ترموکوپل چیست؟

ترموکوپل ها یکی از پرکاربردترین سنسورهایی هستند که در بسیاری از کارهای صنعتی و آزمایشگاهی برای اندازه گیری دما استفاده می شوند. در این مقاله ابتدا نحوه کارکرد دماسنج ترموکوپل را بررسی می کنیم. سپس قوانین و محاسبات مربوط به ترموکوپل ها را بررسی کرده و اتصالات سرد و گرم را معرفی خواهیم کرد. همچنین خواهیم دید که ترموکوپل ها دارای انواع مختلفی هستند که هرکدام برای برخی کاربردهای خاص استفاده می شوند.

همچنین بخوانید: مزایای سیستم راهگاه گرم

عملکرد ترموکوپل:

همانطور که در شکل زیر نیز مشاهده می کنید، دو فلز متفاوت (نیکل کروم و نیکل آلومینیوم) را به هم متصل کرده در نقطه اتصال (Hot Junction)، دما یا حرارت را به ترمووکوپل میدهیم. در نتیجه ولتاژی در حدود چند میلی ولت در دو سر ترموکوپل ایجاد می شود. این ولتاژ خیلی کوچک را می توان به کمک مدارات الکترونیکی نظیر یک اپ امپ تقویت کرد، تا در حدود 1~5 ولت قرار گیرد. سپس یک مقاومت 250Ω نیز در مسیر آن گذاشته و جریانی بین 4-20 میلی آمپر را دریافت خواهیم کرد. ترموکووپل ها به طور کلی دارای رنج اندازه گیری 200- ~ 1800 درجه سانتی گراد هستند. از آن جایی که این روش توسط شخصی به نام سیبک (Seebeck) معرفی شده است، به روش سیبک نیز معروف است.

انواع ترموکوپل:

ترموکوپل‌ها دارای انواع یا تیپ‌های متنوع برای اندازه‌گیری دما می‌باشند. برای نمونه تیپ‌های R و S و B با قابلیت اندازه‌گیری دما در محدوه ۲۰۰- الی ۱۸۰۰ سلسیوس و تیپ‌های L و K و J با قابلیت اندازه‌گیری دما در بازه‌ی۱۸۰- الی ۱۰۰۰ سلسیوس به‌ کار می‌روند. ولتاژ به وجود آمده در دو سر انتهایی ترموکوپل در هر صورت میلی‌ولت و رفتار الکتریکی هر ترموکوپل بسته به نوع آلیاژ سیم‌های آن تابع جداول استانداردی است که معمولاً در استانداردهای کشورهای مختلف تعریف و تقریباً در هر تیپ منبطق بر یکدیگر است.

یکی از انواع معمول آن ترکیب آلیاژ کروم و نیکل می‌باشد. معمولاً برای جلوگیری از آسیب دیدن ترموکوپل آن را درون غلاف فلزی یا سرامیکی قرار می‌دهند. روش جوشکاری دوسر ترموکوپل تابع ضوابط ویژه‌ای است، به طوری که نباید در هنگام عملیات جوشکاری فلز یا احیاناً نیمه‌هادی دیگری در فرآیند جوش دخالت نماید در غیر این صورت، رفتار ترموکوپل هرگز رفتار استاندارد تعریف شده تابع جداول مربوطه نخواهد بود.

در جدول زیر، بازه اندازه گیری دما در ترموکوپل ها با تیپ های متفاوت نمایش داده شده است.

تشخیص پلایته ترموکوپل:

با توجه به ماهیت ولتاژ DC ای که ترموکوپل در اثر افزایش دما در نقطه اتصال خود ایجاد میکند، هر سیم ترموکول دارای پلاریته + و یا – است. توجه نکردن به این پلاریته ها و جابجایی آنها هنگام اتصال به کنترلر دما میتواند باعث اختلال در روند کنترل شود. به همین دلیل پلاریته سیمهای ترموکوپل باید قبل از اتصال تشخیص داده شود. اما روش تشخیص چگونه و به چه شکل انجام میشود.

روش اول تشخیص پلایته ترموکوپل:

این تشحیص با استفاده از یک مولتی متر دیجیتالی با قابلیت اندازه گیری ولتاژ DC قابل انجام است. از آنجاییکه خروجی ترموکوپل بعد از گرم شدن شبیه یه باطری ولتاژ DC تولید میکند، روش تشخیص پلاریته ترموکوپل و باطری عینا شبیه هم است.

بدبن ترتیب که بعد از گرم کردن ترموکوپل ولتاژ خروجی آن توسط ولتمتر DC را اندازه گیری کرده و در صورت مثبت بودن مقدار نمایش داده شده روی صفحه مولتی متر، پروب متصل به COM مولتی متر نمایشگر پلاریته – ترموکوپل و سیم متصل به پروب دیگر مولتی متر، پلاریته + ترموکوپل را نشان میدهد.