ترموکوپل های صنعتی – انواع، اصل کار

ترموکوپل های صنعتی و انواع آن

ترموکوپل ها به دلیل تطبیق پذیری خود به عنوان سنسورهای دما شناخته می شوند. بنابراین معمولاً در طیف گسترده ای از کاربردها استفاده می شوند. از ترموکوپل های مصارف صنعتی گرفته تا ترموکوپل های معمولی، که در دستگاه های برقی و لوازم خانگی معمولی یافت می شوند. با توجه به طیف گسترده ای از مدل ها و مشخصات فنی، بسیار مهم است که ساختار اصلی، نحوه کار، محدوده آن را درک کنید تا بهتر تعیین کنید که نوع و جنس ترموکوپل مناسب برای کاربرد شما چیست.

ترموکوپل یک سنسور دما است که برای اندازه‌گیری دما در ماشین‌کاری، تولید و کاربردهای علمی استفاده می‌شود. همچنین می توان از آن برای وسایل روزمره استفاده کرد.

به عنوان مثال، از یک ترموکوپل صنعتی برای بررسی اینکه آیا فولاد و سایر فلزات به درستی برای ماشینکاری حرارت داده شده اند یا برای اندازه گیری زمانی که یک ظرف یا مکان سرد یا خیلی گرم است، استفاده می شود.

انجمن تست و مواد آمریکا (ASTM) اصطلاح ترموکوپل را به صورت زیر تعریف کرده است:

ترموکوپل در دماسنج، حسگر یک دماسنج ترموالکتریک، متشکل از عناصر مدار رسانای الکتریکی با دو ویژگی ترموالکتریک متفاوت که در یک اتصال به هم متصل می شوند.

ترموکوپل ها را می توان با استفاده از مواد معمولی مانند نیکل، آهن ساخت. آنها همچنین از مواد کمیاب و گران قیمت مانند رودیوم و پلاتین ساخته شده اند.

جفت های ترموکوپل با عنوان حروف بزرگ متمایز می شوند و چهار طبقه بندی مختلف وجود دارد. آن ها هستند:

الف) کلاس بدنه خانگی – متشکل از فلزات استاندارد یا معمولی است

ب) طبقه پوسته بالایی – از تمام ترکیبات پلاتین تشکیل شده است

ج) کلاس Rarified – از فلزات نسوز تشکیل شده است

د) کلاس عجیب و غریب – شامل ترکیبات خاصی از فلزات کمیاب است که برای کاربردهای مشخص استفاده می شود.

بهترین راهنمای خرید ترموکوپل های صنعتی

ترموکوپل های صنعتی – مروری بر بازار

بازار حسگرهای ترموکوپل تا سال 2018 با CAGR 6.63 درصدی در دوره 2014-2020 به 1.61 میلیارد دلار آمریکا تخمین زده می شود.

روند رو به افزایش امنیت و نظارت، تمایل به رشد به سمت تولید خودرو، در دسترس بودن یک بازار پس از فروش قوی، محرک های اصلی رشد بازار ترموکوپل هستند.

چرا ترموکوپل ها در کاربردهای صنعتی نقش مهمی دارند؟

ترموکوپل ها نقش مهمی در کاربردهای صنعتی دارند زیرا:

• اندازه کوچک، پاسخ سریع
• ساده
• می توان از آن برای طیف وسیعی از دماها استفاده کرد
• در برابر ضربه و لرزش مقاومت می کند
• ظرفیت سنجش نقطه

انواع ترموکوپل:

ترموکوپل ها به انواع مختلفی از جمله Type-K، Type-J، Type-T، Type-E، Type-N، Type-S، Type-R و Type-B طبقه بندی می شوند. هر ترموکوپلی ویژگی های خاص خود را دارد.

انواع ترموکوپل های صنعتی، ترکیب فردی و محدوده دمایی آنها:

ترموکوپل ها در ترکیبات مختلف فلزات یا کالیبراسیون موجود هستند.

هر کالیبراسیون دارای محدوده دمایی و محیط متفاوتی است، اگرچه حداکثر دما با قطر سیم مورد استفاده در ترموکوپل متفاوت است.

اگرچه کالیبراسیون ترموکوپل محدوده دما را دیکته می کند، حداکثر محدوده نیز توسط قطر سیم ترموکوپل محدود می شود. یعنی ممکن است یک ترموکوپل بسیار نازک به محدوده دمایی کامل نرسد.

