ترموکوپل دما

ترموکوپل و سنسور دما برای اندازه‌گیری گرما استفاده می‌شود. ترموکوپل‌ها از دو سیم ساخته شده‌اند که جنس آنها از فلزات مختلف است. این سیم‌ها در یک انتها به هم جوش داده می‌شوند و یک اتصال ایجاد می‌کنند که در محل اتصال دما اندازه‌گیری می‌شود. شیوه این اندازه‌گیری به این شکل است که وقتی دمای محل اتصال تغییر می‌کند، ولتاژ ضعیفی ایجاد می‌شود که در سیم‌ها جریان پیدا می‌کند. می‌توانیم بگوییم که یک ترموکوپل و سنسور دما به وسیله اثر ترموالکتریک [که مفهوم آن در این مقاله توضیح داده خواهد شد] ولتاژ تولید می‌کند و از آنجا که میزان ولتاژ وابسته به میزان دما است، این ولتاژ را می‌توان برای اندازه‌گیری دما تفسیر کرد. محدودیت اصلی ترموکوپل‌ها دقت آنها است. دستیابی به خطاهای کمتر از یک درجه سانتی‌گراد معمولا سخت است.

این مقاله به اصول کار ترموکوپل و سنسور دما، کاربرد‌های آن، انواع این دستگاه و خرید ترموکوپل می‌پردازد. اگر قصد خرید ترموکوپل را دارید تا انتهای مقاله همراه ما باشید.

برای کسب اطلاعات بیشتر به صفحه ترمومتر تماسی مراجعه کنید.

اثر Seebeck

برای آشنا شدن با ترموکوپل و سنسور دما، اول باید با پدیده‌ی «سیبک» آشنا شوید. اثر Seebeck پدیده‌ای است که در آن اختلاف دما بین دو رسانا یا نیمه‌هادی الکتریکی غیرمشابه، باعث ایجاد اختلاف ولتاژ بین این دو ماده می‌شود. هنگامی که گرما به یکی از دو هادی یا نیمه‌هادی می‌رسد، الکترون‌های آن گرم شده و به سمت سردتر جریان می‌یابند. در این حالت الکترون‌ها آزادانه در سراسر ساختار حرکت می‌کنند و باعث ایجاد ویژگی‌هایی مانند رسانایی می‌شوند.

اگر یک سیم فلزی فقط در یک انتها گرم شود، حرکات الکترون‌های آزاد در آنجا افزایش می‌یابد. به دلیل برخوردهای شدید، آنها شروع به حرکت و انتشار به سمت انتهای سرد می‌کنند. بنابراین انتهای داغ سیم دارای تعداد الکترون کمتری نسبت به انتهای سرد است. در نتیجه یک ولتاژ الکتریکی بین دو سر سیم ایجاد می‌شود که به «ولتاژ ترموالکتریک» نیز معروف است. فرآیند تبدیل اختلاف دما به ولتاژ را «اثر ترموالکتریک» می‌نامند.

ولتاژهای تولید شده توسط اثر Seebeck کوچک هستند و میزان آنها معمولاً فقط چند میکروولت (میلیونم ولت) در هر کلوین اختلاف دما در محل اتصال است. اگر اختلاف دما به اندازه کافی زیاد باشد، برخی از دستگاه های ترموکوپل دما می‌توانند تا چند میلی‌ولت (هزارم ولت) ولتاژ تولید کنند. بسیاری از انواع ترموکوپل و سنسور دما را می‌توان به صورت سری برای افزایش ولتاژ خروجی یا به صورت موازی برای افزایش حداکثر جریان قابل تحویل به هم متصل کرد.

برای خرید ترموکوپل باید انواع آن را بشناسید.

ترموکوپل دما چطور از اثر سیبک استفاده می‌کند؟

اگر یک سیم ساده در معرض گرما قرار بگیرد، به‌طور یکنواخت گرم می‌شود و به‌دلیل عدم وجود گرادیان دما بین دو انتهای سیم، ولتاژ ترموالکتریک قابل اندازه‌گیری نیست. در ادامه‌ی مطلب، با نحوه کار ترموکوپل و سنسور دما بیشتر آشنا شوید تا در زمان خرید ترموکوپل به مشکل نخورید.

بنابراین برای ساخت ترموکوپل دما با استفاد از این اثر، دو هادی مختلف مورد نیاز است که میزان اثر Seebeck آنها متفاوت باشد (مانند مس و آهن). این سیم‌ها در یک انتها به هم وصل می‌شوند. این اتصال به عنوان یک اتصال اندازه‌گیری یا «اتصال گرم» عمل می‌کند و در معرض دمای اندازه‌گیری قرار می‌گیرد. انتهای دیگر سیم، به محل اتصال مرجع که به آن «محل اتصال سرد» گفته می‌شود منتهی می‌شود که دمای آن معمولاً دمای محیط است.

