info@pargaran.com بازدید کننده محترم، تا اطلاع ثانوی جهت استعلام محصولات وثبت درخواست تنها ازطریق ایمیل با ما در ارتباط باشید
×
امتیاز بدهید

ترموکوپل thermocouple چیست؟

ترموکوپل thermocouple را می توان نوعی سنسور دما تعریف کرد که برای اندازه گیری دما در یک نقطه خاص به شکل EMF یا جریان الکتریکی استفاده می شود.

این سنسور شامل دو سیم فلزی غیرمشابه است که در یک اتصال به یکدیگر متصل شده اند. دما را می توان در این اتصال اندازه گیری کرد و تغییر دمای سیم فلزی باعث تحریک ولتاژها می شود.

Thermocouple ترموکوپل

مقدار EMF تولید شده در دستگاه بسیار دقیقه (میلی ولت) است، بنابراین باید از دستگاه های بسیار حساس برای محاسبه e.m.f تولید شده در مدار استفاده کرد. 

دستگاه های رایجی که برای محاسبه e.m.f استفاده می شود پتانسیومتر متعادل کننده ولتاژ و گالوانومتر معمولی است. 

از این دو، یک پتانسیومتر متعادل کننده به صورت فیزیکی یا مکانیکی استفاده می شود.

تاریخچه ترموکوپل

در سال 1821، فیزیکدانی به نام «توماس سیبک» فاش کرد که وقتی دو سیم فلزی مختلف در دو انتهای یک اتصال در یک مدار به هم متصل می‌شوند، جریانی از مدار عبور می‌کند که به عنوان میدان الکترومغناطیسی (EMF) شناخته می شود.

انرژی تولید شده توسط مدار، اثر Seebeck نام دارد. 

هر دو فیزیکدان ایتالیایی به نام لئوپولدو نوبیلی و مکدونیو ملونی با استفاده از اثر توماس سیبک به عنوان راهنمای خود، در سال 1826 برای طراحی یک باتری ترموالکتریکی که ضرب‌کننده حرارتی نامیده می‌شود، همکاری کردند، این باتری از کشف دماسنج Seebeck توسط یک دماسنج به عنوان یک ونومتر بدست آمد. 

و همچنین یک ترموپیل برای محاسبه تابش. برای تلاش او، برخی افراد نوبیلی را به عنوان کاشف ترموکوپل معرفی کردند.

اصل کار ترموکوپل

اصل ترموکوپل عمدتاً به سه اثر یعنی Seebeck، Peltier و Thompson بستگی دارد.

رجوع به بک افکت (beck-effect)

این نوع اثر در بین دو فلز غیرمشابه رخ می دهد. هنگامی که گرما به هر یک از سیم های فلزی می رسد، جریان الکترون ها از سیم فلزی داغ به سیم فلزی سرد می رسد. بنابراین جریان مستقیم مدار را تحریک می کند

اثر پلتیه(Peltier-effect)

این اثر پلتیه برخلاف اثر سیبک است. این اثر بیان می کند که اختلاف دما را می توان در بین هر دو رسانای غیرمشابه با اعمال تغییرات پتانسیل بین آنها ایجاد کرد.

اثر تامسون(Thompson-effect)

این اثر بیان می کند که همانطور که دو فلز ناهمگون با هم ثابت می شوند و اگر دو اتصال ایجاد کنند، ولتاژ به دلیل گرادیان دما، طول کل هادی را القا می کند. این یک کلمه فیزیکی است که تغییر در سرعت و جهت دما را در یک موقعیت دقیق نشان می دهد

ساخت thermocouple

ساختار دستگاه در زیر نشان داده شده است. این شامل دو سیم فلزی مختلف است که در انتهای اتصال به یکدیگر متصل شده اند.

 محل اتصال به عنوان انتهای اندازه گیری فکر می کند. انتهای اتصال به سه نوع اتصال غیر زمینی، زمینی و اکسپوز طبقه بندی می شود.

Thermocouple-Construction

Ungrounded-Junction

در این نوع اتصال هادی ها کاملا از پوشش محافظ جدا می شوند. کاربردهای این اتصال عمدتاً شامل کارهای کاربردی پرفشار می باشد.

 مزیت اصلی استفاده از این تابع کاهش اثر میدان مغناطیسی سرگردان است.

اتصال زمینی

در این نوع اتصال، سیم های فلزی و همچنین پوشش محافظ به یکدیگر متصل می شوند. 