ترموکوپل های نوع K به دلیل قیمت پایین و محدوده دمایی به عنوان ترموکوپل عمومی شناخته می شوند.

ترموکوپل ها علاوه بر سیستم شماره گذاری دارای کد رنگی هستند. کدهای رنگ بر اساس کشور متمایز می شوند و از کشوری به کشور دیگر متفاوت هستند.

انواع ترموکوپل

ترموکوپل سیم مهره دار

ترموکوپل سیم مهره ای ساده ترین شکل ترموکوپل است. این شامل دو تکه سیم ترموکوپل است که با یک مهره جوش داده شده به هم متصل شده اند. از آنجایی که مهره ترموکوپل در معرض دید قرار دارد، محدودیت های کاربردی متعددی وجود دارد. ترموکوپل سیم مهره دار نباید با مایعاتی که می توانند آلیاژ ترموکوپل را خورده یا اکسید کنند، استفاده شود. سطوح فلزی نیز می توانند مشکل ساز باشند. اغلب سطوح فلزی، به‌ویژه لوله‌ها برای زمین کردن سیستم‌های الکتریکی استفاده می‌شوند. اتصال غیر مستقیم به یک سیستم الکتریکی می‌تواند بر اندازه‌گیری ترموکوپل تأثیر بگذارد. به طور کلی ترموکوپل های سیم مهره ای انتخاب خوبی برای اندازه گیری دمای گاز هستند. از آنجایی که می توان آنها را بسیار کوچک ساخت، زمان پاسخگویی بسیار سریع را نیز ارائه می دهند.

پروب ترموکوپل از سیم ترموکوپل تشکیل می شود که در داخل یک لوله فلزی قرار دارد. دیواره لوله را غلاف پروب می نامند. مواد رایج غلاف شامل فولاد ضد زنگ و Inconel® است. Inconel از محدوده دمایی بالاتری نسبت به فولاد ضد زنگ پشتیبانی می کند. با این حال، فولاد ضد زنگ اغلب به دلیل سازگاری شیمیایی گسترده آن ترجیح داده می شود. برای دماهای بسیار بالا، سایر مواد غلاف عجیب و غریب نیز در دسترس هستند. خط ما از پروب های ترموکوپل عجیب و غریب با دمای بالا را مشاهده کنید.

 سه سبک مختلف نوک پروب ترموکوپل

نوک پروب ترموکوپل در سه سبک مختلف موجود است. زمینی، بی پایه و آشکار. با نوک زمین، ترموکوپل با دیواره غلاف در تماس است. اتصال زمینی زمان پاسخگویی سریعی را فراهم می کند، اما در برابر حلقه های زمین الکتریکی بسیار حساس است. در اتصالات غیر زمینی، ترموکوپل توسط یک لایه عایق از دیواره غلاف جدا می شود. نوک ترموکوپل با یک اتصال آشکار به بیرون از دیواره غلاف بیرون می زند. ترموکوپل های اتصال در معرض برای اندازه گیری هوا مناسب ترین هستند. کاوشگر سطحی کاوشگر سطح

اندازه گیری دمای یک سطح جامد برای اکثر انواع سنسورهای دما دشوار است. برای اطمینان از اندازه گیری دقیق، کل ناحیه اندازه گیری سنسور باید با سطح تماس داشته باشد. این کار هنگام کار با یک سنسور سفت و سخت و یک سطح سفت دشوار است. از آنجایی که ترموکوپل ها از فلزات انعطاف پذیر درست می شوند، محل اتصال می تواند صاف و نازک باشد تا حداکثر تماس را با سطح جامد سفت و سخت فراهم کند. این ترموکوپل ها یک انتخاب عالی برای اندازه گیری سطح هستند. ترموکوپل حتی می تواند در مکانیزمی درست شود که می چرخد و آن را برای اندازه گیری دمای یک سطح متحرک مناسب می کند. نوع K

ترموکوپل ها: اصل عملیات

ترموکوپل چگونه کار می کند؟

هنگامی که دو سیم متشکل از فلزات غیرمشابه در دو انتها به هم متصل می شوند و یکی از انتها گرم می شود، جریان پیوسته ای در مدار ترموالکتریک جریان می یابد. اگر این مدار در مرکز شکسته شود، ولتاژ خالص مدار باز (ولتاژ Seebeck) تابعی از دمای محل اتصال و ترکیب دو فلز است. این بدان معناست که وقتی محل اتصال دو فلز گرم یا سرد می شود ولتاژی تولید می شود که می تواند به دما بازگردد.

