خانه » ابزار دقیق » سنسور دما » ترموکوپل

ترموکوپل

 

 

 

 

 

عملکرد ترموکوپل

اساس عملکرد ترموکوپل این قضیه فیزیکی است که هرگاه دو فلز غیر هم‌جنس به هم متصل شوند، نیروی محرکه‌ای در محل اتصال دو فلز ایجاد می‌شود که تابع دمای نقاط اتصال است.

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 در ترموکوپل، فقط از برخی فلزات خاص انتخاب می‌شود.

برای ساخت ترموکوپل می‌توان از ترکیب‌های مختلفی از فلزات پایه (Base Metal)

مانند

  • مس و آهن،
  • آلیاژهای فلزات پایه مثل آلومل (Ni/Mn/Al/Si)،
  • کرومل (Ni/Cr)،
  • کنستانتان (Cu/Ni)،
  • نیکروسیل (Ni/Cr/Si) و
  • نیسیل (Ni/Si/Mn)،
  • فلزات قیمتی (Noble Metal)
  • از قبیل پلاتینیوم
  • و تنگستن
  • و همچنین آلیاژهای فلزات قیمتی همچون پلاتینیون
  • –رادیوم و تنگستن–
  • رِنیوم استفاده کرد.

البته فقط ترکیب‌های محدودی از این ماده‌ها به عنوان ترموکوپل ساخته می‌شود

و هریک از این ترکیب‌های استاندارد با یک حرف انگلیسی نام‌گذاری شده‌اند.

مثلاً ترموکوپلی که از کرومل و آلومل ساخته شده است، ترموکوپل نوع K نامیده می‌شود.

نمودار دما برحسب نیروی محرکه برای تعدادی از ترموکوپل‌های استاندارد در شکل زیر نشان داده شده است.

همان‌طور که ملاحظه می‌کنید،

هریک از این نمودارها حداقل در بخشی از بازه‌ دمایی، رفتاری خطی نشان می‌دهد.

 

ترموکوپلی را فرض کنید

  • که یک سیم آن از جنس کرومل و سیم دیگر آن از جنس کنستانتان ساخته شده است.
  • برای آنالیز بهتر ترموکوپل، از مدار الکتریکی معادل آن استفاده می‌کنیم.
  • نیروی محرکه الکتریکی در نقطه‌ای که دو سیم با جنس متفاوت به یکدیگر متصل شده‌اند،
  • با یک منبع ولتاژ مشخص شده است.
  • این نقطه را نقطه اتصال داغ می‌نامیم.

 

برای اینکه ترموکوپل ساخته شده، دقتی برابر با نمودارهای دما برحسب نیروی محرکه داشته باشد

  • درجه خلوص ماده‌های به کار رفته در آن، باید بسیار زیاد باشد. در نتیجه، قیمت تمام شده برای ساخت این تجهیز بالا می‌رود.
  • به همین دلیل، طول ترموکوپل‌ها از چند سانتی‌متر فراتر نمی‌رود. بدیهی است که
  • در چنین شرایطی نمی‌توان در فاصله چند سانتی‌متری از فرآیند (مثلاً در یک بویلر)، ولتاژ را در اتصال مرجع ترموکوپل اندازه‌گیری کرد.
  • برای حل این مشکل، از سیم افزایشی (Extension Leads) استفاده می‌شود که طول آن می‌تواند حداکثر به چند متر برسد.
  • مدار معادل این نوع سیم‌بندی در شکل زیر (الف) نمایش داده شده است.
  • در این وضعیت، سه نقطه اتصال در سیستم داریم که بیانگر سه منبع ولتاژ

 

انواع ترموکوپل

ترموکوپل‌های تشکیل شده از فلزات پایه، به پنج دسته استاندارد تقسیم می‌شوند: 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 و سرعت پاسخ ترموکوپل نسبت به تغییر دما، کُندتر خواهد شد.

ترموکوپل نوع E (کرومل–کنستانتان)

ترموکوپل کرومل–کنستانتان (Chromel–Constantan)

ترموکوپل نوع J (آهن–کنستانتان)

حساسیت اندازه‌گیری در ترموکوپل‌های آهن–کنستانتان (Iron–Constantan)

ترموکوپل نوع T (مس–کنستانتان)

ترموکوپل‌های مس–کنستانتانت (Copper–Constantan) نیز دارای حساسیت اندازه‌گیری و دقتی مشابه ترموکوپل‌های نوع J هستند

ترموکوپل نوع K (کرومل–آلومل)

ترموکوپل‌های ساخته شده از جنس کرومل–آلومل (Chromel–Alumel)