این تابع برای اندازه گیری دما در جو اسیدی استفاده می شود و مقاومت در برابر نویز را تامین می کند.

در معرض-تقاطع(Exposed-Junction)

اتصال در معرض در مناطقی که نیاز به پاسخ سریع است قابل استفاده است. از این نوع اتصال برای اندازه گیری دمای گاز استفاده می شود.

 فلز مورد استفاده برای ساخت سنسور دما اساساً به محدوده محاسبه دما بستگی دارد.

به طور کلی، ترموکوپل با دو سیم فلزی مختلف به نام‌های آهن و کنستانتان طراحی می‌شود که با اتصال در یک اتصال که به عنوان اتصال گرم نامیده می‌شود، عنصر را شناسایی می‌کند.

 این از دو اتصال تشکیل شده است، یک اتصال توسط یک ولت متر یا فرستنده که در آن اتصال سرد و اتصال دوم در فرآیندی که اتصال گرم نامیده می شود متصل می شود.

ترموکوپل چگونه کار میکند ؟

نمودار ترموکوپل در تصویر زیر نشان داده شده است. این مدار را می توان با دو فلز مختلف ساخت و با ایجاد دو اتصال به یکدیگر کوپل می شوند.

این دو فلز با اتصال از طریق جوشکاری احاطه شده اند.

در نمودار بالا، اتصالات با P&Q و دماها با T1 و T2 نشان داده شده اند. هنگامی که دمای محل اتصال با یکدیگر متفاوت است، نیروی الکترومغناطیسی در مدار ایجاد می شود.

Thermocouple-Circuit

اگر معتدل در انتهای اتصال به معادل تبدیل شود، آنگاه نیروی معادل و همچنین نیروی الکترومغناطیسی معکوس در مدار تولید می شود و جریانی از آن عبور نمی کند.

 به طور مشابه، دما در انتهای اتصال نامتعادل می شود، سپس تغییرات پتانسیل در این مدار ایجاد می شود.

مقدار نیروی الکترومغناطیسی القا شده در مدار به انواع مواد مورد استفاده برای ساخت ترموکوپل بستگی دارد.

 کل جریان جریان در سراسر مدار توسط ابزار اندازه گیری محاسبه می شود.

نیروی الکترومغناطیسی القا شده در مدار با رابطه زیر محاسبه می شود

E = a (∆Ө) + b (∆Ө)2

در جایی که ∆Ө اختلاف دما بین انتهای اتصال ترموکوپل داغ و همچنین انتهای اتصال ترموکوپل مرجع است، a & b ثابت هستند.

انواع thermocouple

قبل از پرداختن به بحث در مورد انواع ترموکوپل، باید در نظر گرفت که ترموکوپل باید در یک محفظه محافظ محافظت شود تا از دماهای اتمسفر جدا شود.

 این پوشش تاثیر خوردگی روی دستگاه را به میزان قابل توجهی به حداقل می رساند.

بنابراین، انواع مختلفی از ترموکوپل ها وجود دارد. اجازه دهید نگاهی دقیق به آن‌ها داشته باشیم.

نوع K – این نوع ترموکوپل نیکل-کروم/نیکل-آلومل نیز نامیده می شود. پرکاربردترین نوع آن است. 

دارای ویژگی های افزایش قابلیت اطمینان، دقت و ارزان بودن است و می تواند برای محدوده دمایی طولانی کار کند.

محدوده دما عبارتند از:

سیم درجه ترموکوپل – -454F تا 2300F (-2700C تا 12600C)

سیم پسوند (00C تا 2000C)

این نوع K دارای سطح دقت است

استاندارد +/- 2.2C یا +/-0.75٪ و محدودیت های ویژه +/- 1.1C یا 0.4٪ است.

نوع J – ترکیبی از آهن / کنستانتان است. این نیز پر استفاده ترین نوع ترموکوپل است. دارای ویژگی های افزایش قابلیت اطمینان، دقت و ارزان بودن است.

 این دستگاه فقط برای بازه های دمایی کمتر قابل کار است و زمانی که در محدوده دماهای بالا کار می کند عمر کوتاهی دارد.

محدوده دما عبارتند از:

سیم درجه ترموکوپل – -346F تا 1400F (-2100C تا 7600C)

سیم پسوند (00C تا 2000C)

این نوع J دارای سطح دقت است

استاندارد +/- 2.2C یا +/-0.75٪ و محدودیت های ویژه +/- 1.1C یا 0.4٪ است.

