ترموکوپل‌ها، سنجشگرهای دمایی هستند که بر مبنای اثر ترموالکتریک عمل می‌کنند و قادر به تعیین تفاوت‌های دمایی می‌باشند. این سنسورها از دو فلز متفاوت ساخته شده‌اند که در یک سر به یکدیگر متصل می‌شوند، که به این نقطه اتصال گرم گفته می‌شود؛ در‌حالی که سر دیگر به عنوان اتصال سرد شناخته می‌شود. وقتی دمای اتصال گرم با اتصال سرد متفاوت باشد، ولتاژی در مدار ایجاد می‌شود که از طریق اندازه‌گیری آن می‌توان به دمای واقعی دست یافت.
ترموکوپل‌ها با توجه به نوع فلزات به‌کار رفته در آن‌ها، به دسته‌های متفاوتی تقسیم می‌شوند و هر‌کدام دارای کد رنگی، محدوده دمایی و کاربردهای خاص خود هستند. این سنسورها به‌دلیل داشتن مزایایی هم‌چون رنج دمایی وسیع، قیمت مناسب، دقت و سرعت پاسخ‌گویی بالا، در بسیاری از صنایع و کاربردهای مختلف مورد‌استفاده قرار می‌گیرند.
انواع ترموکوپل
ترموکوپل‌ها بر‌اساس نوع فلزات مورد استفاده در سیم‌های آن‌ها، به چندین گروه یا تیپ تقسیم می‌شوند. هر تیپ ترموکوپل دارای یک رنگ کد استاندارد است که برای شناسایی آن‌ها به‌کار می‌رود. همچنین هر تیپ ترموکوپل دارای یک رابطه غیرخطی بین ولتاژ و دما است که با استفاده از جداول و نمودارهای استاندارد می‌توان آن را مشخص کرد. برخی از انواع رایج ترموکوپل‌ها عبارت‌اند از:
- ترموکوپل تیپ K: این ترموکوپل از سیم‌های نیکل-کروم و نیکل-آلومینیوم تشکیل شده و رنگ کد آن زرد است. ترموکوپل تیپ K یکی از پرکاربردترین و مقاوم‌ترین انواع ترموکوپل است که می‌تواند در رنج دمایی از ۲۰۰- تا ۱۳۵۰ درجه سلسیوس کار کند. همچنین این ترموکوپل برای اندازه‌گیری دمای محیط‌های صنعتی، فرآیندهای حرارتی، توربین‌ها و کوره‌ها گزینه مناسبی است.
- ترموکوپل تیپ J: این ترموکوپل از سیم‌های آهن و نیکل-کوپر تشکیل شده و رنگ کد آن سفید است. ترموکوپل تیپ J می‌تواند در رنج دمایی از ۰ تا ۷۵۰ درجه سلسیوس عمل کند. همچنین این ترموکوپل برای اندازه‌گیری دمای محیط‌های خنثی یا کم اکسیژن، فرآیندهای شیمیایی و پلاستیک مناسب است.
- ترموکوپل تیپ E: این ترموکوپل از سیم‌های نیکل-کروم و نیکل-کوپر تشکیل شده و رنگ کد آن نارنجی است. ترموکوپل تیپ E می‌تواند در رنج دمایی از ۲۰۰- تا ۹۰۰ درجه سلسیوس کار کند. همچنین این ترموکوپل دارای حساسیت بالایی نسبت به تغییرات دما بوده و برای اندازه‌گیری دمای محیط‌های خنثی یا کم اکسیژن، فرآیندهای غذایی و دارویی استفاده می‌شود.
- ترموکوپل تیپ T: این ترموکوپل از سیم‌های مس و نیکل-کوپر تشکیل شده و رنگ کد آن آبی است. ترموکوپل تیپ T می‌تواند در رنج دمایی از ۲۵۰- تا ۴۰۰ درجه سلسیوس عمل کند. همچنین این ترموکوپل برای اندازه‌گیری دمای محیط‌های مرطوب و اکسیژن‌دار مناسب است.
