ترموکوپل و انواع آن: راهنمای جامع انتخاب و کاربرد حسگرهای دما

اندازه‌گیری دقیق دما در بسیاری از فرآیندهای صنعتی، آزمایشگاهی و حتی کاربردهای روزمره اهمیت حیاتی دارد. در میان ابزارهای مختلف اندازه‌گیری دما، ترموکوپل‌ها به دلیل دقت بالا، مقاومت در برابر شرایط سخت و محدوده دمایی وسیع، از رایج‌ترین و پرکاربردترین حسگرها محسوب می‌شوند. این مقاله به بررسی جامع ترموکوپل‌ها، نحوه عملکرد آن‌ها، انواع ترموکوپل‌ها (تیپ‌ها) و کاربردهای آن‌ها می‌پردازد.

ترموکوپل چیست و چگونه کار می‌کند؟

ترموکوپل یک حسگر دما است که از دو فلز ناهمگون تشکیل شده است که در یک نقطه به هم متصل شده‌اند (معروف به اتصال اندازه‌گیری یا هات جانکشن). این اتصال بر اساس پدیده‌ای به نام اثر سیبک (Seebeck Effect) کار می‌کند.

اثر سیبک بیان می‌کند که وقتی دو فلز ناهمگون در دو نقطه دارای دماهای متفاوت باشند، یک اختلاف پتانسیل یا ولتاژ بسیار کوچک در مدار ایجاد می‌شود. این ولتاژ تولید شده مستقیماً با اختلاف دمای بین دو نقطه (اتصال اندازه‌گیری و اتصال مرجع یا کلد جانکشن) متناسب است. دستگاه اندازه‌گیری (مانند کنترل‌کننده دما یا نمایشگر) این ولتاژ را اندازه‌گیری کرده و آن را به معادل دمایی تبدیل می‌کند.

بنابراین، ترموکوپل‌ها با اندازه‌گیری ولتاژ تولید شده ناشی از اختلاف دما بین انتهای گرم (محل اتصال دو فلز در معرض اندازه‌گیری دما) و انتهای سرد (محل اتصال به دستگاه اندازه‌گیری)، دما را تعیین می‌کنند.

انواع ترموکوپل (تیپ‌های استاندارد)

ترموکوپل‌ها بر اساس ترکیب شیمیایی فلزات استفاده شده در آن‌ها به انواع مختلفی تقسیم می‌شوند که هر کدام دارای محدوده دمایی، دقت و مقاومت خاص خود هستند. این انواع با حروف لاتین مشخص می‌شوند. رایج‌ترین تیپ‌های ترموکوپل عبارتند از:

1. تیپ K (کرومل-آلومل)

• ترکیب: کرومل (+Leg) و آلومل (-Leg)
• محدوده دمایی: معمولاً از -200°C تا 1350°C
• ویژگی‌ها: یکی از پرکاربردترین تیپ‌ها به دلیل قیمت مناسب، محدوده دمایی وسیع و خطی بودن نسبی. در محیط‌های اکسید کننده عملکرد خوبی دارد، اما در محیط‌های کاهنده ممکن است دچار مشکل شود.
• کاربردها: کوره ها، گرمایش صنعتی، تجهیزات پردازش پلاستیک، موتورها.
  مشاهده بیشتر: 

2. تیپ J (آهن-کنستانتان)

• ترکیب: آهن (+Leg) و کنستانتان (-Leg)
• محدوده دمایی: معمولاً از -210°C تا 760°C
• ویژگی‌ها: حساسیت بیشتر نسبت به تیپ K در دماهای پایین‌تر و مناسب برای محیط‌های خلاء. طول عمر کوتاه‌تری نسبت به تیپ K در دماهای بالا دارد.
• کاربردها: کوره های خلاء، تولید پلاستیک، پردازش مواد غذایی، کوره‌های صنعتی با دماهای پایین تا متوسط.

