ترموکوپل چیست؟
ترموکوپل دستگاهی با ساختار ساده اما هوشمندانه است که می‌تواند برای اندازه گیری دما در بازه‌های حرارتی مشخص، مورد استفاده قرار گیرد. برای ارائه پاسخ دقیق‌تر به (ترموکوپل چیست؟) باید گفت که این دستگاه به کمک دو هادی فلز متفاوت و اندازه گیری نیروی الکتریکی ایجاد شده بر اثر اختلاف دما، عمل می‌کند. در ادامه این متن شما فرصت این را خواهید داشت تا بیشتر با طرز کار این دستگاه، ویژگی‌ها، موارد استفاده و انواع آن آشنا شوید.
شیوه کار ترموکوپل چیست؟
همانطور که در ابتدا اشاره کردیم این دستگاه از کنار هم قرار گرفتن دو هادی فلز متفاوت ساخته می‌شود. شیوه کار ترموکوپل تا دریافت نتیجه و اندازه گیری دما، به ترتیب زیر خواهد بود:
- در ابتدا قسمت مشخصی از ترموکوپل به نقطه یا منطقه مدنظر برای اندازه گیری دما، تماس داده می‌شود.
- گرما از منطقه یا نقطه تحت تماس به دو فلز هادی منتقل خواهد شد.
- دو فلز به کار رفته با توجه به تفاوتی که در جنس و مقاومت گرمایی دارند، تغییرات دمای متفاوتی خواهند داشت.
- اختلاف دمای ایجاد شده میان دو فلز منجر به تولید انرژی الکتریکی می‌شود.
- با اندازه گیری میزان الکتریسیته تولید شده می‌توان دمای نقطه مدنظر را مشخص کرد.
کاربرد ترموکوپل چیست؟
با وجود گذر زمان و روی کار آمدن تجهیزات و تکنولوژی‌های جدید، ترموکوپل همواره به عنوان یکی از بهترین گزینه‌های سنسور اندازه گیری دما شناخته می‌شود. برقراری تماس با نقطه مدنظر و انتقال دما به صورت پتانسیل الکتریکی باعث شده تا این محصول از محبوبیت بالایی برخوردار باشد. بررسی سوالی مانند (کاربرد ترموکوپل چیست؟) بسیار کلی و طولانی خواهد بود چرا که این آیتم در تمامی صنایع و موقعیت‌هایی که نیاز به اندازه‌گیری دما یا حرارت در یک بازه دمایی خاص باشد؛ کاربرد خواهد داشت. انواع صنایع از جمله غذایی، داروسازی، پزشکی، مصالح ساختمانی، تجهیزات گازسوز، پتروشیمی، نفت و…. همگی به نوع مشخصی از ترموکوپل با قابلیت‌های اختصاصی نیاز دارند.
بررسی ویژگی‌های ترموکوپل
ترموکوپل مشابه تمامی تجهیزات دیگر در کنار مزایا و قابلیت‌های مثبتی که ارائه می‌دهد، همراه با محدودیت‌ها و معایبی نیز خواهد بود. در زیر به این موارد اشاره خواهیم کرد:
مزایای ترموکوپل شامل:
- سادگی ساختار
- قیمت مناسب و به صرفه
- استحکام
- دوام و طول عمر مفید بالا
- گستره وسیع اندازه گیری دما (از 180- تا 1800+ درجه سانتی گراد)
- قابلیت استفاده در محیط‌های مختلف
- سرعت پاسخ‌دهی بالا
و معایب و محدودیت‌های آن نیز شامل:
- غیر خطی بودن
- تماسی بودن (در معرض شوک و اغتشاش و موارد مشابه)
- دقت متوسط
- کاهش سرعت پاسخ‌دهی به هنگام استفاده از غلاف یا ترموول
خواهد بود. افراد و صنایع تلاش می‌کنند تا با شناسایی نقاط ضعف و قوت این دستگاه و استفاده از نوع درستی از ترموکوپل بهترین نتیجه‌گیری را داشته باشند.