چه عواملی می‌توانند طول عمر ترموکوپل را کاهش دهند؟
برخی از عواملی که می‌توانند طول عمر ترموکوپل را کاهش دهند عبارت‌اند از:
- انحلال فلزات ترموکوپل در محیط‌های خورنده یا اکسیدان
- تغییر خواص فلزات ترموکوپل در اثر دماهای بالا یا پایین
- خوردگی یا شکستگی سیم‌های ترموکوپل در اثر فشار، ارتعاش یا خمیدگی
- اختلال در مدار ترموکوپل در اثر نویز، جریان گردشی یا اتصالات نامناسب
کاربرد مینیاتوری
ترموکوپل‌ها به‌دلیل داشتن ویژگی‌هایی هم‌چون سادگی، قابلیت اطمینان، دقت، سرعت و رنج دمایی بالا، در بسیاری از صنایع و کاربردهای مختلف مورد‌استفاده قرار می‌گیرند. برخی از این کاربردها عبارت‌اند از:
- اندازه‌گیری دمای موتورهای هواپیما، خودرو، قایق و موشک
- اندازه‌گیری دمای فرآیندهای حرارتی هم‌چون جوشکاری، لحیم‌کاری، آتش‌سوزی و تولید برق
- اندازه‌گیری دمای محیط‌های خطرناک هم‌چون اتمسفرهای انفجاری، رادیواکتیو و شیمیایی
- اندازه‌گیری دمای مواد‌غذایی، دارویی، آزمایشگاهی و پزشکی
- اندازه‌گیری دمای محیط‌های کرایوژنیک هم‌چون مایعات فوق‌رسانا، هلیوم و نیتروژن
کلام آخر
ترموکوپل‌ها، دستگاه‌هایی برای سنجش دما هستند که از اصل ترموالکتریک بهره می‌برند تا تفاوت‌های دمایی را تشخیص دهند. این سنسورها از دو نوع فلز مختلف ساخته شده‌اند که در یک سر به یکدیگر متصل می‌شوند. با اندازه‌گیری ولتاژی که در این مدار به وجود می‌آید و با دانستن دمای سرد اتصال، می‌توان دمای سر گرم را محاسبه نمود.
ترموکوپل‌ها بر پایه نوع فلزات به‌کار رفته در ساختارشان به دسته‌های مختلفی تقسیم می‌شوند، که هر‌کدام دارای کد رنگی، محدوده دمایی و کاربردهای ویژه‌ای هستند. به‌دلیل ویژگی‌هایی چون سادگی، اطمینان‌پذیری، دقت بالا، پاسخ‌دهی سریع و توانایی پوشش دادن دامنه‌های دمایی گسترده، ترموکوپل‌ها در انواع متنوعی از صنایع و کاربردها به‌کار گرفته می‌شوند.
سوالات متداول
- چگونه می‌توان ترموکوپل را کالیبره کرد؟
برای کالیبره کردن ترموکوپل، در ابتدا نیاز به یک منبع دما با دقت بالا است که می‌تواند دمای مورد‌نظر را تولید کند. سپس ترموکوپل را در منبع دما قرار داده و ولتاژ تولید‌شده توسط آن را با استفاده از یک ولت‌متر اندازه‌گیری می‌کنیم. با مقایسه این ولتاژ با مقدار استاندارد مربوط به دمای مورد‌نظر، می‌توانیم خطای ترموکوپل را مشخص کنیم. در‌نهایت اگر خطای ترموکوپل بیش از حد مجاز باشد، باید ترموکوپل را تعویض کنیم.
- چگونه می‌توان ترموکوپل را نصب کرد؟
برای نصب ترموکوپل، باید ابتدا محل مناسبی را برای قرار دادن اتصال گرم انتخاب کنیم. سپس باید سیم‌های ترموکوپل را به یک تبدیل‌کننده ترموکوپل به دیجیتال یا یک ولت‌متر متصل کنیم. در‌نهایت، باید اتصال سرد را در یک دمای مرجع قرار دهیم.
