ترموکوپلها که با نامهای دیگری مانند جفتهای حرارتی، گرماجفت، جفتهای گرمایشی و سنسور سنجش دما نیز شناخته میشوند، از جمله رایجترین تجهیزات اندازهگیری دما در صنعت به شمار میروند. این ابزارها به واسطه سادگی، قیمت مناسب، استحکام بالا، دقت قابل قبول و محدوده وسیع اندازهگیری دما، کاربردهای گستردهای در صنایع مختلف یافتهاند.
در این مطلب قصد داریم به بررسی این موضوع بپردازیم که ترموکوپل چیست، چگونه کار میکند، چه انواعی دارد و چرا در اندازهگیری دما از اهمیت بالایی برخوردار است. پس در ادامه با ما همراه باشید.
ترموکوپل چگونه کار میکند؟
در پاسخ به این پرسش که ترموکوپل چیست و چگونه کار میکند، باید بگوییم؛ ترموکوپلها سنسورهایی ساده و پرکاربرد برای اندازهگیری دما هستند که در صنایع مختلف از جمله فولادسازی، پتروشیمی، نیروگاهها و حتی مصارف خانگی به کار میروند. این سنسورها از دو سیم فلزی غیرهمجنس تشکیل شدهاند که در یک انتها به هم متصل میشوند. زمانی که این دو اتصال در معرض اختلاف دما قرار میگیرند، به دلیل پدیده اثر سیبک، یک نیروی محرکه الکتریکی (EMF) در آنها ایجاد میشود.
مقدار این EMF به دمای بین دو اتصال (که به اتصال گرم و اتصال سرد معروف هستند) بستگی دارد. با اندازهگیری این ولتاژ توسط دستگاهی به نام ترمومتر ترموکوپل، میتوان دمای نقطه مورد نظر را تعیین کرد. به عبارت سادهتر، در ترموکوپل، اختلاف دما به یک سیگنال الکتریکی تبدیل میشود که میتوان آن را با استفاده از دستگاههای اندازهگیری مناسب، به دمای محیط مورد نظر ترجمه کرد.
اجزای اصلی ترموکوپل
حال که به این پرسش ترموکوپل چیست پاسخ دادیم خوب است در مورد اجزای اصلی آن بدانید؛ که ترموکوپلها، سنسورهای ظریف و کارآمدی هستند که با سادگی و دقت مثالزدنی، دما را اندازهگیری میکنند. در قلب این سنسورها، اجزایی کلیدی نهفتهاند که در کنار هم، وظیفهی خطیر اندازهگیری دما را به انجام میرسانند. این اجزا عبارتند از:
- سیمهای جفت: این عنصر حیاتی، از دو فلز ناهمسان تشکیل شده است که به هم جوش داده میشوند. جنس این فلزات، تعیین کننده نوع ترموکوپل و بازه دمایی قابل اندازهگیری آن است. رایجترین جفتها، شامل کرومل-آلومل (K)، نیکروسیل-نیسیل (N) و آهن-کنستانتان (J) هستند.
- محل اتصال گرم: این نقطه، محل جوش خوردن دو سیم جفت است و به عنوان قلب سنجش دما عمل میکند. هرگونه تغییر دما در این محل، اختلاف پتانسیل الکتریکی ایجاد میکند.
- غلاف محافظ: این پوشش عایقی، از سیمهای جفت در برابر عوامل خارجی مانند خوردگی، سایش و فشار محافظت میکند. جنس غلاف، با توجه به محیط کاربردی ترموکوپل انتخاب میشود و از موادی مانند سرامیک، استیل، آلومینیوم و یا فایبرگلاس ساخته میشود.
- کانکتور: این بخش، وظیفه اتصال ترموکوپل به دستگاه اندازهگیری دما را بر عهده دارد. کانکتورها در انواع مختلف پیچی، فنری و ترمینالی موجود هستند و باید با توجه به نوع ترموکوپل و دستگاه اندازهگیری انتخاب شوند.
- ترمینال یا ترانسمیتر: این قطعه، سیگنال ضعیف الکتریکی تولید شده توسط ترموکوپل را به سیگنالی قابل اندازهگیری برای دستگاههای کنترلی تبدیل میکند.
- هد: این بخش، محل اتصال غلاف به کانکتور یا ترمینال است و از جنسهای مختلفی مانند رزوهای، مهرهای و یا واشری ساخته میشود.
- گلند: گلند، وظیفه آببندی و عایقبندی محل اتصال هد به غلاف را بر عهده دارد و از نفوذ گرد و غبار و رطوبت به داخل ترموکوپل جلوگیری میکند.