انواع دسته بندی‌های ترموکوپل
دسته بندی ترموکوپل‌ها با توجه به نوع فلز به کار رفته در آنها، انجام می‌گیرد. به طور کلی می‌توان دو دسته فلز پایه و فلز قیمتی را در نظر گرفت. در هر یک از این دسته بندی‌ها می‌توان موارد متعددتری را نیز جای داد که مفصلا یه شرح زیر خواهد بود:
ترموکوپل‌های فلز پایه
این نمونه از ترموکوپل‌ها از فلزهایی ارزان‌تر ساخته می‌شوند و اغلب تحمل طیف دمایی محدودتری را دارند اما باتوجه به قیمت و توان خود برای بیشتر نیازهای معمول و دستگاه‌های پرکاربرد مناسب شناخته می‌شوند. ترموکوپل‌های فلز پایه با حروف N و T و E و J و K که معرف فلزهای به کاررفته در ساخت آنها هستند، شناخته می‌شوند.
نوع K: این نوع از ترموکوپل با استفاده از ترکیب فلز نیکل با کروم یا نیکل با آلومل در کنار هم ساخته می‌شود. با توجه به ویژگی‌هایی نظیر قیمت مناسب، بازه دمایی گسترده و کیفیت عملکرد بالا، نوع K به عنوان رایج‌ترین انتخاب شناخته می‌شود.
نوع J: برای ساخت این نوع از ترموکوپل‌ها از دو فلز آهن و کنستانتان در کنار یکدیگر استفاده می‌شود. در مقایسه با نوع K این نمونه بازه دمایی کمتری داشته و با کاهش عمر مفید در دماهای بالا مواجه است اما همچنان با در نظر گرفتن قیمت مناسب و کاربرد گسترده، به طور رایج مورد استفاده قرار می‌گیرد.
نوع T: در نوع T از ترموکوپل‌ها، دو فلز مس و کنستانتان در کنار یکدیگر مورد استفاده واقع می‌شوند. این ترکیب باعث شده تا پایداری این نمونه در بالاترین حد خود باشد. پایداری بالای نوع T در موقعیت‌هایی که دما بسیار پایین است مانند کرایوژنیک‌ها و فریزرها، کاربردی خواهد بود.
نوع E: از کنار هم قراردادن دو فلز نیکل و کروم یا نیکل و کنستانتان در این نوع از ترموکوپل‌ها امکان ایجاد سیگنال‌های بسیار قوی‌تری در بازه دمایی متوسط 1000 درجه فارنهایت؛ به وجود آمده است. همین ویژگی باعث شده تا نوع E نسبت به انواع J و K در موقعیت‌های مشابه از محبوبت بیشتری برخوردار باشد.
نوع N: باید گفت که این نوع از ترموکوپل‌ها از نظر توانایی تحمل محدوده دمایی و کیفیت عملکردی تا حد زیادی شبیه به انواع K هستند اما استفاده از دو فلز نیکروسیل و نیسیل در کنار هم باعث شده تا قیمت این محصول بالاتر باشد.
ترموکوپل‌های فلز قیمتی
این دسته از ترموکوپل‌ها در کنار قابلیت تحمل بازه دمایی بسیار گسترده‌تر می‌توانند کیفیت عملکردی و از همه مهم‌تر عمر مفید خود را نیز حفظ نمایند. این ویژگی‌ها در کنار هم باعث شده تا محصولات جای گرفته در این دسته نسبت به ترموکوپل‌های فلز پایه، قیمت گران‌تری داشته باشند. انواع نمونه‌ها R و S و C و GBدر این دسته بندی جای می‌گیرند.
نوع S: این نمونه از ترموکوپل‌ها به شکل ویژه در دماهای بالا از جمله صنایع بیوتکنولوژی و داروسازی مورد استفاده قرار می‌گیرد. دو فلز پلاتین همراه با رودیوم 10 درصد یا پلاتین با پلاتین در کنار یکدیگر ویژگی‌هایی مانند کیفیت عملکرد بالا، پایداری بالا و همچنین امکان استفاده حتی در دماهای پایین را ایجاد کرده‌اند.
نوع R: باید گفت که نوع R و نوع S ترموکوپل‌ها با توجه به ترکیبات یکسان فلز در کنار یکدیگر؛ عملکرد، ویژگی‌ها و خاصیت‌های یکسانی دارند. تنها نقطه تمایز این ئو نوع محصول در به کارگیری فلز رادیوم با درصد بیشتر (13 درصد) در نوع R است. همین تفاوت باعث شده تا این نوع گران قیمت‌تر نیز باشد.
