انواع ترموکوپل ( سنسور دما)

ترموکوپل یا زوج گرمایی

ترموکوپل ها متداول ترین اندازه گیرهای الکتریکی دما در صنعت هستند. که بر اساس پدیده سی بک (seebeck) کار می کنند دما را به ولتاژ تبدیل می کنند. از مزایای آنها می توان به سادگی، ارزان بودن، استحکام و دوام بالا و دقت مناسب اشاره کرد. محدوده اندازه گیری دما توسط ترموکوپل ها نسبتاً وسیع بوده و در شرایط محیطی گوناگون قابل استفاده می باشند.
ترموکوپلها به دلیل ثابت زمانی کوچک دارای سرعت پاسخ دهی خوب می باشند. ولی به لحاظ رعایت مواردی در محل نصب آنها، این سرعت پاسخ دهی تا حد زیادی کاهش می یابد.
ترمو الکترسیته
این پدیده توسط سی بک در سال 1821 کشف شد. او متوجه شد هرگاه دو انتهای دو رشته سیم غیر هم جنس را به یکدیگر وصل کرده و نقطه اتصال را حرارت دهیم در این محل یک اختلاف پتانسیل الکتریکی که به آن پتانسیل تماس یا ولتاژ سیبک می گویند به وجود می آید. در صورتی که دمای اتصالات تشکیل شده با یکدیگر متفاوت باشد جریانی در سیم ها جاری خواهد شد.

سی بک به این نتیجه پی برد که مقدار جریان بستگی به نوع مواد (جنس فلزات) و تفاوت دمای دو اتصال دارد و تا زمانی که اتصالات در دماهای مختلف نگه داشته شوند جریان ادامه خواهد یافت.
جالب ایت است که پدیده فوق برگشت پذر می باشد، یعنی عکس آن هم صادق است. به عبارت دیگر اگر در مداری مطابق شکل زیر جریان الکتریکی ثابت I را برقرار کنیم دماهای متفاوتی در محلهای اتصال مشاهده خواهیم کرد. این پدیده را (Polietr) یا به طور خلاصه اثر پلیته می نامند.

یک ترموکوپل از اتصال دو فلز غیر یکسان تشکیل می شود. این اتصال در محلی که مایل به اندازه گیری دمای آن (T1) هستیم قرار داده می شود، اتصال مبنا (T2) را نیز معمولاً در دمای صفر قرار می دهیم که در این حالت جریان الکتریکی یا ولتاژ ایجاد شده مستقیماً متناسب با دمای مورد اندازه گیری (T1) کی باشد. ولتاژ ناشی از اختلاف پتانسیل بین T1 وT2 به صورت زیر است : ET1,T2=ET1-ET2=C(T1-T2)+K(T1^2-T2^2)
که ضرایب C وK ثابتهای مربوط به جنس فلزات ترموکوپل هستند.

مشخصه ترموکوپل نشان می دهد که ترموکوپل به دلیل رفتار غیرخطی مشخصه و حالت معکوس که در دماهای بالا تر از دمای بازگشت برای مشخصه پیش می آید، تنها در فاصله دمایی محدود دارای کاربرد مفید است .

تعداد کمی از ترکیبات فلزی وجود دارند (مانند مس و نقره) که دارای نقطه انتقالی نیستند اما دارای ولتاژ خروجی بسیار ضعیفی هستند.
ویژگی ها و مزایای ترموکوپل
امتیاز خاص ترموکوپل این است که قسمت حس کننده ان خیلی کوچک است و امکان این هست که ترموکوپل ها در فضاهای خیلی کوچک جاسازی شوند و بتوان پاسخ مناسبی را نسبت به تغییرات سریع دما دریافت کرد. به عبارت دیگر مهم ترین ویژگی ترموکوپل حجم کم آن می باشد و سادگی، ارزانی، دقت و محدوده دمایی نسبتاً وسیع از دیگر ویژگی های ترموکوپل ها است.

سری کردن ترموکوپل ها (ترموپیل)

جهت بالا بردن حساسیت معمولاً تعداد زیادی از ترموکوپل ها را سری می کنند، به طوری که تمام اتصالات مرجع دارای حساسیت یکسان و اتصال اندازه گیری در کنار یکدیگر برای اندازه گیری حرارت مورد نظر به کار می روند. به این ترتیب اصطلاحاً ترموپیل می گویند. مثلاً با اتصال 25 ترموکوپل از جنس کرومل - کنستانتان، امکان اندازه گیری با دقت 0.001 درجه سانتیگرادبه دست می آید.
با توجه به ساختار ترموپیل ثابت می شود که ولتاژ خروجی n ترموکپل n برابر ولتاژ هر یک از ترموکوپل ها خواهد بود.
اگر ترموکوپل ها یکسان نباشند، در آن صورت ولتاژ خروجی برابر مجموع ولتاژهای ترموکوپل ها خواهد شد.