این چینش سبب می‌شود که یک گرادیان دما بین محل اتصال اندازه‌گیری و محل اتصال مرجع و بنابراین بین دو انتهای سیم‌های مربوطه ایجاد شود. این اختلاف دما منجر به یک اثر ترموالکتریک با پیامد یک ولتاژ الکتریکی می‌شود.

از آنجایی که این دو فلز در محل اتصال اندازه‌گیری به یکدیگر متصل هستند، پتانسیل الکتریکی یکسانی دارند. در نتیجه پتانسیل‌های الکتریکی در محل اتصال مرجع متفاوت خواهد بود و یک ولتاژ الکتریکی ایجاد می‌شود که با ولت‌متر قابل اندازه‌گیری است.

اگر به دنبال کسب اطلاع و یا خرید ترمومتر لیزری هستید با کارشناسان ما تماس بگیرید.

ترموکوپل و سنسور دما

ترموکوپل و سنسور دما در انواع مختلفی برای اهداف مختلف و با استفاده از فلزات مختلف تولید می‌شوند. برای خرید ترموکوپل، باید انواع این دستگاه را بشناسید.

انواع مختلف ترموکوپل و سنسور دما عبارتند از:

ترموکوپل K: این نوع ترموکوپل دما رایج‌ترین نوع است. قیمت آن کم است و در عین حال قابل اعتماد و دقیق است.

ترموکوپل J: این ترموکوپل دما هم بسیار رایج است، اما دامنه دمایی که اندازه‌گیری می‌کند، کمتر بوده و همچنین در دماهای بالاتر، از نوع قبلی کمتر عمر می‌کند.

ترموکوپل T: ترموکوپل T یک دستگاه پایدار است و برای سنجش دماهای پایین‌تر استفاده می‌شود.

ترموکوپل E: مزیت این ترموکوپل و سنسور دما نسبت به قبلی‌ها این است که سیگنال قوی‌تر و دقت بالاتری دارد.

ترموکوپل N: مشابه ترموکوپل K است، اما کمی قیمت آن بالاتر است.

ترموکوپل S: این ترموکوپل و سنسور دما معمولا در صنعت داروسازی استفاده شده و برای سنجش دماهای خیلی زیاد استفاده می‌شود.

ترموکوپل R: اگرچه مشابه نوع قبلی است، اما به‌دلیل دقت و پایداری اغلب در دماهای پایین‌تر استفاده می‌شود.

ترموکوپل B: دارای بالاترین محدوده دما در بین تمام ترموکوپل‌ها است

به‌طور کلی می‌توان گفت، انواع مختلف ترموکوپل‌ها به دسته‌های صنعتی، چندمنظوره و ترموکوپل معمول تقسیم‌بندی می‌شوند که در زمان خرید ترموکوپل باید نوع دستگاه را تعیین کنید.

ترموکوپل‌های صنعتی خیلی محبوب هستند. سازندگان، این ترموکوپل‌ها را در محدوده‌ای از "IS A - M" عرضه می‌کنند. ترموکوپل‌های معمول برای استفاده‌های معمولی و رایج استفاده شده و هزینه کمی دارند. متداول‌ترین نوع ترموکوپل همه منظوره تولید شده، نوع K است.

در نهایت، ترموکوپل‌های چندمنظوره، دقیق‌ترین شکل اندازه‌گیری دما را ارائه می‌دهند. آنها در جایی استفاده می‌شوند که اندازه‌گیری و مدیریت صحیح دما حیاتی است. این ترموکوپل‌ها در انواع E، K، J، N و T تولید می‌شوند و از مواد مختلفی در ساخت آنها استفاده می‌شود.

برای کسب اطلاعات بیشتر به صفحه فشار سنج دیجیتال مراجعه کنید.

کاربردهای ترموکوپل دما

ترموکوپل‌ها به دلیل ترکیبی از قابلیت‌های دمایی گسترده، استحکام و هزینه کم، پرکاربردترین حسگرهای دما در دنیا هستند. ترموکوپل‌ها در کاربردهای مختلفی استفاده می‌شوند، از لوازم خانگی گرفته تا فرآیندهای صنعتی، تولید برق، نظارت و کنترل کوره، پردازش غذا و نوشیدنی، حسگرهای خودرو، موتور هواپیما، موشک، ماهواره و فضاپیما. وقتی صحبت از دماهای بالا، اندازه کوچک، پاسخ سریع، لرزش یا شوک بالا به میان می‌آید، اغلب اوقات ترموکوپل‌های خاصی را خواهید یافت که اندازه‌گیری دما را انجام می‌دهند. برخی ازکاربرد‌های این ابزارها به شرح زیر است:

کاربردهای صنایع غذایی

ترموکوپل را می‌توان برای طیف گسترده‌ای از کاربردها در صنایع غذایی و نوشیدنی از جمله سنسورهای Clean-In-Place، کاوشگرهای نفوذ (Penetration Probes)، کنترل اجاق، نظارت بر زنجیره غذایی، کنترل و مانیتورینگ صفحه داغ و کنترل دمای کتری بخار استفاده کرد.