ترموکوپلها با اتکا به این اجزای اصلی، به طور گسترده در صنایع مختلف از جمله فولاد، پتروشیمی، نیروگاهها، صنایع غذایی و دارویی و … برای اندازهگیری دما به کار میروند. سادگی، دقت، تنوع و قیمت مناسب، از جمله مزایای این سنسورها محسوب میشوند.
انواع ترموکوپل
ترموکوپلها بر اساس جنس سیمهای تشکیلدهنده آنها به انواع مختلفی دستهبندی میشوند. در این بخش به معرفی تفصیلی برخی از رایجترین انواع ترموکوپلها میپردازیم:
- تیپ T (مس-کنستانتان): این نوع ترموکوپل از جمله ارزانترین و رایجترین ترموکوپلها است. محدوده دمایی قابل اندازهگیری توسط ترموکوپل تیپ T بین 50- تا 400 درجه سانتیگراد بوده و از نظر دقت اندازهگیری در رده متوسط قرار دارد. به دلیل قیمت مناسب و کاربری آسان، این نوع ترموکوپل در صنایع مختلفی مانند تولید مواد غذایی، نساجی، داروسازی و … کاربرد دارد.
- تیپ E (کرومل-آلومل): ترموکوپل تیپ E از نظر دقت اندازهگیری نسبت به ترموکوپل تیپ T برتری دارد و میتوان از آن برای اندازهگیری دما در محدوده 200- تا 900 درجه سانتیگراد استفاده کرد. این نوع ترموکوپل در برابر اکسیداسیون و خوردگی مقاوم بوده و به همین دلیل در صنایعی مانند فولاد، سرامیک و شیشه کاربرد دارد.
- تیپ J (آهن-کنستانتان): ترموکوپل تیپ J نیز از جمله ترموکوپلهای پرکاربرد و ارزانقیمت است. محدوده دمایی قابل اندازهگیری توسط این نوع ترموکوپل بین 0- تا 750 درجه سانتیگراد بوده و از نظر دقت اندازهگیری در رده متوسط قرار دارد. ترموکوپل تیپ J در برابر لرزش و ضربه مقاوم بوده و به همین دلیل در صنایع مختلفی مانند تولید برق، پتروشیمی و کاغذسازی کاربرد دارد.
- تیپ K (کرومل-آلومل): ترموکوپل تیپ K از نظر دقت اندازهگیری و محدوده دمایی قابل اندازهگیری (200- تا 1200 درجه سانتیگراد) شباهت زیادی به ترموکوپل تیپ E دارد. با این تفاوت که ترموکوپل تیپ K در برابر اکسیداسیون و خوردگی از مقاومت بالاتری برخوردار است. به همین دلیل از این نوع ترموکوپل در صنایعی مانند ذوب فلزات، شیشه و سرامیک استفاده میشود.
- تیپS (پلاتین-رودیوم): ترموکوپل تیپ S از جمله گرانترین ترموکوپلها است، اما از نظر دقت اندازهگیری و پایداری در برابر حرارت، بهترین نوع ترموکوپل محسوب میشود. محدوده دمایی قابل اندازهگیری توسط این نوع ترموکوپل بین 500- تا 1600 درجه سانتیگراد بوده و از آن در صنایعی مانند فولاد، شیشه و هوافضا استفاده میشود.
- تیپ R (پلاتین-رودیوم): ترموکوپل تیپ R شباهت زیادی به ترموکوپل تیپ S دارد، با این تفاوت که محدوده دمایی قابل اندازهگیری آن بین 500- تا 2000 درجه سانتیگراد است. از این نوع ترموکوپل در صنایعی مانند ذوب فلزات، شیشه و سرامیک استفاده میشود.
مزایای استفاده از ترموکوپل
ترموکوپلها، سنسورهای دمائی محبوب و کارآمدی هستند که در طیف وسیعی از صنایع به کار میروند. مزایای متعدد این ابزارها، آنها را به گزینهای ایدهآل برای اندازهگیری دما در شرایط مختلف تبدیل کرده است. در خصوص این پرسش که مزایای استفاده از ترموکوپل چیست به موارد زیر توجه کنید.
- محدوده دمایی گسترده: ترموکوپلها قادر به اندازهگیری دما در محدودهای وسیع، از منفی ۲۰۰ درجه سانتیگراد تا مثبت ۱۸۰۰ درجه سانتیگراد، هستند. این ویژگی منحصر به فرد، آنها را برای کاربردهایی که نیازمند سنجش دما در شرایط بسیار گرم یا بسیار سرد هستند، مانند کورههای صنعتی و صنایع برودتی، مناسب میکند.