ترموکوپل نوع N (نیکروسیل–نیسیل)

ترموکوپل‌های نیکروسیل–نیسیل (Nicrosil–Nisil)، نوع ارتقا یافته ترموکوپل‌های کرومل–آلومل محسوب می‌شوند

 

ترموکوپل‌های ساخته شده از فلزات قیمتی

ترموکوپل‌های ساخته شده از جنس فلزات قیمتی همیشه هزینه زیادی را به همراه دارند ولی پایداری و طول عمر بالا، از ویژگی‌های مثبت این گروه از تجهیزات محسوب می‌شود. ترموکوپل‌های ساخته شده از پلاتینیوم یا آلیاژ پلاتینیوم–رادیوم (نوع R و نوع S)،

 

مقایسه ترموکوپل و دماسنج مقاومتی

قبلاً در مقاله دماسنج مقاومتی – به زبان ساده، سنسورهای RTD را بررسی کردیم و مقایسه کوتاهی بین دماسنج مقاومتی و ترموکوپل‌ها انجام دادیم. در اینجا، مقایسه دقیق‌تری بین این دو تجهیز ارائه خواهیم داد.

 

زمان پاسخ:

  • هر دو تجهیز، نسبت به تغییرات دما، سریعاً پاسخ می‌دهند ولی ترموکوپل‌ها سریع‌ترند.
  • هرچند که در برخی طراحی‌ها امکان تولید RTDهایی از نوع فیلم نازک وجود دارد که این پارامتر در آنها بسیار ارتقا یافته است.

حساسیت به ارتعاشات: در حالت کلی، ترموکوپل‌ها در مقایسه با سنسورهای RTD، حساسیت کمتری نسبت به ارتعاشات و نویز دارند و کمتر تحت تأثیر آن قرار می‌گیرند. ولی این امکان وجود دارد که سنسورهای RTD از نوع فیلم نازک، طوری ساخته شود تا مقاومت آنها در مقابل ارتعاش، تا حد زیادی بهبود پیدا کند.

نیاز است، ولی همین جریان اندک هم می‌تواند المنتی از جنس پلاتینیوم را گرم کند. همین عامل موجب پایین آمدن دقت تجهیز می‌شود. هرچه طول سیم‌های افزایشی بیشتر باشد، برای غلبه به مقاومت سیم‌ها، به توان بیشتری نیاز است. در نتیجه، مشکل گرم شدن سیم‌ها بیشتر هم خواهد شد. اما در سوی مقابل، ترموکوپل نیازی به منبع ولتاژ ندارد و چنین مشکلی در آن پیش نخواهد آمد.

پایداری

  • عامل مهم دیگری که هنگام مقایسه این دو تجهیز باید در نظر گرفته شود، پایداری است.
  • سنسور RTD از این حیث، نسبت به رقیب خود عملکرد بهتری دارد. مقادیر اندازه‌گیری شده توسط دماسنج مقاومتی در مدت طولانی، تکرارپذیر است.
  • در طرف مقابل، مقادیر اندازه‌گیری شده توسط ترموکوپل پس از گذشت زمان طولانی، انحرافاتی را نشان می‌دهد.
  • اکسیداسیون، خوردگی و سایر تغییراتی که در ساختار ماده استفاده شده در سنسور رخ می‌دهد،
  • موجب می‌شود نیروی محرکه الکتریکی در دمای ثابت، با گذشت زمان تغییر کند. به همین دلیل، لازم است بازرسی‌های دوره‌ای برای سنجش صحت عملکرد ترموکوپل انجام شود.

 

 

ترموکوپل ایرانی

ترموکوپل های ایرانی ارزان تر از همه جا. هیترهدف تولیدکننده انواع ترموکوپل با بهترین قیمت و کیفیت. ترموکوپل با کیفیت را از ما بخواهید.

ترموکوپل چیست

ترموکوپل که اشتباها به آن ترموکوبل هم میگویند یک وسیله ی رایج و کاربردی در اندازه گیری الکتریکی دما میباشد این وسیله نوعی مولد برق بوده که اختلاف دما بین دو نقطه را تبدیل به ولتاژ میکند. ترموکوپل دو سیم فلزی جدا از هم دارد که از یک طرف به هم وصل شده و از طرف دیگر به یک دماسنج ترموکوپل متصل میشود. به دلیل اندازه گیری وسیع، این دستگاه در صنعت کاربرد فراوانی دارند. ترموکوپل دارای انواع و تیپ های متفاوتی میباشد که بسته به نوع آن محدوده اندازه گیری آنها متفاوت میباشد. ترموکوپل هیترهدف با کیفیت ترین ترموکوپل های موجود در بازار میباشند.

