نکاتی درباره ترموکوپل
در این مقاله از ترموتک هیتر میتوانید تمامی جواب سوالات خود را در رابطه با ترموکوپل پیدا کنید. ابتدا به سیم ترموکوپل می پردازیم، به سیمی گفته می شود که در ساختمان ترموکوپل نقطه ی حساس به دما را به نقطه اتصال سرد متصل می کند به نوعی رابط می باشد. همانطور که می دانید ترموکوپل یک سنسور دما دارای سیم داخلی متشکل از دو فلز غیر همنام می باشد. این دو فلز که ترکیباتی از نیکل – کروم (Ni-Cr) و نیکل – آلومل (Ni-Al) می باشند. در صورتی که به نقطه سنجش دما که به آن اتصال گرم نیز می گوییم حرارت اعمال شود، در این قسمت اختلاف پتانسیل ایجاد می شود. سپس شما می توانید از نقطه ی اتصال سرد به کمک کابل THERMOCOUPLE نسوز ، ولتاژ اندازه گیری شده را به سمت کنترلر دما و… منتقل نمایید.
انواع این سیم های اندازه گیری دما رابطه مستقیمی با انواع ترموکوپل ، رنج و موارد مصرف این سنسور ها دارند. به عنوان مثال طبق قوانین ترموکوپل می بایست برای نوع K از سیم ترموکوپل نوع k استفاده نمایید. یعنی نمی توانید ترموکوپل نوع J را به کابل ترموکوپل تیپ k وصل نمایید. این سیم ها بطور معمول بدون هیچ گونه عایق و با هادی بصورت خشک (Solid) مورد استفاده قرار می گیرد.
معرفی ترموکوپل ها
ترموکوپل‌ها در ترکیب‌هایی متنوع از فلزات و کالیبراسیون‌ها موجود هستند.
رایج‌ترین آنها، ترموکوپل‌های «فلز پایه» هستند که به اسم های N و T و E و J و K شناخته می‌شوند. همچنین ترموکوپل های دارای کالیبراسیون‌های دمای بالا وجود دارند که به آنها ترموکوپل‌های فلز قیمتی گفته می‌شود و انواع R و S و C و GB هستند.
به دلیل توانایی تحمل دمای بالا و در عین حال، درستی و طول عمر مفید طولانی ترموکوپل های فلز قیمتی برگزیده می شوند. این ترموکوپل ها نسبت به ترموکوپل های فلز پایه به میزان قابل توجهی گران قیمت تر هستند.
هر کالیبراسیون، محیط و بازه دمایی متفاوتی دارد، البته حداکثر دما بسته به قطر سیم استفاده شده در ترموکوپل، متفاوت است.
با آنکه کالیبراسیون ترموکوپل، بازه دما را تعیین می‌کند، حداکثر بازه دمایی توسط قطر سیم ترموکوپل نیز محدود می‌شود. به همین دلیل است که یک ترموکوپل بسیار نازک ممکن است به حداکثر بازه دمایی خود دست پیدا نکند.
ترموکوپل‌های نوع K به عنوان ترموکوپل‌های «استفاده عمومی» شناخته می‌شوند، چون هزینه و قیمت پایینی دارند و بازه دمایی آنها نیز مناسب است.
نوع K (نیکل-کروم / نیکل-آلومل)
نوع K رایج‌ترین نوع ترموکوپل است. این نوع، دارای قیمت کم، درستی خوب و قابلیت اطمینان است و بازه دمایی گسترده ای دارد.
بازه دمایی:
سیم اصلی ترموکوپل: منفی ۴۵۴ تا ۲۳۰۰ درجه فارنهایت (منفی ۲۷۰ تا ۱۲۶۰ درجه سلسیوس)
سیم اکستنشن: ۳۲ تا ۳۹۲ درجه فارنهایت (۰ تا ۲۰۰ درجه سلسیوس)
درستی (هر یک که بیشتر است):
- استاندارد: ±۲٫۲ درجه سلسیوس یا ±۰٫۷۵ درصد
- محدوده‌ی ویژه‌ی خطا: ±۱٫۱ درجه سلسیوس یا ±۰٫۴ درصد
نوع J (آهن/کنستانتان)
نوع J نیز بسیار رایج است. این نوع ترموکوپل نسبت به ترموکوپل نوع K بازه دمایی کوچک‌تری داشته و عمر مفید آن در دماهای بالاتر از نوع K کوتاه‌تر است. از نظر هزینه و اطمینان‌پذیری، برابر با نوع K است.
