ترموکوپل چیست و چگونه کار میکند؟

ترموکوپل یک سنسور دما است که از دو سیم فلزی غیر هم جنس ساخته شده است که به هم متصل شده اند. این دو سیم به یکدیگر جوش داده شده و یک اتصال “جفت حرارتی” را تشکیل می دهند. در این مقاله از فروشگاه اینترنتی شهاب المنت، به بررسی این که ترموکوپل چیست و چگونه کار میکند؟ خوایهم پرداخت تا پایان متن با ما همراه باشید.

اصول کار ترموکوپل

ترموکوپل بر اساس اثر سیبک (Seebeck Effect) کار می کند. این اثر بیان می کند که اگر دو سیم فلزی غیر هم جنس به هم متصل شوند و در دو نقطه دمای آنها متفاوت باشد، جریانی در مدار ایجاد می شود. این جریان به دلیل اختلاف پتانسیل الکتریکی ایجاد شده در محل اتصال دو سیم است.

ساختار ترموکوپل

1. جفت ترموکوپل: دو سیم فلزی غیر همسان که به هم وصل شده‌اند.
2. محل اتصال: نقطه ای که دو سیم به هم متصل می شوند.
3. سیم های رابط: سیم هایی که جفت ترموکوپل را به دستگاه نمایشگر یا ضبط کننده دما متصل می کنند.
4. غلاف: محافظی که جفت ترموکوپل را از محیط اطراف جدا می کند.

انواع ترموکوپل

ترموکوپل ها در انواع مختلفی با آلیاژهای مختلف سیم ها تولید می شوند. هر نوع ترموکوپل برای محدوده دمایی خاصی مناسب است.

رایج ترین نوع ترموکوپل ها

• نوع K: این ترموکوپل نوع K از نیکل-کروم و نیکل-آلومینیوم ساخته شده است و برای محدوده دمایی -۲۰۰ تا ۱۲۰۰ درجه سانتیگراد مناسب است.
• نوع J: این ترموکوپل نوع J از آهن و کنستانتان (مس-نیکل) ساخته شده است و برای محدوده دمایی -۴۰ تا ۷۵۰ درجه سانتیگراد مناسب است.
• نوع T: این ترموکوپل نوع T از مس و کنستانتان (مس-نیکل) ساخته شده است و برای محدوده دمایی -۲۰۰ تا ۳۵۰ درجه سانتیگراد مناسب است.
• نوع N: این ترموکوپل نوع N از نیکروسیل (نیکل-کروم-سیلیکون) و نسیل (نیکل-سیلیکون) ساخته شده است و برای محدوده دمایی -۲۰۰ تا ۱۳۰۰ درجه سانتیگراد مناسب است.
• نوع B: این ترموکوپل نوع B از پلاتین و رودیوم-پلاتین ساخته شده است و برای محدوده دمایی -۲۷۰ تا ۱۷۰۰ درجه سانتیگراد مناسب است.

مزایای استفاده از ترموکوپل

1. قیمت ارزان: ترموکوپل ها در مقایسه با سایر سنسورهای دما مانند RTD ها ارزان تر هستند.
2. محدوده دمایی وسیع: ترموکوپل ها برای اندازه گیری دما در محدوده دمایی بسیار وسیعی از -۲۷۰ تا ۲۳۰۰ درجه سانتیگراد مناسب هستند.
3. پاسخگویی سریع: ترموکوپل ها به دلیل جرم کم و سطح تماس زیاد، به سرعت به تغییرات دما پاسخ می دهند.
4. مقاومت بالا: ترموکوپل ها در برابر لرزش، شوک و خوردگی مقاوم هستند.

معایب استفاده از ترموکوپل

• دقت محدود: دقت ترموکوپل ها در مقایسه با RTD ها کمتر است.
• غیر خطی بودن: ولتاژ خروجی ترموکوپل با دما به صورت خطی تغییر نمی کند.
• نیاز به جبران سازی: برای افزایش دقت ترموکوپل ها، نیاز به جبران سازی دمای محیط وجود دارد.

کاربردهای ترموکوپل

ترموکوپل ها در کاربردهای مختلفی از جمله موارد زیر استفاده می شوند:

1. صنایع تولیدی: برای اندازه گیری دمای کوره ها، دیگ های بخار، فرآیندهای صنعتی و غیره.
2. صنایع نفت و گاز: برای اندازه گیری دمای مخازن، خطوط لوله، چاه های نفت و گاز و غیره.
3. صنایع غذایی: برای اندازه گیری دمای مواد غذایی در فرآیندهای پخت، فرآوری و انبارداری.
4. صنایع پزشکی: برای اندازه گیری دمای بدن، تجهیزات پزشکی و آزمایشگاه های پزشکی.
5. صنایع هوافضا: برای اندازه گیری دمای موتورهای هواپیما، اگزوز و سایر اجزای هواپیما.

اتصالات ترموکوپل

اتصالات ترموکوپل به دو نوع کلی تقسیم می‌شوند:

• اتصال سرد: نقطه ای که دو سیم ترموکوپل به هم متصل می شوند و در دمای ثابت و مشخصی قرار دارد.
• اتصال گرم: نقطه ای که جفت ترموکوپل به جسمی که دمای آن باید اندازه گیری شود، متصل می شود.

