طرز کار ترموکوپل: ترموکوپل یکی از متداول‌ترین و درعین‌حال با اهمیت‌ترین تجهیزات ابزار دقیق در صنعت می‌باشد که برای اندازه‌گیری دما به کار گرفته می‌شود. برمبنای پدیده‌ی سیبک ساختار ترموکوپل را برنامه‌ریزی نموده‌اند که بر این اساس اختلاف دما موجود بین دونقطه را به ولتاژ مبدل می‌نمایند. در یک تعریف کلی‌تر، ترموکوپل به‌عنوان سنسوری برای اندازه‌گیری دما تعریف می‌گردد.
طرز کار ترموکوپل چگونه است؟
ترموکوپل از دو فلز غیر همسان که به یکدیگر متصل هستند، تشکیل شده است. وقتی‌که حرارت به نقطه اتصال این فلزات برخورد می‌کند، جریان بسیار کمی در این نقطه تولید می‌گردد و به سمت سیم‌ها جریان می‌یابند. در محل اتصال دو فلز دما بالا می‌رود که موجب می‌گردد که ولتاژ ایجاد شده افزایش یابد. این حس‌گر در هر دما ولتاژ مشخصی را تولید نموده و با اندازه‌گیری دقیق این ولتاژ این امکان به وجود می‌آید که دمای محل اتصال دقیق سنجش شود. این وسایل می‌توانند دماهایی بین 180- تا 180+ درجه سانتی‌گراد را اندازه‌گیری نمایند؛ لازم است عنوان کنیم که این ابزار در کنار وسعت محدوده کاری از دقت بالایی نیز برخوردار هستند.
تفاوت ترموکوپل صنعتی با مدل ساده آن چیست؟
تفاوت بین ترموکوپل صنعتی با مدل ساده در سرعت، دقت و توان اندازه‌گیری بالا می‌باشد. همان‌طور که گفته شد در مدل ساده اندازه‌گیری دما بین ۱۸۰- تا ۱۸۰+ خواهد بود، اما در انواع صنعتی تشخیص دما از ۲۷۰- تا ۲۵۰۰+ درجه سلسیوس می‌باشد. این نکته را باید متذکر شد که این وسایل در عین سادگی توانایی‌های فوق‌العاده دارند و از آلیاژهای مختلفی برای تولید مدل‌های صنعتی استفاده می‌گردد.
ترموکوپل نوعK
ترموکوپل نوع K از سیم فلزی Ni-Al به نام تجاری آلومل و Ni-Cr به نام تجاری کرومل تشکیل شده است. این ابزار قیمت بسیار مناسبی دارد و از پرمصرف‌ترین انواع ترموکوپل‌ها محسوب می‌شوند و محدوده عملکردی آن دمایی بین °۲۰۰- سانتی‌گراد و °۱۳۵۰+ سانتی‌گراد بوده که البته این محدوده بسته به سازنده و نوع ظاهری آن متفاوت می‌باشد.
ترموکوپل نوع J
این ترموکوپل از فلز آهن و آلیاژهای مس نیکل Cu-Ni تولید می‌گردد. محدوده دمایی این ابزار بین °۲۱۰- سانتی‌گراد و °۱۲۰۰+ سانتی‌گراد می‌باشد. در مکان‌هایی که امکان اکسیداسیون وجود دارد، بهتر است از این مدل ترموکوپل استفاده نشود؛ زیرا درون آن آهن وجود دارد و اغلب در صنایع قالب‌ریزی پلاستیک این نمونه‌ها به کار گرفته می‌شوند.
ترموکوپل نوع E
ترموکوپل نوع E به وسیله فلزهای کرومل و همینطور کنستانتان ساخته خواهد شد. محدوده عملکرد دمایی آن، بین °۲۰۰- سانتی‌گراد و °۹۰۰+ سانتی‌گراد می‌باشد و ترموکوپل نوع E حساسیت بالایی دارد.
ترموکوپل نوع T
این ترموکوپل از مس Cu و آلیاژ Cu-Ni کنستانتان تشکیل می‌گردد. محدوده عملکرد دمایی این مدل، بین °۲۰۰- سانتی‌گراد و °۳۵۰+ سانتی‌گراد می‌باشد. این نمونه قیمت نسبتاً ارزان دارد و برای مواردی با دمای پایین به کار گرفته شده و در برابر رطوبت مقاوم است. از دلایل کاربرد ترموکوپل نوع T در صنعت می‌توان به موارد زیر اشاره داشت:
🔶 از حساسیت خوبی برخوردار می‌باشند.
🔶 محدوده دمایی مناسبی دارد.
🔶 نسبت به انواع ترموکوپل‌ها خطی‌تر هستند.
ترموکوپل نوع N
این مدل از Ni-Si-Mg به نام تجاری نیسیل و Ni-Cr-Si به نام تجاری نیکروسیل تهیه می‌شود. رنج دمایی آن بین °۲۷۰ سانتی‌گراد و °۱۳۰۰+سانتی‌گراد می‌باشد و معمولاً در دماهای بالا به کار گرفته می‌شود و پایداری این حس‌گر در برابر اکسید شدن در دماهای بالا بسیار زیاد است.
