ترموکوپل نوع J

ترموکوپل نوع J یا Type J Thermocouple یکی از ترموکوپل های فلز پایه برای اندازه گیری دمای تماسی است. هادی مثبت این ترموکوپل از آهن و هادی منفی آن از یک آلیاژ مس–نیکل ساخته می شود که معمولاً با نام کنستانتان (Constantan) شناخته می شود.

ترموکوپل J به دلیل حساسیت مناسب، قیمت اقتصادی و عملکرد قابل قبول در محدوده های دمایی متوسط، در ماشین آلات صنعتی، تجهیزات حرارتی، قالب ها، کوره های با دمای متوسط و سامانه های کنترل دما به کار می رود. برای خرید ترموکوپل نوع J نمی توان تنها به حرف J اکتفا کرد. طول و قطر پراب، جنس غلاف، نوع اتصال گرم، اتصال فرایندی، کابل، کلاس تلرانس و شرایط محیطی باید متناسب با کاربرد انتخاب شوند.

مشخصات کلی ترموکوپل نوع J

این جدول مشخصات عمومی فناوری Type J را نشان می دهد. مشخصات نهایی محصول باید در دیتاشیت یا کد سفارش آن درج شود.

ترموکوپل نوع J چگونه کار می کند؟

ترموکوپل از دو هادی با جنس متفاوت تشکیل می شود که در نقطه اندازه گیری به یکدیگر متصل شده اند. اختلاف دما میان اتصال اندازه گیری و اتصال مرجع، یک نیروی محرکه ترموالکتریکی یا EMF ایجاد می کند. این پدیده با اثر سیبک (Seebeck Effect) توضیح داده می شود.

ولتاژ تولیدشده بسیار کوچک و معمولاً در حد میلی ولت است. نمایشگر، کنترلر، PLC یا ترانسمیتر دما این ولتاژ را دریافت کرده و با استفاده از منحنی مرجع Type J و جبران اتصال سرد، دمای اندازه گیری شده را محاسبه می کند. ترموکوپل به تنهایی خروجی ۴ تا ۲۰ میلی آمپر تولید نمی کند. برای تبدیل سیگنال میلی ولت به ۴–۲۰ mA، HART یا سایر خروجی های صنعتی باید از یک ترانسمیتر دمای سازگار استفاده شود.

محدوده دمای ترموکوپل Type J

برای Type J باید میان «محدوده تعریف شده در جدول مرجع ترموالکتریکی» و «محدوده قابل استفاده یک سنسور واقعی» تفاوت قائل شد. استاندارد IEC ۶۰۵۸۴-۱ توابع مرجع EMF و تلرانس ترموکوپل های حرف گذاری شده، از جمله Type J، را تعریف می کند. بااین حال، حداکثر دمای قابل استفاده یک محصول واقعی به عوامل زیر وابسته است:

• قطر سیم ترموکوپل
• جنس و ضخامت غلاف
• عایق داخلی
• مدت قرارگیری در دمای بالا
• اتمسفر اکسیدی، احیایی، خنثی یا خلأ
• وجود رطوبت، بخار یا مواد خورنده
• نوع Junction
• محدودیت کابل و کانکتور
• مشخصات اعلام شده سازنده

در بسیاری از ابزارها و تجهیزات اندازه گیری، بازه ای نزدیک به ‎-۲۰۰ تا ۷۶۰°C برای ورودی Type J دیده می شود؛ اما این عدد به معنای مناسب بودن تمام پراب های Type J برای کل این محدوده نیست. برای نمونه، کابل PVC، تفلون، فایبرگلاس و پراب غلاف دار هرکدام محدودیت دمای متفاوتی دارند. بنابراین درج بازه ‎-۲۰۰ تا ۱۲۰۰°C به عنوان محدوده عمومی کارکرد این محصول توصیه نمی شود، مگر اینکه ساختار، قطر سیم و منبع فنی یک مدل مشخص این محدوده را تأیید کنند.

