• شرکت مهندسی بازرگانی مانیاد صنعت (واردات و تولید کابل های خاص)

ترموکوپل ( Thermocouple )

ترموکوپل چیست؟

ترموکوپل ها به زبان ساده دستگاه های الکتریکی هستند برای اندازه گیری دما که برای انجام کار نیازمند دو رسانای غیر همجنس می باشند. عملکرد جفت حرارتی بر اساس الکترون های آزاد موجود در سیم داخلی می باشد. بطور معمول در هر متر مکعب از یک فلز نمونه 10 به توان 28 الکترون آزاد وجود دارد.

ترموکوپل
ترموکوپل

ترموکوپل و RTD بطور گسترده در صنعت مورد استفاده قرار می گیرند. قیمت مناسب و قابل اعتماد بودن، دو ویژگی بسیار مهم این تجهیزات ابزار دقیق می باشند. متأسفانه در بسیاری از موارد به دلیل پیچیدگی دیگر تجهیزات ابزار دقیق، ممکن است کارشناسان برق یا بازرگانی شرکت ها به سادگی انواع جفت حرارتی را خریداری کنند! در بسیاری از موارد دیده شده است که بیان می شود Thermocouple چیزی ندارد! اما من می خواهم در ادامه متن به شما ثابت کنم که دستگاه های سنجش حرارت چیزهای زیادی دارند و از ساختار پیچیده و حائز اهمیتی برخوردار هستند.

دماسنج ترموکوپل چگونه کار می کند؟

ترموکوپل بر اساس پدیده ترموالکتریک و اثر سیبک کار می کند. نکته حائز اهمیتی که در بسیاری موارد نادیده گرفته می شود رفتار الکترون های سیم داخلی جفت گرمایی می باشد. از زمان شروع سنجش دما تا لحظه به نمایش در آمدن دما بر روی صفحه نمایشگر ترموستات دیجیتال در اتاق کنترل، هدف دستگاه سنجش حرارت، کابل رابط و ترموستات دیجیتال کاملا مشخص است. هدف این است که در کمترین زمان ممکن سیگنال اندازه گیری شده با کم ترین افت ولتاژ به مقصد برسد.

پس در این بخش آشنا شدید که دماسنچ ترموکوپل چگونه کار می کند. در ادامه به بررسی قوانین و خرید انواع Thermocouple می پردازیم.

قوانین ترموکوپل و اثر سیبک ( Seebeck ) چیست؟

توماس جوآن سیبک در کشور آلمان و در سال 1821 میلادی قوانین ترموکوپل و عملکرد آن ها را کشف کرد. برای ارج نهادن به زحمات این دانشمند نام این کشف بزرگ را اثر سیبک نام گذاری کردند. اگر بخواهیم در یک جمله اثر سیبک را تعریف کنیم باید بگوییم که جفت گرمایی انرژی حرارتی را به انرژی الکتریکی تبدیل می کند. در واقع توماس کشف کرده بود که جریان الکتریسیته دستگاه های سنجش حرارت در یک مدار بسته جریان دارد.

خرید ترموکوپل

به منظور خرید ترموکوپل می توانید با شرکت آروان صنعت تماس حاصل فرمایید و از مشاوره رایگان کارشناسان ما بهره مند شوید. لازم است بدانید که خرید Thermocouple نیازمند رعایت نکات

انواع ترموکوپل

توماس جوآن سیبک دریافت که می تواند دو ماده رسانا را با مواد سازنده متفاوت در معرض دما قرار دهد. در این صورت در دو سر سیم اختلاف ولتاژ ایجاد می شود.این اختلاف پتانسیل به متریال سیم (به دلیل رفتار الکترون های آزاد) و میزان دمایی که به هر ماده اعمال شده است بستگی دارد. از این رو به مرور زمان تایپ های مختلف دماسنج صنعتی کشف شدند.