انواع ترموکوپل هیترهدف:

ترموکوپل تایپ S

ترموکوپل (ترموکوبل) تایپ S یک وسیله ی بسیار کاربردی میباشد که در صنعت از ان استفاده ی زیادی میشود. این وسیله تا دمای 1800 را میتواند اندازه گیری کند. این ترموکوپل از دو فلز ناهمسان که به هم متصل هستند تشکیل شده است. زمانی که حرارت به محل تقاطع این دو فلز میرسدف جریان بسیار ضعیفی از ان نقطه به سمت سیم ها جاری میشود. دما و ولتاژ تولیدی در ترموکوپل باهم رابطه ی مستقیم داشته که در صورت بالا رفقتن دمای محل تقاطع ولتاژ تولیدی افزایش پیدا میکند. پس اگر بتوانیم ولتاژ را اندازه گیری کنیم میتوانیم دمای محل تقاطع را هم اندازه گیری نماییم.

ترموکوپل تایپ B

این ترموکوپل (ترموکوبل) از سنسور های دما بالا به حساب می آید که از صفر تا 1800 درجه را اندازه گیری میکند. به همین خاطر در صنعت کاربرد فراوانی دارد. ترموکوپل تایپ B متشکل از دو الیاز پلاتین و رودیوم میباشد. سر مثبت ترموکوپل تایپ بی از 70 درصد پلاتین و 30 درصد رادیوم و سر منفی ان از 94 درصد پلاتین و 6 درصد رادیوم ساخته شده است

ترموکوپل هیترهدف

ترموکوبل تایپ R

این ترموکوپل تقریبا عملکردی شبیه به تایپ S دارد اما درصد رادیوم بیشتری نسبت به تایپ S داشته و توانایی این دستگاه از دو نوع i و J بیشتر است. ترموکوپل تایپ R دقت و پایداری بیشتر نسبت به تایپ S دارد اما به دلیل قیمت بالای ان نسبت به تایپ S، کاربرد ان کمتر است. لازم به ذکر است که این ترموکوپل میتواند تا دمای 1500 درجه را اندازه گیری کند

تایپ K

پرکاربرد ترین نوع ترموکوپل هیترهدف، نوع K است. این محصول از نیکل، کرومیوم، الومینیوم، منگنز و سیلیکون ساخته  شده است که مقاومت بسیار زیادی در برابر خوردگی داشته  و میتواند تا دمای 1200 درجه را اندازه گیری کند. سر مثبت این نوع ترموکوپل از 90 درصد نیکل، 10 درصد کرومیوم و سر منفی ان از 95 درصد نیکل، 2 درصد الومینیوم، 2 درصد منگنز و 1 درصد سیلیکون تشکیل شده است

ترموکوپل (ترموکوبل) هیترهدف تایپ K

تایپ J

این محصول محدوده کمتری را نسبت به نوع K اندازه گیری میکند اما دقت اندازه گیری بالا و دقیقی دارند. محدوده ی اندازه گیری این ترموکوپل از صفر تا 600 درجه میباشد که برای محیط هایی اکسید کننده بسیار مناسب است. این نوع ترموکوپل از آلیاژ های اهن ، نیکل و مس ساخته شده است. سر مثبت ان را آهن و سر منفی آن را 45 درصد نیکل و 55 درصد را مس تشکیل میدهند.

ترموکوپل (ترموکوبل) تایپ J

PT 100

این محصول نوعی سنسور میباشد که به سنسور مقاومتی معروف هستند. این محصول کاربرد فراوانی در صنعت دارد مخصوصا زمانی که نیباز به اندازه گیری دمای زیر 600 درجه داریم. استفاده از سنسور بی کیفیت میتواند موجب خرابی دستگاه شما شود. ترموکوپل تایپ پی تی 100 از با کیفیت ترین محصولات کارگاه هیترهدف میباشد که با قیمتی مناسب روانه ی بازار کرده است

PT100

ترموکوپل ها (ترموکوبل) برای مدت زمان زیادی است که جزء بهترین روش های اندازه گیری دما به حساب می آیند. ترموکوپل ها در صنعت نیز کاربرد فراوان دارند مانند اندازه گیری کردن دمای کوره ها، دمای دودکش، قطع کن گاز شومینه و اجاق گازها، اندازه گیری دمای سیستم های تولید کننده دارو و مواد غذایی و…

ترموکوپل های هیترهدف با بهترین قیمت و کیفیت

گالری تصاویر ترموکوپل هیترهدف

 

ترمو کوپل چیست؟ انواع ترموکوپل چیست؟ و کاربرد های آن چیست؟

در ابتداروش های اندازه گیری دما را نام می بریم:
1- اندازه گیری دما به روش تماسی

  •  ترموکوپل
  •  RTD
  •  ترمیستور

2- اندازه گیری دما به روش غیر تماسی

  •  مادون قرمز
  •  صوتی

ترموکوپل چیست؟

ترموکوپل ها متداول ترین تجهیز جهت اندازه گیرهای الکتریکی دما در صنعت هستند. مکانیزم ترموکوپل ها بر  اساس پدیده سی بک (Seebeck) که اختلاف دما بین دو نقطه را به ولتاژ تبدیل می کنند.

