تفاوت ترموکوپل و RTD چیست؟

ترموکوپل و RTD دو نوع سنسور دما هستند که در بسیاری از زمینه‌ها کاربرد دارند. ترموکوپل با استفاده از اثر ترموالکتریک، دما را به ولتاژ الکتریکی تبدیل می‌کند و دارای دامنه دمایی وسیع‌تر، زمان پاسخگویی کوتاه‌تر، قیمت ارزان‌تر و مقاومت بالاتر در برابر شرایط محیطی نامساعد است.

در حالی‌که RTD با استفاده از تغییر مقاومت الکتریکی یک ماده فلزی، دما را اندازه‌گیری می‌کند و دارای دقت بالاتر، خطی بودن بیشتر، تکرارپذیری بهتر و حساسیت کمتر به تغییرات جریان و ولتاژ است. در ادامه این مطلب به توضیح و مقایسه این دو سنسور ترموکوپل و RTD می‌پردازیم.

ترموکوپل (Thermocouple) چیست؟

ترموکوپل یک سنسور دما می‌باشد که از دو سیم فلزی مختلف تشکیل شده است. این دو سیم در یک نقطه به هم متصل شده‌اند و یک حلقه بسته را تشکیل می‌دهند. اگر دمای نقطه اتصال با دمای بقیه حلقه متفاوت باشد، یک جریان الکتریکی در حلقه ایجاد می‌شود که به چنین اثری، اثر ترموالکتریک گفته می‌شود.

برای اندازه‌گیری دما با ترموکوپل، باید دمای نقطه اتصال و ولتاژ ایجاد شده در حلقه را اندازه‌گیری کنیم. سپس با استفاده از جداول یا روابط ریاضی مربوط به نو ترموکوپل، به می‌توان به محاسبه دمای مورد‌نظر پرداخت.

سنسور دما مقاومتی یا RTD چیست؟

RTD مخفف Resistance Temperature Detector است و به سنسورهایی گفته می‌شود که از تغییر مقاومت الکتریکی یک ماده با تغییر دما برای اندازه‌گیری دمای آن استفاده می‌کنند. معمولاً از فلزاتی همچون پلاتین، نیکل یا مس برای ساخت RTD استفاده می‌شود که دارای ضریب مقاومت مثبت هستند؛ به این معنی که با افزایش دما، مقاومت آن‌ها هم افزایش می‌یابد.

برای اندازه‌گیری دما با RTD، باید یک جریان الکتریکی مشخص را از طریق آن عبور دهیم و ولتاژ نزولی را اندازه‌گیری کنیم. سپس می‌توانیم با استفاده از قانون اهم و رابطه مقاومت با دما، دمای مورد‌نظر را محاسبه ‌کنیم.

تفاوت سنسور ترموکوپل و RTD

ترموکوپل و RTD از نظرهای مختلفی با یکدیگر تفاوت دارند. در ادامه به برخی از این تفاوت‌ها اشاره می‌کنیم:

