ترموکوپل چیست؟

ترموکوپل (Thermocouple) یک سنسور اندازه‌گیری دماست. این سنسور از دو فلز متفاوت تشکیل شده که در یک انتها به هم متصل شده‌اند. زمانی که محل اتصال این دو فلز گرم یا سرد می‌شود، ولتاژی تولید می‌شود که می‌توان آن را با دما مرتبط کرد. ترموکوپل یک سنسور دمای ساده، مقاوم و مقرون‌به‌صرفه است که در فرآیندهای مختلف اندازه‌گیری دما کاربرد دارد.

اصول کارکرد ترموکوپل

ترموکوپل‌ها در انواع مختلفی تولید می‌شوند، از جمله:

• ترموکوپل پراب‌دار
• ترموکوپل پراب‌دار با کانکتور
• ترموکوپل پراب‌دار با محل اتصال تبدیلی
• ترموکوپل مادون‌قرمز
• ترموکوپل سیمی بدون پوشش
• یا حتی تنها سیم ترموکوپل

ترموکوپل‌ها در کاربردهای زیادی مورد استفاده قرار می‌گیرند. به دلیل تنوع مدل‌ها و مشخصات فنی، درک ساختار، عملکرد و محدوده کاری آن‌ها برای انتخاب نوع و جنس مناسب ترموکوپل برای یک کاربرد خاص، بسیار مهم است.

بخوانید: انواع ترموکوپل و رنگ‌بندی سیم آن‌ها

ترموکوپل پراب‌دار

ترموکوپل چگونه کار می‌کند؟

وقتی دو سیم از فلزات مختلف در هر دو انتها به هم متصل شوند و یکی از این انتهاها گرم شود، جریان الکتریکی پیوسته‌ای در مدار ترموالکتریک جاری می‌شود.

اگر این مدار در وسط قطع شود، ولتاژ مدار باز یا ولتاژ سیبک (Seebeck) تابعی از دمای محل اتصال و ترکیب فلزات است. به عبارت دیگر، وقتی محل اتصال این دو فلز گرم یا سرد می‌شود، ولتاژی تولید می‌شود که می‌توان آن را به دما مربوط کرد.

ترموکوپل‌ها با ترکیبات فلزی مختلف یا به اصطلاح "کالیبراسیون‌های مختلف" ارائه می‌شوند. رایج‌ترین آن‌ها، ترموکوپل‌های فلز پایه هستند که با حروف J، K، T، E و N شناخته می‌شوند. همچنین انواع دمای بالا یا "فلزات نجیب" نیز وجود دارند، مانند ترموکوپل‌های R، S، C و GB.

هر کالیبراسیون محدوده دمایی و محیط مناسب خاص خود را دارد، اگرچه حداکثر دمای کاری به قطر سیم ترموکوپل نیز وابسته است.

بخوانید: راهنمای کوتاه خرید ترموکوپل

ترموکوپل پراب‌دار در مقابل ترموکوپل سیمی

گرچه نوع کالیبراسیون ترموکوپل محدوده دمایی را تعیین می‌کند، اما قطر سیم نیز بر حداکثر دما تأثیر دارد. یعنی یک ترموکوپل بسیار نازک ممکن است نتواند به حداکثر دمای کالیبراسیون خود برسد.

ترموکوپل نوع K به دلیل قیمت مناسب و محدوده دمایی خوب، به عنوان ترموکوپل عمومی شناخته می‌شود.

چگونه ترموکوپل مناسب را انتخاب کنیم؟

از آنجا که ترموکوپل می‌تواند اشکال و انواع مختلفی داشته باشد، درک روش صحیح انتخاب آن بسیار مهم است.

معیارهای رایج برای انتخاب ترموکوپل عبارت‌اند از:

• محدوده دمایی
• مقاومت در برابر مواد شیمیایی
• مقاومت در برابر سایش و ارتعاش
• الزامات نصب

نیازهای نصب نیز بر انتخاب نوع پراب (Probe) تأثیرگذار هستند.

ترموکوپل‌ها انواع مختلفی دارند و کاربرد آن‌ها متفاوت است. برای مثال، یک ترموکوپل بدون محافظ یا اتصال باز (Exposed) زمانی مناسب است که نیاز به سرعت پاسخ بالا دارید، اما ترموکوپل عایق یا جدا از زمین (Ungrounded) برای محیط‌های خورنده مناسب‌تر است.

بخوانید: کابل ترموکوپل چیست؟

چگونه نوع اتصال (Junction) را انتخاب کنیم؟

پراب‌های ترموکوپل غلاف‌دار (Sheathed) معمولاً یکی از سه نوع اتصال زیر را دارند:

• اتصال زمین‌شده (Grounded): در این نوع، سیم‌های ترموکوپل به دیواره داخلی پراب متصل‌اند که باعث انتقال حرارت خوب از بیرون به محل اتصال می‌شود.
• اتصال عایق (Insulated) یا جدا از زمین (Ungrounded): در این نوع، محل اتصال سیم‌ها از دیواره جداست. زمان پاسخ آن از نوع Grounded کندتر است، اما عایق الکتریکی ارائه می‌دهد.
• اتصال باز (Exposed): سیم‌ها بدون هیچ پوششی مستقیماً در معرض محیط قرار دارند و زمان پاسخ بسیار سریع‌تری دارند، اما در برابر خوردگی یا آسیب‌پذیری محیط حساس‌تر هستند.

دقت و محدوده دمایی ترموکوپل‌ها

دقت و محدوده دمایی ترموکوپل به عوامل زیادی بستگی دارد، از جمله:

• آلیاژ فلزات ترموکوپل
• دمای اندازه‌گیری‌شده
• ساختار سنسور
• جنس غلاف
• نوع ماده اندازه‌گیری‌شده (مایع، جامد یا گاز)
• قطر سیم ترموکوپل یا قطر غلاف، بسته به نوع طراحی

ترموکوپل پراب‌دار یا ترموکوپل سیمی؟

باید به یاد داشت که یک سنسور دما تنها دمای خود را اندازه‌گیری می‌کند. بنابراین انتخاب بین ترموکوپل پراب‌دار و ترموکوپل سیمی بستگی به این دارد که چگونه می‌خواهید محل اتصال را به دمای واقعی فرآیند برسانید.

اگر سیال خورنده نیست، دما زیاد بالا نیست و جریان یا فشار خاصی وجود ندارد، استفاده از ترموکوپل سیمی می‌تواند مناسب باشد. اما اگر سیال خورنده، داغ، تحت فشار یا در حال جریان باشد، استفاده از پراب، و حتی شاید همراه با ترموول (غلاف محافظ)، انتخاب بهتری خواهد بود.

در نهایت هدف این است که محل اتصال ترموکوپل با دمای ماده‌ای که می‌خواهید اندازه‌گیری کنید، برابر شود تا اطلاعات دمایی دقیق دریافت شود.

بخوانید: فهرست 30 تولیدکننده کابل ترموکوپل در جهان