نوع T – ترکیبی از مس/کنستانتان است. ترموکوپل نوع T پایداری بیشتری دارد و عموماً برای کاربردهای با دمای کمتر مانند فریزرهای با دمای بسیار پایین و برودت ها استفاده می شود.

محدوده دما عبارتند از:

سیم درجه حرارت ترموکوپل – -454F تا 700F (-2700C تا 3700C)

سیم پسوند (00C تا 2000C)

این نوع T دارای سطح دقت است

استاندارد +/- 1.0C یا +/-0.75٪ و محدودیت های ویژه +/- 0.5C یا 0.4٪ است.

نوع E – ترکیبی از نیکل-کروم/کنستانتان است. در مقایسه با ترموکوپل های Type K و J زمانی که در دمای ≤ 1000F کار می کنند، توانایی سیگنال و دقت بهتری دارد

محدوده دما عبارتند از:

سیم درجه ترموکوپل – -454F تا 1600F (-2700C تا 8700C)

سیم پسوند (00C تا 2000C)

این نوع T دارای سطح دقت است

استاندارد +/- 1.7C یا +/-0.5٪ و محدودیت های ویژه +/- 1.0C یا 0.4٪ است.

نوع N – به عنوان ترموکوپل Nicrosil یا Nisil در نظر گرفته می شود. درجه حرارت و دقت نوع N مشابه نوع K است اما این نوع گرانتر از نوع K است.

محدوده دما عبارتند از:

سیم درجه ترموکوپل – -454F تا 2300F (-2700C تا 3920C)

سیم پسوند (00C تا 2000C)

این نوع T دارای سطح دقت است

استاندارد +/- 2.2C یا +/-0.75٪ و محدودیت های ویژه +/- 1.1C یا 0.4٪ است.

نوع S – به عنوان ترموکوپل پلاتین / رودیوم یا 10٪ / پلاتین در نظر گرفته می شود.

 نوع S ترموکوپل به شدت برای کاربردهای محدوده دمای بالا مانند سازمان‌های بیوتکنولوژی و داروسازی استفاده می‌شود.

 به دلیل افزایش دقت و پایداری، حتی برای کاربردهای با دامنه دمایی کمتر نیز استفاده می شود.

محدوده دما عبارتند از:

سیم درجه حرارت ترموکوپل – -58F تا 2700F (-500C تا 14800C)

سیم پسوند (00C تا 2000C)

این نوع T دارای سطح دقت است

استاندارد +/- 1.5C یا +/-0.25٪ و محدودیت های ویژه +/- 0.6C یا 0.1٪ است.

نوع R – به عنوان ترموکوپل پلاتین / رودیوم یا 13٪ / پلاتین در نظر گرفته می شود.

 ترموکوپل نوع S برای کاربردهای در محدوده دمای بالا بسیار کاربرد دارد.

 این نوع دارای مقدار بیشتری از رودیوم نسبت به نوع S است که باعث می شود دستگاه هزینه بیشتری داشته باشد. ویژگی ها و عملکرد نوع R و S تقریبا مشابه است.

 به دلیل افزایش دقت و پایداری، حتی برای کاربردهای با دامنه دمایی کمتر نیز استفاده می شود.

محدوده دما عبارتند از:

سیم درجه حرارت ترموکوپل – -58F تا 2700F (-500C تا 14800C)

سیم پسوند (00C تا 2000C)

این نوع T دارای سطح دقت است

استاندارد +/- 1.5C یا +/-0.25٪ و محدودیت های ویژه +/- 0.6C یا 0.1٪ است.

نوع B – به عنوان 30 درصد ترموکوپل پلاتین رودیوم یا 60 درصد ترموکوپل پلاتین رودیوم در نظر گرفته می شود.

این به طور گسترده ای در محدوده دمای بالاتر استفاده می شود. از بین تمام انواع ذکر شده در بالا، نوع B دارای بالاترین حد دما است. 

در سطوح دما افزایش یافته، ترموکوپل نوع B پایداری و دقت بیشتری را حفظ خواهد کرد.

محدوده دما عبارتند از:

سیم درجه حرارت ترموکوپل – 32F تا 3100F (00C تا 17000C)

سیم پسوند (00C تا 1000C)

این نوع T دارای سطح دقت است

استاندارد +/- 0.5٪

انواع S، R و B به عنوان ترموکوپل های فلزی نجیب در نظر گرفته می شوند. 