نوع B: برای ساخت این دسته از ترموکوپل‌ها دو فلز پلاتین با رودیوم 30 درصد یا رودیوم 6 درصد را در کنار یکدیگر قرار می‌دهند. نوع B نسبت به تمامی ترموکوپل‌های موجود، بالاترین محدوده دما را در اختیار دارد و همچنین می‌تواند از خود در دماهای بسیار بالا کیفیت و پایداری بالایی نیز نشان دهد.
خوب است بدانید که از رنگ‌ها برای نشان دادن دسته‌بندی‌های گفته شده ترموکوپل استفاده می‌شود. کد رنگی اختصاص یافته به هر نوع ممکن است با توجه به کشور تولیدکننده متفاوت باشد. در زیر نمونه‌هایی در کد رنگی ترموکوپل نمایش داده شده‌اند.
مزایای ترموکوپل چیست؟
تا اینجای مقاله با ترموکوپل و نحوه کار کرد آن آشنا شده‌اید، اکنون نوبت به آن رسیده است تا در خصوص مزایای ترموکوپل نیز آشنا شوید. همانطور که شما هم می‌دانید، ترموکوپل‌ها دستگاه‌های حسگری هستند که برای اندازه‌گیری دما استفاده می‌شوند و دارای مزایای متعددی هستند. از جمله مهمترین مزایای ترموکوپل می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
- ترموکوپل‌ها دارای دامنه دمایی گسترده‌ای هستند و می‌توانند دماهای بسیار پایین یا بالا را اندازه‌گیری کنند. این ویژگی آنها را برای برنامه‌های متنوعی مناسب می‌کند.
- ترموکوپل‌ها به سرعت به تغییرات دما پاسخ می‌دهند و به عنوان حسگرهای سریع عمل می‌کنند.
- ترموکوپل‌ها به خوبی می‌توانند در برابر فشار و لرزش مقاومت کنند، این مقاومت در برابر فشار و لرزش سبب شده است تا ترموکوپل‌ها بتوانند در شرایط سخت و صنعتی در بهترین حالت کار کنند.
- ترموکوپل‌ها ساختار ساده‌ای دارند و نیاز به تنظیمات پیچیده ندارند. این ساختار ساده سبب شده است تا در صورت نیاز به راحتی بتوان آنها را تعمیر کرد.
- ترموکوپل‌ها دقت مناسبی در اندازه‌گیری دما دارند به همین دلیل ترموکوپل‌ها برای برنامه‌ها و مکان‌هایی که دقت بالایی در اندازه‌گیری دما مورد نیاز ندارند، مناسب هستند.
- ترموکوپل‌ها می‌توانند دما را در نقاط مختلف یک فضا اندازه‌گیری کنند و از این رو، در برنامه‌های متنوعی مورد استفاده قرار می‌گیرند. مهم نیست که در یک سوله گرم ترموکوپل نصب می‌شود یا در یک سرد خانه، ترموکوپل در هر شرایطی می‌تواند، دما را به بهترین شکل ممکن برای شما اندازه‌گیری کنند.
- ترموکوپل‌ها معمولا دوام و سازگاری بسیار بالایی دارند و بدون نیاز به تعویض و تعمیر می‌توانند، برای مدت زمان طولانی به بهترین شکل ممکن کار کنند.
این مزایای زیاد ترموکوپل سبب شده است تا از ترموکوپل‌ها در بسیاری از صنایع مانند صنعت پتروشیمی، خودروسازی، و صنایع فرآوری مواد شیمیایی استفاده کرد.
معایب ترموکوپل چیست؟
در بالا با برخی از مهمترین مزایای ترموکوپل آشنا شدید، هر محصول در کنار مزایای بسیار زیادی که دارد با محدودیت‌ها و معایبی نیز همراه است که قطعا ترموکوپل از این قاعده مستثنی نیست. از جمله مهمترین معایب ترموکوپل می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
- هر چند ترموکوپل‌ها توانایی اندازه‌گیری دما با کیفیت قابل قبول را دارند اما در مقایسه با حسگرهای دمایی دقیق‌تری مانند رزیستورهای پلاتینیومی (RTD) یا ترمیستورها، ترموکوپل‌ها دقت کمتری دارند. این موضوع زمانی اهمیت پیدا می‌کند که نیاز به اندازه‌گیری دما با دقت بسیار بالا باشد.