ترموکوپل نوع B ،S ،R
این نمونه‌ها با استفاده از Pt-Rh (پلاتین – رادیوم) و با ترکیبات گوناگون دیگر تهیه می‌شوند و تنها میزان پلاتین در آن‌ها متفاوت است. قیمت آن‌ها گران‌تر است و حساسیت آن بسیار کم می‌باشد و رنج دمایی آن در حدود °۵۰- سانتی‌گراد و °۱۷۵۰+ سانتی‌گراد است. ترموکوپل‌های تیپ R، S، B در مکان‌هایی که دماهای بسیار بالا دارند مثل صنعت شیشه و فولاد کاربرد دارند.
اثر سیبک و ضریب سیبک
وقتی‌که دو هادی الکتریکی یا نیمه‌هادی مختلف در دماهای مختلف قرار داده شوند، موجب به وجود آمدن پتانسیل الکتریکی خواهند شد. این مسئله توسط توماس که یک فیزیکدان آلمانی بود کشف گردیده شد. او دید به‌واسطه به وجود آمدن یک حلقه بسته بین دو فلز مختلف یا نیمه‌هادی متفاوت، سوزن قطب‌نما جابه‌جا می‌شود و به این منوال اثر سیبک مطرح شد. سیبک در ابتدا معتقد بود این به علت مغناطیس ناشی از اختلاف دما می‌باشد و او این اثر را اثر ترمو مغناطیسی خواند، اما فیزیکدان دانمارکی هانس کریستین اورستد دریافت که این یک جریان الکتریکی می‌باشد که القا می‌گردد که به سبب قانون آمپر باعث جابه‌جا شدن آهنربا می‌گردد.
شرح اثر سیبک
انرژی جنبشی الکترون‌های والانس که به واسطه انرژی حرارتی ایجاد شده‌اند، موجب می‌شود این الکترون‌های با سرعت بیشتری به سمت انتهای دیگر (سردتر) حرکت نمایند. در مقابل الکترون‌های که در بخش سردتر قرار دارند با سرعت کندتر به سمت بخش‌های گرمتر حرکت می‌نمایند که علت حرکت آن‌ها به این شرح است:
در سمت گرم غلظت الکترون‌ها بالاتر از انرژی فرمی می‌باشد، اما در طرف سرد، غلظت الکترون‌های کمتر انرژی فرمی است.
الکترون‌ها به جایی انتقال می‌یابند که انرژی کمتری به وجود داشته باشد؛ ازاین‌رو از سمت گرمتر به سمت سردتر جابه‌جا می‌شوند که باعث انتقال انرژی می‌گردد و در نتیجه تعادل دمایی ایجاد می‌شود؛ این جابه‌جایی موجب می‌شود بار منفی بیشتری در انتهای سردتر نسبت به انتهای گرمتر به وجود آید که باعث ایجاد پتانسیل الکتریکی می‌گردد. اگر این دو از طریق یک مدار الکتریکی متصل شوند، یک برق DC ایجاد می‌گردد؛ ولی ولتاژ ایجادشده در اختلاف دمای کلوین، چند میکرو ولت ۱۰-۶ می‌باشد.
همه به این مسئله واقف هستیم که در مدار سری ولتاژ و در مدار موازی جریان افزایش پیدا می‌کند؛ از این رو این امکان به وجود می‌آید که با اتصال این دستگاه‌ها اگر اتصال سری باشد، برای افزایش ولتاژ و اگر اتصال موازی باشد، برای افزایش حداکثر جریان قابل تحویل آن‌ها را تقویت نماییم.
البته برای رسیدن به این هدف، نگه داشتن اختلاف دمای زیاد لازم است؛ اما باید این نکته را نیز در نظر داشت که اختلاف دمای ثابت، اما با درجه حرارت متفاوتی در دو طرف لحاظ شود، از این‌رو توزیع انرژی در هر دو فلز یا نیمه‌رسانا متفاوت است و این مسئله موجب ایجاد اختلاف پتانسیل می‌گردد.
ضریب سیبک و اثر چرخش سیبک
هنگامی‌که بین دونقطه بر روی یک رسانا اختلاف دمای پایدار ۱ درجه کلوین حفظ گردد، ولتاژ تولید شده ضریب سیبک نامیده می‌شود. این ترکیب حاوی آلیاژ مس، ضریب سیبک ۴۱ میکرو ولت بر کلوین در دمای اتاق را دارد. در سال ۲۰۰۸ رؤیت شد که زمانی که گرما بر فلز مغناطیسی وارد گردد، الکترون آن بر طبق چرخش آن تنظیم می‌گردد، اما علت تولید گرما این تنظیم مجدد نمی‌باشد. اثر K / W به‌عنوان اثر چرخش سیبک در نظر گرفته شده و این اثر در توسعه میکروسوئیچ‌های سریع و کارآمد به کار گرفته می‌شود.