اهمیت اتصال سرد

اتصال سرد نقش مهمی در دقت اندازه گیری دما توسط ترموکوپل دارد. اگر دمای اتصال سرد ثابت نباشد، ولتاژ ایجاد شده توسط ترموکوپل نیز تغییر خواهد کرد و در نتیجه، دمای اندازه گیری شده با خطا همراه خواهد بود.

روش های جبران دمای اتصال سرد

1. استفاده از ترموکوپل مرجع: یک ترموکوپل دیگر در نقطه ای با دمای ثابت قرار داده می شود و ولتاژ آن از ولتاژ ترموکوپل اصلی کم می شود.
2. استفاده از مدار جبران کننده: با استفاده از یک مدار الکترونیکی، دمای اتصال سرد اندازه گیری شده و ولتاژ ترموکوپل اصلی بر اساس آن اصلاح می شود.

خطاهای ترموکوپل

• خطای خطی: این خطا به دلیل غیر خطی بودن رابطه بین ولتاژ و دما ایجاد می شود.
• خطای غیر خطی: این خطا به دلیل ناهمگونی مواد سیم ها ایجاد می شود.
• خطای تصادفی: این خطا به دلیل نویز الکتریکی و سایر عوامل محیطی ایجاد می شود.

راه های کاهش خطاهای ترموکوپل

1. انتخاب نوع مناسب ترموکوپل: نوع ترموکوپل باید با محدوده دمایی مورد نظر و محیط مورد استفاده مطابقت داشته باشد.
2. استفاده از روش های جبران دمای اتصال سرد
3. استفاده از سیم های با کیفیت
4. محافظت از ترموکوپل در برابر نویز الکتریکی و سایر عوامل محیطی

نکات نگهداری ترموکوپل

• ترموکوپل را از ضربه و ارتعاش محافظت کنید.
• ترموکوپل را از محیط های خورنده دور نگه دارید.
• سیم های ترموکوپل را به طور مرتب بررسی کنید و در صورت نیاز تعویض کنید.

ترموکوپل چه تفاوتی با دما سنج دارد؟

ترموکوپل و دماسنج هر دو برای اندازه گیری دما استفاده می شوند، اما تفاوت های کلیدی بین آنها وجود دارد:

• اصول کار

1. ترموکوپل: بر اساس اثر ترموالکتریک کار می کند. دو سیم فلزی ناهمنوع به هم وصل می شوند و اختلاف دما بین محل اتصال و نقطه مرجع، ولتاژ ایجاد می کند. این ولتاژ به دما تبدیل می شود.
2. دماسنج: روش های مختلفی برای اندازه گیری دما دارد، مانند انبساط مایعات، تغییر مقاومت الکتریکی، تابش مادون قرمز و غیره.

• محدوده دما

1. ترموکوپل: می تواند طیف وسیعی از دما را اندازه گیری کند، از حدود -۲۷۰ درجه سانتیگراد تا ۲۳۰۰ درجه سانتیگراد.
2. دماسنج: محدوده دمایی دماسنج ها به نوع آن ها بستگی دارد. برخی دماسنج ها فقط برای دماهای پایین و برخی دیگر فقط برای دماهای بالا مناسب هستند.

• دقت

1. ترموکوپل: دقت ترموکوپل ها به نوع آنها و شرایط محیطی بستگی دارد. به طور کلی، دقت آنها کمتر از دماسنج های دیجیتال است.
2. دماسنج: دقت دماسنج ها می تواند بسیار بالا باشد، به خصوص دماسنج های دیجیتال.

• سرعت پاسخ

1. ترموکوپل: سرعت پاسخ ترموکوپل ها بالا است و می توانند به سرعت تغییرات دما را اندازه گیری کنند.
2. دماسنج: سرعت پاسخ دماسنج ها به نوع آنها بستگی دارد. برخی دماسنج ها مانند دماسنج های جیوه ای کندتر هستند.

• هزینه

1. ترموکوپل: به طور کلی، ترموکوپل ها ارزان تر از دماسنج های دیجیتال هستند.
2. دماسنج: قیمت دماسنج ها به نوع و دقت آنها بستگی دارد. دماسنج های دیجیتال می توانند گران تر باشند.

• کاربرد

1. ترموکوپل: ترموکوپل ها در صنعت، آزمایشگاه ها و کاربردهای علمی به طور گسترده استفاده می شوند.
2. دماسنج: دماسنج ها در مصارف خانگی، صنعتی، پزشکی و علمی کاربرد دارند.

در اینجا خلاصه ای از تفاوت های کلیدی بین ترموکوپل و دماسنج ارائه شده است:

انتخاب بین ترموکوپل و دماسنج به نیازهای خاص شما بستگی دارد. اگر به دنبال یک سنسور دمای ارزان و با سرعت پاسخ بالا هستید، ترموکوپل گزینه مناسبی است. اگر به دقت بالا نیاز دارید، دماسنج دیجیتال گزینه بهتری است.

جمع بندی

ترموکوپل ها یک نوع سنسور دما هستند که به دلیل قیمت ارزان، محدوده دمایی وسیع، پاسخگویی سریع و مقاومت بالا، در کاربردهای مختلفی مورد استفاده قرار می گیرند.