ترموکوپل چیست ؟
ترموکوپل ها یکی از سنسور های پرکاربرد در صنایع مختلف هستند که بر مبنای دما کار می کنند . ترموکوپل ها ابزار الکتریکی هستند که برای سنجش دما استفاده می شوند. دقت بسیار بالا ، توانایی واکنش سریع در برابر تغییرات دمایی ، تحمل فشارهای دمایی بسیار بالا ، ساده بودن مکانیزم و مقرون به صرفه بودن از مزایای این سنسور دمایی می باشد .در این مقاله به بررسی سنسور ترموکوپل و نحوه کارکرد آن می پردازیم .
ترموکوپل چگونه کار میکند ؟
ترموکوپل یا (Thermocouple) از تجهیزات مهم و کاربردی ابزار دقیق در صنعت است که برای اندازه گیری دما استفاده می شود . مبنای کارکرد ترموکوپل ها بر اساس پدیده سیبک (Seeback) می باشد که در آن اختلاف دما بین دو نقطه به بازار الکتریکی تبدیل می شود . اگر بخواهیم تعریفی جامع برای ترموکوبل داشته باشیم از آن به عنوان یک سنسور دما ای استفاده می کنند .ترموکوپل ها دارای دو پایه سیمی می باشند که از فلزات مختلف با جنس های مختلف ساخته شده اند .
پایه های این دو سیم در یک سمت و همدیگر جوش داده شده و با هم اتصال دارند . محل اتصال دو فلز محل اندازه گیری دما می باشد که در هنگام تغییر دما در محل اتصال ولتاژ الکتریکی ایجاد شده و با دما نسبت مستقیم دارد.
ترموکوپل ها را میتوان نوعی مولد برق دانست البته برقی توسط ترموکوپل ها تهیه می شود بسیار کم است . اختلاف پتانسیل ایجاد شده بین دو فلز غیر هم جنس تشکیل دهنده این برند است که این اختلاف پتانسیل تابع میزان حرارت اعمال شده می باشد.
ولتاژ ایجاد شده توسط مولتی متر قابل اندازه گیری و به تعریفی گویای میزان حرارت می باشد .
این تجهیز پرکاربرد در کنار گسترده بودن محدوده دمایی و دقت بسیار بالا قادر است دماهای بین منفی ۱۸۰ تا مثبت ۱۸۰ درجه سانتیگراد را اندازه گیری نماید .
اتصال فلز ها در ترموکوپل
همانطور که اشاره شد فلز های به کار رفته در ترموکوپل از دو جنس مختلف ساخته شده و محل اتصال آنها محل محاسبه دما میباشد . برای عملکرد صحیح ترموکوپل لازم است تا این دو سیم تا حد امکان اختلاف الکترونگاتیویته بیشتری داشته باشند . دلیلش این است که هنگام اندازه گیری ولتاژ شاهد بیشترین اختلاف ولتاژ ترمو الکتریک خواهیم بود .
اتصال فلز ها در ترموکوپل
نحوه عملکرد ترموکوپل
اثر ترموالکتریک را برای اولین بار یک فیزیکدان آلمانی به نام سیبک (Seeback) در سال ۱۸۲۱ میلادی کشف نمود که اساس کار ترموکوپل بر آن می باشد . جواب آزمایشات انجام شده در یافت که زمانی که دو فلز غیر هم جنس را اتصال داده و اختلاف دما در آن ایجاد شود موجب تولید پتانسیل الکتریکی خواهد شد . همچنین اگر هر دو فلز ها دمای یکسانی داشته باشند ولتاژ در اتصال یکدیگر را خنثی کرده و هیچ جریانی در مدار برقرار خواهد شد . بنابراین ترموکوپل ها توانایی اندازه گیری دما میان دو اتصال مختلف را دارند .
اتصالات میان این دو فلز غیر هم جنس از دو مکان می باشد . اتصالی که وظیفه اندازه گیری دما را برعهده دارد به اصطلاح اتصال داغ Hot Junction نامیده می شود . دو فلز را در محلی دیگر با هم اتصال دارند که به آن اتصال مرجع گفته می شود و دمای آن ثابت می باشد .این محل اتصال نیز اتصال سرد یا Cold Junction نامیده می شود .
انواع ترموکوپل ها
ترموکوپل ها دارای انواع مختلفی هستند که هر کدام دارای خاصیتی متفاوت و با پارامترهای مختلفی بررسی خواهند شد . ترموکوپل های نوع B,S,R,T,N,E,J,K از رایج ترین ترموکوپل های مورد استفاده در صنعت می باشند .این ترموکوپل ها جنس فلز و آلیاژ متفاوتی با همدیگر دارند . همچنین ترموکوپل های نوع R و S از فلزات نجیب تشکیل شده که مورد استفاده آن در دماهای بالا می باشد . برخی از ترموکوپل ها برای جداسازی از محیط توسط غلاف هایی احاطه شده اند که این غلاف ها ایمنی را در سنسور های ترموکوپل بالا خواهد برد .
