ترموکوبل چیست و روش انتخاب بهترین گزینه های ترموکوبل

کارکرد ترموکوپل چیست؟

ترموکوپل شامل یک غلاف بلند و دو رشته سیم و در نهایت یک سیستم کنترل دیجیتالی و یا یک ورودی از یک PLC و شاید یک تجهیز کامپیوتری و صفحه نمایش پیشرفته می باشد. خب، احتمالاً تمام این ها که گفتیم چیز هایی است که شما در برخورد با یک سیستم حلقه بسته و یا حلقه باز کنترل دما خواهید دید. سیستمی که ترموکوپل در ابتدای آن قرار گرفته است. در این مواقع ممکن است این سوال ساده پیش بیاید که کارکرد ترموکوپل چیست؟
کارکرد ترموکوپل از یک سیستم بسیار ساده بهره می‌ برد.

تمام چیزی که یک ترموکوپل را از آن ساخته ‌است شامل دو رشته سیم ساده است و همین دو رشته سیم ساده به سادگی همراه با دقت بسیار بالا می تواند اطلاعات بسیار سریعی از تشخیص دمای هر محیطی را ارائه نماید.
این سیستم بسیار ساده چگونه می تواند با این دقت اطلاعات دمایی را کسب کرده، تحلیل نماید و در اختیار سیستم های کنترلی قرار دهد؟ اساس کارکرد ترموکوپل ها مانند ساختار آنها ساده است و از ماهیت کلی فلزات می آید.

از آنجا که تمامی فلزات رسانای جریان برق هستند پس تقریبا همیشه و در همه حال می توانند مقدار اندکی از سیگنال ‌های الکتریکی را در خود ایجاد نموده و یا انتقال بدهند. اگر تمام ساختار ترموکوپل از یک نوع فلز ساخته میشد، دیگر نمی توانستند اطلاعات دمایی را داشته باشند.

چرا که در کارکرد ترموکوپل مذکور سطح ولتاژ یکسانی حاکم می ‌شد.

کاربرد ترموکوپل

برخی از کاربردهای ترموکوپل شامل موارد زیر است.
از ترموکوپل ها به عنوان سنسور دما در ترموستات در دفاتر ، منازل ، دفاتر و مشاغل استفاده می شود.
ترموکوپل ها در صنایع برای نظارت بر درجه حرارت فلزات موجود در آهن ، آلومینیوم و فلز استفاده می شوند.
ترموکوپل ها در صنایع غذایی برای کاربردهای برودتی و دمای پایین استفاده می شود. از ترموکوپل ها به عنوان پمپ حرارتی برای انجام خنک سازی ترموالکتریک استفاده می شود.
ترموکوپل ها برای آزمایش دما در گیاهان شیمیایی ، گیاهان نفتی استفاده می شوند.
ترموکوبل ها در دستگاه های گاز برای تشخیص شعله پیلوت استفاده می شود.

ترموکوپلها بر اساس نوع دو فلزی که در آنها استفاده شده و همچنین کالیبراسیون آنها به تیپ های مختلفی تقسیم می شوند.

جدول ترموکوپل

جدول ترموکوپل

ترموکوپل های آلیاژ نیکل

ترموکوپل تیپ J:

ترموکوپل تیپ J از فلز آهن Fe و آلیژهای مس – نیکل Cu-Niتشکیل می شود. رنج دمایی این ترموکوپل متوسط بوده و بین -۱۸۰  و +۷۵۰ سانتیگراد است. حساسیت  این تیپ، ۵۵  µV/°C است. تیپ J ترموکوپل پر کاربردی است که رنج دمایی مطلوبی داشته و در کنار آن قیمت مناسبی هم دارد.

ترموکوپل تیپ K:

این تیپ ترموکوپل از دو فلز ناهمنام نیکل (Ni-Cr) و کروم(Ni-Al)  تشکیل میشود. محدوده دمایی ترموکوپل تیپ K بسیار مناسب بوده و بین -۲۰۰ تا +۱۳۵۰ سانتیگراد است. این ترموکوپل خاصیت ضد اکسیدی داشته و معمولا در دماهای بالا مورد استفاده قرار می گیرد. تیپ K از پراستفاده ترین تیپ های ترموکوپل هاست و در بیشتر صنعت ها مورد استفاده قرار می گیرد. یکی از دلایل آن رنج دمایی گسترده ای است که این ترموکوپل در آن کار می کند و از دلایل دیگر می توان به دقت بالای این ترموکوپل و همچنین قابل اعتماد بودن آن اشاره کرد. برای اطلاعات بیشتر می توانید به صفحه خرید ترموکوپل تیپ K مرجعه فرمایید.

