ترموکوپل ها و انواع آن

به نام خدا

ترموکوپل ها و انواع آن

  ترموکوپل یا جفت حرارتی یکی از سنسور های اندازه گیری دماست که بسیار پرمصرف است و متداول ترین سنسور جهت

اندازه گیری الکتریکی دما در صنعت می باشد. این سنسورهای ساده با اتصال دو فلز غیر هم جنس بر اساس پدیدهseeback

(تبدیل گرما به انرژی الکتریکی) تولید میشوند. اگر محل اتصال دو فلز را حرارت دهیم در دو سر آزاد برق بسیار کمی تولید

میشود. تشخیص درجه حرارت یا اندازه گیری دما توسط ترموکوپل به این گونه است که وقتی به محل اتصال دو فلز حرارت

اعمال میکنیم اختلاف پتانسیلی در دو سر این مفتول ها بوجود می آید که چون این ختلاف پتانسیل از میزان حرارت اعمال

شده بوجو آمده است در نتیجه با بررسی میزان ولتاژ خروجی میتوان درجه حرارت را تشخیص داد. این سنسور ها با همین

مکانیزم ساده میتوانند دما را در رنج بزرگی از 270- تا حدود 1800 اندازه گیری کنند.

 اتصال ترموکوپل ها به نحوی است که باید یک اتصال (اتصال سرد) در دمای مرجع قرار داده شود (مثلا در ظرف حاوی یخ در

حال ذوب) و اتصال دیگر باید به آن جسمی که میخواهیم دمایش را اندازه گیری کنیم. 

ترموکوپل های فلز پایه و ترموکوپل های فلزات قیمتی از فلزات ترموکوپلی هستند که نسبت به میزان قیمتشان به این دو گروه

تقسیم شده اند.

مزایا و معایب ترموکوپل ها

از معایب ترموکوپل (جفت حرارتی) ها میتوان به خطی بودن،تماسی بودن و دقت متوسط در دمای پایین اشاره کرد . همچنین ترموکوپل در

مکان هایی که لرزش و ضربه وجود دارد ، برای حفاظتشان باید از روکش(ترموول یا غلاف)استفاده کرد که این روکش ها

 سرعت پاسخگویی این سنسور ها را کاهش میدهند. مستحکم بودن،دقت مناسب در دماهای بالاتر از 500 درجه ،سادگی و

دوام بالا در مصارف صنعتی از جمله مزایای ترموکوپلها به شمار میرود. همچنین ترموکوپل ها در شرایط محیطی متفاوت قابل

 استفاده اند و بدلیل ثابت زمانی کوچپشان دارای سرعت پاسخدهی نسبتا خوبی هستند .  

کاربرد های ترموکوپل ها

از مهمترین کاربرد های ترموکوپل (جفت حرارتی) ها میتوان در صنایع تولید لوازم گاز سوز اشاره کرد. در این صنایع از ترموکوپل ها جهت

ایمن سازی تجهیزات گاز سوز در مواقعی که شعله خاموش میشود ، جهت قطع گاز و جلوگیری از انتشار آن استفاده میشود.

ترموکوپل ها به دلیل این که وقتی حرارت دریاف میکنند ، ولتاز و جریان الکتریسیته ایجاد میکنند ، میتوانند به عنوان کنترلر

جهت قطع کننده جریان گاز استفاده شوند.

انواع ترموکوپل ها

طبق پدیده seeback هر دو فلز غیر هم جنس باعث ایجاد تولید میلی ولتی در دو سر انتهایی ترموکوپل با دمای اعمال شده

میکند. از این رو ترموکوپل ها انواع مختلفی دارند که از نظر محیط اندازه گیری دما ، رنج دما ، اشکال گوناگون و اندازه گیری

دقیق با هم تفاوت دارند. ترموکوپل ها به 6 دسته زیر تقسیم میشوند:

1)ترموکوپل نوع K :

این ترموکوپل از سیم فلزی  Ni-Cr(Chromel) و Ni-Al (Alumel) ساخته میشود. این ترموکوپل از متداولترین و پرکاربردترین

نوع ترموکوپل ها است. این ترموکوپل ارزان قیمت است و معمولا در دمای های بالا مورد استفاده قرار میگیرد. رنج عمکرد دمایی

نوع K بین 250-   تا 1300 درجه سانتیگراد متغیر است. البته باید به این نکته توجه داشت که رنج عملکرد دمایی با توجه به سازنده

 و شکل ظاهری متفاوت خواهد بود . به عنوان مثال در ترموکوپل های سیمی شکل نوع K رنج دمایی بین 40- تا 250 درجه متغیر

 است در حالی که در شکل میله ای آن تا 1300 درجه میتواند اندازه گیری کند. در ترموکوپل نوع K از مس که خاصیت ضد

اکسیداسیون دارد استفاده شده است لذا در کوره هایی که اکسیداسیون دارند مناسب است.

2)ترموکوپل نوع E:

این ترموکوپل از فلزات Ni-Cr (Chromel) و Cu-Ni ( Constantan ) ساخته میشود. این ترموکوپل بیشترین حساسیت را

داردو رنج عملکرد دمایی آن بین  40- تا 900 درجه سانتیگراد میباشد. در مواقعی که از سنسور حفاظت نمیشود و در کاربردهای

خلا از این نوع ترموکوپل  بهره گیری میشود.