کاربردی‌های اثر سیبک
1. برای سنجش اختلاف دما در ترموکوپل‌ها به کار گرفته می‌شود و برای فعال کردن کلیدهای الکترونیکی که سیستم را قطع و وصل می‌نمایند نیز مورد استفاده قرار می‌گیرد.
2. اثر سیبک در برخی از نیروگاه‌ها با هدف تبدیل گرمای زباله به انرژی اضافی کاربرد دارد.
3. اثر سیبک در ژنراتور حرارتی بکار برده می‌شود، که مثل موتور حرارتی کار می‌کند.
4. در خودروها در نقش مولد ترموالکتریک خودرو برای بالا بردن عملکرد سوخت به کار گرفته می‌شود.
اتصال گرم در نقطه اندازه‌گیری دما ترموکوپل به چند روش انجام می‌گیرد؟ در ادامه مطلب به بررسی انواع اتصال گرم ترموکوپل پرداخته و همچنین طریقه اتصال آن به روکش غلاف بیرونی این جفت حرارتی را توضیح خواهیم داد:
🔵 نوع اول: در نوع اول سیم ترموکوپل خارج از پوشش محافظ قرار دارد، در این روش سیم‌های ترموکوپل را به هم جوش می‌دهند و در مرحله بعد مستقیماً وارد فرایند اندازه‌گیری دما می‌گردند. در این وضعیت سیم‌های مولد ترموالکتریک بدون حفاظ را خواهیم داشت. در این مدل اتصال سرعت پاسخ بسیار سریع است، اما سیم‌های دماسنج در معرض آسیب و خوردگی هستند.
🔵 نوع دوم: در نوع دوم سیم ترموکوپل به پوشش محافظ متصل است. متداول‌ترین روش اتصال در مولد ترموالکتریک همین اتصال است و در این روش پوشش محافظ و سیم‌های جفت گرمایی را به هم جوش می‌دهند و نقطه اتصالی را در رأس پرآب ایجاد می‌کنند که به عبارتی می‌گویند مولد ترموالکتریک زمین شده است و سرعت پاسخ‌دهی در این مدل اتصال بسیار عالی می‌باشد؛ چون جفت گرمایی با پوشش تماس مستقیم پیداکرده و گرما به‌راحتی منتقل می‌گردد.
🔵 نوع سوم: در نوع سوم سیم ترموکوپل از پوشش محافظ جدا است، در این روش سیم‌های جفت گرمایی را به هم جوش می‌دهند، اما از پوشش محافظ ایزوله و عایق می‌باشند. در این وضعیت نوع جفت‌های حرارتی زمین نشده هستند.
کاربرد ترموکوپل
ترموکوپل‌ها در صنایع گوناگون به کار گرفته می‌شوند. این حسگرهای اندازه‌گیری دما، در صنایع فولاد، داروسازی، سیمان، نیروگاه، نفت، گاز، پالایش، پتروشیمی، بیوتکنولوژی، کاغذ و …کاربرد دارند. از مزیت‌های جفت‌های حرارتی نسبت به دیگر حسگرها و اندازه‌گیری دما، باید به داشتن قیمت پایین، دارا بودن محدوده دمایی وسیع و بادوام بودن آن‌ها اشاره نمود. همان‌طور که گفته شد ترموکوپل‌ها در صنعت کاربردهای فراوانی دارند،
به‌عنوان‌مثال در صنایع تولید لوازم گرمازا از آن‌ها استفاده می‌شود؛ می‌توان از ترموکوپل‌ها برای ایمنی تجهیزات گازسوز زمانی که شعله گاز به دلایلی خاموش می‌شود، برای قطع کردن گاز نیز استفاده نمود.
✍️ نتیجه گیری
فروشگاه داوود المنت با 40 سال سابقه فعالیت توانسته است خدمات ویژه‌ای در زمینه انواع المنت و ملزومات آن به مشتریان خود ارائه دهد. امروزه باتوجه به پیشرفت تکنولوژی و فناوری روز دنیا امکان خرید و سفارش اینترنتی تجهیزات دقیق در هر صنعتی به وجود آمده است. این گروه صنعتی مفتخر است که با به کار بستن این تکنولوژی‌ها گامی بلند در جهت تأمین بخش عظیمی از تقاضاهای صنایع نفت و گاز، صنایع غذایی، نیروگاه‌ها و صنایع دارویی و همچنین بسیاری از صنایع کوچک و بزرگ دیگر به‌صورت آنلاین بردارد.
داوود المنت عرضه‌کننده انواع ملزومات برقی ازجمله ترموکوپل، ترمومتر، المنت و … است؛ این مجموعه با ترکیبی از تجربه، خدمات عالی و جلب اعتماد شما مشتریان عزیز توانسته است همواره در این زمینه پیشرو و پیشگام باشد.
✏️پیشنهادات و نظرات خود را درباره مقاله طرز کار ترموکوپل برایمان کامنت کنید… .