ترموکوپل چیست؟

ماجفت یا ترموکوپل (Thermocouple) چیست؟ انواع ترموکوپل چیست؟ کاربرد ترموکوپل چیست؟

ترموکوپل ها متداول ترین تجهیزات اندازه گیری الکتریکی دما در صنعت هستند. مکانیزم ترموکوپل ها بر اساس پدیده سی بک (Seebeck) که اختلاف دما بین دو نقطه را به ولتاژ تبدیل می کنند.

 خرید ترموکوپل یکی از انواع مولد برق است. ترموکوپل دو فلز غیرهم‌جنس است که از یک طرف به‌هم متصل‌اند. برای تولید برق باید محل اتصال دو فلز را حرارت داد. در این صورت در دو سر دیگر که آزاد هستند برق تولید می‌شود. البته برقی که به این صورت تهیه می‌شود بسیار کم است. به این صورت که وقتی به محل اتصال این دو مفتول حرارت داده شود، اختلاف پتانسیلی در دو سر این مفتول‌ها بوجود می‌آید. این اختلاف پتانسیل تابع میزان حرارت اعمال شده‌است و بنابراین با بررسی میزان ولتاژ خروجی می‌توان درجه حرارت اعمال شده به ترموکوپل را تشخیص داد.

ترموکوپل یک ترانسدیوسر خود مولد است که از ایجاد دو یا چند اتصال بین فلزات با جنس متفاوت تشکیل شده‌است. بایستی توجه داشت که یک اتصال (اتصال سرد) بایستی دردمای مرجع قرار داده شود. به عنوان مثال اتصال مرجع را بایستی درظرف حاوی یخ در حال ذوب شدن نصب کرد. اتصال دیگر ترموکوپل بایستی به جسمی که می‌خواهیم دمای آن را اندازه بگیریم، کاملاً متصل شود. فلزات ترموکوپلی به طور کلی نسبت به قیمتی که دارند به دو گروه جداگانه تقسیم می‌شوند. این دو گروه تر موکوپل به ترموکوپلهای فلزپایه و ترموکوپلهای فلزات قیمتی معروفند.

مزایای ترموکوپل ها:

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 بدلیل ثابت زمانی کوچک می باشند.

امتیاز عمده ترموکوپل ها محدوده وسیع اندازه گیری آنهاست که به طور اسمی از ۱۸۰- تا ۱۸۰۰+ درجه سانتیگراد را در برمی گیرد. دیگر امتیاز ترموکوپلها، عملکرد خطی آنها در محدوده اندازه گیری است. اگر قسمت کوچکی نوک جوشکاری شده ترموکوپل برداشته شده و ترموکوپل داخل خط لوله جاسازی شود، دمای سیال جاری درداخل لوله، بدون هیچگونه زحمتی قابل اندازه گیری است. این نوع سنسورها در بازار موجود هستند و غالباً جهت اندازه گیری مورد استفاده قرار می‌گیرند.

معایب ترموکوپل ها:

از معایب ترموکوپل ها، غیر خطی بودن ، تماسی بودن (در معرض اغتشاش و شوک و …)، دقت متوسط را می توان نام برد. جهت استفاده ترموکوپل 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.

کاربرد ترموکوپل ها:

ترموکوپل ها همواره پس از گذشت سالیان متمادی از بهترین سنسورها برای اندازه گیری دما می‌باشند زیرا با نقطه مورد نظر تماس برقرار نموده و دما را بصورت پتانسیل الکتریکی انتقال می‌دهند و ولتاژ با اتصال به اندیکاتور اندازه گیری و به صورت دما تحت تبعیت از جداول مورد بحث مشابه سازی شده و نمایش داده می‌شود. از این دستگاه برای اندازه گیری دماهای بالا (مثلاً در کوره‌های پخت محصولات سرامیکی) استفاده می‌شود. ترموکوپل‌ها اصولاً در دمای پایین داری دقت لازم نیستند ولی جهت سنجش دماهای بالاتر از ۵۰۰ درجه سانتیگراد یکی از گزینه‌های خوب می‌باشند.

