ترموکوپل چیست؟

ترموکوپل یک حسگر استفاده شده برای اندازه‌گیری دما است. ترموکوپل تشکیل شده است از دو سیم فلزی غیر هم جنس که در یک سر به هم جوش داده شده‌اند تا یک نقطه اتصال (junction) ایجاد شود. این نقطه اتصال، جایی است که دما اندازه‌گیری می‌شود. وقتی این نقطه اتصال با تغییر دما مواجه می‌شود، یک ولتاژ تولید می‌شود. این ولتاژ با استفاده از جداول مرجع ترموکوپل (Thermocouple reference tables) می‌تواند تفسیر شده و دما محاسبه شود.

ترموکوپل‌ها در انواع مختلفی وجود دارند، مانند نوع J، K، T، E، R، S و B که از ترکیبات مختلفی از فلزات ساخته شده‌اند. هر نوع ترموکوپل دارای محدوده‌های خاصی از نظر دما، مقاومت در برابر لرزش و مواد شیمیایی، و سازگاری با کاربرد‌های مختلف است.

ترموکوپل (Thermocouple)، به بیان ساده یک سنسور اندازه گیری دما است که از دو نوع فلز مختلف (نا هم جنس) در ساخت آن استفاده میشود. در واقع این دو فلز در انتها به یکدیگر متصل هستند و زمانی که نقطه اتصال این دو سیم گرم و یا سرد می شود، یک ولتاژ کوچک متناسب با دما در آن ایجاد می شود. در نهایت با استفاده از جدول های مرجع ترموکوپل میزان دمای سیال محاسبه می شود.

 ترموکوپل یک سنسور بسیار ساده، مقاوم و مقرون به صرفه است که در دامنه گسترده ای از کاربردهای اندازه گیری دما استفاده می شود.

ساخت و تولید  این تجهیزات در انواع مختلفی مانند پراب های ترموکوپل به همراه کانکتور، ترموکوپل های مادون قرمز (Infrared thermocouple)، ترموکوپل با سیم برهنه و یا حتی تنها سیم تولید می شوند.

thermocouple ها با توجه به ویژگی های مختلف تکنیکی و انواع مدل های آن در کاربردهای مختلفی استفاده می شوند. اما دانستن نحوه عملکرد، ساختار و بازه های آن، امر بسیار مهمی در تشخیص نوع و متربال مناسب برای یک کاربرد خاص هستند.

عملکرد سنسور ترموکوپل

زمانی که دو سیم غیریکسان که هردو انتها به یکدیگر متصل می شوند، در اثر گرمادهی به دو انتهای آن، در این مدار ترموالکتریک یک جریان پیوسته ایجاد می شود. اگر این مدار از وسط شکسته و باز شود، ولتاژ مدار باز بوجود آمده (ولتاژسیبک یا See beck Voltage) تابعی از دما و ترکیب دو فلز است. که این به این معنی است که ایجاد گرما و یا سرما در نقطه اتصال دو سیم، سبب ایجاد ولتاژ متناسب با دما در دو سر دیگر سیم ها می شود.

جهت مشاهده انواع و خرید ترموکوپل تجهیز صنعت کلیک نمائید

ترموکوپل‌ها در صنایع مختلفی از جمله تولید برق، نفت و گاز، داروسازی، بیوتکنولوژی، سیمان، کاغذ و مقوا و بسیاری دیگر استفاده می‌شوند. همچنین، ترموکوپل‌ها به طور رایج در دستگاه‌های روزمره مانند اجاق‌ها، فرن‌ها و توسترها نیز به کار می‌روند.

دلایل انتخاب ترموکوپل شامل قیمت نسبتاً پایین، تحمل در دماهای بالا، محدوده‌های گسترده اندازه‌گیری دما و مقاومت در محیط‌های سخت می‌باشد.

