ترموکوپل ها از متداول ترین تجهیزات اندازه گیری الکتریکی دما در صنعت هستند.
ساختمان ترموکوپل ها با استفاده از اتصال دو فلز غیر هم جنس تولید می شوند که در یک انتها به هم متصل اند. مکانیزم ترموکوپل ها بر اساس پدیده سی بک (seeback) است که اختلاف دمای بین دو نقطه را به ولتاژ تبدیل میکنند.
وقتی محل اتصال دو فلز در معرض حرارت قرار می گیرد، در دو سر دیگر که آزاد هستند اختلاف پتانسیلی بوجود می آید که این اختلاف پتانسیل تابع میزان حرارت اعمال شده است. در واقع ترموکوپل در هر دما ولتاژ معینی تولید می کند و با بررسی میزان ولتاژ خروجی می توان درجه حرارت اعمال شده به ترموکوپل را تشخیص داد.
ساختمان ترموکوپل ها با همین مکانیزم ساده قادر به اندازه گیری دما در رنج وسیعی می باشند. ترموکوپل ها تیپ های مختلفی برای اندازه گیری دما دارند به طور مثال:
ترموکوپل نوع K:
این تیپ از ترموکوپل معمولا در جاهایی که دما و حرارت بسیار زیاد است، بکار می رود و به علت ارزان بودن، پرکاربردترین و متداول ترین نوع ترموکوپل ها می باشد.
این ترموکوپل از دو فلز Ni-Cr (به نام تجاری کرومل Chromel) و Ni-Al (به نام تجاری آلومل Alumel) ساخته می شود.
رنج محدوده دمایی آن بین°250C- تا°1300C است البته این رنج مطلق نیست و به سازنده و نوع ظاهری آن وابسته است. بطور مثال رنج ترموکوپل سیمی تیپ K بین°40C- تا °250C است و ترموکوپل میله ای تا دمای حدوده °1300C را اندازه می گیرند.
حساسیت ترموکوپل تیپ K حدود 41µV/°C است.
یکی دیگر از ویژگی های تیپ K ضد اکسیداسیون بودن آن است (به علت استفاده از مس در ساختار داخلی آن) به همین علت در کوره هایی که اکسیداسیون رخ می دهد کاربرد دارد.
ترموکوپل نوع J:
این ترموکوپل از فلز آهن (Fe) و آلیاژ مس و نیکل (Cu-Ni با نام تجاری Constantan) ساخته می شود.
رنج دمایی این ترموکوپل کمتر از نوع K است، بین°180C تا°800C
عامل اصلی تعیین کننده رنج دمایی ترموکوپل، جنس سیم های بکار رفته در آن است. سیم های بکار رفته در نوع J ضعیف تر از سیم های ترموکوپل های دما بالاست، در نتیجه رنج کمتری را پوشش می دهد.
به دلیل وجود آهن در ساخت آن، این نوع ترموکوپل برای استفاده در محیط های اکسیدی و مرطوب مناسب نمی باشد اما برای صنایع قالب ریزی پلاستیک مناسب است.
حساسیت این ترموکوپل 51µV/°C است.
از این ترموکوپل نباید در دماهای بالا استفاده کرد.
ترموکوپل های نوع J حساسیت بیشتری نسبت به ترموکوپل های هم رده خود در دمای متوسط دارند و برای کارهای با دقت بالا تر و مکان هایی که زمان برای شما مهم است، پیشنهاد می شوند.
ترموکوپل نوع E:
این ترموکوپل از Ni-Cr (کرومل) و (Cu-Ni (Constantan، ساخته می شود. رنج عملکرد دمایی آن بین °40C- تا°900C درجه سانتی گراد است.
این ترموکوپل با 62µV/°C بیشترین حساسیت را دارد و می توان از آن در کاربردهای خلا و مواردی که سنسور در آن محافظت نشده، استفاده کرد.
ترموکوپل نوع E دارای دقت و پایداری دمایی بیشتر از ترموکوپل تیپ K و J می باشد.
ترموکوپل نوع T:
این ترموکوپل از مس Cu و آلیاژ Cu-Ni (به نام تجاریConstantan) ساخته می شود. رنج عملکرد دمایی این ترموکوپل بین بین°250C- تا °400C است.
این ترموکوپل نسبتا ارزان و برای کاربردهای با دمای پایین مناسب و در برابر رطوبت مقاوم است.
حساسیت این ترموکوپل 46µV/°C است.
ترموکوپل نوع T در صنعت بیشتر مورد استفاده قرار می گیرد زیرا:
-
در مقایسه با ترموکوپل های دیگر عملکرد خطی تری دارد.
-
رنج دمایی مناسبی دارد.
-
دقت کاری بالای دارد.
ترموکوپل نوع N:
این ترموکوپل از Ni-Cr-Si (با نام تجاری نیکروسیل) و Ni-Si-Mg (به نام تجاری نیسیل Nisil) ساخته می شود. محدوده دمایی آن بین °270C تا °1300C است. حساسیت این ترموکوپل 30µV/°C است و معمولا در دماهای بالا مورد استفاده قرار می گیرد. همچنین تحمل این سنسور در برابر اکسید شدن در دماهای بالا بهتر از نوع K می باشد.
ترموکوپل نوع N در صنایع مختلفی مورد استفاده قرار می گیرد از جمله:
-
صنایع نیروگاهی
-
صنایع فولاد
-
صنایع پتروشیمی
-
و صنایع آلومینیوم
معرفی استانداردهای ترموکوپل نوع N
ترموکوپل نوع R, S و B:
این نوع ترموکوپل ها با استفاده از Pt-Rh (پلاتین-رادیوم) با ترکیبات مختلف ساخته می شود (تفاوت این سه نوع در میزان پلاتین آن هاست)
این ترموکوپل ها قیمت بالا و حساسیت کمی دارند (در حدود 10µV/°C )
محدوده دمایی آن ها حدود°50C تا°1750C است.
این ترموکوپل ها در اندازه گیری با دمای بالا، به عنوان مثال در صنعت شیشه و فولاد بکار می رود.
در انتخاب ترموکوپل موارد زیر بایستی مورد توجه قرار گیرد:
-
رنج دمایی کارکرد ترموکوپل
-
تیپ ترموکوپل
-
طول ترموکوپل
-
جنس غلاف ترموکوپل
-
امکان داشتن خروجی 4 تا 20 میلی آمپر برای ترموکوپل
-
دقیق بودن ترموکوپل و کلاس دقت آن
-
نوع سرامیک به کار برده شده در ترموکوپل