ترموکوپل تیپ E:

تیپ E از دو فلز NI-Cr و یا Cu-Ni معمولا درست می شود . رنج دمایی این ترموکوپل -۴۰ تا +۹۰۰ سانتیگراد میباشد. این نوع از ترموکوپل ها دارای حساسیت بالا هستند و کاربرد آن در موقعیت هایی است که حسگر آن محافظت نشده است ترموکوپل تیپ E به دلیل حساسیت بالا در ضمینه هایی که احتیاج به سیگنال قوی وجود دارد کاربرد بیشتری دارد. این ترموکوپل در برابر تیپ های معمول دیگر پایدارتر است.

ترموکوپل تیپ T:

این دسته از ترموکوپل ها معمولا از مس و آلیاژ مس و نیک (Cu-Ni) درست شده اند. گستره دمایی آن -۲۵۰ تا +۴۰۰ است . از آنجا که رنج دمایی اش بدین صورت می باشد ، پیشنهاد میشود در دماهای پایین از این محصول استفاده شود. ترموکوپل تیپ T در برابر رطوبت مقاومت بسیار خوبی دارد و رنج حرارتی آن برای دماهای پایین بسیار مناسب است. نکته قابل ذکر دیگر پایداری بسیار بالای این ترموکوپل است.

ترموکوپل تیپ N:

ترموکوپل نوع N از فلزهای Ni-Cr-Si به نام تجاری نیکروسیل و Ni-Si-Mg به نام نیسیل Nisil ساخته می شود. محدوده دمائی آن بین−۲۷۰  و +۱۳۰۰ سانتیگراد است. حساسیت این نوع از ترموکوپلها ، به اندازۀ ۳۰ µV/°C است و برخلاف تیپ تی ،  معمولا در دماهای بالا استفاده می شود . این ترموکوپل از نظر کارایی شباهت هایی به تیپ K دارد ولی از آن گرانتر است. اما بادوامتر بوده و همچنین در دماهای بالا پایدارتر است.

ترموکوپل های آلیاژ پلاتین و رودیوم

تیپ S – تیپ R  – تیپ B : هرسه تیپ بالا با مقادیر متفاوتی از آلیاژهای پلاتین و رودیوم تشکیل می شوند. محدوده دمائی هر سه تیپ در حدود ۰ تا +۱۷۵۰  است. این مدل ها نسبت به تیپ های دیگر از حساسیت کمی برخوردار هستند و به نسبت دیگر تیپ ها گرانتر نیز هستند اما به دلیل کارایی در دماهای بسیار بالا در بعضی صنایع (مثلا صنایع دارویی) کاربرد دارند.

ترموکوپل ها تنگستن و رنیوم

تیپ C  – تیپ D – تیپ G : ترموکوپل تیپ C به صورت معمول در دماهای بالا مورد استفاده قرار میگیرد. این تیپ با اینکده در برابر اکسیده شدن مقاومت بسیار کمی دارد در دماهای پایین (دمای اتاق) به نسبت دیگر تیپ های تنگستن و رنیوم کمتر شکننده است.

ترموکوپل های فلکسی بل

دارای تعداد دو یا بیشتر سیم ترموکوپل هستند که در داخل یک غلاف فلزی عایق قرار دارند . این محصولات دارای انعطاف بالا هستند و طول عمرشان هم بسیار زیاد است. حجم آنها هم نسبت به دیگر محصولات مشابه ، کمتر می باشد. معمولا با شرایط متفاوت محیطی سازگارند و در مقابل تغییرات دما پاسخی بسیار سریع می دهند. نکته دیگر آنکه دامنه حرارتیشان بین دویست تا هزار و دویست درجه سانتی گراد است و در  طول ها و اندازه های مختلف تولید می گردند.

غلاف ترموکوپل

ترموکوپل‌ها از نظر اینکه چه نوع غلافی در انها به کار رفته ، ممکن است کاربرد های متفاوتی داشته باشند. معمولا غلاف ها را از سه نوع سیمی ، سرامیکی و در نهایت فلزی می سازند.  غلاف های سیمی در نوع ترموکوپل های تیپ K و J  دیده می شوند و دیگر انواع آن همچون تیپ R و تیپ S در آنها غلاف های سیمی وجود ندارد دلیل این امر هم آن است که معمولا غلاف های سیمی در  دماهای پایینتر کاربرد دارند. در رابطه با انواع دیگر غلاف ها باید گفت که ، تمامی تیپ های ترموکوپل دارای دو غلاف دیگر هستند.