در مورد Thermocouple بیشتر بدانید

در ادامه به بررسی انواع ترموکوپل ( Thermocouple ) اشاره می کنیم:

ترموکوپل سیمی

ترموکوپل سیمی یکی از پر مصرف ترین انواع سنسور های حرارتی می باشد. بهتر است از عبارت کابلی برای این دماسنج استفاده کنیم. نکته حائز اهمیت و ترفند طلایی در مورد این تجهیز ابزار دقیقی این است که کابل ترموکوپل استفاده شده در آن از نوع افزاینده طول می باشد یا جبران ساز؟ در بیشتر متون علمی مرجع تاکید شده است که می بایست از Thermocouple Extension Cables برای ساخت جفت حرارتی سیمی استفاده شود. به عنوان مثال ما سه نوع کابل برای دستگاه سنجش حرارت تایپ K داریم. کابل تایپ KX , KCA و WX . تکلیف WX که مشخص است چرا که به دلیل دارا بودن درصد خلوص کمتر،حداکثر دمای Thermocouple می بایست 800 درجه سانتیگراد باشد. همچنین برش (Cutting) های کابل برای سایز 1x2x0.50 میلی متر مربع بهتر است کمتر از 15 متر و حتی کم تر باشد.

ترموکوپل سیمی
ترموکوپل سیمی

کابل رابط KCA با روکش PVC در واقع یکی از پر کاربرد ترین کابل های رابط جفت گرمایی برای مسافت های طولانی می باشد. و اما بهترین نوع کابل افزاینده طول دستگاه سنجش حرارت که می توان از آن به جای دو نوع قبلی هم استفاده کرد، KX می باشد. این نوع از تایپ های قبلی گران تر و به همین نسبت از درجه کیفی اعلی تری برخوردار می باشد. درصد خلوص این نوع نزدیکترین آنالیز را نسبت به دو نوع قبلی دارد. تاکید می کنم استفاده از این تایپ که همواره با حرف اختصاری X نشان داده می شود،برای ساخت جفت حرارتی سیمی الزامی می باشد.

ترموکوپل سرامیکی

ترموکوپل سرامیکی در دسته Thermocouple های دما بالا قرار می گیرد.غلاف محافظ سرامیکی از نوع C610 مطابق با استاندارد DIN آلمان ساخته می شود. در واقع می توان گفت که این غلاف نقطه طلاقی دماسنج های صنعتی مبتنی بر فلز (Base Metal) و مبتنی بر فلزات نجیب (Nobel Metal) می باشد.

ترموکوپل سرامیکی
ترموکوپل سرامیکی

به زبان ساده تر ما می توانیم سیم داخلی جفت گرمایی نوع K ای را که می خواهیم دما را مطابق استاندارد های بین المللی تا 1260 درجه سانتیگراد درون غلاف محافظ سرامیکی قرار دهیم.همچنین ما می توانیم برای ساخت جفت حرارتی نوع S ای که می خواهیم دما را تا 1400 درجه سانتیگراد اندازه گیری کند،از غلاف سرامیکی KER 610 استفاده کنیم.این غلاف سرامیکی ساختار شکننده ای دارد و می بایست از تماس سیال و برخورد اجسام با آن جلوگیری شود.

ترموکوپل نوع K

ترموکوپل نوع K را به جرأت می‌توان پر مصرف ترین Thermocouple در صنعت نامید.این جفت حرارتی را می توانیم با انواع سری برای اتصال در محل مورد نظر مورد استفاده قرار دهیم.به عنوان مثال مدل های سری تایوانی (Bolt) ، سری انگلیسی یا پیچ M8 و طرح اسکوتی دارای کاربرد بیشتری می باشند.

ترموکوپل تیپ K
ترموکوپل تیپ K

ترموکوپل نوع J

جفت حرارتی تایپ J را می توان بعد از تایپ K پر مصرف ترین نامید. یکی از دلایل این موضوع لوازم جانبی دستگاه های سنجش حرارت می باشد.چرا که در بسیاری موارد دیده شده است که دستگاه جانبی بصورت تک رنج و با ورودی تایپ J و یا K موجود می باشد. این موضوع در انواع ترموستات ، ترانسمیتر دما و همچنین کابل رابط جفت گرمایی دیده می شود. البته جای خوشحالی است که در سال های اخیر این روند در حال اصلاح می باشد.

