سنسور ترموکوپل چیست و بر چه اساسی عمل می کند؟+معرفی انواع

سنسور ترموکوپل چیست و بر چه اساسی کار می کند را می خواهیم در این مقاله مورد بررسی قرار دهیم. در آغاز قرن نوزدهم، یک فیزیکدان آلمانی الاصل استونیایی، توماس یوهان سیبک، کشف کرد که نقطه تماس بین دو فلز، یک پتانسیل به عنوان تابعی از دما ایجاد می کند. اثر ترموالکتریک Seebeck وجود اختلاف پتانسیل بین اتصالات در یک مدار ساخته شده از دو فلز مختلف، در صورتی که اتصالات در دماهای مختلف باقی بمانند، اکنون اساس ترموکوپل، یکی از سنسورهای اصلی دما مورد استفاده در صنعت است.

اصطلاحات، تعریف، اصطلاح ترموکوپل

طبق تعریف، ترموکوپل عنصری متشکل از دو سیم است که از مواد مختلف تشکیل شده است که یک سر آن به اصطلاح به اتصال اندازه گیری متصل است، در حالی که پایانه های آزاد از طرف دیگر پایانه هایی هستند که ولتاژ ناشی از اثر ترموالکتریک اندازه گیری می شود (ولتاژ متناسب با اختلاف دما برای تقاطع اندازه گیری ها و ایستگاه ها است). این ولتاژ به نوع ماده و همچنین اختلاف دمایی که فلزات در آن قرار می گیرند بستگی دارد (هر چه دما بیشتر باشد ولتاژ بالاتر است).

یک ترموکوپل استاندارد که به عنوان سنسور دمای ترموالکتریک نیز شناخته می شود، ترکیبی از دو ماده با قطر 0.2 تا 5 میلی متر تشکیل شده است. در مورد مواد گرانبها مانند رودیوم یا پلاتین، ابعاد بین 0.1 تا 0.5 میلی متر است. انواع مختلفی از آلیاژهای فلزی برای ساخت ترموکوپل استفاده می شود که هر کدام برای کاربردهای خاصی در نظر گرفته شده است.

اگر دمای انتهای محل اتصال معادل شود، نیروی الکترومغناطیسی معادل و معکوس در مدار تولید می شود و جریانی از آن عبور نمی کند. به همین ترتیب، دما در انتهای اتصال نامتعادل می شود و از این رو اختلاف پتانسیل در این مدار القا می شود.

مقدار نیروی الکترومغناطیسی القا شده در مدار به نوع ماده ای که برای ساخت ترموکوپل استفاده می شود بستگی دارد. جریان کل در مدار با ابزار اندازه گیری محاسبه می شود.

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

e = a (∆Ө) + b () 2

که در آن ∆Ө اختلاف دما بین انتهای داغ اتصال حرارتی و انتهای اتصال حرارتی مرجع است، a و b ثابت هستند.

در این بخش درباره سنسور ترموکوپل چیست و چگونه کار می کند، صحبت کردیم. حال در بخش بعد قصد داریم درباره انواع ترموکوپل صحبت کنیم.

انواع ترموکوپل چیست؟

ترموکوپل های نوع K (NiCr-Ni) رایج ترین نوع ترموکوپل هستند. این سنسور ارزان، دقیق، قابل اعتماد و دارای محدوده دمایی وسیعی است. محدوده دمایی -200 … + 1200 درجه سانتی گراد

    ترموکوپل نوع J (Fe-CuNi) دارای محدوده دمایی کمتر و عمر کوتاه تری در دماهای بالاتر نسبت به نوع K است. از نظر هزینه و قابلیت اطمینان معادل نوع K است. محدوده دمایی -40 … + 750 درجه سانتی گراد

    ترموکوپل نوع T (Cu-CuNi 🙂 یک ترموکوپل بسیار پایدار است و اغلب در کاربردهایی با دمای بسیار پایین مانند کولرها یا فریزرهای بسیار کم استفاده می شود. محدوده دما -200 … + 350 درجه سانتی گراد

    ترموکوپل نوع E (NiCr-CuNi) دارای سیگنال قوی تر و دقت بالاتری نسبت به نوع K یا نوع J در محدوده دمای متوسط ​​1000 درجه فارنهایت و کمتر است. محدوده دمایی -200 … + 900 درجه سانتی گراد

    نوع N نسوز (NiCrSi-NiSi) نوع N دارای محدودیت های دقیق و دمایی مشابه با نوع K است. با این حال، نوع N در برابر اکسیداسیون مقاوم تر است. محدوده دما تا +1200 درجه سانتیگراد (1350 درجه سانتیگراد)

    ترموکوپل نوع S (PtRh10-Pt) برای دماهای بسیار بالا استفاده می شود. نوع S در صنعت کوره های صنعتی رایج است. همچنین گاهی اوقات به دلیل دقت و پایداری بالا در کاربردهای دمای پایین استفاده می شود. محدوده دما تا 1600 درجه سانتیگراد

ترموکوپل نوع R (PtRh13-Pt) در کاربردهای دمای بسیار بالا استفاده می شود. نسبت بیشتری از رودیوم نوع S دارد که باعث گرانتر شدن آن می شود. نوع R از نظر عملکرد بسیار شبیه ترموکوپل Type S است. محدوده دما تا 1600 درجه سانتیگراد

    ترموکوپل های نوع B (PtRh30-PtRh6) در کاربردهای دمای بسیار بالا، به عنوان مثال برای اندازه گیری دمای شیشه ذوب شده در کارخانه های شیشه ای استفاده می شوند. بالاترین حد دما را در بین ترموکوپل های فوق دارد. دقت و پایداری بالایی را در دماهای بسیار بالا حفظ می کند. محدوده دما تا 1800 درجه سانتیگراد.