ترموکوپلها در صنعت دارای کاربردهای بسیار زیادی هستند. از جمله مهمترین کاربردهای ترموکوپل در صنایع را می توان در صنایع تولید لوازم گازسوز نام برد. بدین ترتیب که از ترموکوپل جهت ایمن سازی تجهیزات گاز سوز در مواردی که شعله گاز به دلایلی (از جمله باد) خاموش می‌گردد، جهت قطع کردن گاز و جلوگیری از انتشار آن استفاده می‌گردد. ترموکوپل به دلیل ایجاد ولتاژ و جریان الکتریسته در اثر دریافت حرارت، وسیله بسیار مفیدی در کنترل حرارت یا استفاده بعنوان کنترلر می‌باشد. از جمله کاربردهای آن، به عنوان انواع [قطع کننده جریان گاز] می‌باشد.

انواع ترموکوپل ها:

ترموکوپل‌ها دارای تیپ‌های متنوع برای اندازه گیری دما می‌باشند بطور مثال تیپ‌های R – S – B با قابلیت اندازه گیری دما در محدوه ۲۰۰- الی ۱۸۰۰ و تیپهای L – K- J با قابلیت اندازه گیری دما در محدوده ۱۸۰- الی ۱۰۰۰ درجه سانتیگراد بکار می‌روند. ولتاژ بوجود آمده در دوسر انتهایی ترموکوپل در هر صورت میلی ولت ورفتار الکتریکی هر ترموکوپل بسته به نوع آلیاژ سیم‌های آن تابع جداول استانداردی است که معمولاً در استانداردهای کشورهای مختلف تعریف و تقریباً در هر تیپ منبطق بر یکدیگر است.

یکی از انواع معمول آن ترکیب آلیاژکروم و نیکل می‌باشد. معمولاً جهت جلوگیری از آسیب دیدن ترموکوپل آن را درون غلاف فلزی یا سرامیکی قرار می‌دهند. روش جوشکاری دوسر ترموکوپل تابع ضوابط خاصی است بطوری که نباید در حین عملیات جوشکاری فلز یا احیاناً نیمه‌هادی دیگری در فرایند جوش دخالت نماید در غیر اینصورت رفتار ترموکوپل هرگز رفتار استاندارد تعریف شده تابع جداول مربوطه نخواهد بود. ساختمان ترموکوپل ها  با استفاده از اتصال یک فلز و آلیاژ  تولید می شوند و با همین مکانیزم ساده قادر به اندازه گیری دما به راحتی در رنج وسیعی از 270- تا حدود 1800 درجه می باشند. ترموکوپل ها انواع مختلفی دارند که طبق جنس فلز و آلیاژ آن به هفت دسته ذیل تقسیم می شوند:

جدول مقایسه انواع ترموکوپل ‌ها:

 معرفی ترموکوپل نوع K :

این ترموکوپل از سیم فلزی Ni-Cr (به نام تجاری کرومل  Chromel) و Ni-Al (به نام تجاری آلومل  Alumel) ساخته می شود. این ترموکوپل ارزان قیمت است و یکی از پرکاربردترین و متداولترین نوع ترموکوپل ها می باشد.  رنج عملکرد دمایی آن بین −250 °C و1300 °C  (این رنج مطلق نیست و بسته به سازنده و نوع ظاهری آن متفاوت خواهد بود بطور مثال ترموکوپل های سیمی شکل نوع K رنج 40- تا 250 درجه می باشد و نوع میله ای آن قادر به اندازه گیری تا محدوده 1300 درجه هستند). حساسیت ترموکوپل تیپ K تقریبا 41  µV/°C  است و معمولا در دماهای بالا مورد استفاده قرار می گیرد. ترموکوپل نوع K بخاطر استفاده از مس خاصیت ضد اکسیداسیون دارد لذا در کوره ها که اکسیداسیون رخ می دهد مناسب است.