انواع ترموکوپل

1. ترموکوپل نوع K :

 (Nickel-Chromium / Nickel-Alumel):

• دسته‌بندی: ترموکوپل نوع K یکی از رایج‌ترین انواع ترموکوپل‌ها است.
• ویژگی‌ها: این نوع ترموکوپل ارزان قیمت، دقیق، قابل اعتماد و دارای دامنه دمایی وسیعی است.
• دامنه دما:
  • سیم ترموکوپل نوع K: -454 تا 2,300 درجه فارنهایت (-270 تا 1,260 درجه سانتیگراد)
  • سیم اکستنشن، 32 تا 392 درجه فارنهایت (0 تا 200 درجه سانتیگراد)
• دقت (کدامیک بزرگتر باشد):
  • استاندارد: ± 2.2 درجه سانتیگراد یا ± 0.75 درصد
  • محدوده خطاهای ویژه: ± 1.1 درجه سانتیگراد یا 0.4 درصد

2. ترموکوپل نوع J :

(Iron/Constantan)

• دسته‌بندی: ترموکوپل نوع J نیز بسیار رایج است.
• ویژگی‌ها: این نوع ترموکوپل دارای دامنه دمایی کوچکتری است و عمر مفید کوتاه‌تری در دماهای بالاتر نسبت به ترموکوپل نوع K دارد. اما در مورد هزینه و قابلیت اعتماد با ترموکوپل نوع K برابر است.
• دامنه دما:
  • سیم ترموکوپل نوع J: -346 تا 1,400 درجه فارنهایت (-210 تا 760 درجه سانتیگراد)
  • سیم اکستنشن، 32 تا 392 درجه فارنهایت (0 تا 200 درجه سانتیگراد)
• دقت (کدامیک بزرگتر باشد):
  • استاندارد: ± 2.2 درجه سانتیگراد یا ± 0.75 درصد
  • محدوده خطاهای ویژه: ± 1.1 درجه سانتیگراد یا 0.4 درصد

3. ترموکوپل نوع T :

(Copper/Constantan)

• دسته‌بندی: ترموکوپل نوع T یک ترموکوپل بسیار پایدار است و معمولاً در برنامه‌های دمایی بسیار پایین مانند کریوژنیک یا فریزرهای بسیار پایین استفاده می‌شود.
• دامنه دما:
  • سیم ترموکوپل نوع T: -454 تا 700 درجه فارنهایت (-270 تا 370 درجه سانتیگراد)
  • سیم اکستنشن، 32 تا 392 درجه فارنهایت (0 تا 200 درجه سنوع T Thermocouple (Copper/Constantan): نوع T یک ترموکوپل بسیار پایدار است و معمولاً در کاربردهای دمایی بسیار پایین مانند کریوژنیک یا فریزرهای بسیار پایین استفاده می‌شود.
• دامنه دما:
  • سیم ترموکوپل نوع T: -454 تا 700 درجه فارنهایت (-270 تا 370 درجه سانتیگراد)
  • سیم اکستنشن، 32 تا 392 درجه فارنهایت (0 تا 200 درجه سانتیگراد)
• دقت (کدامیک بزرگتر باشد):
  • استاندارد: ± 1.0 درجه سانتیگراد یا ± 0.75 درصد
  • محدوده خطاهای ویژه: ± 0.5 درجه سانتیگراد یا 0.4 درصد

4. ترموکوپل نوع E :

(Nickel-Chromium/Constantan)

• دسته‌بندی: ترموکوپل نوع E سیگنال قوی‌تر و دقت بالاتری نسبت به نوع K یا J در محدوده دمایی متوسط 1,000 درجه فارنهایت و کمتر دارد.
• دامنه دما:
  • سیم ترموکوپل نوع E: -454 تا 1,600 درجه فارنهایت (-270 تا 870 درجه سانتیگراد)
  • سیم اکستنشن، 32 تا 392 درجه فارنهایت (0 تا 200 درجه سانتیگراد)
• دقت (کدامیک بزرگتر باشد):
  • استاندارد: ± 1.7 درجه سانتیگراد یا ± 0.5 درصد
  • محدوده خطاهای ویژه: ± 1.0 درجه سانتیگراد یا 0.4 درصد

5. ترموکوپل نوع N :

(Nicrosil / Nisil)

• دسته‌بندی: ترموکوپل نوع N دقت و محدوده دمایی مشابهی با نوع K دارد. اما در مقایسه با نوع K، ترموکوپل نوع N کمی گرانتر است.
• دامنه دما:
  • سیم ترموکوپل نوع N: -454 تا 2,300 درجه فارنهایت (-270 تا 392 درجه سانتیگراد)
  • سیم اکستنشن، 32 تا 392 درجه فارنهایت (0 تا 200 درجه سانتیگراد)
• دقت (کدامیک بزرگتر باشد):
  • استاندارد: ± 2.2 درجه سانتیگراد یا ± 0.75 درصد
  • محدوده خطاهای ویژه: ± 1.1 درجه سانتیگراد یا 0.4 درصد