j-type-thermocouple-arvansanat
j-type-thermocouple-arvansanat

راه حل ارائه شده برای ترانسمیتر و ترموستات این است که این تجهیز بصورت ورودی مولتی رنج تولید و عرضه می گردد. و کاربر می تواند با توجه به نیاز خود از آن استفاده کنید.ویژگی بسیار خوب این روش این است که در صورت نیاز بهره بردار می تواند نوع سنسور دما را عوض کند.اما نیازی به تغییر ترانسمیتر دما نیست و تنها کافی است که تنظیمات (Configuration) را تغییر دهد. به این کار کالیبره کردن (پی نوشت 2*) ترانسمیتر دما نیز گفته می شود.

ترموکوپل نوع T

جفت گرمایی نوع T یکی از سنسور های دما کاربردی و قابل اعتماد می باشد.در این نوع از سنسور های حرارتی پایه مثبت از جنس مس و هادی پایه منفی از جنس مس نیکل می باشد.این ساختار بهترین نوع ترموکوپل برای اندازه گیری دماهای منفی است و در این دماها نسبت به سایر جفت های حرارتی پایداری بیشتری دارد. هم چنین این نوع جفت گرمایی در مقابل خورندگی و زنگ زدگی بسیار مقاوم است.

جفت حرارتی ( دستگاه سنجش حرارت )

ترموکوپل نوع E

هادی پایه مثبت در این دستگاه سنجش حرارت از جنس کرومل و پایه منفی از جنس کنستانتان می باشد.این نوع از جفت حرارتی برای استفاده در محیط های اکسیده کننده و خنثی از نظر بازی و اسیدی توصیه نمی شود. در دمای یکسان بین جفت های گرمایی موجود دارای بالاترین ولتاژ موثر می باشد بنابراین در فواصل انتقال طولانی بهتر است مورد استفاده قرار گیرد تا افت ولتاژ کمتر و در نتیجه خطای کمتری ایجاد نماید.

ترموکوپل نوع N

در سنسور دما نوع N پایه مثبت از جنس نیکل کروم سیلیکون و هادی پایه منفی از جنس نیکل سیلیکون می باشد.این ساختار تقریبا ساختاری نزدیک به ترموکوپل تایپ E و K می باشد و می تواند به جای آن ها مورد استفاده قرار گیرد. جفت حرارتی تایپ N نسبت به این دو تایپ گران تر است و حساسیت کمتری دارد. اما به علت اینکه هر دو پایه آن خاصیت آهنربایی ندارند(فاقد Fe می باشند) در محیط های اکسید کننده بهتر است مورد استفاده قرار گیرند.همچنین در دماهای بالا این ترموکوپل رفتار پایدارتری نسبت به تایپ K و E از خود نشان می دهد.

ترموکوپل نوع S

در این جفت گرمایی پایه مثبت از جنس پلاتینیوم – رادیوم و هادی پایه منفی از جنس پلاتینیوم می باشد.دستگاه سنجش حرارت تایپ S بر اساس رفتار الکترون های آزاد فلزات نجیب پلاتین و رادیوم کار می کند. به همین دلیل بعضی مواقع از این جفت گرمایی با نام سنسور پلاتین رادیوم یاد می شود. البته این نام را می توانیم برای هر سه نوع S ، R و B بر گزینیم. اما بهتر است برای جلوگیری از اشتباهات رایج طبق استاندارد های بین المللی این سنسور ها را با حروف اختصاری نام ببریم.

ترموکوپل نوع R

جفت حرارتی نوع S و R بسیار به هم شبیه هستند و دمای کارکرد آن ها نیز خیلی به هم نزدیک می باشد.اشتباه رایجی که در این زمینه رخ می دهد این است که کابل بیرونی ترموکوپل نوع S را بجای کابل ترموکوپل نوع R استفاده می کنند.