بازه دمایی:
سیم اصلی ترموکوپل: منفی ۳۴۶ تا ۱۴۰۰ درجه فارنهایت (منفی ۲۱۰ تا ۷۶۰ سلسیوس)
سیم اکستنشن: ۳۲ تا ۳۹۲ درجه فارنهایت (۰ تا ۲۰۰ درجه سلسیوس)
درستی:
- استاندارد: ±۲٫۲ درجه سلسیوس یا ±۰٫۷۵ درصد
- محدوده‌ی ویژه‌ی خطا: ±۱٫۱ درجه سلسیوس یا ±۰٫۴ درصد
نوع T (مس/کنستانتان)
نوع T یک ترموکوپل بسیار پایدار است و معمولا در کاربردهای دارای دمای بسیار پایین، همچون کرایوژنیک و فریزرهای با دمای بسیار پایین استفاده می‌شود.
بازه دمایی:
سیم اصلی ترموکوپل: منفی ۴۵۴ تا ۷۰۰ درجه فارنهایت (منفی ۲۷۰ تا ۳۷۰ سلسیوس)
سیم اکستنشن: ۳۲ تا ۳۹۲ درجه فارنهایت (۰ تا ۲۰۰ درجه سلسیوس)
درستی:
- استاندارد: ±۱٫۰ درجه سلسیوس یا ±۰٫۷۵ درصد
- محدوده‌ی ویژه‌ی خطا: ±۰٫۵ درجه سلسیوس یا ±۰٫۴ درصد
ترموکوپل نوع E (نیکل-کروم/کنستانتان)
ترموکوپل نوع E، در بازه‌های متوسط دمایی ۱۰۰۰ درجه فارنهایت و پایین‌تر، سیگنال قوی‌تر و درستی بهتری نسبت به انواع J و K دارد.
بازه دمایی:
- سیم اصلی ترموکوپل: منفی ۴۵۴ تا ۱۶۰۰ درجه فارنهایت (منفی ۲۷۰ تا ۸۷۰ سلسیوس)
- سیم اکستنشن: ۳۲ تا ۳۹۲ درجه فارنهایت (۰ تا ۲۰۰ درجه سلسیوس)
درستی:
- استاندارد: ±۱٫۷ درجه سلسیوس یا ±۰٫۵ درصد
- محدوده‌ی ویژه‌ی خطا: ±۱٫۰ درجه سلسیوس یا ±۰٫۴ درصد
ترموکوپل نوع N (نیکروسیل / نیسیل)
نوع N از نظر درستی و محدوده دما، مشابه نوع K است. ولی نوع N مقدار کمی گران‌تر است.
بازه دمایی:
- سیم اصلی ترموکوپل: منفی ۴۵۴ تا ۲۳۰۰ درجه فارنهایت (منفی ۲۷۰ تا ۳۹۲ سلسیوس)
- سیم اکستنشن: ۳۲ تا ۳۹۲ درجه فارنهایت (۰ تا ۲۰۰ درجه سلسیوس)
درستی:
- استاندارد: ±۲٫۲ درجه سلسیوس یا ±۰٫۷۵ درصد
- محدوده‌ی ویژه‌ی خطا: ±۱٫۱ درجه سلسیوس یا ±۰٫۴ درصد
ترموکوپل‌های نوع S (پلاتین-رودیم ۱۰% / پلاتین)
ترموکوپل نوع S در کاربردهای دارای دمای بالا به کار گرفته می‌شود. این نوع ترموکوپل عموما در صنایع بیوتکنولوژی (زیست‌فناوری) و داروسازی کاربرد دارد. گاهی اوقات به دلیل درستی خوب و پایداری بالا، در کاربردهای دمای پایین نیز مورد استفاده می‌گیرد.
بازه دمایی:
- سیم اصلی ترموکوپل: منفی ۵۸ تا ۲۷۰۰ درجه فارنهایت (منفی ۵۰ تا ۱۴۸۰ سلسیوس)
- سیم اکستنشن: ۳۲ تا ۳۹۲ درجه فارنهایت (۰ تا ۲۰۰ درجه سلسیوس)
درستی:
- استاندارد: ±۱٫۵ درجه سلسیوس یا ±۰٫۲۵ درصد
- محدوده‌ی ویژه‌ی خطا: ±۰٫۶ درجه سلسیوس یا ±۰٫۱ درصد
ترموکوپل نوع R (پلاتین-رودیم ۱۳% / پلاتین)
ترموکوپل نوع R در کاربردهای دما بالا استفاده می‌شود. این نوع ترموکوپل، نسبت به نوع S درصد رودیم بالاتری دارد، در نتیجه گران‌تر است. نوع R از نظر عملکرد بسیار مشابه نوع S است. گاهی اوقات از این نوع ترموکوپل به دلیل درستی خوب و پایداری بالا، در کاربردهای دمای پایین استفاده می‌شود.