موازی کردن ترموکوپل ها (متوسط گیری)

هر گاه گروهی از ترموکوپل های یکسان به طور موازی به هم وصل شوند، ولتاژ تولید شده برابر مقدار متوسط ولتاژها خواهد بود. یا به عبارتی دیگر T2ها و T1ها در دمای مختلف باشند و تمام ترموکوپل ها مقاومت یکسان داشته باشند، ولتاژ خروجی برابر متوسط ولتاژها خواهد بود.
در صورتی که ترموکوپل ها یکسان باشند، چند ترموکوپل موازی شده مانند یک ترموکوپل واحد عمل می کنند که مقدار متوسط را اندازه گیری می کنند.

دستگاه های اندازه گیری ترموکوپلی
یکی دیگر از وسایل اندازه گیری دستگاه های اندازه گیری ترموکوپلی هستند . که می توان از ان در اندازه گیری ولتاژ و جریان(به خصوص جریان) در فرکانس های بالا استفاده کرد. در زیر به طور خلاصه وار توضیحاتی در مورد این دستگاه اورده شده است

ترموکوپل چیست و اساس کار دستگاه های ترموکوپلی :

همان طور که می دانید ترموکوپل از دو فلز غیر همجنس تشکیل شده است که در یک نقطه به هم جوش یا متصل شده اند.

اگر نقطه ی اتصال را گرم کنیم یک اختلاف پتانسیل در دو سر آزاد آن ایجاد می شود که به 2 چیز بستگی دارد:

1) جنس فلز های بکار رفته

2)درجه حرارت اعمال شده به نقطه ی اتصال

با اعمال این ولتاژ به یک میلی آمپرسنج ، جریان از آن عبور می کند و باعث انحراف عقربه های دستگاه می شود(به این ترتیب جریان قابل اندازه گیری است)

اجزای سازنده ی دستگاه های ترموکوپلی:

دستگاههای ترموکوپلی از یک مبدل حرارتی به الکتریکی و یک دستگاه با قاب گردان و اهنربای دائم تشکیل شده است که مبدل حرارتی خود از یک سیم حرارتی ( جریام مورد سنجش از آن عبور می کند ) و یک ترموکوپل( که حرارت ایجاد شده را به اختلاف پتانسیل تبدیل می کند ) تشکیل می شود.

دستگاه های ترموکوپلی یک دستگاه موثر سنج:

از آنجایی که درجه حرارت متناسب با انرژی داده شده به سیم حرارتی ( دارای مقاومت R) می باشد پس می توان با چنین ترموکوپلی یک امپرمتر ویا ولتمتر موثرسنج ساخت(در مطالب بعد در مورد دستگاه های موثرسنج توضیحاتی بیشتری خواهم داد)

فلزات ترموکوپل :

فلزاتی که برای ساختن ترموکوپل مورد استفاده قرار می گیرند عبارتند از:آهن، مس، پلاتین وآلیاژهایی مثل نیکل ، کرم ،کنستانتان و... می باشد.

درجه بندی دستگاه های ترموکوپلی:

اشل دستگاه های اندازه گیری ترموکوپلی خطی نیست زیرا ولتاژ ایجاد شده با مجذور مقدار موثر ولتاز یا جریان متناسب است.

ترموکوپل

ترموکوپل یکی از انواع مولد برق است. ترموکوپل دو فلز غیرهم‌جنس است که از یک طرف به‌هم متصل‌اند. برای تولید برق باید محل اتصال دو فلز را حرارت داد. در این صورت در دو سر دیگر که آزاد هستند برق تولید می‌شود. البته برقی که به این صورت تهیه می‌شود بسیار کم است.به این صورت که وقتی به محل اتصال این دو مفتول حرارت داده شود، اختلاف پتانسیلی در دو سر این مفتول‌ها بوجود می‌آید. این اختلاف پتانسیل تابع میزان حرارت اعمال شده است و بنابراین با بررسی میزان ولتاژ خروجی می‌توان درجه حرارت اعمال شده به ترموکوپل را تشخیص داد.

ترموکوپل یک ترانسدیوسر خود مولد است که از ایجاد دو یا چند اتصال بین فلزات با جنس متفاوت تشکیل شده‌است. بایستی توجه داشت که یک اتصال ( اتصال سرد ) بایستی دردمای مرجع قرار داده شود . به عنوان مثال اتصال مرجع را بایستی درظرف حاوی یخ در حال ذوب شدن نصب کرد. اتصال دیگر ترموکوپل بایستی به جسمی که می‌خواهیم دمای آن را اندازه بگیریم، کاملا متصل شود. فلزات ترموکوپلی به طور کلی نسبت به قیمتی که دارند به دو گروه جداگانه تقسیم می‌شوند. این دو گروه ترموکوپل به ترموکوپلهای فلزپایه و ترموکوپلهای فلزات قیمتی معروفند.

امتیاز عمدة ترموکوپلها محدودة وسیع اندازه گیری آنهاست که به طور اسمی از ۱۸۰- تا۱۸۰۰+ درجه سانتیگراد را در برمی گیرد. دیگر امتیاز ترموکوپلها، عملکرد خطی آنها در محدوده اندازه گیری است.