- دوام و استحکام: ترموکوپلها از نظر فیزیکی بسیار مقاوم هستند و میتوان از آنها در محیطهای چالشبرانگیز، بدون نگرانی از آسیب یا فرسایش، استفاده کرد. این مزیت، آنها را برای کاربردهای صنعتی که با لرزش، ضربه و مواد شیمیایی خورنده سروکار دارند، ایدهآل میسازد.
- قیمت مناسب: در مقایسه با سایر سنسورهای دما، ترموکوپلها از نظر اقتصادی مقرون به صرفهتر هستند. این موضوع، آنها را به گزینهای محبوب برای کاربردهایی که نیازمند تعداد زیادی سنسور یا بودجه محدودی هستند؛ تبدیل میکند.
- پاسخگویی سریع: ترموکوپلها به تغییرات دما به سرعت پاسخ میدهند و میتوان از آنها برای اندازهگیری دماهای متغیر به طور دقیق استفاده کرد. این ویژگی، آنها را برای کاربردهایی که نیازمند پایش لحظهای دما هستند، مانند فرآیندهای صنعتی و تجهیزات پزشکی، مناسب میکند.
- سادگی و تنوع: ترموکوپلها از نظر ساختاری ساده هستند و به راحتی قابل نصب و نگهداری هستند. تنوع انواع ترموکوپلها با ترکیبهای مختلف فلزات، امکان انتخاب سنسور مناسب با نیازهای خاص برای هر نوع کاربرد را فراهم میکند.
- قابلیت اطمینان: ترموکوپلها سابقه اثبات شدهای در ارائه اندازهگیریهای دقیق و قابل اعتماد دارند. این موضوع، آنها را به گزینهای ایدهآل برای کاربردهایی که نیازمند سنجش دما با دقت بالا هستند، مانند تحقیقات علمی و کنترل کیفیت، تبدیل میکند.
کاربردهای ترموکوپل
حتما میپرسید که کاربردهای ترموکوپل چیست؛ ترموکوپلها به عنوان حسگرهای دما، نقشی اساسی در اندازهگیری دما در طیف وسیعی از کاربردها ایفا میکنند. این ابزارآلات ساده و کارآمد، از اتصال دو فلز غیرهمسان تشکیل شدهاند که در محل اتصال، با تغییر دما، ولتاژ کوچکی ایجاد میشود. تنوع در نوع فلزات به کار رفته در ترموکوپلها، محدوده دمایی قابل اندازهگیری و سایر ویژگیهای آنها را تعیین میکند.
مزایای متعدد ترموکوپلها از جمله قیمت مناسب، دقت قابل قبول، استحکام بالا، سرعت پاسخگویی سریع و تنوع در نوع و اندازه، آنها را به گزینهای ایدهآل برای اندازهگیری دما در صنایع مختلف تبدیل کرده است. ترموکوپلها به دلیل مزایای متعددی که دارند، در صنایع مختلفی از جمله موارد زیر کاربرد دارند:
- صنایع غذایی
- صنایع برق
- صنایع نفت و گاز
- صنایع شیمیایی
- صنایع هوافضا
- لوازم خانگی
- پزشکی
علاوه بر موارد ذکر شده، از ترموکوپلها در صنایع مختلف دیگری مانند داروسازی، نساجی، کاغذ، شیشه، سرامیک و کشاورزی نیز استفاده میشود.
عوامل موثر بر دقت اندازهگیری ترموکوپل
سئول مهم دیگری که قطعا برای شما پیش میآید این است که عوامل موثر بر دقت اندازهگیری ترموکوپل چیست؟ این عوامل شامل موارد زیر هستند.
- کیفیت ساخت ترموکوپل: استفاده از مواد اولیه مرغوب و ساخت دقیق ترموکوپل در افزایش دقت اندازهگیری آن تاثیرگذار است.
- شرایط محیطی: عواملی مانند لرزش، شوک، نویز الکتریکی و خوردگی بر دقت اندازهگیری ترموکوپل تاثیر منفی میگذارند.
- نحوه نصب ترموکوپل: نصب صحیح ترموکوپل مطابق با استانداردها و دستورالعملهای سازنده در افزایش دقت اندازهگیری آن تاثیرگذار است.
- کالیبراسیون ترموکوپل: برای اطمینان از صحت اندازهگیری، باید ترموکوپل به طور دورهای کالیبره شود.
نکات مهم در هنگام انتخاب ترموکوپل
انتخاب نوع ترموکوپل مناسب برای هر کاربرد، به عوامل مختلفی از جمله محدوده دمایی مورد نیاز، دقت اندازهگیری، شرایط محیطی و نوع سیالی که دما اندازهگیری میشود، بستگی دارد.