 

مزایای ترموکوپل:

از مزایای آن ها می توان به سادگی، قیمت مناسب، استحکام و دوام بالا جهت مصارف صنعتی و دقت مناسب اشاره کرد. محدوده اندازه گیری دما توسط ترموکوپل ها وسیع بوده و در شرایط محیطی متفاوت قابل استفاده می باشند.  ترموکوپل ها دارای سرعت پاسخ دهی خوبی بدلیل ثابت زمانی کوچک می باشند. از معایب ترموکوپل ها، غیر خطی بودن، تماسی بودن (در معرض اغتشاش و شوک و …)، دقت متوسط را می توان نام برد. جهت استفاده ترموکوپل در مکان هایی که لرزش یا ضربه وجود دارد برای محافظت از سنسور از روکشی بنام ترموول یا غلاف استفاده می شود که باعث کاهش سرعت پاسخگویی می شود.

انواع ترموکوپل:

ساختمان ترموکوپل ها  با استفاده از اتصال یک فلز و آلیاژ  تولید می شوند و با همین مکانیزم ساده قادر به اندازه گیری دما به راحتی در رنج وسیعی از 270- تا حدود 1800 درجه می باشند. ترموکوپل ها انواع مختلفی دارند که طبق جنس فلز و آلیاژ آن به شش دسته ذیل تقسیم می شوند.

  • 1. ترموکوپل نوع K

این ترموکوپل از سیم فلزی Ni-Cr  (به نام تجاری کرومل  Chromel ) و  Ni-Al (به نام تجاری آلومل  Alumel) ساخته می شود. این ترموکوپل ارزان قیمت است و یکی از پرکاربردترین و متداولترین نوع ترموکوپل ها می باشد.  رنج عملکرد دمایی آن بین −250 °C و1300 °C  (این رنج مطلق نیست و بسته به سازنده و نوع ظاهری آن متفاوت خواهد بود بطور مثال ترموکوپل های سیمی شکل نوع K رنج 40- تا 250 درجه می باشد و نوع میله ای آن قادر به اندازه گیری تا محدوده 1300 درجه هستند). حساسیت ترموکوپل تیپ K تقریبا 41  µV/°C  است و معمولا در دماهای بالا مورد استفاده قرار می گیرد. ترموکوپل نوع K بخاطر استفاده از مس خاصیت ضد اکسیداسیون دارد لذا در کوره ها که اکسیداسیون رخ می دهد مناسب است.

  • 2. ترموکوپل نوع J

این ترموکوپل از فلز آهن ( Fe ) و آلیاژهای مس- نیکل Cu-Ni (کنستانتان Constantan  )  ساخته می شود. رنج دمایی این ترموکوپل بین -180°C  و 800°C است. به دلیل احتمال اکسید شدن آهن این ترموکوپل، در صنایع قالب ریزی پلاستیک استفاده می شود. حساسیت ترموکوپل نوع J ، به اندازه ی 51 µV/°Cاست. در ترموکوپل نوع J به علت وجود آهن در مکانهایی که امکان اکسیداسیون وجود دارد بهتر است استفاده نشود.

  • 3. ترموکوپل نوع  E

این ترموکوپل با استفاده از فلزات Ni-Cr (کرومل) و Cu-Ni (کنستانتانConstantan ) ساخته می شود. رنج عملکرد دمایی آن، بین −40 °C و 900°C است. این ترموکوپل با 62 µV/°C  بیشترین حساسیت را دارد و می توان از آن در کاربردهای خلاء و مواردی که سنسور در آن حفاظت نشده، استفاده کرد.

  • 4. ترموکوپل نوع T

این ترموکوپل از مس Cu و آلیاژ Cu-Ni  (کنستانتان Constantan) ساخته می-شود.

رنج عملکرد دمایی این نوع ترموکوپل، بین −250 °C و 400°C  است.