ترموکوپل

ترموکوپل

نکته متمایز کننده در انواع غلاف ها، به این صورت است که معولا غلاف های فلزی را در دماهای کم و بیش بالا استفاده میکنند. حال آنکه غلاف های سرامیکی در دماهای بسیار زیاد همچون کوره های صنعتی و مانند اینها، کاربرد دارند.

غلاف های ترموکوپل به موارد زیر تقسیم می شوند:

استیل

استیل ۳۰۴ : این استیل پر کاربردترین آلیاژ استیل است. به دلیل قیمت مناسب و همچنین مقاومت در برابر دما و خورندگی نسبی. (رنج دمایی : ۷۰۰درجه کوره ۱۰۰۰درجه ترموکوپل)
استیل ۳۰۹ : این استیل کاربر کمتری دارد و در ترموکوپل و کوره دمای ۸۵۰ مورد استفاده قرار میگیرد.
استیل ۳۱۰ یا استیل ۴۸۴۱: این استیل به دلیل مقاومت بسیار بالا در برابر خورندگی و بخصوص خورندگی سیمان در صنایع سیمان کاربرد زیادی دارد. (رنج دمایی بالا: ۱۲۰۰درجه کوره و ترموکوپل)

سوپرآلیاژها

با ترکیب فلزاتی از خانواده نیکل ساخته می شود. ویژگی های متمایز کننده اش هم شامل مواردی از قبیل بالا بودن مقاومت در برابر خورندگی و سایش است و نیز در دماهای بالا قابل استفاده میباشد.

اینکونل ۴۰۰ : ۱۶۰۰درجه
اینکونل ۶۰۰: ۱۷۰۰ درجه
اینکونل ۶۵۰: ۱۸۰۰درجه
اینکونل ۸۰۰: ۱۸۵۰درجه

سیلیکون کارباید

غلاف های جنس سیلیکون کارباید در برابر حرارت و خورندگی ناشی از ذوب فلزاتی مانند روی مقاومت خوببی دارن.

تفلون

غلاف های تفلونی به صورت کامل در برابر هرگونه اسید مقاوم هستند اما مقوامت آنها در برابر دما پایین بوده و ۲۰۰ درجه است.

تیتانیوم

غلاف های تیتانیوم مقاومت بالایی در برابر اسید و نمک دارند. مقاومت آنها در برابر دما نیز مطلوب بوده و در حدود ۸۰۰ درجه است.

اتصالات مغزی ترموکوپل

پیش تر در رابطه با جنس غلاف های ترموکوپل صحبت شد. حال می پردازیم به مدل های متفاوت آنها. مدل های غلاف ها را به سه دسته تقسیم می کنند. غلاف لوله ای سر باز، غلاف سرامیکی ته بسته و دسته آخر، غلاف اتصال به بدنه. هر کدام از این مدل ها را شرایط محیطی خاصی عملکرد بهتری دارند. در واقع می توان گفت که برای بازدهی بهتر از ترموکوپل ها، بهتر است ابتدا شرایط محیطی مخصوص هر دسته را بدانیم.

اتصالات مغزی ترموکوپل

اتصالات مغزی ترموکوپل

معمولا محیط ها را با ویژگی هایی همچون میزان تغییرات دما و اندازه آن ، خاصیت اسیدی بودن محیط و یا مذابی بودن آن دسته بندی و بخش بندی می کنند. در واقع غلاف ، بسته به مواد به کار رفته در آن ، میتواند در شرایط مساعد خودش بیشتر عمر کند. مثلا در غلاف ترموکوپل میانی یا به عبارتی غلاف سرامیکی ته بسته ، از آن دسته از غلاف ها است که در برابر دما مقاوم است.

گاهی هم به غیر از وجود  غلاف ترموکوپل عایق مقاوم در برابر دما، داخل غلاف ترموکوپل پودر سرامیک ریخته می شود.

صنایعی که در آنها ترموکوپل ها مورد استفاده قرار می گیرند

ترموکوپل ها به دلیل داشتن مدل های مختلف با رنج های دمایی متفاوت و دارا بودن از خواصی چون ضد خورندگی، ضد انفجار، ضد اسید و … توانایی این را دارند که در صنایع بسیار زیادی مورد استفاده قرار بگیرند. بعضی از این صنایع عبارت اند از:

نفت و گاز / پتروشیمی / کشتی سازی / سیمان / فولاد و ریخته گری / معدن / خودرو سازی / شیمیایی / دارو سازی / پلاستیک / صنایع غذایی و نوشیدنی / شیشه و سرامیک / سردخانه / دفع زباله / نیروگاه های برق /  کوره / نظارت بر آلاینده و نظارت بر ابزار و لوازم صنعتی

آیا ترموکوپل بخرم یا PT100 ؟

شاید اصلا سوال پیش بیاید که ترموکوپل بخرید یا PT100 (توجه داشته باشید که در ایران به اشتباه ترموکوپل PT100 نامیده میشود که اشتباه است. PT100 در خانواده سنسورهای RTD است که در ادامه توضیح داده خواهد شد.) مطالعه مطلب پایین به شما در این ضمینه کمک خواهد کرد.