 معرفی ترموکوپل نوع J :

این ترموکوپل از فلز آهن (Fe) و آلیاژهای مس – نیکل Cu – Ni (کنستانتان Constantan) ساخته می شود. رنج دمایی این ترموکوپل بین -180°C  و 800°C است. به دلیل احتمال اکسید شدن آهن این ترموکوپل، در صنایع قالب ریزی پلاستیک استفاده می شود. حساسیت ترموکوپل نوع J ، به اندازه ی 51  µV/°Cاست. در ترموکوپل نوع J به علت وجود آهن در مکانهایی که امکان اکسیداسیون وجود دارد بهتر است استفاده نشود.

معرفی ترموکوپل نوع  E:

این ترموکوپل با استفاده از فلزات Ni-Cr (کرومل) و Cu-Ni (کنستانتان Constantan) ساخته می شود. رنج عملکرد دمایی آن، بین −40 °C و 900°C است. این ترموکوپل با 62 µV/°C  بیشترین حساسیت را دارد و می توان از آن در کاربردهای خلاء و مواردی که سنسور در آن حفاظت نشده، استفاده کرد.

معرفی ترموکوپل نوع T :

این ترموکوپل از مس Cu و آلیاژ Cu-Ni (کنستانتان Constantan) ساخته می شود. رنج عملکرد دمایی این نوع ترموکوپل، بین −250 °C و 400 °C  است. این ترموکوپل نسبتا ارزان و برای کاربردهای با دمای پایین مناسب است و در برابر رطوبت مقاوم است. حساسیت این ترموکوپل، 46µV/C°  است. ترموکوپل نوع T در صنعت به دلایل زیر بیشتر مورد استفاده می گیرد:

نسبت به تمام انواع ترموکوپل خطی تر است.

رنج درجه حرارت مناسبی دارد.

همچنین از حساسیت خوبی برخوردار است.

معرفی ترموکوپل نوع N :

این ترموکوپل از فلزهای Ni-Cr-Si (به نام تجاری نیکروسیل) و Ni-Si-Mg (به نام تجاری نیسیل  Nisil) ساخته می شود. محدوده دمائی آن بین -270°C و +1300 °C  است. حساسیت این ترموکوپل، 30 µV/°C  است و معمولا در دماهای بالا مورد استفاده قرار می گیرد. همچنین تحمل این سنسور در برابر اکسید شدن در دماهای بالا بهتر نوع K می باشد.

معرفی ترموکوپل نوع   R، S و B :

این ترموکوپل ها با استفاده از Pt-Rh (پلاتین – رادیوم) با ترکیبات مختلف ساخته می شود (تفاوت این سه نوع در میزان پلاتین آنهاست). قیمت آنها بالا و حساسیت آن بسیار کم و در حدود 10 µV/°C  و محدوده دمایی آن تقریبا  -50 °C و +1750 °C است. انواع این ترموکوپل ها در اندازه گیری با دمای بالا بطور مثال در صنعت شیشه و فولاد به کار می روند.

ایران آتونیکس آمادگی خود را برای ساخت سفارشات شما در زمینه ی سنسور RTD از نوع Pt100/500/1000,NTC,PTC و انواع ترموکوپل های (J,K,B,S,…) با طول و قطر لوله ی پراب و شکل ظاهری مورد درخواست شما به صورت دو سیمه یا سه سیمه و سنسور تکی یا دوبل با استفاده از قطعات اروپایی اعلام می دارد که در صنایع بسیاری مانند صنایع سیمان، نفت و گاز، شیر و فراورده های لبنی و… کاربرد بسیار دارد

ترموکوپل چیست؟ (What is a thermocouple sensor)

ترموکوپل چیست (What is a thermocouple)؟ ترموکوپل ها (Thermocouple) که با نام هایی از قبیل: جفت های حرارتی، جفت های گرمایشی، ترموکوبل، حسگر و سنسور سنجش دما شناخته می شوند، رایج ترین تجهیزات اندازه گیری دما هستند که به زبان ساده از دو فلز غیر هم جنس تشکیل شده و این دو فلز از یک سر به هم متصل شده اند. هنگامی که نقطه اتصال این دو فلز گرم می شود، در اثر “پدیده سیبک (seebeck)”، ولتاژی در دو سر آزاد آن، ایجاد می گردد.