اینها به این دلیل انتخاب شده‌اند که می‌توانند حتی در محدوده‌های دمایی بالا نیز کار کنند که دقت بالایی دارند و طول عمر بالایی دارند. اما در مقایسه با انواع فلزات پایه، اینها گرانتر هستند.

انتخاب ترموکوپل مناسب

بررسی کنید که محدوده دمایی پایین و بالا برای کاربرد شما چقدر است؟

چه بودجه ای از ترموکوپل استفاده شود؟

چند درصد دقت استفاده شود؟

در کدام شرایط جوی، ترموکوپل مانند گاز بی اثر یا اکسید کننده عمل می کند؟

سطح پاسخی که انتظار می رود چقدر است به این معنی که دستگاه چقدر سریع باید به تغییرات دما پاسخ دهد؟

طول عمر مورد نیاز چقدر است؟

قبل از عمل بررسی کنید که دستگاه در آب غوطه ور است یا خیر و تا چه سطحی از عمق؟

آیا استفاده از ترموکوپل متناوب یا پیوسته خواهد بود؟

آیا ترموکوپل در تمام طول عمر دستگاه در معرض چرخش یا خم شدن قرار می گیرد؟

چگونه متوجه شوید که ترموکوپل بدی دارید؟

برای اینکه بدانیم ترموکوپل به خوبی کار می کند یا خیر، باید دستگاه را آزمایش کرد. 

قبل از اقدام به تعویض دستگاه، باید بررسی کنید که آیا واقعاً کار می کند یا خیر.

 برای این کار، مولتی متر و دانش اولیه الکترونیک کاملاً کافی است. عمدتاً سه روش برای آزمایش ترموکوپل با استفاده از مولتی متر وجود دارد که در زیر توضیح داده شده است:

آزمایش ترموکوپل

تست مقاومت

برای انجام این تست، دستگاه باید در یک خط لوازم گازسوز قرار گیرد و تجهیزات مورد نیاز مولتی متر دیجیتال و گیره تمساح است.

روش کار – گیره های کروکودیل را به بخش های مولتی متر وصل کنید.

 گیره ها را در دو سر ترموکوپل وصل کنید، جایی که یک سر آن در شیر گاز تا می شود.

 اکنون مولتی متر را روشن کرده و گزینه های خواندن را یادداشت کنید. 

اگر مولتی متر اهم را به ترتیب کم نمایش دهد، ترموکوپل در شرایط کار عالی است. در غیر این صورت زمانی که قرائت 40 اهم یا بیشتر باشد، وضعیت خوبی ندارد.

تست مدار باز

در اینجا تجهیزات مورد استفاده گیره تمساح، فندک و مولتی متر دیجیتال است.

 در اینجا به جای اندازه گیری مقاومت، ولتاژ محاسبه می شود. حالا با فندک یک سر ترموکوپل را گرم کنید. 

هنگامی که مولتی متر ولتاژ را در محدوده 25-30 میلی ولت نشان می دهد، به درستی کار می کند.

 در غیر این صورت، زمانی که ولتاژ نزدیک به 20 میلی ولت است، دستگاه باید تعویض شود.

تست مدار بسته

در اینجا تجهیزات مورد استفاده گیره تمساح، آداپتور ترموکوپل و مولتی متر دیجیتال است.

 در اینجا آداپتور داخل شیر گاز قرار می گیرد و سپس ترموکوپل در یک لبه آداپتور قرار می گیرد.

 حالا مولتی متر را روشن کنید. هنگامی که قرائت در محدوده 12-15 میلی ولت باشد، دستگاه در وضعیت مناسبی قرار دارد.

 در غیر این صورت وقتی ولتاژ خواندن به زیر 12 میلی ولت می رسد، نشان دهنده یک دستگاه معیوب است.

بنابراین، با استفاده از روش های تست بالا، می توان متوجه شد که آیا ترموکوپل به درستی کار می کند یا خیر

تفاوت بین ترموستات و ترموکوپل چیست؟

تفاوت بین ترموستات و ترموکوپل عبارتند از:

 ترموکوپلترموستات
محدوده دما-454 تا 32720F-112 تا 3020F
محدوده قیمتکمتر بیشتر

پایداری

پایداری کمترپایداری متوسط
حساسیتحساسیت کمتر بهترین پایداری
خطی بودندر حد متوسطناچیز
هزینه سیستمبالامتوسط

مزایا و معایب

از مزایای ترموکوپل ها می توان به موارد زیر اشاره کرد.

دقت بالاست

مقاوم است و می تواند در محیط هایی مانند خشن و همچنین لرزش زیاد استفاده شود.