• ساختار: ترموکوپل از دو سیم فلزی مختلف تشکیل شده است که در یک نقطه به هم متصل شده‌اند. در حالی‌که RTD از یک ماده فلزی یکنواخت تشکیل شده که دارای دو یا چهار سر اتصال است.
• نوع کار: ترموکوپل از اثر ترموالکتریک و RTD از تغییر مقاومت الکتریکی با تغییر دما برای اندازه‌گیری استفاده می‌کنند.
• دقت: RTD دارای دقت بالاتری نسبت به ترموکوپل است. دقت ترموکوپل به نوع آن، کیفیت سیم‌ها، دمای نقطه اتصال و تغییرات محیطی بستگی دارد. در حالی‌که دقت RTD به نوع آن، خطی بودن رابطه مقاومت و دما، جریان عبوری و تغییرات محیطی بستگی دارد.
• دامنه دمایی: ترموکوپل دارای دامنه دمایی وسیع‌تر از RTD است. ترموکوپل می‌تواند دماهای بین 200 تا 2300 درجه سلسیوس را اندازه‌گیری کند. در حالی‌که RTD معمولاً دماهای بین 200 تا 850 درجه سلسیوس را اندازه‌گیری می‌کند.
• زمان پاسخگویی: ترموکوپل دارای زمان پاسخگویی کوتاه‌تر از RTD است. ترموکوپل می‌تواند تغییرات دما را به سرعت ثبت کند. در حالی‌که RTD به دلیل جرم بیشتر و حرارت ظاهری، نیاز به زمان بیشتری برای رسیدن به تعادل حرارتی دارد.
• قیمت: ترموکوپل ارزان‌تر از RTD است. ترموکوپل از سیم‌های فلزی ساده تشکیل شده است و نیاز به تجهیزات اندازه‌گیری ساده دارد. در حالی‌که RTD از فلزات گران‌قیمتی همچون پلاتین ساخته شده است و نیاز به تجهیزات اندازه‌گیری پیچیده دارد.
• مقاومت در برابر شرایط محیطی: ترموکوپل مقاوم‌تر از RTD در برابر شرایط محیطی نامساعد است. ترموکوپل می‌تواند در محیط‌هایی با فشار، رطوبت، شوک، لرزش، خوردگی و تابش کار کند. در حالی‌که RTD به این عوامل حساس‌تر است و امکان دارد که خراب شده یا دچار خطا شود.

مقایسه ترموکوپل و RTD

برای خلاصه کردن تفاوت‌های بین ترموکوپل و RTD، می‌توانیم از جدول زیر استفاده کنیم:

کلام آخر

در این مطلب، ما دو نوع سنسور دمای ترموکوپل و RTD را معرفی و مقایسه کردیم و دیدیم که ترموکوپل و RTD از اصول فیزیکی متفاوتی برای تبدیل دما به سیگنال الکتریکی استفاده می‌کنند. همچنین مشاهده کردیم که ترموکوپل و RTD از نظر مزایا و معایب، دقت و دامنه دمایی، زمان پاسخگویی، قیمت و مقاومت در برابر شرایط محیطی با هم چه تفاوت‌های دارند.

در عین حال نشان دادیم که انتخاب بین ترموکوپل و RTD بستگی به نیازها و شرایط مختلف دارد که باید آن‌ها را در نظر گرفت. مجموعه بایا کنترل با ارائه انواع سنسور و تضمین ضمانت و ارسال به سراسر ایران تجربه و خریدی بی‌نظیری را برای شما عزیزان به ارمغان می‌آورد.

سوالات متداول

۱. چه نوع ترموکوپلی برای دماهای بالا مناسب است؟

برای دماهای بالا، معمولاً از ترموکوپل‌های نوع R، S یا B استفاده می‌شود. این ترموکوپل‌ها از فلزات گران‌قیمتی همچون پلاتین ساخته شده‌اند و می‌توانند دماهایی تا 1700 درجه سلسیوس را نیز اندازه‌گیری کنند.

۲. چرا ترموکوپل‌ها نیاز به تقویت‌کننده دارند؟

به این دلیل که ولتاژ ایجاد شده توسط آن‌ها بسیار کم است. معمولاً این ولتاژ در محدوده میلی‌ولت یا حتی میکرو‌ولت است. برای خواندن با دقت این ولتاژ، نیاز به یک تقویت‌کننده با عایق‌بندی قوی، نویز کم و پایداری حرارتی داریم.

۳. چه زمانی از ترموکوپل و چه زمانی از RTD استفاده کنیم؟

انتخاب بین ترموکوپل و RTD بستگی به نیازها و شرایط دارد. برای مثال، اگر عواملی همچون دقت بالا، خطی بودن و تکرارپذیری مهم باشند، از RTD استفاده می‌کنیم. اما اگر عواملی همچون دامنه دمایی وسیع، زمان پاسخگویی کوتاه، قیمت ارزان و مقاومت در برابر شرایط محیطی نامساعد مهم باشند، از ترموکوپل استفاده می‌کنیم.