بازه دمایی:
- سیم اصلی ترموکوپل: منفی ۵۸ تا ۲۷۰۰ درجه فارنهایت (منفی ۵۰ تا ۱۴۸۰ درجه سلسیوس)
- سیم اکستنشن: ۳۲ تا ۳۹۲ درجه فارنهایت (۰ تا ۲۰۰ درجه سلسیوس)
درستی:
- استاندارد: ±۱٫۵ درجه سلسیوس یا ±۰٫۲۵ درصد
- محدوده‌ی ویژه‌ی خطا: ±۰٫۶ درجه سلسیوس یا ±۰٫۱ درصد
ترموکوپل نوع B (پلاتین رودیم ۳۰% / پلاتین رودیم ۶%)
ترموکوپل های نوع B در کاربردهای با دمای به شدت بالا به کار گرفته می‌شوند. این نوع ترموکوپل، نسبت به تمام ترموکوپل‌هایی که تا اینجا معرفی کردیم، بالاترین محدوده‌ی دما را دارد. این نوع ترموکوپل در دماهای بسیار بالا، درستی خوب و پایداری بالایی دارد.
بازه دمایی:
- سیم اصلی ترموکوپل: منفی ۳۲ تا ۳۱۰۰ درجه فارنهایت (۰ تا ۱۷۰۰ درجه سلسیوس)
- سیم اکستنشن: ۳۲ تا ۲۱۲ درجه فارنهایت (۰ تا ۱۰۰ درجه سلسیوس)
درستی:
- استاندارد: ±۰٫۵ درصد
- محدوده‌ی ویژه‌ی خطا: ±۰٫۲۵ درصد
کدهای رنگی ترموکوپل‌ها بر اساس کشور
علاوه بر سیستم شماره‌گذاری، معمولا ترموکوپل‌ها دارای کد رنگی هم هستند. این کدگذاری‌های رنگی در هر کشور متفاوت است، بنابراین بهتر است که کدهای رنگی را بر اساس کشوری بررسی کنید که متریال از آن تامین شده است.
تفاوت بین ترموکوپل نوع J و K چیست؟
ترموکوپل‌های نوع K رایج‌ترین سنسورهای دمای موجود در بازار هستند. قیمت این ترموکوپل‌ها، بالاتر از قیمت ترموکوپل‌های نوع J است، اما نوع K سنسور دمایی همه‌کاره بوده و توانایی تحمل دماهای ۰ تا ۱۲۶۰ درجه سلسیوس را دارند.
این محدوده دمایی بالاتر، این نوع ترموکوپل را نسبت به ترموکوپل نوع J برای تماس با حرارت بسیار بالا مناسب تر می سازد.
البته قیمت بالاتر این ترموکوپل به آن معناست که ترموکوپل نوع K در دماهای پایین تر و معمولی نمی تواند با ترموکوپل نوع J رقابت کند.
ترموکوپل نوع K، علاوه بر محدوده دمایی گسترده تر، مزیت دیگری هم دارد که مقاومت و ظرفیت آن، به دلیل جنس فلزات متفاوت آن است. ترموکوپل نوع J از آهن و کنستانتان و نوع K از نیکل/آلیاژ کروم (کرومل) و نیکل/آلیاژ آلومینیوم (آلومل) ساخته می‌شود.
این ترکیبات باعث می‌شوند ترموکوپل نوع K، نسبت به سیم های آهنی ترموکوپل نوع J، محافظت بیشتری در برابر اکسایش و اسیدها داشته باشد.
در نتیجه ترموکوپل‌های نوع K برای شرایط محیطی اکسید کننده و محیط های دارای اتمسفر خورنده، یا برای غوطه ور شدن در سیالات اکسید کننده یا خورنده مناسب هستند.