انتخاب ترموکوپل مناسب برای نیاز شما، امری حیاتی است تا از دقت، کارایی و ایمنی مطلوب اطمینان حاصل شود. در این قسمت از مقاله، به بررسی اینکه نکات مهم انتخاب ترموکوبل چیست میپردازیم که عبارتند از:
- نوع ترموکوپل: تنوع ترموکوپلها در [انواع ترموکوپل]، هر کدام با مزایا و معایب خاص خود، انتخاب را کمی دشوار میکند. ترموکوپلهای نوع K، T، J، E و R از رایجترینها هستند. هر کدام برای بازه دمایی، دقت و مقاومت شیمیایی خاصی مناسب هستند.
- بازه دمایی: دامنه دمای قابل اندازهگیری توسط ترموکوپل را مد نظر قرار دهید. حداکثر و حداقل دمای محیط کار را مشخص کنید و ترموکوپلی را انتخاب کنید که در این بازه دمایی به طور پایدار کار کند.
- جنس غلاف: غلاف ترموکوپل باید از مادهای مقاوم در برابر شرایط محیطی مانند فشار، خوردگی و سایش ساخته شده باشد. آلیاژهای مختلفی مانند استیل ضد زنگ، Inconel و سرامیک برای غلاف ترموکوپلها استفاده میشوند.
- قطر و طول غلاف: قطر غلاف باید متناسب با محل نصب و اندازه سوراخ باشد. طول غلاف نیز باید به گونهای باشد که نوک حسگر در معرض دمای مورد نظر قرار گیرد. به طور کلی، طول غلاف باید 10 برابر قطر آن باشد.
- اتصال ترموکوپل: ترموکوپلها با اتصالات مختلفی مانند رزوهای، فیشی و ترمینالی عرضه میشوند. نوع اتصال باید با تجهیزات اندازهگیری شما سازگار باشد.
- دقت اندازهگیری: به میزان دقت مورد نیاز خود توجه کنید. ترموکوپلها با درجات دقت مختلفی از 0.1 درجه سانتیگراد تا چند درجه سانتیگراد موجود هستند.
- استانداردها: مطمئن شوید ترموکوپل انتخابی شما با استانداردهای مورد نیاز صنعت شما، مانند IEC یا ANSI مطابقت داشته باشد.
- قیمت: ترموکوپلها در طیف قیمتی مختلفی عرضه میشوند. با توجه به بودجه و نیاز خود، ترموکوپلی را انتخاب کنید که متناسب با نیاز شما باشد.
- برند و گارانتی: از برندهای معتبر و دارای گارانتی خرید کنید تا از کیفیت و خدمات پس از فروش مطمئن باشید.
در نهایت، انتخاب ترموکوپل مناسب نیازمند بررسی دقیق فاکتورهای مختلف و مشاوره با متخصصان این حوزه است. با در نظر گرفتن نکات فوق، میتوانید ترموکوپلی را انتخاب کنید که به طور دقیق و قابل اعتماد، دمای مورد نظر شما را اندازهگیری کند. کار با ترموکوپلها، بهویژه در دماهای بالا، خطرات خاص خود را دارد.
رعایت نکات ایمنی
در این قسمت از مقاله چند نکته کلیدی برای این موضوع که نکات ایمنی ترموکوپل چیست؛ آورده شده است که شامل موارد زیر هستند.
- از دستکش و عینک ایمنی استفاده کنید
- از لباسهای مناسب استفاده کنید
- محیط کار را ایمن نگه دارید:
- از ترموکوپلهای معیوب استفاده نکنید:
- با احتیاط با ترموکوپل داغ رفتار کنید
- در صورت بروز حادثه، سریعاً اقدام کنید
جمعبندی
در این مطلب به این موضوع که ترموکوپل چیست و چه مزایایی دارد پرداختیم. ترموکوپلها ابزارهایی سرسخت و کارآمد برای اندازهگیری دما در صنایع مختلف هستند. سادگی، قیمت مناسب، استحکام و تنوع، از جمله مزایای این دماسنجها به شمار میروند. آنها دما را در محدودههای وسیعی (از 200- تا 2000 درجه سانتیگراد) اندازهگیری کرده و در شرایط سخت محیطی نیز به خوبی کار میکنند.
از ترموکوپلها در صنایع مختلفی مانند فولاد، برق، پتروشیمی، داروسازی، غذایی و … استفاده میشود. آنها برای اندازهگیری دمای کورهها، مذاب فلزات، ژنراتورها، راکتورها، استریلایزرها، اجاقها و … به کار میروند. انتخاب ترموکوپل مناسب به عواملی مانند محدوده دمایی، نوع کاربرد، دقت مورد نیاز و مقاومت در برابر عوامل محیطی بستگی دارد.