این اختلاف ولتاژ با میزان دمای نقطه اتصال رابطه مستقیم دارد و می توان با استفاده از این پدیده میزان دمای نقطه اتصال را اندازه گیری نمود. خیلی از شما عزیزان درخواست داشته اید تا مقاله ای جامع در خصوص ترموکوپل ها بنویسیم و درباره های کارکردهای آن، تایپ ها و نحوه کالیبراسیون آن ها توضیح دهیم.

خوب الوعده وفا. ما در این مقاله به طور جامع و کامل این نوع از سنسورهای دما را مورد بررسی قرار داده و بسیاری از سوالات و پرسش های شما عزیزان را پاسخ داده ایم. امیدواریم این نوشته بتواند اطلاعات شما را در خصوص یکی از محبوب ترین و کاربردی ترین تجهیزات برقی در صنعت، کامل کند و بتوانید براساس اطلاعات صحیح و درست، سنسور موردنظرتان را تهیه کنید.

مطمئناً برای شما عزیزان سوال پیش آمده که من چطور یک سنسور Thermocouple خریداری و از کجا تهیه کنم یا خریداری کنم؟ در حالیکه هیچ گونه اطلاعاتی در این زمینه ندارم؟ خوب این سوال بسیاری از دوستان و دغدغه آنان محسوب می گردد. توصیه ما به شما عزیزان این است که حتماً قبل از خرید از افراد فنی و خبره در این زمینه مشورت و راهنمایی بگیرید.

پس از مشاوره از افراد خبره در این زمینه، بایستی یک شرکت تولیدکننده حرفه ای را پیدا کنید تا بتوانید تجهیزات خود از آنجا خریداری کنید. حتماً تایپ سنسور را در زمان خرید از فروشنده بپرسید و از آن ها بخواهید که دیتاشیت (Datasheet) محصول موردنظر را با اطلاعات کامل برای شما عزیزان ارسال کنند. یک نکته مهم که باید خدمت شما عزیزان بگوییم این است که، اگر شرکت شما دارای نیروی فنی و تخصصی برق است، حتماً آن ها را با شرکت تولیدکننده سنسورهای دما و تجهیزات جانبی ارتباط دهید تا کار سریع تر پیش برود.

شرکت هیترهدف به عنوان تولید کننده حرفه ای انواع سنسور ترموکوپل در ایران، طیف گسترده ای از این محصولات را ارائه می نماید. شما عزیزان می توانید به منظور اطلاعات بیشتر درباره نحوه عملکرد سنسور ترموکوپل (Thermocouple) برند مانیاد صنعت، بر روی لینک کلیک کنید.

تقسیم بندی کد و تایپ ترموکوپل ها چیست؟

اکنون که فهمیدید ترموکوپل چیست و چگونه کار می کند، اکنون می خواهیم به انواع گوناگون این جفت های حرارتی بپردازیم و به قولی تایپ های آن را مورد بررسی قرار دهیم. این جفت های گرمایی به شکل سیم و از فلزات مختلف و در درجات متفاوتی تولید می گردند. این تفاوت درجات برای مشتریان و مصرف کنندگان به وسیله کد های E,N,J,K,T و… مشخص می گردند. برای مثال ترموکوپل نوع K را با کد K نام گذاری نموده و کابل رابط آن، کابل افزاینده طول یا جبران ساز BLF ایتالیا تایپ KX است. در رنج های دمایی بسیار بالا، کدها با حروف دیگری از قبیل R ,S ,B ,C مشخص می گردند.