3. تیپ T (مس-کنستانتان)

• ترکیب: مس (+Leg) و کنستانتان (-Leg)
• محدوده دمایی: معمولاً از -270°C تا 400°C
• ویژگی‌ها: دقت بسیار بالا در محدوده دمایی پایین و مناسب برای کاربردهای برودتی. مقاومت خوبی در برابر رطوبت دارد.
• کاربردها: برودت (صنایع برودتی)، پردازش مواد غذایی، تحقیقات علمی، تجهیزات پزشکی.

4. تیپ E (کرومل-کنستانتان)

• ترکیب: کرومل (+Leg) و کنستانتان (-Leg)
• محدوده دمایی: معمولاً از -270°C تا 1000°C
• ویژگی‌ها: بالاترین سیگنال خروجی (mV/°C) در میان تیپ‌های رایج، که باعث افزایش دقت اندازه‌گیری می‌شود. پایداری خوب در دماهای بالا.
• کاربردها: تجهیزات علمی، محیط‌های هسته‌ای، کاربردهای نیازمند به دقت بالا.

5. تیپ N (نیکروسیل-نیسیل)

• ترکیب: نیکروسیل (+Leg) و نیسیل (-Leg)
• محدوده دمایی: معمولاً از -270°C تا 1300°C
• ویژگی‌ها: پایداری و مقاومت عالی در برابر اکسیداسیون در دماهای بالا، طول عمر بیشتر نسبت به تیپ K در شرایط مشابه. جایگزینی برای تیپ K در کاربردهای حساس.
• کاربردها: کوره‌های صنعتی با عمر طولانی، محیط‌های با دمای بالا و شرایط سخت.

6. تیپ‌های فلزات گرانبها (R، S، B)

این تیپ‌ها از آلیاژهای پلاتین ساخته می‌شوند و برای اندازه‌گیری دماهای بسیار بالا مناسب هستند.

• تیپ R: پلاتین – رودیوم (13%) در مقابل پلاتین. محدوده دمایی تا 1600°C.
• تیپ S: پلاتین – رودیوم (10%) در مقابل پلاتین. محدوده دمایی تا 1600°C. به عنوان استاندارد کالیبراسیون در دماهای بالا استفاده می‌شود.
• تیپ B: پلاتین – رودیوم (30%) در مقابل پلاتین – رودیوم (6%). محدوده دمایی تا 1700°C. بالاترین محدوده دمایی در میان تیپ‌های استاندارد.
• ویژگی‌ها: دقت بسیار بالا در دماهای بالا، پایداری عالی. قیمت بالا به دلیل استفاده از پلاتین.
• کاربردها: صنایع شیشه، سرامیک، نیمه‌هادی، کوره‌های با دمای بسیار بالا، کالیبراسیون.

انواع ساختمان نوک ترموکوپل (Tip Configuration)

علاوه بر تیپ استاندارد (نوع فلزات)، نحوه ساخت و اتصال نوک حسگر (اتصال اندازه‌گیری) نیز بر سرعت پاسخ و پایداری ترموکوپل تأثیر می‌گذارد. سه نوع اصلی ساختمان نوک ترموکوپل عبارتند از:

1. اتصال باز (Exposed Junction): در این حالت، دو سیم فلزی مستقیماً در معرض محیط اندازه‌گیری قرار دارند. این نوع سریع‌ترین پاسخ را دارد، اما برای محیط‌های خورنده یا دارای ذرات توصیه نمی‌شود.
2. اتصال زمین شده (Grounded Junction): اتصال دو سیم فلزی به غلاف محافظ فلزی جوش داده می‌شود. این نوع سرعت پاسخ نسبتاً خوبی دارد و از المنت حسگر در برابر محیط محافظت می‌کند.
3. اتصال ایزوله یا زمین نشده (Ungrounded Junction): اتصال دو سیم فلزی به یکدیگر جوش داده می‌شود، اما از غلاف محافظ فلزی عایق شده است (معمولاً با استفاده از پودر اکسید منیزیم فشرده). این نوع کندترین پاسخ را دارد، اما از نویزهای الکتریکی زمین (Ground Loop) جلوگیری می‌کند و برای کاربردهای حساس به نویز یا زمانی که چندین ترموکوپل به یک دستگاه متصل می‌شوند، مناسب است.