- ترموکوپل‌ها به تغییرات مغناطیسی در محیط حساس هستند و ممکن است در مواردی که میدان‌های مغناطیسی محیط تغییر کنند، دقت اندازه‌گیری دما کاهش یابد.
- ترموکوپل‌ها نیاز به کالیبراسیون دوره‌ای دارند تا دقت اندازه‌گیری حفظ شود. این مسئله نیازمند زمان و هزینه است.
- ترموکوپل‌ها حساس به مواد شیمیایی خاص، خوردگی، یا دیگر شرایط محیطی می‌باشند. این ممکن است نیازمند محیط محافظتی ویژه باشند.
چگونه می‌توان یک ترموکوپل خوب و متناسب با شرایط را انتخاب کرد؟
در هنگام انتخاب و خرید ترموکوپل باید به نکات بسیار زیادی توجه کرد. از جمله مهمترین نکاتی که در هنگام انتخاب ترموکوپل باید به آن توجه کرد، می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
دامنه دمایی
ابتدا باید دامنه دمایی برنامه‌ی خود را مشخص کنید. ترموکوپل‌ها دارای دامنه‌های دمایی مختلفی هستند. برای دماهای بالا، ممکن است نیاز به ترموکوپل‌های مقاوم به خاکستر و مواد شیمیایی داشته باشید، در حالی که برای دماهای پایین‌تر ممکن است به ترموکوپل‌های روی و نیکل – کروم نیاز پیدا کنید.
دقت مورد نیاز
اگر دقت بسیار بالایی در اندازه‌گیری دما نیاز دارید، باید حسگر دمایی با دقت بالا مثل رزیستورهای پلاتینیومی (RTD) یا ترمیستورها را در نظر بگیرید. ترموکوپل‌ها معمولا دقت کمتری نسبت به این دو نوع حسگر دمایی دارند.
محیط و شرایط کار
نوع محیطی که ترموکوپل در آن کار می‌کند (مثلاً خوردگی، مواد شیمیایی، فشار) نیازمندی‌های ویژه‌ای را ممکن است برای انتخاب ترموکوپل تعیین کند. مطالعه کتابچه فنی ترموکوپل و توصیه‌های سازندگان می‌تواند به شما در این زمینه کمک کند.
قیمت و هزینه
یکی از مهمترین عوامل در انتخاب و خرید ترموکوپل قیمت است. قیمت ترموکوپل‌ها متفاوت است و باید با بودجه خود همخوانی داشته باشد. توجه به هزینه‌های نصب و نگهداری در هنگام خرید ترموکوپل نیز مهم است.
تعداد نقاط اندازه‌گیری
بسته به نیاز برنامه، ممکن است بخواهید ترموکوپل‌ها را در چند نقطه مختلف اندازه‌گیری دما استفاده کنید. در این صورت، توجه به طراحی و نصب ترموکوپل‌ها نیز ضروری است.
در بالا با برخی از مهمترین نکات در هنگام خرید ترموکوپل اشاره کردیم، اگر به دنبال آن هستید تا ترموکوپل مناسب خریداری کنید به شما توصیه می‌کنیم که با متخصصان این حوزه مشورت کنید تا با راهنمایی آنها بهترین ترموکوپل را خریداری کنید.
کلام پایانی
ترموکوپل دستگاهی با ساختار ساده، پیرو قوانین ابتدایی فیزیک است که به منظور اندازه گیری دما مورد استفاده قرار می‌گیرد. این محصول با کنار هم قرار گرفتن دو فلز هادی نا همجنس ساخته می‌شود. با توجه به فلزهای استفاده شده، بازه اندازه گیری دما، عمر مفید و دقت محاسبه دما، ترموکوپل‌ها به دسته‌بندی‌های مختلفی تقسیم می‌شوند. هر صنعت یا هر موقعیتی با توجه به نیاز و شرایط بایستی دست به انتخاب نوع کاربردی از این ابزار بزند. با تحقیق تخصصی در زمینه ترموکوپل چیست و تطبیق آن با نیاز می‌توان انتخاب محصول درستی داشت.
فروشگاه صنعتی تولید دیتا توزیع کننده انواع ترموکوپل در ایران است. شما می توانید برای افزایش اطلاعات عمومی به مقالات، plc چیست و اتوماسیون صنعتی چیست مراجعه کنید.
اولین دیدگاه را ثبت کنید