ترموکوپل نوع K
- پرکاربردترین نوع ترموکوپل می باشد
- از دو فلز آلومل Alumel و کرومل Chromel ساخته شده است
- محدوده اندازه گیری وسیعی دارد
- محدوده دمایی آن از ۲۰۰- تا ۱۲۶۰ درجه سلسیوس است
- این ترموکوپل در شرایط غیر خلا از عملکرد مناسبی برخوردار است
- حساسیت این ترموکوپل به اندازه 41µV/°C میباشد
ترموکوپل نوع E
- محدوده دمایی آن از 270- تا 870 درجه سلسیوس است
- دارای محدوده دمایی کمتر و عمر مفید پایین تری نسبت به نوع k است
- جنس فلز های آن از کرومل و کنستانتان میباشد
- هزینه آن نسبت به ترموکوپل های J و K بالاتر است
- کاربرد آن در پروژه های پیشرفته صنعتی میباشد
- بالاترین اختلاف پتانسیل را در هر دما ایجاد میکند
ترموکوپل نوع J
- بسیار پرکاربرد و مقرون به صرفه است
- جنس فلزات آن از آهن و کنستانتان میباشد
- حساسیت این ترموکوپل به اندازه 50 µV/°C میباشد
- دارای محدوده دمای کمتری نسبت به سری نوع k میباشد
- محدوده دمایی آن از 210- تا 750 درجه سلسیوس است
ترموکوپل نوع T
- بسیار پرکاربرد و مقرون به صرفه است
- جنس فلزات آن از مس و کنستانتان میباشد
- برای اندازه گیری دماهای پایین مناسب میباشد
- حساسیت این ترموکوپل به اندازه 43 µV/°C میباشد
- دارای محدوده دمای کمتری نسبت به سری نوع k میباشد
- محدوده دمایی آن از 200- تا 350 درجه سلسیوس است
ترموکوپل نوع S
- بسیار پرکاربرد و مقرون به صرفه است
- جنس فلزات آن از پلاتین و 10 درصد رودیوم میباشد
- محدوده دمایی آن از 630 تا 1064 درجه سلسیوس است
- در صنایع داروسازی و بیوتکنولوژی بیشتر مورد استفاده قرار گرفته ، زیرا نیاز به حرارت و دقت بالا میباشد .
ترموکوپل نوع R
- بسیار مشابه ترموکوپل های s بوده با این تفاوت که پایداری بیشتری نسبت به آن دارد
- جنس فلزات آن از 87 درصد پلاتین و 13 درصد رودیوم میباشد
- محدوده دمایی آن از 0 تا 1600 درجه سلسیوس است
ترموکوپل نوع N
- حساسیت این ترموکوپل به اندازه 39 µV/°C میباشد
- دقت و محدوده دمایی آن مشابه نوع K میباشد
- جنس فلزات آن از نیکروسیل و نیسیل میباشد
- بهترین جایگزین برای نوع K است به دلیل اینکه برای شرایط اکسیژن کم بسیار مناسب میباشد .
ترموکوپل نوع B
- جنس فلزات آن از 70 درصد پلاتین و 30 درصد رودیوم میباشد
- جنس سازنده فلزات آن بسیار به نوع S و R شبیه است
- خروجی کمتری نسبت به نوع S و Rدارد
- محدوده دمایی آن از 871 تا 1704 درجه سلسیوس است
انواع ترموکوپل ها
کاربرد های ترموکوپل
تمامی پروژه های صنعتی که در صنایع مختلف مانند نفت و گاز ، پالایش و پتروشیمی ، داروسازی ، بیوتکنولوژی و … راه اندازی می شوند در سیستم خط تولید خود از سنسور های ترموکوپل استفاده خواهد کرد . بسته به چگونگی انجام فرایند پروژه و پارامترهای مهم استفاده از ترموکوپل ها ممکن است بیشتر یا کمتر باشد.
خطوط صنعتی با استفاده از برنامه نویسی توسط plc های مختلف راه اندازی می شوند که پی ال سی ها برای بررسی عوامل موثر بر خط باید توسط سنسور هایی مانند ترموکوپل فرمان گرفته و عمل کنند . برای اطلاع از چگونگی عملکرد PLC ها می توانید به مقاله PLC چیست مراجعه نمایید . همچنین برای یادگیری این حوزه بسیار پردرآمد ما به شما دوره آموزش PLC را پیشنهاد می کنیم .
جمع بندی
در این مقاله به شناخت سنسور پر کاربرد ترموکوپل در صنعت پرداختیم و کاربرد ها انواع آن را بررسی کردیم . ما پارامترهای مختلف دمایی را با استفاده از ترموکوپل تشخیص می دهیم و با مبدل آنالوگ به دیجیتال آن را برای PLC قابل خواندن خواهیم کرد .ترموکوپل ها از جمله تجهیزات بسیار پرکاربرد در برق صنعتی و اتوماسیون صنعتی می باشند که انواع بسیاری با کاربردی ها مختلف دارند .