اصل عملکرد ترموکوپل ها

سیم پیچ پایه ترموکوپل عمدتاً مبتنی بر سه اثر است، یعنی Seebeck، Peltier و Thompson.

افکت بک

این نوع اثر بین دو کانی مختلف 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 منتقل می شود. بنابراین جریان مستقیم مدار را تحریک می کند.

اثر پلتیه

این اثر پلتیه برخلاف اثر سیبک است. این اثر نشان می‌دهد که با اعمال اختلاف پتانسیل بین هر دو هادی مختلف، اختلاف دما می‌تواند ایجاد شود.

اثر تامسون

این اثر نشان می دهد که وقتی دو فلز مختلف به یکدیگر پیوند می خورند، و اگر دو اتصال ایجاد کنند، به دلیل گرادیان دما، ولتاژ در طول کل هادی القا می شود. کلمه ای فیزیکی است که تغییر سرعت و جهت دما را در یک مکان خاص نشان می دهد.

سنسورهای ترموالکتریک OMEGA

ترموکوپل های OMEGA در بسیاری از کاربردهای صنعتی و علمی مورد استفاده قرار می گیرند. آنها را می توان تقریباً در تمام بخش های صنعتی از جمله یافت در صنایع انرژی، نفت/گاز، داروسازی، بیوتکنولوژی، سیمان، کاغذ و سلولز. این ترموکوپل ها همچنین در وسایل روزمره مانند کوره های حرارت مرکزی استفاده می شوند و همچنین در اسکنرها، سیستم های تصویربرداری حرارتی و تجهیزات نظامی یافت می شوند.

ترموکوپل‌های OMEGA به دلیل دقت بالا، محدوده اندازه‌گیری وسیع و طراحی انعطاف‌پذیر، محبوبیت خود را به دست آورده‌اند که به آن‌ها اجازه می‌دهد در شرایط مختلف، حتی سخت‌ترین شرایط استفاده شوند. OMEGA در تولید ترموکوپل ها با توجه به نیازهای مشتری تخصص دارد، که OMEGA را به یک پیشرو در صنعت تامین کننده برای تولید کنندگان ماشین تبدیل می کند. تولید OMEGA مطابق با الزامات کیفی بالا تعیین شده توسط صنایع داروسازی و خودروسازی است.

درباره ترموکوپل های OMEGA بیشتر بدانید:

What is a thermocouple and how does it work?

چگونه متوجه شوید که ترموکوپل خراب است؟

باید دستگاه را تست کنید تا ببینید ترموکوپل به درستی کار می کند یا خیر. قبل از اقدام به تعویض دستگاه بررسی کنید که آیا دستگاه هنوز کار می کند. هنگام انجام این کار تنها چیزی که نیاز دارید کمی دانش اولیه و مقداری الکترونیک است. سه روش اساسی برای تست ترموکوپل با مولتی متر وجود دارد. که در زیر توضیح داده شده است:

تست استقامت

برای انجام این تست، دستگاه باید در طیف وسیعی از وسایل گازسوز قرار گیرد و تجهیزات مورد نیاز مولتی متر دیجیتال و گیره های تمساح می باشد.

اقدام – گیره تمساح را به قسمت مولتی متر وصل کنید. یک سر ترموکوپل را در حالی که به دمنده متصل است به دو سر ترموکوپل وصل کنید. حالا مولتی متر را روشن کنید و مقدار را یادداشت کنید. اگر مولتی متر اهم را به ترتیب پایین نشان دهد، ترموکوپل در ترتیب کامل است. اگر قرائت 40 اهم یا بیشتر باشد یعنی بد است.

تست مدار باز

ابزار مورد استفاده در اینجا انبر تمساح، فندک سیگار و مولتی متر دیجیتال است. در اینجا به جای اندازه گیری مقاومت، ولتاژ را محاسبه می کنیم. حالا یک سر ترموکوپل را با فندک گرم کنید. اگر مولتی متر ولتاژی در محدوده 25-30 میلی ولت نشان دهد، کار می کند. یا اگر ولتاژ نزدیک به 20 میلی ولت باشد، دستگاه باید تعویض شود.

تست مدار بسته

تجهیزات مورد استفاده در اینجا یک گیره تمساح، یک مبدل ترموکوپل و یک مولتی متر دیجیتال است. در اینجا مبدل در داخل شیر گاز قرار می گیرد و سپس ترموکوپل در یک انتهای مبدل قرار می گیرد. حالا مولتی متر را روشن کنید. هنگامی که قرائت در محدوده 12-15 میلی ولت باشد، دستگاه در شرایط خوبی قرار دارد. یا اگر قرائت ولتاژ کمتر از 12 میلی ولت باشد، این نشان دهنده یک دستگاه معیوب است.

بنابراین، با استفاده از روش های تست فوق، می توانید متوجه شوید که آیا آب حرارتی به درستی کار می کند یا خیر.

نتیجه گیری

در این مقاله درباره سنسور ترموکوپل و نحوه کارکرد آن صحبت کردیم. شما عزیزان می توانید ترموکوپل های خود را از برندهای مانیاد صنعت، WIKA، , OKAZAKI OMEGA و JUMO خریداری نمایید.