ترموکوپل برای اکسترودرها

اکسترودرها به دمای بالا و فشار بالا نیاز دارند. آنها همچنین دارای یک آداپتور رزوه‌ای منحصر به فرد برای قرار‌دادن نوک حسگر در پلاستیک مذاب تحت شرایط فشار بالا هستند.

ترموکوپل برای دمای پایین

ترموکوپل‌های نوع E، K، T و N را می‌توان برای اندازه‌گیری دماهای تا 200- درجه سانتی‌گراد استفاده کرد، اما آلیاژهای مورد استفاده در این ترموکوپل‌ها باید به‌طور خاص برای استفاده در این دماها انتخاب شوند تا با دقت‌ها صحیحی عمل کنند. اکثر سازندگان ترموکوپل آلیاژهای ترموکوپل را که برای استفاده از دمای 0 درجه سانتیگراد به بالا کالیبره می‌کنند. همین آلیاژها را می‌توان تا 200- درجه‌سانتی گراد هم استفاده کرد، اما دقت سنجش ممکن است تا حدودی کمتر باشد.

ترموکوپل برای کوره

هنگام خرید ترموکوپل مناسب برای کوره، برخی از شرایطی که باید در نظر گرفته شوند عبارتند از:

قابلیت تحمل دمای سیم‌های ترموکوپل

قابلیت تحمل دمای غلاف یا پوشش محافظ (فلزی یا سرامیکی)

جوی که ترموکوپل دما در آن استفاده خواهد شد (هوا، اکسید کننده و...).

پیکربندی نصب

ویکی سنجش مفتخر است تا تمام اطلاعات مورد نیاز متر لیزری را در اختیار شما قرار دهد.

محدودیت‌های ترموکوپل

محدودیت‌های ترموکوپل بسیار زیاد است. در اینجا فقط تعداد محدودی از آنها را توضیح می‌دهیم که قبل از خرید ترموکوپل باید به آنها توجه کنید.

اگر دو هادی به‌درستی در محل اتصال داغ به‌هم وصل نشده باشند، ممکن است ولتاژ ترموالکتریک ناصحیحی ایجاد شود.

برای یک ترموکوپل با سیم لخت، چند راه صحیح مختلف برای اتصال دو سیم به یکدیگر وجود دارد؛ سر سیم‌ها را می‌توان به هم تاب داد، به هم لحیم کرد و یا به هم جوش داد. برای کاربردهایی با ارتعاشات مکانیکی بیش از حد، پیچاندن سر سیم‌ها به یکدیگر توصیه نمی‌شود. برای کاربردهای با دمای بالا، به‌دلیل امکان آب شدن لحیم‌کاری، محل اتصال نباید به‌هم لحیم شود. لیدهای جوش سرد با هم اغلب بهترین گزینه هستند.

برای ترموکوپل دما از نوع سیم عایق (یعنی سیم‌ها لخت نیستند)، مشکلات متفاوتی وجود دارد. اگرچه ساخت محل اتصال، از نظر مکانیکی محکم‌تر و مقاوم‌تر از ترموکوپل‌های سیم لخت است، اما یک مشکل آن این است که از آنجایی که هیچ فلزی مستقیماً در معرض دما قرار ندارد، واکنش ترموکوپل به تغییر دما کند شده و عملکرد آن قابل اعتماد نمی‌شود.

ترموکوپل دما یک سنسور دما (دستگاه الکتریکی) است که برای اندازه گیری گرما استفاده می‌شود. این دستگاه شامل دو نوع فلز است که در یک انتها به یکدیگر متصل شده و در این قسمت حرارت را دریافت می‌کنند. هنگامی که اتصال سرد یا گرم می شود، الکترون‌ها در طول سیم‌ها حرکت کرده و به اصطلاح «ولتاژ وابسته به دما» تولید می‌شود که برای اندازه‌گیری دما استفاده می‌شود. ترموکوپل انواع مختلفی دارد. برخی از این نوع‌ها برای مصارف صنعتی هستند، اما برخی دیگر برای مصارف عادی و روزانه طراحی و ساخته شده‌اند. انواع مختلف این دستگاه‌ها با حروف انگلیسی مختلف نام‌گذاری شده‌اند. تعدادی در دماهای خیلی بالا کارکرده و برخی دیگر در دماهای پایین‌تری عمل می‌کنند. علاوه بر این، گاهی سیم‌ها به شکل لخت به هم وصل می‌شوند و گاهی با عایق.در زمان خرید ترموکوپل، باید نوع دستگاه و کاربری آن را درنظر بگیرید. شما می‌توانید خرید ترموکوپل را از ویکی سنجش انجام دهید.

از این‌که در مقاله «ترموکوپل دما» همراه ما بودید از شما متشکریم.