کاربردهای ترموکوپل

ترموکوپل‌ها به دلیل تنوع، مقاومت و محدوده دمایی گسترده، در صنایع و کاربردهای مختلفی مورد استفاده قرار می‌گیرند، از جمله:

• صنایع نفت و گاز: پایش دما در فرآیندهای پالایش و انتقال.
• صنایع پلاستیک و لاستیک: کنترل دما در دستگاه‌های اکستروژن و قالب‌گیری تزریقی.
• صنایع غذایی و آشامیدنی: پایش دما در فرآیندهای پخت، انجماد و استریلیزاسیون.
• صنایع فلزات: کنترل دما در کوره‌های ذوب و عملیات حرارتی.
• خودروسازی: پایش دما در موتورها و سیستم‌های اگزوز.
• تولید برق: نظارت بر دما در توربین‌ها و دیگ‌های بخار.
• آزمایشگاه‌ها و تحقیقات علمی: اندازه‌گیری دقیق دما در آزمایش‌های مختلف.
• صنایع شیمیایی: کنترل دما در راکتورها و فرآیندهای شیمیایی.
• لوازم خانگی: در برخی اجاق‌ها و سیستم‌های گرمایشی.

نکات مهم در انتخاب ترموکوپل

هنگام انتخاب یک ترموکوپل مناسب، عوامل زیر را در نظر بگیرید:

• محدوده دمایی: اطمینان حاصل کنید که تیپ انتخابی محدوده دمایی مورد نیاز شما را پوشش می‌دهد.
• محیط کار: شرایط محیطی (خورندگی، ارتعاش، رطوبت، نویز الکتریکی) نوع غلاف محافظ و ساختمان نوک را تعیین می‌کند.
• دقت مورد نیاز: برخی تیپ‌ها (مانند E و تیپ‌های فلز گرانبها) دقت بالاتری دارند.
• زمان پاسخ: اگر نیاز به اندازه‌گیری سریع تغییرات دما دارید، ساختمان نوک باز یا زمین شده مناسب‌تر است.
• قیمت: تیپ‌های رایج (K, J, T, E) ارزان‌تر از تیپ‌های فلزات گرانبها (R, S, B) هستند.
• نیاز به کالیبراسیون: برای اطمینان از دقت، ترموکوپل‌ها باید به صورت دوره‌ای کالیبره شوند.

نتیجه‌گیری

در مجله اینترنتی همسو نیوز به مقاله ترموکوپل‌ها پرداختیم و گفتیم که به عنوان حسگرهای دما، نقش حیاتی در کنترل و نظارت بر فرآیندهای مختلف ایفا می‌کنند. شناخت انواع تیپ‌های ترموکوپل و ساختمان نوک آن‌ها، به شما کمک می‌کند تا بهترین گزینه را متناسب با نیازهای کاربردی خود انتخاب کنید. انتخاب صحیح ترموکوپل و اطمینان از کالیبره بودن آن، دقت و پایداری سیستم کنترل دما را تضمین می‌کند.

برای اطمینان از کیفیت و کالیبره بودن ترموکوپل‌های خود، توصیه می‌شود به تولیدکنندگان معتبر مراجعه کنید. فروشگاه ترموتوان هوراد در لاله زار تهران به عنوان تولید کننده انواع ترموکوپل‌های کالیبره، می‌تواند نیازهای شما در این زمینه را با ارائه محصولات با کیفیت و خدمات تخصصی برطرف سازد.

آیا این مقاله برای شما مفید بود؟ لطفاً این صفحه را به دوستان خود به اشتراک بگذارید! همچنین برای اطلاعات بیشتر درباره محصولات و خدمات، می‌توانید به وب‌سایت فروشگاه ترموتوان هوراد سر بزنید.