این ترموکوپل نسبتا ارزان و برای کاربردهای با دمای پایین مناسب است

و در برابر رطوبت مقاوم است. حساسیت این ترموکوپل، 46 µV/°C  است.

ترموکوپل نوع T در صنعت به دلایل زیر بیشتر مورد استفاده می گیرد

  • نسبت به تمام انواع ترموکوپل خطی تر است
  • رنج درجه حرارت مناسبی دارد
  • همچنین از حساسیت خوبی برخوردار است
  • 5.    ترموکوپل نوع N

  • این ترموکوپل از فلزهای Ni-Cr-Si (به نام تجاری نیکروسیل) و Ni-Si-Mg (به نام تجاری نیسیل  Nisil) ساخته می شود.
  • محدوده دمائی آن بین -270°C و +1300 °C  است.
  • حساسیت این ترموکوپل، 30 µV/°C  است و معمولا در دماهای بالا مورد استفاده قرار می گیرد
  • همچنین تحمل این سنسور در برابر اکسید شدن در دماهای بالا بهتر نوع K می باشد.
  • 6.    ترموکوپل نوع  R،  S و B :

این ترموکوپل ها با استفاده از Pt-Rh (پلاتین – رادیوم) با ترکیبات مختلف ساخته می شود (تفاوت این سه نوع در میزان پلاتین آنهاست). قیمت آن¬ها بالا و حساسیت آن بسیار کم و در حدود10  µV/°C  و محدوده دمایی آن تقریبا  -50 °C و +1750 °C است. انواع این ترموکوپل ها در اندازه گیری با دمای بالا بطور مثال در صنعت شیشه و فولاد به کار می روند.

پارامترهای مهم جهت انتخاب ترموکوپل

E (-40 to 900°C)

J(-180 to 800°C)

K(-250 to 1300°C)

R(-50 to 1700°C)

S(-50 to 1750°C)

T(-250 to 400°C)

B(0 to 1800°C)

N(-270 to 1300°C)

نوع ترموکوپل و رنج دمایی آن

2سیمه

3سیمه

4سیمه

تعداد سیم ها
خروجی سنسوری (mV)

ولتاژ/ جریان (دارای ترانسمیتر)

خروجی
مثال : 1 متر یا بیشتر  متراژ کابل رابط- پروب
مثال : 8mm- 5cm

 

 

 

ترموکوپل ها متداول ترین تجهیز جهت اندازه گیرهای الکتریکی دما در صنعت هستند. سنسورهای ساده با استفاده از اتصال یک فلز و آلیاژ آن و با توجه به اثر سیبک تولید میشوند، که تغییرات دما را به ولتاژ تبدیل می کنند و با همین مکانیزم قادر به اندازه گیری دما در رنج وسیعی از زیر صفر تا حدود 1700 درجه میباشند

از مزایای آنها می توان به سادگی، ارزان بودن، استحکام و دوام بالا و دقت مناسب اشاره کرد. محدوده اندازه گیری دما توسط ترموکوپل ها نسبتاً وسیع بوده و در شرایط محیطی گوناگون قابل استفاده می باشند. ترموکوپلها به دلیل ثابت زمانی کوچک دارای سرعت پاسخ دهی خوب می باشند. ولی به لحاظ رعایت مواردی در محل نصب آنها، این سرعت پاسخ دهی تا حد زیادی کاهش می یابد. انواع ترموکوپل: ترموکوپل j : این ترموکوپل از صفر تا 750 درجه سانتیگراد را اندازه گیری کرده ودر محیطهای ساکن ، خلاء و بدون رطوبت استفاده میشود .

ترموکوپل k

این ترموکوپل به دلیل ضریب اطمینان بالا و قیمت مناسب بیشترین استفاده را در صنعت دارد ، معمولاً در دمای بین 400 تا 1150 درجه سانتی گراد را اندازه گیری کرده و در شرایط حضور گازهای سولفور ، احیایی و اکسیدی کاربرد دارد .

ترموکوپل s

این ترموکوپل از قدیمیترین انواع pt-rh است وجهت اندازه گیری از صفر مطلق تا 1150 درجه سانتی گراد کاربرد دارد . ترموکوپل r : این ترموکوپل در محیطهای خنثی و اکسیدی و در دمای بالای 1400 تا 1550 درجه سانتیگراد کاربرد دارد .

ترموکوپل b

این ترموکوپل بالاترین نقطه ذوب ، دوام و استحکام را نسبت به دیگر pt- rh ها به دلیل مقدار بیشتر رودیوم در ساختار دارا میباشد و در محیطهای خنثی ، اکسیدی و احیایی تا دمای 1700 درجه سانتی گراد استفاده میشود.