6. ترموکوپل‌های فلزی نجیب (نوع S، R و B):

• دسته‌بندی: ترموکوپل‌های فلزی نجیب برای تحمل دماهای بسیار بالا و حفظ دقت و عملکرد در دماهای بالا استفاده می‌شوند.
• ویژگی‌ها: این ترموکوپل‌ها دارای دقت بسیار بالا هستند و در کاربردهایی که نیاز به اندازه‌گیری دما در محدوده بالا و قابلیت اطمینان بالا است، مناسب هستند.
• دامنه دما:
  • ترموکوپل نوع S: 32 تا 2,912 درجه فارنهایت (0 تا 1,600 درجه سانتیگراد)
  • ترموکوپل نوع R: 32 تا 3,272 درجه فارنهایت (0 تا 1,800 درجه سانتیگراد)
  • ترموکوپل نوع B: 32 تا 3,572 درجه فارنهایت (0 تا 1,972 درجه سانتیگراد)
• دقت (کدامیک بزرگتر باشد):
  • استاندارد: ترموکوپل نوع S و R: ± 1.5 درجه سانتیگراد یا ± 0.25 درصد، ترموکوپل نوع B: ± 0.5 درصد
  • محدوده خطاهای ویژه: ترموکوپل نوع S و R: ± 0.75 درجه سانتیگراد یا ± 0.15 درصد، ترموکوپل نوع B: ± 0.25 درصد

 

ترموکوپل‌ها با استفاده از تأثیر جوانش حرارتی بین دو ماده مختلف فلزی که در نقاط متفاوتی دمای ذوب دارند، سیگنال الکتریکی تولید می‌کنند. این سیگنال الکتریکی با تغییر دما تغییر می‌کند و می‌توان از آن برای اندازه‌گیری دما استفاده کرد. هر یک از ترموکوپل‌ها می‌توانند در دامنه دماهای خاصی کاربرد داشته باشند و دارای دقت و محدوده دمایی خاصی هستند. انتخاب ترموکوپل مناسب بستگی به نیازها و شرایط مورد استفاده دارد.

اتصالات ترموکوپل

اتصالات ترموکوپل را می‌توان به چهار نوع زیر تقسیم بندی کرد:

1. ترموکوپل‌های Grounded (متصل به زمین): در این نوع ترموکوپل، هر دو سیم ترموکوپل و پوشش آن با هم جوش داده می‌شوند تا یک اتصال واحد در نوک پروب شکل بگیرند. ترموکوپل‌های Grounded زمان پاسخ بسیار خوبی دارند زیرا ترموکوپل با پوشش مستقیم تماس دارد و انتقال حرارت به راحتی انجام می‌شود. اما یک معایب این نوع ترموکوپل، حساسیت بیشتر آن به تداخلات الکتریکی است. این به این دلیل است که پوشش ترموکوپل اغلب با منطقه اطراف تماس دارد و مسیری برای تداخلات فراهم می‌کند.
2. ترموکوپل‌های Ungrounded (غیرمتصل به زمین): در این نوع ترموکوپل، سیم‌های ترموکوپل با هم جوش داده می‌شوند اما از پوشش جداگانه‌ای نسبت به پوشش استفاده می‌کنند. این سیم‌ها معمولاً با یک عایق معدنی از هم جدا شده‌اند. ترموکوپل‌های Ungrounded به دلیل جدا بودن سیم‌ها از پوشش، حساسیت کمتری نسبت به تداخلات الکتریکی دارند.
3. ترموکوپل‌های Exposed (بدون پوشش): در این نوع ترموکوپل، سیم‌های ترموکوپل با هم جوش داده می‌شوند و به صورت مستقیم وارد فرآیند می‌شوند. زمان پاسخ این نوع ترموکوپل بسیار سریع است، اما سیم‌های ترموکوپل بدون پوشش نسبت به خوردگی و تجزیه و تحلیل بیشتر حساس‌تر هستند. مگر اینکه کاربرد شما نیاز به اتصالات بدون پوشش داشته باشد، استفاده از این نوع ترموکوپل توصیه نمی‌شود.
4. ترموکوپل‌های Ungrounded Uncommon (غیرمتداول غیرمتصل به زمین): ترموکوپل Ungrounded Uncommon شامل یک ترموکوپل دوتایی است که از پوشش جداگانه‌ای نسبت به پوشش استفاده می‌کند و هر یک از عناصر از یکدیگر جدا هستند.