واکنش حرارتی سریع است

محدوده عملیاتی دما گسترده است.

محدوده دمای عملیاتی گسترده

هزینه کم و بسیار سازگار است

از معایب ترموکوپل ها می توان به موارد زیر اشاره کرد.

غیر خطی بودن

کمترین ثبات

ولتاژ پایین

مراجعه لازم است

کمترین حساسیت

کالیبراسیون مجدد ترموکوپل سخت است

برنامه های کاربردی

برخی از کاربردهای ترموکوپل شامل موارد زیر است.

این سنسورها به عنوان سنسور دما در ترموستات ها در ادارات، خانه ها، ادارات و مشاغل استفاده می شوند.

اینها در صنایع برای نظارت بر دمای فلزات در آهن، آلومینیوم و فلز استفاده می شوند.

اینها در صنایع غذایی برای کاربردهای برودتی و دمای پایین استفاده می شوند. ترموکوپل ها به عنوان پمپ های حرارتی برای انجام سرمایش ترموالکتریک استفاده می شوند.

این ها برای آزمایش دما در کارخانه های شیمیایی، کارخانه های نفتی استفاده می شوند.

اینها در ماشین های گاز برای تشخیص شعله خلبان استفاده می شوند.

 

تفاوت بین RTD و ترموکوپل چیست؟

مهمترین چیز دیگری که در مورد ترموکوپل باید در نظر گرفته شود، تفاوت آن با دستگاه RTD است. بنابراین، جدول تفاوت بین RTD و ترموکوپل را توضیح می دهد.

ترموکوپل RTD

RTD به طور گسترده برای اندازه گیری محدوده دمایی کمتری که بین (2000- تا 5000 درجه سانتیگراد) است مناسب است ترموکوپل برای اندازه گیری محدوده دمای بالاتر که بین (1800- تا 23200 درجه سانتیگراد) است مناسب است.

برای حداقل محدوده سوئیچینگ، پایداری افزایش یافته را نشان می دهد.

دقت بیشتری نسبت به ترموکوپل دارد ترموکوپل دقت کمتری دارد

دامنه حساسیت بیشتر است و حتی می تواند حداقل تغییرات دما را محاسبه کند. دامنه حساسیت کمتر است و اینها نمی توانند حداقل تغییرات دما را محاسبه کنند.

دستگاه های RTD زمان پاسخگویی خوبی دارند ترموکوپل ها نسبت به RTD پاسخ سریعی ارائه می دهند

خروجی به شکل خطی است خروجی به شکل غیر خطی است

اینها گرانتر از ترموکوپل هستند اینها نسبت به RTD مقرون به صرفه هستند

طول عمر چیست؟

طول عمر ترموکوپل بر اساس کاربرد زمانی است که از آن استفاده می شود.

 بنابراین، نمی توان به طور خاص دوره عمر ترموکوپل را پیش بینی کرد. 

هنگامی که دستگاه به درستی نگهداری شود، دستگاه عمر طولانی خواهد داشت. 

در حالی که، پس از استفاده مداوم، ممکن است به دلیل اثر پیری آسیب ببینند.

و همچنین، به این دلیل، عملکرد خروجی کاهش می یابد و سیگنال ها بازده ضعیفی خواهند داشت.

 قیمت ترموکوپل هم بالا نیست. بنابراین، اصلاح ترموکوپل هر 2-3 سال بیشتر پیشنهاد می شود. 

این پاسخ به این است که طول عمر یک ترموکوپل چقدر است؟

بنابراین، این همه در مورد یک نمای کلی از ترموکوپل است.

 از اطلاعات بالا در نهایت می توان نتیجه گرفت که اندازه گیری خروجی ترموکوپل را می توان با استفاده از روش هایی مانند مولتی متر، پتانسیومتر و تقویت کننده توسط دستگاه های خروجی محاسبه کرد. هدف اصلی ترموکوپل ایجاد اندازه گیری های ثابت و مستقیم دما در چندین کاربرد مختلف است.

منبع : elprocus.com

امیدوارم با ترموکوپل thermocouple آشنا شده باشید،

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

فیلدهای قابل نمایش را انتخاب کنید. بقیه فیلد ها مخفی خواهند شد
  • تصویر
  • کد محصول
  • نمره
  • قیمت
  • موجود
  • دسترسی
  • توضیح
  • عرض
  • اندازه
  • ویژگی ها
  • فیلد دلخواه
مقایسه