۸ نوع جفت حرارتی وجود دارد که به عنوان “فلز پایه و فلزخاص یا نجیب” طبقه بندی می شوند:

انواع جفت های حرارتی ای که از Base Metal ساخته شده است:

• نوع K: این نوع از دماسنج ها، رایج ترین نوع از دماسنج های حرارتی هستند که به طور گسترده در صنایع مختلف استفاده می گردند و محدوده دمایی وسیعی دارند. سنسورهای های نوع K از آلیاژهای پایه نیکل ساخته شده که در برابر خوردگی مقاوم بوده و تقریباً برای کلیه مصارف صنعتی و نیمه صنعتی مناسب هستند. پایه مثبت (+) که با رنگ زد مشخص شده اند، غیر مغناطیسی است. پاها منفی(-) که با رنگ قرمز مشخص شده، مغناطیسی است. شما می توانید از میان فلزات پایه معمولی که از عملیات دمای بالا پشتیبانی می کنند، انتخاب خود را انجام دهید. از این ترموکوپل ها، برای استفاده در محیط های اکسیدی یا خلا در دمای تا ۱۳۷۲ درجه سانتیگراد (۲۵۰۱٫۶ درجه فارنهایت) استفاده می شوند.

(لازم به ذکر است که سنسور را از قرار دادن در معرض محیط های حاوی گوگرد خودداری کنید). حداکثر عملکرد در فضای اکسید کننده هوای پاک. برای استفاده در حالت نیمه اکسید شده در خلاء یا در شرایطی که اکسیداسیون و کاهش متناوب هستند، به هیچ عنوان توصیه نمی گردد.

• نوع J: این تایپ از حسگرهای دما را می توان بعد از تایپ K، پرکاربردترین سنسور برای مصارف صنعتی و نیمه صنعتی در نظر گرفت. طراحی مناسب برای استفاده در محیط های اکسیدی و محیط های خلا تا دمای ۱۲۰۰ درجه سانتیگراد (۲۱۹۲ درجه فارنهایت) با اندازه گیج سیم ضخیم تر. در دمای بالاتر از ۵۴۰ درجه سانتیگراد (۱۰۰۰ درجه فارنهایت)، سیمی که از جنس آهن است، به سرعت اکسید شده  و عمر مفید سیم های با اندازه های ظریف را محدود می کند.

از این سنسورها در محیط های گوگردی بالای ۵۴۰ درجه سانتیگراد (۱۰۰۰ درجه فارنهایت) خودداری کنید. همچنین از استفاده در دمای زیر ۰ درجه سانتیگراد خودداری کنید، زیرا سیم آهنی زنگ زده و شکننده می شود. + (آهن) پایه مغناطیسی هستند (سفید)، -پایه ها غیر مغناطیسی هستند (قرمز).

• نوع T
• نوع E
• نوع N

انواع جفت های حرارتی ای که از Noble Metal ( فلزات خاص یا نجیب) ساخته شده است:

سنسورهای ترموکوپل چطور کار می کنند؟

یک جفت گرمایی یا ترموکوپل (Thermocouple)، ابزاری مخصوص اندازه گیری است و برای سنجش دمای بدنه تجهیزات مختلف و اجزاء درونی آن و انواع مواد مختلف طراحی شده است. یک جفت گرمایی از دو رشته سیم از جنس دو فلز متفاوت ساخته شده است.  زمانی که این دو سیم به یکدیگر متصل شوند، یک مدار را تشکیل می دهند. این مدار باعث ایجاد دو اتصال الکتریکی جدا از هم می شود. یکی از اتصال ها در جایی تشکیل شده که درجه حرارت بایستی اندازه گیری شود. این قسمت به نام اتصال گرم یا اتصال اندازه گیری نامیده می شود.

اثر ترموالکتریک یا پدیده سیبک چیست؟ + قوانین Thermocouple

برای اینکه روش کار و قوانین سنسورهای دما را بدانید، می بایست پدیده سیبک و قوانین جفت های گرمایشی را به خوبی بشناسید. برای ساخت ترموالکتریک می بایست به دو سر ابتدایی فلزهای ناهمنام به هم متصل شده از قبل، دما بدهیم. در این صورت در نقطه اتصال دو فلز اختلاف پتانسیل ترموالکتریک خواهیم داشت.

حال یک سوال بسیار مهم: آیا می دانید چرا در این نقطه اختلاف پتانسیل ایجاد می شود؟ دلیل اصلی، سرعت میانگین الکترون های آزاد فلزات می باشد.