در واقع، ترموکوپل‌های نوع K در یک فرآیند تمیز کردن توسط اکسیداسیون با بهره‌وری بسیار بالایی کار می‌کنند، در صورتی که ممکن است ترموکوپل نوع J در این محیط دچار اکسایش شده و آسیب ببیند. همچنین ترموکوپل‌های نوع K برای بکارگیری در دماهای بسیار بالا – تا سقف ۱۲۶۰ درجه سلسیوس – مناسب تر هستند و این امکان را فراهم می سازند که حتی با وجود چنین حرارت هایی، دما را با درستی خوبی اندازه گیری کنید.
از طرفی، قیمت اندکی بالاتر آنها نسبت به ترموکوپل‌های نوع J باعث می‌شود که ترموکوپل‌های نوع J همچنان برای کاربردهای دارای دمای کمتر و اتمسفرهای غیر اکسید کننده که با محدوده دمایی این نوع ترموکوپل هماهنگی دارند، مناسب باشند. شاید ترموکوپل‌های نوع K و J به عنوان سنسور دما ظاهرا مشابه یکدیگر باشند، اما برای گستره‌ی متفاوتی از کاربردها مناسب هستند.
ترموکوپل‌های نوع K برای اندازه‌گیری در انواع مختلفی از محیط ها همچون آب، حلال‌های نسبتا ضعیف شیمیایی، گاز و مناطق خشک مورد استفاده قرار می‌گیرند. مثلا از این ترموکوپل ها در موتورها، بخاری روغنی و بویلرها استفاده می‌شود. آن ها همچنین در بیمارستان‌ها و صنایع غذایی به عنوان دماسنج مورد استفاده قرار می‌گیرند.
چطور یک ترموکوپل انتخاب کنیم؟
از آنجایی که یک ترموکوپل ممکن است در اشکال مختلفی باشد، مهم است که بدانید چطور باید سنسور مناسب را انتخاب کنید. رایج‌ترین معیار استفاده شده برای انتخاب، بازه دما، مقاومت شیمیایی، مقاومت در برابر لرزش و سایش و نیازمندی‌های نصب است.
نیازمندی‌های نصب همچنین ممکن است انتخاب پروب ترموکوپل شما را تعیین کند.
انواع مختلفی از ترموکوپل وجود دارد و کاربردهای هر یک متفاوت است. یک ترموکوپل باز (exposed) بیشتر مناسب جایی است که زمان پاسخگویی بالا مورد نیاز است، اما یک ترموکوپل زمین‌نشده بیشتر مناسب محیط خورنده است. برای انتخاب بهترین ترموکوپل برای اهداف خود، این پنج مورد را در نظر بگیرید:
کاربردی را که می‌خواهید از سنسور ترموکوپل در آن استفاده کنید مشخص کنید.
ترموکوپل‌ها را می‌توان در صنایع و کاربردهای متنوعی استفاده کرد، بنابراین انتخاب نوع درست برای مقاصد شما اول از همه از اینجا شروع می‌شود که کاربرد خود را بشناسید و بدانید کجا و چطور می‌خواهید از آن استفاده کنید.
بازه دمایی که می‌خواهید پروب در معرض آن قرار بگیرد را مشخص کنید
وقتی که بازه دمای مورد نیاز برای ترموکوپل خود را بدانید، میتوانید به جدول بازه ترموکوپل مراجعه کنید تا به شما کمک کند که تعیین کنید کدام ترموکوپل مناسب بازه‌ی دما مورد نیاز شماست.
ترموکوپل نوع K بازه گسترده‌ی دما را ارائه می‌کند و یکی از رایج‌ترین ترموکوپل‌های مورد استفاده است. از طرفی، اگر پروب ترموکوپل شما قرار است که در معرض دمای شدید قرار بگیرد، مدل N پایداری بیشتر در دمای بالا دارد و ترموکوپل نوع T برای دماهای بسیار بسیار پایین مناسب است.
تعیین کنید که زمان پاسخگویی سریع چقدر برای شما مهم است
سه نوع اتصال ترموکوپل وجود دارد: باز (exposed)، زمین‌شده (grounded) یا زمین نشده (ungrounded).
یک اتصال باز، سریع‌ترین زمان پاسخگویی را دارد. البته اگر پروب در معرض گاز خورنده یا فشار بالا قرار بگیرد، نباید از یک اتصال باز استفاده شود. ترموکوپل زمین‌نشده آهسته‌ترین زمان پاسخگویی را دارد اما اگر می‌خواهید ترموکوپل را به شکل الکترونیکی، ایزوله و جدا نگهدارید و با یک غلاف، از آن محافظت شود، بهترین انتخاب همین زمین‌نشده است.