چرا Type J در دماهای بالا محدود می شود؟

هادی مثبت Type J از آهن ساخته شده است. آهن در دمای ۷۵۰ درجه سانتی گراد ذوب نمی شود؛ نقطه ذوب آهن بسیار بالاتر است. محدودیت عملی Type J در دماهای زیاد بیشتر به اکسیداسیون سیم آهنی، تغییرات متالورژیکی، رانش اندازه گیری و کاهش عمر سنسور مربوط می شود.

در محیط های اکسیدکننده و دماهای بالا، ترموکوپل تایپ K یا تایپ N ممکن است گزینه مناسب تری باشد؛ اما انتخاب نهایی باید بر اساس دما، اتمسفر، دقت، زمان پاسخ و طول عمر موردنیاز انجام شود.

دقت ترموکوپل نوع J

دقت Type J یک مقدار ثابت مانند «۰.۷۵ درصد» نیست. تلرانس به استاندارد مورد استفاده، کلاس سیم، دمای اندازه گیری و کیفیت ساخت مجموعه سنسور دما بستگی دارد.

هنگام خرید باید مشخص شود:

• سنسور بر اساس IEC یا استاندارد دیگری ساخته شده است؛
• سیم Thermocouple Grade یا Extension Grade است؛
• کلاس تلرانس سیم چیست؛
• دقت اعلام شده مربوط به خود سنسور است یا کل حلقه اندازه گیری؛
• خطای نمایشگر، ترانسمیتر دما و جبران اتصال سرد چقدر است.

دقت کل حلقه فقط از دقت سیم ترموکوپل تشکیل نمی شود. خطای سنسور، کابل رابط، اتصالات، جبران اتصال سرد، ترانسمیتر، نمایشگر و نحوه نصب همگی می توانند بر نتیجه اثر بگذارند.

رنگ سیم ترموکوپل Type J

رنگ سیم های ترموکوپل به استاندارد رنگ بندی بستگی دارد. برای مثال، در یک سیستم ANSI ممکن است هادی مثبت Type J سفید و هادی منفی قرمز باشد؛ درحالی که استانداردهای دیگر از ترکیب رنگ متفاوتی استفاده می کنند. بنابراین تشخیص نوع و پلاریته ترموکوپل فقط بر اساس رنگ، بدون اطلاع از استاندارد کابل، مطمئن نیست. بهتر است موارد زیر بررسی شوند:

• کد چاپ شده روی کابل
• استاندارد رنگ بندی سازنده
• علامت مثبت و منفی کانکتور
• دیتاشیت یا گواهی کابل
• جنس هادی ها

معکوس شدن پلاریته می تواند باعث قرائت اشتباه، به خصوص هنگام تغییر دمای نقطه اندازه گیری نسبت به محل اتصال دستگاه، شود.

انواع اتصال گرم ترموکوپل J

اتصال Grounded : در ساختار Grounded، اتصال اندازه گیری به غلاف فلزی متصل است. این ساختار معمولاً پاسخ حرارتی سریع تری دارد، اما اتصال الکتریکی سنسور به غلاف می تواند احتمال ایجاد حلقه زمین یا دریافت نویز را افزایش دهد.

اتصال Ungrounded : در ساختار Ungrounded، اتصال اندازه گیری از غلاف عایق است. این ساختار ایزولاسیون الکتریکی بهتری ایجاد می کند، ولی زمان پاسخ آن معمولاً از نمونه Grounded بیشتر است.

اتصال Exposed : در اتصال Exposed، نوک ترموکوپل بدون غلاف محافظ مستقیماً با محیط تماس دارد. پاسخ حرارتی سریع است، اما مقاومت مکانیکی و حفاظت در برابر خوردگی، فشار و ضربه کاهش می یابد. این ساختار فقط برای محیط های سازگار و کاربرد مناسب انتخاب می شود.

