تعریف و اصل عملکرد ترموکوپل
ترموکوپل از دو سیم فلزی غیرهمجنس تشکیل شده است که در یک نقطه به هم متصل می‌شوند (نقطه اتصال یا Hot Junction). هنگامی که دمای این نقطه متفاوت از نقطه دیگر سیم‌ها (Cold Junction) باشد، اختلاف ولتاژی در مدار ایجاد می‌شود که نسبت مستقیم به اختلاف دما دارد. این پدیده بر اساس قانون سیبک کشف شده و مبنای عملکرد ترموکوپل‌هاست. تولید کننده ترموکوپل
فرمول کلی:
V=α⋅ΔT V = \alpha \cdot \Delta T
که در آن:
- V V : ولتاژ تولید شده (mV)
- α \alpha : ضریب سیبک (وابسته به نوع فلزها)
- ΔT \Delta T : اختلاف دمای دو سر ترموکوپل
ساختار ترموکوپل
یک ترموکوپل معمولاً شامل اجزای زیر است:
- سیم‌ها و هادی‌ها (دو فلز غیر مشابه)
- بخش اتصال گرم (Hot Junction)
- محافظ مکانیکی – غلاف فلزی یا سرامیکی مقاوم به شرایط محیطی خرید ترموکوپل
- سیم‌های رابط تا نقطه مرجع یا دستگاه اندازه‌گیری
- اتصالات خروجی (Terminal Block یا کانکتور استاندارد مثل Miniature/Standard Plug)
انواع ترموکوپل بر اساس فلز و محدوده دما
| نوع | ترکیب فلزی | محدوده کاری (°C) | ویژگی‌ها و کاربرد |
|---|---|---|---|
| Type K | کرومل – آلومل | -200 تا 1260 | ارزان، مقاوم به اکسیداسیون، رایج در صنایع عمومی |
| Type J | آهن – کنستانتان | -40 تا 750 | مناسب محیط‌های غیر اکسیداتیو، قیمت پایین |
| Type T | مس – کنستانتان | -200 تا 350 | بسیار دقیق در دماهای پایین، مناسب صنایع غذایی |
| Type N | Nicrosil – Nisil | -200 تا 1300 | پایداری بالا در دماهای زیاد |
| Type R/S | پلاتین – رودیوم | 0 تا 1600 | آزمایشگاه‌ها، متالورژی، قیمت بسیار بالا |
| Type E | کرومل – کنستانتان | -200 تا 900 | سیگنال خروجی قوی، مناسب محیط‌های کم‌دما |
استانداردهای مرجع
- IEC 60584-1 – مشخصات و جداول EMF
- ASTM E230/E230M – محدوده دمای عملیاتی و دقت مجاز
- ISO 13950 – الزامات در صنایع خاص
- ASTM C1064 – کاربرد در اندازه‌گیری دمای بتن تازه عمده ترموکوپل
دقت و کلاس‌بندی
مطابق استاندارد IEC 60584، ترموکوپل‌ها در دو کلاس تولید می‌شوند:
- Class 1: دقت بالا، مناسب برای پایش دقیق فرآیند
- Class 2: دقت متوسط، برای کاربردهای عمومی
مزایا
- مقاومت بالا در برابر ضربه و لرزش
- قابلیت کار در دماهای بسیار بالا و پایین
- پاسخ سریع به تغییرات دما
- تنوع سایز و شکل
محدودیت‌ها
- خطای اندازه‌گیری در طولانی‌مدت به دلیل تغییر خصوصیات فلز
- نیاز به جبران دمای محل اتصال سرد (Cold Junction Compensation)
- خروجی ولتاژ نسبتاً کم (میلی‌ولت)
کاربردهای صنعتی
- کوره‌ها و سیستم‌های حرارت صنعتی قیمت ترموکوپل
- صنایع نفت و گاز (پایش خطوط لوله و تجهیزات تحت فشار)
- اندازه‌گیری دمای بتن تازه مطابق ASTM C1064
- صنایع غذایی، فلزات و شیشه
- نیروگاه‌ها و سیستم‌های توربین بخار