3)ترموکوپل نوع T :

ترموکوپل نوع T از مس (Cu) و آلیاژ Cu-Ni ( Constantan ) ساخته میشود و در کاربرد های دمای پایین مناسبتر است.

این ترموکوپل در برابر رطوبت مقاوم و نسبتا ارزان قیمت است. رنج عملکرد دمایی آن بین 250- تا 400  درجه سانتیگراد میباشد.

ترموکوپل نوع T به 3 دلیل در صنعت بیشتر مورد استفاده قرار میگیرد:

1-    خطی تر نسبت به تمامی انواع ترموکوپل ها

2-    رنج درجه حرارت مناسب

3-    برخورداری از حساسیت خوب

4)ترموکوپل نوع J :

این ترموکوپل از فلز آهن (Fe) و آلیاژ Cu-Ni ( Constantan ) ساخته میشود و درصنایع قالب ریزی پلاستیک مورد استفاده

قرار میگیرد به دلیل اینکه احتمال اکسید شدن فلز آهن این ترموکوپل وجود دارد. رنج عملکرد دمایی آن بین 180- تا 1800درجه

سانتیگراد متغیر است .

در این ترموکوپل به دلیل وجود آهن بهتر است در مکان هایی که امکان اکسیداسیون وجود دارد ، استفاده نشود.

5)ترموکوپل نوع N :

این ترموکوپل (جفت حرارتی) از فلز های Ni-Cr-Si ( نیکروسیل) و Ni-Si-Mg ( Nisil ) ساخته میشود و معمولا در دماهای بالا مورد استفاده

قرار میگرد. رنج عملکرد دمایی آن 270- تا 1300 درجه سانتیگراد میباشد. مقاومت ترموکوپل نوع N در برابر اکسید شدن در

دماهای بالا از ترموکوپل نوع K بهتر است.

6)ترموکوپل B ، R و S :

این سه نوع ترموکوپل با استفاده از Pt-Rh با ترکیبات مختلفساخته میشود اما در میزان پلاتین آنها تفاوت وجود دارد. این ترموکوپل

 ها حساسیت بسیار کمی دارند و گران قیمت هستند. رنج عملکرد دمایی آن بین50- تا 1750 درجه سانتیگراد متغیر است.

این ترموکوپل ها در اندازه گیری دماهای بالا مورد استفاده قرار میگیرند و در صنعت شیشه و فولاد کاربرد دارند.

مقایسه ترموکوپل ها:

در جدول زیرمقایسه انواع ترموکوپل (جفت حرارتی)  از نظر حساسیت ، رنج دمایی ،

برخی از استاندارهای رایج رنگ بندی سیم ها و تلورانس

 دمایی ترموکوپل کلاس یک و دو آمده است:

انتخاب ترموکوپل :

در انتخاب ترموکوپل (جفت حرارتی) ها باید به پارامتر های زیر مورد توجه قرار گیرد:

1)نوع ترموکوپل و رنج دمایی آن:

باید به نوع ترموکوپل (جفت حرارتی) ها و رنج دمایی انواع آن توجه کرد.

بعنوان مثال اگر قصد اندازه گیری در دمای منفی داریم باید نوعی از ترموکوپل

را انتخاب کرد که برای آن بازه دمایی مورد نظر مناسب تر است.

2)جنس غلاف ترموکوپل:

جنس غلاف ترموکوپل (جفت حرارتی) ها با توجه به کاربردشان در اندازه گیری دما متفاوت است مانند:

سرامیکی (آلسینت – پیتوگراس) – سیلیکون کاربید – اینوکل 600 و اینکولوی 800 – استیل(304-312-310-316-314)

در محیط هایی که گاز های خورنده با رطوبت بالا وجود دارد جنس سرامیکی در برابر اکسید شدن مقاومت بهتری نشان میدهد.

3)طول غلاف ترموکوپل:

باید به این نکته توجه کرد که ترموکوپل را به اندازه 10 برابر قطر غلاف در داخل سیالی که دمای آن باید اندازه گیری شود،

قرار داد.

4)قطر ترموکوپل:

بسته به این که طریقه نصب چگونه باشد قطر غلاف مهم میباشد.

5)اتصالات ترموکوپل:

اتصالات ترموکوپل انواع مختلفی دارد از جمله: دنده ای یا پیچی ، اتصال سطحی ، فلنجی و پرتابل و دستی.

6)سیگنال خروجی ترموکوپل:

انتخاب نوع سیگنال به کنترلر و فاصله کنترلر تا سنسور دما بستگی دارد.

ترموکوپل مناسب باید امکان خروجی 4 تا 20 میلی آمپرداشته باشد.

همچنین سیگنال جریانی نسبت به ولتاژی مزیت هایی دارد مانند: دقت بیشتر ،نویزپذیری کم وطول کابل بیشتر

نسبت به سیگنال ولتاژی.

همچنین در انتخاب ترموکوپل باید به پارامترهایی همچون : نوع سرامیک بکار رفته،دقیق بودن ترموکوپل ،متراژ کابل رابط،

تعداد سیم ها ( 2 سیمه ، 3 سیمه ، 4 سیمه) و تهیه نقشه ترموکوپل توجه کرد.

ترموکوپل ها پس از گذشت سالیان زیاد هنوز از بهترین سنسور های دما محسوب میشوند .

به این دلیل که با نقطه مورد نظر تماس داشته و دما را بصورت پتانسیل الکتریکی انتقال میدهد.