ترموکوپل

ترموکوپل:

سنسورهایی که برای اندازه‌گیری دما استفاده می‌شود، ترموکوپل (Thermocouple) نامیده می‌شوند و در شکل ها و انواع مختلف وجود دارند. امروزه در صنعت با استفاده از آن ها دمای محدوده (zone) مورد نظر اندازه گیری می‌شود. سپس،با ماژول های دما نظیر ALP_TC-1000 دما خوانده شده و از طریق شبکه هایی نظیر RS-485 به کنترلرهایی مانند PLC یا حتی به کامپیوتر ارسال می‌ شود. سرانجام، با برنامه نویسی مناسب و استفاده از المان های سوییچینگ المنت ها نظیر SSR می توان با قطع و وصل المنت دما را کنترل کرد.

عملکرد ترموکوپل:

اساس عملکرد آن ها این قانون فیزیکی است که هرگاه دو فلز غیر هم‌جنس به هم متصل شوند، نیروی محرکه‌ای در محل اتصال دو فلز ایجاد می‌شود.این نیرو تابع دمای نقاط اتصال است. رفتار نیروی محرکه، غیرخطی بوده و در نتیجه برای اندازه‌گیری دما مناسب به نظر نمی‌رسد. اما در اتصال برخی ماده‌ها به یکدیگر، رابطه بین نیروی محرکه و دما تقریباً به صورت خطی در خواهد آمد.

هنگامی که یک زوج از سیم‌های متشکل از این ماده‌ها به هم متصل شوند، یک ترموکوپل تشکیل می‌شود. ترموکوپل‌ها نقش پر رنگی در صنعت دارند و در بسیاری از کاربردها مورد استفاده قرار می‌گیرند. همان‌طور که گفتیم، جنس سیم‌های به کار رفته فقط از برخی فلزات خاص انتخاب می‌شود. برای ساخت ترموکوپل می‌توان از ترکیب‌های مختلفی از فلزات پایه (Base Metal) استفاده می‌شوند. مانند:

مس و آهن، آلیاژهای فلزات پایه مثل آلومل (Ni/Mn/Al/Si)، کرومل (Ni/Cr)، کنستانتان (Cu/Ni)، نیکروسیل (Ni/Cr/Si) و… . البته فقط ترکیب‌های محدودی از این ماده‌ها به عنوان ترموکوپل ساخته می‌شود. هریک از این ترکیب‌های استاندارد با یک حرف انگلیسی نام‌گذاری شده‌اند. مثلاً به ترکیب کرومل و آلومل ساخته شده است، ترموکوپل نوع K نامیده می‌شود.

انواع ترموکوپل

ترموکوپل‌های تشکیل شده از فلزات پایه، به پنج دسته استاندارد تقسیم می‌شوند. از جمله: نوع E (کرومل–کنستانتان)، نوع J (آهن–کنستانتان)، نوع K (کرومل–آلومل)، نوع N (نیکروسیل–نیسیل) و نوع T (مس–کنستانتان). این ترموکوپل‌ها قیمت ارزانی دارند. عمرشان کوتاه است و به مرور زمان از دقت آنها نیز کاسته می‌شود. در بسیاری از کاربردهای عملی، تماس با محیط کاری، عامل دیگری است که روی عملکرد این تجهیزات اثر منفی می‌گذارد. برای حل این مشکلات، ترموکوپل درون یک پوشش محافظ قرار می‌گیرد. ولی هنگام استفاده از پوشش محافظ، ثابت زمانی تغییر می‌کند. سرعت پاسخ ترموکوپل نسبت به تغییر دما، کُندتر خواهد شد.

ترموکوپل نوع E (کرومل–کنستانتان)

کرومل–کنستانتان (Chromel–Constantan)، بیشترین حساسیت اندازه‌گیری را که برابر $80μV/\circC$ است، فراهم می‌کند. دامنه اندازه‌گیری این تجهیز $-200\circC$ تا $+900\circC$ است و دقتی برابر $\pm0.5$ درصد دارد. با این وجود، عملکرد و عمر آن در فرآیندهای اکسیژن‌زدایی به شدت کم می‌شود.

ترموکوپل نوع J (آهن–کنستانتان)

حساسیت اندازه‌گیری در آهن–کنستانتان (Iron–Constantan)، $60μV/\circC$ است و این تجهیزات برای اندازه‌گیری دما در بازه $-150\circC$ تا $+1000\circC$ انتخاب اول محسوب می‌شوند. دقت آنها در حدود $\pm0.75$ درصد است. تأثیرپذیری ناچیزی از فرآیندهای اکسیداسیون دارند.

ترموکوپل نوع T (مس–کنستانتان)

مس–کنستانتانت (Copper–Constantan) نیز دارای حساسیت اندازه‌گیری و دقتی مشابه نوع J هستند. حداقل دمای قابل اندازه‌گیری توسط این تجهیز $-200\circC$ است و در فرآیندهای اکسیداسیون تا حداکثر دمای $+350\circC$ را نیز به کار می‌رود.

ترموکوپل نوع K (کرومل–آلومل)

کرومل–آلومل (Chromel–Alumel) می‌توانند حساسیتی در حدود $45μV/\circC$ فراهم کنند. رفتار این تجهیزات در بازه دمایی $1200\circC$ $تا \circC 200-$ به صورت خطی است و بیشترین کاربرد آنها نیز در همین محدوده است. اندازه‌گیری دما با دقتی برابر $0.75 \pm$ درصد را به همراه خواهد داشت.

ترموکوپل نوع N (نیکروسیل–نیسیل):

نیکروسیل–نیسیل (Nicrosil–Nisil)، نوع ارتقا یافته کرومل–آلومل محسوب می‌شوند و مشخصاتی شبیه به نوع K دارند. حساسیت اندازه‌گیری آنها، $40μV/\circC$ و دقت آنها برابر $\pm0.75$ درصد است. محدودیت‌های کاربردی‌شان مانند تجهیزات کرومل–آلومل بوده ولی دارای پایداری بلندمدت و عمری سه برابر آنها هستند.