمایی تایپ N از 270- تا 1300+ درجه سانتیگراد و ضریب سیبک ℃/27µV در دمای 25 درجه سانتیگراد است. سنسور نوع N برای محیط های حرارتی شدید مانند کاربردهای هسته ای و کوره ای بسیار کاربرد دارد.

تایپ T

سنسورهای سِری T، دارای محدوده دمایی از 270- تا 400+ درجه سانتیگراد و ضریب سیبک ℃/41µV در 25 درجه سانتیگراد هستند. این یک سنسور پایدار است که از آلیاژهای مس-کنستانتان تشکیل شده است. این ترموکوپل ها برای کاربردهای انجماد عمیق و دمای بسیار پایین مانند سیستم های برودتی و ابررسانا مناسب هستند.

تایپ E

سنسور سِری E، از آلیاژهای نیکل-کروم و کنستانتان تشکیل شده و در مقایسه با سنسورهای نوع K پایداری و دقت بالاتری دارند. محدوده دمایی تیپ E از 270- تا 1000+ درجه سانتیگراد بوده و ضریب ضریب سیبک آن ℃/61µV در 25 درجه سانتیگراد است. این دماسنج ها معمولا در محیط های خلأ و اکسیدی به وفور استفاده می شوند.

تایپ S

ترموکوپل های حرارتی نوع S (اِس) در دماهای بسیار بالا در صنایع زیست، پزشکی و دارویی مورد استفاده قرار می گیرند. این سنسور از آلیاژهای پلاتین-رودیوم و فلز پلاتین تشکیل شده است. محدوده دمایی ترموکوپل های نوع S از 50- تا 1750+ درجه سانتیگراد و ضریب سیبک آن ℃/6µV در 25 درجه سانتیگراد است.

تایپ R

سنسورهای سِری R همانند تایپ S می توانند در دماهای بالا مورد مصرف قرار بگیرند، چون مانند تیپ S از متریال پلاتین-رودیوم استفاده شوند. درصد رودیوم در ترموکوپل های نوع R بالاتر از نوع S بوده و قدت و پایداری به مراتب بهتری از تایپ S دارند. محدوده دمایی این سنسورها از 50- الی 1768+ درجه سانتیگراد بوده و ضریب Seebeck آن ℃/9µV در دمای 25 درجه سانتیگراد است.

نتیجه گیری

در این مقاله درباره مبحث ولتاژ خروجی ترموکوپل صحبت کردیم. سنسورها تجهیزاتی فوق العاده و کاربردی بوده که استانداردهای صنعتی را برآورده می کنند. از آنجایی که انواع مختلفی از Thermocoupleها وجود دارد، می توانید بسته به محیط، بهترین نوع را انتخاب نمایید و از اندازه گیری دقیق آن اطمینان حاصل کنید. اگرچه ولتاژ خروجی سنسور در محدوده میلی ولت است و نیاز به تنظیم سیگنال دارد، ترموکوپل ها مقرون به صرفه، جمع و جور، سریع و دارای محدوده دمایی وسیعی هستند. اگر قصد دارید از یک واحد اندازه گیری دما در سیستم خود استفاده کنید، ترموکوپل ها را در نظر بگیرید.