ساختارهای قابل سفارش

ترموکوپل Type J می تواند در ساختارهای مختلف ساخته یا تأمین شود:

• ترموکوپل سیمی یا دنباله دار
• پراب فلزی غلاف دار
• ترموکوپل هددار
• ترموکوپل رزوه ای
• ترموکوپل فلنجی
• پراب سطحی
• ترموکوپل مخصوص قالب و ماشین آلات
• سنسور دارای کانکتور استاندارد یا Miniature
• سنسور همراه با ترانسمیتر نصب در هد
• ساختار Simplex یا Duplex

وجود هر یک از این گزینه ها باید بر اساس مدل قابل تأمین و کد سفارش تأیید شود.

انتخاب جنس غلاف

غلاف از سیم های ترموکوپل در برابر فشار، ضربه، خوردگی و جریان سیال محافظت می کند. جنس غلاف باید بر اساس دما و سازگاری شیمیایی انتخاب شود. گزینه های متداول ممکن است شامل برخی گریدهای استنلس استیل یا آلیاژهای مقاوم به دما باشند، اما نمی توان یک متریال را برای تمام کاربردها مناسب دانست. برای انتخاب غلاف باید اطلاعات زیر مشخص شود:

• نوع سیال یا اتمسفر
• دمای عادی و حداکثر
• فشار فرایند
• میزان خوردگی و سایش
• وجود گوگرد، رطوبت یا مواد احیاکننده
• سرعت جریان
• قطر و زمان پاسخ موردنیاز

در کاربردهای فرایندی تحت فشار، انتخاب غلاف سنسور جای محاسبه و انتخاب صحیح ترموول را نمی گیرد.

کاربردهای ترموکوپل نوع J

Type J با ساختار مناسب می تواند در کاربردهایی مانند موارد زیر استفاده شود:

• ماشین آلات بسته بندی
• تجهیزات تزریق پلاستیک و قالب ها
• اکسترودرها
• صفحات و قالب های گرم
• آون ها و خشک کن های صنعتی
• تجهیزات آزمایشگاهی
• سامانه های HVAC و تجهیزات حرارتی
• اندازه گیری دمای قطعات و سطوح
• کوره ها و فرایندهای با دمای متوسط
• تجهیزات تولیدی قدیمی که ورودی آن ها برای Type J تنظیم شده است

مناسب بودن Type J برای هر کاربرد به محدوده دما، اتمسفر، غلاف و مشخصات مکانیکی سنسور وابسته است.

محدودیت های Type J

• سیم آهنی در برابر اکسیداسیون و زنگ زدگی آسیب پذیر است.
• استفاده طولانی مدت در دمای بالا می تواند موجب رانش و کاهش عمر شود.
• نوع بدون محافظ برای محیط های مرطوب یا خورنده مناسب نیست.
• کابل جبرانی نامناسب باعث خطای اندازه گیری می شود.
• سیگنال میلی ولت در برابر نویز الکتریکی حساس است.
• تغییر نوع ترموکوپل در کنترلر یا ترانسمیتر باعث قرائت اشتباه می شود.
• نباید Type J را بدون بررسی سازگاری مستقیماً جایگزین Type K کرد.

مقایسه ترموکوپل نوع J و K

برای تعویض J با K باید ورودی کنترلر یا ترانسمیتر، کابل رابط، کانکتورها و تنظیمات جبران اتصال سرد نیز بررسی شوند.

نکات نصب و سیم کشی

• نوع ورودی دستگاه را روی Type J تنظیم کنید.
• پلاریته مثبت و منفی را مطابق استاندارد کابل بررسی کنید.
• برای افزایش طول مسیر از کابل Extension یا Compensation مناسب Type J استفاده کنید.
• از اتصال کابل ترموکوپل به سیم مسی معمولی بدون طراحی صحیح خودداری کنید.
• کابل سنسور را تا حد امکان از کابل های قدرت، موتور و اینورتر دور نگه دارید.
• در محیط دارای نویز از کابل شیلددار و روش زمین کردن مناسب استفاده کنید.
• عمق غوطه وری پراب باید برای انتقال حرارتی صحیح کافی باشد.
• از اعمال نیروی مکانیکی یا خم کردن غیراصولی پراب جلوگیری کنید.
• محدودیت دمای کابل، گلند، کانکتور و هد را جدا از نوک سنسور بررسی کنید.
• در فرایندهای تحت فشار از اتصال و ترموول مناسب استفاده شود.