ترموکوپل نوع B

پایه مثبت در سنجش گر دما تایپ B از جنس پلاتینیوم – رادیوم و پایه منفی از جنس پلاتینیوم می باشد.این ساختار در دسته ترموکوپل های دما بالا رده بندی می شود اما در دماهای پایین هم به علت داشتن دقت بالا در بعضی صنایع مورد استفاده قرار می گیرد. تنها تفاوتی که با تایپ R ,S دارد در درصد خلوص هادی پایه های تشکیل دهنده می باشد و نسبت به سایر جفت های حرارتی گران قیمت تر می باشد.

ترموکوپل نوع C

Thermocouple نوع C یکی از خاص ترین و پیچیده ترین انواع دستگاه های سنجش حرارت می باشد. بطوریکه می بایست دمای بیش از 2000 درجه سانتیگراد را تحمل کند. این جفت حرارتی از معدود دستگاه های سنجش حرارتی است که هم باید دمای 2000 درجه سانتیگراد را اندازه گیری کند و هم این دما را تحمل کند!در حال حاضر ساخت و تولید ترموکوپل تیپ C در انحصار کشورهای انگشت شماری می باشد.

سنسور مقاومتی RTD

سنسور مقاومتی RTD بر اساس پل وتسون کار می کند. در استاندارد های بین المللی سنسور های RTD دو ، سه و چهار سیمه آمده است. اما در عمل و به صورت تجربی تولید کنندگان ترموکوپل سنسور مقاومتی شش سیمه را هم ابداع کرده اند.بر اسال پل وتسون هر چه تعداد سیم های مدار آر تی دی بیشتر باشد،دقت آن نیز بیشتر است.پس در نتیجه دقت سنسور ار تی دی چهار سیمه از سه سیمه و سه سیمه از دو سیمه بیشتر است.همانطور که می دانید دو سر سیم جفت حرارتی را به هم جوش می دهیم تا طبق پدیده سیبک دما را اندازه گیری کند.اما در RTD ها روش کار به گونه دیگری است و می بایست یک سنسور مقاومتی را به سر سیم ها جوش دهیم.

سنسور PT100

سنسور PT100 جومو ( JUMO ) آلمان یکی از معروف ترین انواع پی تی صد ها می باشد.به عنوان مثال ما یک عدد سنسور مغزی فیلمی PT100 و همچنین 5 متر کابل PT100 سه سیمه سیلیکونی BLF ایتالیا داریم. در این صورت دو رشته سیم هم رنگ را همزمان به یکی از پایه های سنسور فیلمی و یک رشته سیم دیگر را به دیگر پایه سنسور داخلی جوش می دهیم.

ترموکوپل PT100
ترموکوپل PT100

سنسور PT500

سنسور مقاومتی PT500 نسبت به ترموکوپل PT100 (پی نوشت 1*) کاربرد کم تری دارد.همانطور که می دانید وقتی می گوئیم پی تی پانصد یعنی اهم این سنسور در دمای 0 درجه سانتیگراد 500 می باشد.آیا می دانید چرا بجای سنسور مقاومتی پی تی 100 از سنسور پی تی 500 استفاده می شود؟یکی از مهم ترین عوامل دقت اندازه گیری (Accuracy) می باشد.شاید به توان گفت همانند تعداد رشته های کابل PT100 هرچه اهم سنسور PT در صفر درجه سانتیگراد بیش تر شود،دقت اندازه گیری آن بیشتر می شود.

سنسور pt500
سنسور pt500

سنسور PT1000

سنسور PT1000 یکی از دقیق ترین سنسور های سنجش دما ترموکوپل می باشد. دقت این سنسور ها معمولا می بایست در حد دهم، صدم و هزارم باشد.چرا که یکی از مهم ترین کاربردهای این تجهیزات ابزار دقیقی در آزمایشگاه های کارخانجات می باشد. و عمدتا از این سنسور ها به عنوان سنسور مرجع استفاده می شود.

ترموکوپل PT1000
ترموکوپل PT1000

پی نوشت:

  1. عبارت سنسور پی تی صد صحیح تر می باشد و تجهیزی بنام ترموکوپل PT100 وجود ندارد!
  2. عبارت کانفیگ کردن در اینجا صحیح تر می باشد.

درباره این مطلب دیدگاهی ارسال کنید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

× چگونه می‌توانم به شما کمک کنم؟