تفاوت ترموکوپل و RTD

ترموکوپل (Thermocouple) و RTD (Resistance Temperature Detector) دو نوع حسگر دما هستند که برای اندازه‌گیری دما استفاده می‌شوند. در مقایسه با هم، این دو نوع حسگر دما تفاوت‌هایی در موارد زیر دارند:

1. محدوده دما: ترموکوپل‌ها می‌توانند دماهای بسیار بالا تا 3100 درجه فارنهایت را اندازه‌گیری کنند، در حالی که RTDهای استاندارد محدوده‌ای حدود 600 درجه فارنهایت و RTDهای با محدوده گسترده محدوده‌ای حدود 1100 درجه فارنهایت دارند.
2. هزینه: ترموکوپل‌های ساده در حدود 2 تا 3 برابر ارزان‌تر از RTDهای ساده هستند. همچنین، مجموعه سر ترموکوپل تقریباً 50٪ ارزان‌تر از مجموعه سر معادل RTD است.
3. دقت، خطی بودن و پایداری: به طور کلی، RTDها نسبت به ترموکوپل‌ها دقیق‌تر هستند، به خصوص در محدوده دماهای پایین‌تر. همچنین، RTDها پایدارتر هستند و خطیت بهتری نسبت به ترموکوپل‌ها دارند. اگر دقت، خطیت و پایداری اولویت اصلی شما بوده و کاربرد شما در محدوده دمایی RTD قرار دارد، می‌توانید از RTD استفاده کنید.
4. مقاومت در برابر خوردگی: در صنعت حسگرها، RTDها به طور عمومی به عنوان حسگری کمتر مقاوم در مقایسه با ترموکوپل‌ها در نظر گرفته می‌شوند. با این حال، شرکت REOTEMP تکنیک‌های تولیدی را توسعه داده است که دوام حسگرهای RTD را به شدت بهبود می‌بخشد. این تکنیک‌ها باعث می‌شود که حسگرهای RTD شرکت REOTEMP تقریباً معادل ترموکوپل‌ها از نظر دوام باشند.
5. زمان پاسخ: RTDها نمی‌توانند به زمین متصل شوند. به همین دلیل، زمان پاسخ آن‌ها کندتر از ترموکوپل‌های متصل به زمین است. همچنین، ترموکوپل‌ها را می‌توان در داخل پوششی با قطر کوچکتر قرار داد. قطر کوچکتر پوشش زمان پاسخ را افزایش می‌دهد.

عوامل تاثیر گذار بر قیمت ترموکوپل

 یکی از عوامل موثر بر قیمت ترموکوپل برند و شرکت سازنده آن می باشد که با توجه به بودجه و شرایط پروژه باید در نظر گرفته شود. در واقع باید به این نکته توجه داشت که هر قدر کیفیت محصول و برند آن معتبر تر باشد هزینه ی بالاتری دارد.

عوامل زیادی در قیمت این محصول تاثیر گذار هستند و مهمترین آن محدوده اندازه گیری دما و نوع سیال می باشد. انتخاب آنها بر اساس معیارهای زیر انجام میشود: 

• بازه اندازه گیری دما
• زمان پاسخ گویی (Response Time)
• مقاومت شیمیایی، مقاومت در برابر سایش و ارتعاش
• متریال بدنه 
• شرایط نصب
• تایپ ترموکوپل (Type J,K,S)
• تاییدیه ضد انفجار Ex
• تعداد سنسورها (سینگل یا دبل)
• دقت اندازه گیری 
• نوع و سایز اتصال اتصال (رزوه ای یا فلنجی)
• متریال ترموول (فلزی یا سرامیکی)
• طول ترموول

 

جهت مشاهده انواع و خرید ترموکوپل تجهیزصنعت کلیک نمائید

 

لینک های مرتبط :

سنسور PT100 /  ساخت ترموکوپل /  ترموول / سوئیچ دما / گیج دما