قیمت ترموکوپل نوع J

قیمت ترموکوپل Type J به ساختار و مشخصات سفارش وابسته است. عوامل اصلی عبارت اند از:

• طول و قطر پراب
• جنس و ضخامت غلاف
• نوع Grounded، Ungrounded یا Exposed
• Simplex یا Duplex بودن
• طول و جنس کابل
• نوع هد یا کانکتور
• رزوه، فلنج یا اتصال فرایندی
• کلاس تلرانس
• وجود ترموول
• وجود ترانسمیتر دما
• محدوده دما و شرایط محیطی
• برند و کشور سازنده
• گواهی کالیبراسیون یا تست های موردنیاز

برای دریافت قیمت روز باید مشخصات فنی درخواست ارائه شود. اعلام یک قیمت برای تمام ترموکوپل های Type J، بدون مشخص شدن ساختار سنسور، امکان مقایسه فنی صحیح را فراهم نمی کند.

اطلاعات لازم برای استعلام

برای انتخاب و استعلام قیمت، اطلاعات زیر را ارسال کنید:

1. حداقل، دمای عادی و حداکثر فرایند
2. نوع سیال یا محیط اندازه گیری
3. طول و قطر پراب
4. جنس غلاف
5. نوع Junction
6. Simplex یا Duplex
7. نوع و سایز اتصال فرایندی
8. طول و جنس کابل
9. نوع هد یا کانکتور
10. کلاس تلرانس موردنیاز
11. نیاز یا عدم نیاز به ترموول
12. نوع ورودی دستگاه کنترل
13. نیاز به ترانسمیتر ۴–۲۰ mA
14. الزامات ضدانفجار یا بهداشتی
15. تصویر و مشخصات سنسور قبلی، در صورت تعویض

سؤالات متداول

ترموکوپل نوع J از چه فلزاتی ساخته می شود؟

هادی مثبت Type J از آهن و هادی منفی آن از آلیاژ مس–نیکل ساخته می شود که معمولاً کنستانتان نامیده می شود.

محدوده دمای Type J چقدر است؟

یک محدوده واحد برای تمام Type Jها وجود ندارد. محدوده قابل استفاده به قطر سیم، غلاف، عایق، کابل، اتمسفر و مدت کارکرد بستگی دارد و باید از دیتاشیت محصول انتخابی بررسی شود.

آیا Type J در دمای بالاتر از ۷۵۰ درجه ذوب می شود؟

خیر. مسئله اصلی ذوب شدن آهن نیست؛ اکسیداسیون، رانش و کاهش طول عمر سیم آهنی باعث محدودیت استفاده در دماهای بالا می شود.

آیا Type J خروجی ۴–۲۰ میلی آمپر دارد؟

خود ترموکوپل خروجی میلی ولت تولید می کند. برای دستیابی به خروجی ۴–۲۰ mA باید از ترانسمیتر دمای سازگار استفاده شود.

آیا ترموکوپل J را می توان جایگزین K کرد؟

جایگزینی مستقیم توصیه نمی شود. آلیاژها، منحنی EMF، کابل و تنظیمات ورودی این دو نوع متفاوت اند. تمام اجزای حلقه اندازه گیری باید برای نوع انتخابی سازگار باشند.

Grounded بهتر است یا Ungrounded؟

پاسخ به کاربرد بستگی دارد. Grounded معمولاً پاسخ سریع تری دارد؛ Ungrounded ایزولاسیون الکتریکی بهتری ایجاد می کند. نویز، زمان پاسخ و شرایط نصب باید هم زمان بررسی شوند.

آیا رنگ سیم Type J همیشه سفید و قرمز است؟

خیر. رنگ ها به استاندارد مورد استفاده بستگی دارند. پیش از سیم کشی باید استاندارد کابل، علامت پلاریته و دیتاشیت سازنده بررسی شود.

ترموکوپل نوع B

ترموکوپل نوع R