همه چیز درباره ترموکوپل

ترموکوپل چیست:

ترموکوپل یک سنسور است که برای اندازه‌گیری دما استفاده می‌شود. ترموکوپل‌ها از دو سیم ناهمجنس تشکیل شده‌اند. دو سر این دو سیم به یکدیگر جوش خورده‌اند و یک اتصال را به وجود آورده‌اند. این اتصال، جایی است که دما اندازه‌گیری می‌شود. وقتی که اتصال تغییری را در دما تجربه کند، یک ولتاژ تولید می‌شود. این ولتاژ با استفاده از جدول‌های مرجع ترموکوپل برای محاسبه‌ی دما مورد استفاده قرار می‌گیرد.

نحوه عملکرد ترموکوپل:

ترمو کوپل‌ ها ساخته شده از دو سیم فلزی با جنس متفاوت هستند که از یک ‌طرف به هم متصل می‌شوند. محل اتصال روی عنصر یا سطحی قرار می‌گیرد که می‌خواهیم دمای آن را اندازه‌گیری کنیم. این محل اتصال به محل اتصال داغ (Hot Junction) معروف است. انتهای دوم صفحه‌ها در دمای پایین‌تر (دمای اتاق) نگهداری می‌شود. این اتصال به عنوان اتصال سرد (Cold Junction) یا اتصال مرجع (Reference Junction) شناخته می شود. اساس کار ترمو کوپل بر اساس اثر سیبک (Seebeck) است. این اثر بیان‌گر اختلاف پتانسیل الکتریکی است که در نتیجه تغییرات دما به وجود می‌آید. با تغییر دمای سمت مشترک دو فلز، در اتصال سرد اختلاف پتانسیل و در نتیجه ولتاژ ایجاد می‌شود. ولتاژ ایجاد شده را می‌توان با استفاده از یک ولت‌متر اندازه‌گیری کرده و با تفسیر آن میزان دما را محاسبه کرد.

تاریخچه ترموکوپل:

توماس یوهان سیبک در سال ۱۸۲۱ به عنوان یک فیزیک دان آلمانی، با تحقیقاتی که بر روی فلزات در زمان اتصال آن ها به یکدیگر کرد، متوجه این شد که تغییرات دما در هنگام اتصال فلزات می‌تواند باعث به وجود آمدن میدان مغناطیسی بشود. میدان مغناطیسی به عنوان بخشی از جریان ترموالکتریک کشف شد.

انواع ترموکوپل:

انواع ترموکوپل‌ها در طیف وسیعی از صنایع استفاده می شوند. انواع ترموکوپل ها عبارتند از:

نوع B:

به طور گسترده در صنعت فولاد و آهن برای نظارت بر درجه حرارت و شیمی در طول فرآیند تولید فولاد استفاده می شود.

نوع C:

به طور گسترده ای در وسایل نقلیه فضایی، راکتور هسته ای، گرمایش صنعتی یا هر جا که درجه حرارت ممکن است بسیار بالا رود، استفاده می شود. مناسب برای کوره های خلاء در دمای بسیار بالا و همچنین در تحقیقات فشار قوی استفاده می گردد.

نوع E:

برای شرایط زیر صفر، اکسید کننده یا فاقد کنش های شیمیایی استفاده می شود. ایده آل برای کاربردهای سرمازا، دارویی و شیمیایی که در آن اندازه گیری های حیاتی در مقادیر کم مورد نیاز است.

نوع J:

برای خلاء، عملیات بی اثر و کاهش جو توصیه می شود.

نوع K:

برای اندازه گیری در انواع مختلف محیط مانند آب، محلول های شیمیایی ملایم، گازها و مناطق خشک استفاده می شود. در موتورها، بخاری های روغنی و دیگ‌های بخار یافت می شود. همچنین به عنوان دماسنج در بیمارستان‌ها و صنایع غذایی استفاده می گردد.

نوع N:

دارای پایداری ترموالکتریک برجسته است. قابل استفاده در فضاهای خلاء یا کنترل شده. توسعه یافته برای جایگزینی نوع K در برنامه های هسته ای.

نوع R و نوع S:

سنسورهای عملیات حرارتی و کنترل، صنایع نیمه هادی، تولید شیشه، فلزات آهنی و غیر آهنی.

نوع T:

در نظارت بر غذا و برنامه های محیطی استفاده می شود.

مزایای ترموکوپل:

از مزایای آن ها می توان به سادگی، قیمت مناسب، استحکام و دوام بالا جهت مصارف صنعتی و دقت مناسب اشاره کرد. محدوده اندازه گیری دما توسط ترموکوپل ها وسیع بوده و در شرایط محیطی متفاوت قابل استفاده می باشند. ترموکوپل ها دارای سرعت پاسخ دهی خوبی به دلیل ثابت زمانی کوچک می باشند. از دیگر مزایای ترموکوبل می توان به دقت بالای آن و وسیع بودن محدوده کاری آن اشاره نمود به طوری که ترموکوپل ها قادرند دماهایی بین ۱۸۰- تا ۱۸۰۰ سانتی گراد را اندازه گیری نمایند.

معایب ترموکوپل:

از معایب ترمو کوپل ها، غیر خطی بودن، تماسی بودن (در معرض اغتشاش و شوک و …)، دقت متوسط را می توان نام برد. جهت استفاده ترمو کوپل در مکان هایی که لرزش یا ضربه وجود دارد برای محافظت از سنسور از روکشی بنام ترموول یا غلاف استفاده می شود که باعث کاهش سرعت پاسخگویی می شود.