یک ترموکوپل با استفاده از دو سیم مختلف درست می شود که در یک انتها به هم متصل می شوند. که به آن “انتهای اتصال” یا انتهای اندازه گیری می گویند. دو سیم مورد استفاده را ترمو المنت می نامند و به مثبت و منفی متمایز می شوند.

انتهای دیگر ترموکوپل “انتهای دم” یا انتهای مرجع می نامند. به عنوان مثال، اجازه دهید دمای یک کوره حدود 500 درجه سانتیگراد باشد و انتهای دم در دمای متفاوت T1 یعنی در دمای محیط نگه داشته شود. انتهای اتصال در محیطی غوطه ور می شود که دمای آن T2 باید اندازه گیری شود.

شکل: ترسیم شماتیک ترموکوپل

با توجه به تفاوت دما بین انتهای اتصال و انتهای دم؛ اختلاف ولتاژ را می توان بین دو عنصر حرارتی در انتهای دم اندازه گیری کرد: بنابراین ترموکوپل یک مبدل دما-ولتاژ است.

رابطه دما و ولتاژ به صورت زیر بدست می آید:

جایی که:

Emf نیروی محرکه یا ولتاژ الکتریکی است که توسط ترموکوپل در انتهای دم تولید می شود.

T1 و T2 به ترتیب دمای دم و انتهای اتصال هستند

S12 را ضریب Seebeck ترموکوپل می گویند

S1  و S2 ضریب Seebeck دو عنصر ترمو هستند

با نگاهی به معادله بالا می توان متوجه شد که:

1- اگر دو عنصر حرارتی از یک ماده ساخته شده باشند، ولتاژ صفر اندازه‌گیری می‌شود: برای ساختن یک دستگاه سنجش دما به مواد مختلفی نیاز است.

2- اگر تفاوت دما بین انتهای دم و انتهای اتصال وجود نداشته باشد، ولتاژ صفر اندازه گیری می شود: برای کارکرد ترموکوپل یک اختلاف دما لازم است.

3- ضریب Seebeck به دما بستگی دارد.

کاربردهای ترموکوپل:

• ترموکوپل ها در علم و صنعت کاربرد فراوانی دارند
• می توان از آنها برای اگزوز توربین گاز، کوره ها، موتورهای دیزلی و سایر فرآیندهای صنعتی استفاده کرد.
• این سنسورها به عنوان سنسور دما در ترموستات ها در ادارات، منازل، ادارات و مشاغل استفاده می شوند
• ترموکوپل ها در صنایع برای نظارت بر دمای فلزات در آهن، آلومینیوم و فلز استفاده می شوند.
• آنها در صنایع غذایی برای کاربردهای برودتی و دمای پایین هستند
• ترموکوپل های صنعتی به عنوان پمپ حرارتی برای انجام سرمایش ترموالکتریک استفاده می شوند
• این ها برای آزمایش دما در کارخانه های شیمیایی، کارخانه های نفت استفاده می شوند
• این ها در ماشین های گاز برای تشخیص شعله پیلوت استفاده می شوند.

نکاتی که باید در دماسنج های صنعتی قبل از خرید در نظر بگیرید:

قبل از خرید ترموکوپل صنعتی به پارامترهای زیر توجه کنید:

• محدوده دما
• دقت
• امید به زندگی
• هزینه
• محیط عملیاتی
• حفاظت از ترموکوپل
• دقت مورد نیاز
• اندازه سیم ترموکوپل
• مقاومت در برابر سایش و لرزش

چگونه یک نوع ترموکوپل را انتخاب کنم؟

از آنجایی که یک ترموکوپل در محدوده دمایی وسیع اندازه گیری می شود و می تواند نسبتاً ناهموار باشد، ترموکوپل ها اغلب در صنعت استفاده می شوند. برای انتخاب ترموکوپل از معیارهای زیر استفاده می شود:

– محدوده دما

– مقاومت شیمیایی ترموکوپل یا مواد غلاف

– مقاومت در برابر سایش و لرزش

– الزامات نصب (ممکن است نیاز به سازگاری با تجهیزات موجود باشد؛ سوراخ های موجود ممکن است قطر پروب را تعیین کنند)

نحوه انتخاب ترموکوپل

کاربرد محل استفاده از سنسور ترموکوپل را تعیین کنید

محدوده های کاوشگری را که ترموکوپل در معرض آن قرار می گیرد، تجزیه و تحلیل کنید

مقاومت شیمیایی مورد نیاز برای ترموکوپل یا مواد غلاف را در نظر بگیرید

نیاز به مقاومت در برابر سایش و لرزش را ارزیابی کنید

هر مورد نیاز نصب را فهرست کنید

زمان پاسخگویی ترموکوپل چقدر است؟

ثابت زمانی: به عنوان زمان مورد نیاز یک حسگر برای رسیدن به 63.2٪ از تغییر درجه حرارت در یک مجموعه از شرایط مشخص تعریف شده است. پنج ثابت زمانی لازم است تا سنسور به 100% مقدار تغییر پله نزدیک شود. ترموکوپل اتصال در معرض سریعترین پاسخ را ارائه می دهد. همچنین، هرچه قطر غلاف پروب کوچکتر باشد، پاسخ سریعتر خواهد بود، اما حداکثر دما ممکن است کمتر باشد. با این حال، توجه داشته باشید که گاهی اوقات غلاف پروب نمی تواند در تمام محدوده دمایی نوع ترموکوپل مقاومت کند. درباره زمان پاسخگویی ترموکوپل بیشتر بدانید

چگونه بفهمم کدام نوع اتصال را انتخاب کنم؟

پروب های ترموکوپل روکش دار با یکی از سه نوع اتصال در دسترس هستند: زمینی، غیر زمینی یا در معرض. در نوک یک پروب اتصال به زمین، سیم های ترموکوپل به طور فیزیکی به داخل دیواره پروب متصل می شوند. این منجر به انتقال حرارت خوب از بیرون، از طریق دیواره پروب به محل اتصال ترموکوپل می شود. در یک پروب غیر زمینی، محل اتصال ترموکوپل از دیواره پروب جدا می شود. زمان پاسخ آهسته تر از سبک زمینی است، اما غیر زمینی ایزوله الکتریکی ارائه می دهد.

ترموکوپل در سبک اتصال اکسپوز از نوک غلاف بیرون زده و در معرض محیط اطراف است. این نوع بهترین زمان پاسخ را ارائه می دهد، اما در کاربردهای غیر خورنده و بدون فشار استفاده می شود. برای بحث کامل در مورد انواع اتصالات به تصاویر سمت راست مراجعه کنید.

نوع 1:

تصویری از نوک زمین نشده اتصال زمینی برای اندازه گیری دمای گاز و مایع خورنده ساکن یا جاری و برای کاربردهای فشار بالا توصیه می شود. محل اتصال یک ترموکوپل زمینی به غلاف محافظ جوش داده می شود که نسبت به نوع اتصال زمین نشده پاسخ سریع تری دارد.

نوع 2:

یک اتصال زمین نشده برای اندازه گیری در محیط های خورنده توصیه می شود که در آن مطلوب است که ترموکوپل به صورت الکترونیکی از غلاف ایزوله و محافظت شود. ترموکوپل سیم جوش داده شده به صورت فیزیکی از غلاف ترموکوپل توسط پودر MgO (نرم) عایق بندی شده است.

نوع 3:

تصویری از نوک زمین نشده یک اتصال در معرض برای اندازه گیری دمای گاز غیرخورنده ساکن یا جاری در جایی که به زمان پاسخ سریع نیاز است توصیه می شود. محل اتصال فراتر از غلاف فلزی محافظ گسترش می یابد تا پاسخ سریع و دقیق را ارائه دهد. عایق غلاف در جایی که محل اتصال گسترش می یابد آب بندی می شود تا از نفوذ رطوبت یا گاز که می تواند باعث خطا شود جلوگیری شود.

در صورت هرگونه سوال و نظر با مجموعه پرگاران تماس حاصل فرمایید.

جهت کسب اطلاعات بیشتر اینجا کلیک کنید.