اگر قسمت کوچکی نوک جوشکاری شده ترموکوپل برداشته شده و ترموکوپل داخل خط لوله جاسازی شود، دمای سیال جاری درداخل لوله، بدون هیچگونه زحمتی قابل اندازه گیری است. این نوع سنسورها در بازار موجود هستند و غالبا جهت اندازه گیری مورد استفاده قرار می‌گیرند.

ترموکوپل‌ها دارای تیپ‌های متنوع برای اندازه گیری دما می‌باشند بطور مثال تیپ‌های R - S - B با قابلیت اندازه گیری دما در محدوه ۲۰۰- الی ۱۸۰۰ و تیپهای L - K- J با قابلیت اندازه گیری دما در محدوده ۱۸۰- الی ۱۰۰۰ درجه سانتیگراد بکار می‌روند. ولتاژ بوجود آمده در دوسر انتهایی ترموکوپل در هر صورت میلی ولت ورفتار الکتریکی هر ترموکوپل بسته به نوع آلیاژ سیم‌های آن تابع جداول استانداردی است که معمولاً در استانداردهای کشورهای مختلف تعریف و تقریبا در هر تیپ منبطق بر یکدیگر است .یکی از انواع معمول آن ترکیب آلیاژکروم و نیکل می‌باشد.معمولا جهت جلوگیری از آسیب دیدن ترموکوپل آن را درون غلاف فلزی یا سرامیکی قرار می‌دهند. روش جوشکاری دوسر ترموکوپل تابع ضوابط خاصی است بطوری که نباید در حین عملیات جوشکاری فلز یا احیانا نیمه‌هادی دیگری در فرآیند جوش دخالت نماید در غیر اینصورت رفتار ترموکوپل هرگز رفتار استاندارد تعریف شده تابع جداول مربوطه نخواهد بود.
ترموکوپها همواره پس از گذشت سالیان متمادی از بهترین سنسورها برای اندازه گیری دما می‌باشند زیرا با نقطه مورد نظر تماس برقرار نموده و دما را بصورت پتانسیل الکتریکی انتقال میدهند و ولتاژ با اتصال به اندیکاتور اندازه گیری و به صورت دما تحت تبعیت از جداول مورد بحث مشابه سازی شده و نمایش داده می‌شود. از این دستگاه برای اندازه گیری دماهای بالا( مثلاً در کوره‌های پخت محصولات سرامیکی)استفاده می‌شود.ترموکوپل‌ها اصولا در دمای پایین داری دقت لازم نیستند ولی جهت سنجش دماهای بالاتر از ۵۰۰ درجه سانتیگراد یکی از گزینه‌های خوب می‌باشند.

ترموکوپلها در صنعت دارای کاربردهای بسیار زیادی هستند.از جمله مهمترین کاربردهای ترموکوپل در صنایع را می توان در صنایع تولید لوزام گازسوز نام برد. بدین ترتیب که از ترموکوپل جهت ایمن سازی تجهیزات گاز سوز در مواردی که شعله گاز به دلایلی (از جمله باد) خاموش می گردد، جهت قطع کردن گاز و جلوگیری از انتشار آن استفاده می گردد. ترموکوپل به دلیل ایجاد ولتاژ و جریان الکتریسته در اثر دریافت حرارت، وسیله بسیار مفیدی در کنترل حرارت یا استفاده بعنوان کنترلر می‌باشد. از جمله کاربردهای آن، به عنوان انواع [قطع کننده جریان گاز] می‌باشد.

انواع ترموکوپل ها
در جدول زیر اسامی و مشخصات ترموکوپلها براساس استاندارد ISA دیده می شود:

نامترموکوپل	فلزات به کار رفته	محدوده دما (درجهسانتیگراد)	حساسیت (میکرو ولت بر درجهسانتیگراد)	بر حسب میکرو ولت به ازای هر100درجه	توضیحات
B	پلاتین -30% آلیاژرادیوم پلاتین-60%آلیازرادیوم	تا 1700	12	خروجی ناچیز	پایداری بسیار بالا در برابرحرارت اندازه گیری دماهای بالا
S	پلاتین رادیوم	تا 1600	12	0.645	احتیاج به پوشش سرامیکی دارد
R	پلاتین رادیوم	تا 1600	14	0.647	احتیاج به پوشش سرامیکی دارد
J	آهن کنستانتان	40- تا 750	55	5.268	به وسیله اکسیژن و اسیدها آسیب میبیند
K	کرومل آلومل	200- تا 1200	41	4.095	با عوامل تجزیه کننده و خورنده تماس نداشتهباشد
E	کرومل کنستانتان	200- تا 900	68	6.137	دارای ولتاژ خروجی زیاد است غیر مغناطیسی است
T	مس کنستانتان	200- تا 350	22	4.277	مورد استفاده در محدوده دمایی کم

انواع ترموکوپل ( سنسور دما)

مطالب مشابه :

سنسور درب های اتوماتیک

سنسورهای دربهای اتوماتیک

دزدگیر اتومبیل غیر تصویری

سنسورهای دربهای اتوماتیک

انواع ترموکوپل ( سنسور دما)

سنسورهاي اثرهال

سنسورهای مونو اکسید کربن