سنسورهای RTD در یک نگاه

PT100 یک RTD پلاتینیومی RTD) مخفف Resistance Temperature Detector . به معنای دماسنج مقاومت است) با مقاومت ۱۰۰ اهم در ۰ درجه سانتی گراد است. البته مقاومت دستگاه در دماهای متفاوت ، ممکن دچار تغییر شود. PT100 ها را غالبا در دماهای -۲۵۰ تا ۸۰۰ درجه سانتی گراد استفاده می کنند . گرچه که مصرف آن در مواردی از قبیل خنک کننده آبی، سرمایش روغن، یخچال، فرایده های غذایی و یا دمای محیط ،  در گستره -۵۰ تا ۲۵۰ درجه سانتی می باشد. به این محصولات می توان اعتماد کرد و دقت آنها تضمین شده می باشند.

ترموکوپل در یک نگاه

ساختار ترموکوپل ها بدین صورت است که از دو فلز یا رسانای ناهمنام درست شده اند و  اختلاف دمای بین اتصالات سرد و گرم باعث به وجود آمدن مقدار کوچکی سیگنال ولتاژ شده که در نهایت با اختلاف دما تغییر می کند. ترموکوبل ها در دماهای بیش از حد بالا (حتی تا ۲۲۰۰ درجه) یا بسیار پایین (حتی تا -۲۵۰ درجه) دارای کاربرد می باشند.ویژگی دیگر آنها ، آن است که در محیط های دارای لرزش شدید و تکان های بسیار هم می توانید از این محصولات استفاده کنید. در مجموع ترموکوپل ها نیاز افرادی را که به دنبال یک سنسور دما با سرعت پاسخ گوئی هستند بر آورده می سازند. اگر دمای مورد سنجش در حد دمای محیط باشد ،  یک PT100 یا PT1000 اطلاعات قابل اعتماد تری به دست می دهد.

انتخاب سنسور حرارتی بر اساس محدوده دمایی

یکی از راه های انتخاب مناسب در نظر داشتن محدوده دمایی است که سنسور حرارتی شما قرار است در آن کار کند:

برای دمای -۱۰۰ تا +۱۰۰ سنسورهای NTC و Pt100 فیلمانی پیشنهاد می شود چرا که هم دارای قیمت معقول تری است و هم دقت بالا دارد ۱/۰ + و – درجه
برای دمای -۲۰۰ تا +۲۰۰ سنسور pt100 فیلمانی به همراه کابل سیلیکون پیشنهاد می شود چرا که دارای دقت بالا است ۱/۰+ و – درجه
برای دمای -۲۰۰ تا +۴۰۰ سنسور pt100 فیلمانی همراه کابل تفلون پیشنهاد می شود به علت دقت بالا ۱/۰ + و – درجه
برای دمای +۶۰۰ درجه سنسور pt100 سرامیکی پیشنهاد می شود به علت دقت بالا ۱/۰ + و – درجه
برای دمای +۸۰۰ درجه سنسور pt100 سرامیکی بهمراه قلاف کونیک استیل به علت دقت بالا
همچنین ترموکوپل تیپ J به علت قیمت مناسبتر برای دمای فوق پیشنهاد می شود
ترموکوپل تیپ K برای دمای +۹۰۰ تا ۱۱۰۰ درجه فلکسیبل استیل به دلیل مقاومت بالا در دما پیشنهاد می شود
برای دمای ۱۱۰۰ تا ۱۳۵۰ درجه تیپ K مدل کلگی دار با قلاف سرامیکی پیشنهاد میشود
برای دمای ۱۴۰۰ تا ۱۶۵۰ درجه تیپ S از خوانواده پلاتین رائیوم می باشد پیشنهاد می شود درقلاف سسرامیکی استخوانی که دارای الومینای بالا باشد
برای دمای ۱۶۵۰ تا ۱۸۰۰تیپ B در قلاف تنکگستن پیشنهاد می شود

برای خرید و سفارش ساخت ترموکوپل با ما تماس بگیرید

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *