ترموکوپل

ترموکوپل چیست؟

ترموکوپل (thermocouple) سنسوری است که دما را اندازه گیری می کند. در اصل این قطعه بعنوان یک سنسور دما ساده، قوی و مقرون به صرفه شناخته میشود که در طیف وسیعی از فرآیندهای اندازه گیری دما مورد استفاده قرار می گیرد.

با توجه به طیف گسترده ای از مدل ها و مشخصات فنی، بسیار مهم است که ساختار اصلی، عملکرد، محدوده آن را برای تعیین بهتر نوع ترموکوپل و مواد مناسب ترموکوپل برای یک برنامه کاربردی درک کنید.
ترموکوپل ها برای نشان دادن و خواندن دمای نقطه اندازه گیری شده و یا کنترل دما به تجهیزاتی مانند دیتالاگر، پی ال سی، کنترلر، نمایشگر و غیره متصل می شود.
ترموکوپل، همچنین به عنوان “دما سنج ترموالکتریک” شناخته می شود، یک وسیله الکتریکی است که از دو  هادی الکتریکی غیرمشابه تشکیل شده است که یک اتصال الکتریکی را تشکیل می دهند. یک ترموکوپل یک ولتاژ وابسته به دما را در نتیجه اثر Seebeck تولید می کند و این ولتاژ را می توان برای اندازه گیری دما تفسیر کرد. ترموکوپل ها به طور گسترده ای به عنوان سنسور دما مورد استفاده قرار می گیرند.
ترموکوپل ها را می توان تقریباً برای هر کاربردی ساخت. آنها را می توان به گونه ای ساخت که مقاوم باشند، سریع پاسخ دهند و محدوده دمایی بسیار وسیعی را اندازه گیری کنند.

انواع ترموکوپل کدامند؟

ترموکوپل ها با توجه به هادی استفاده شده در آنها و محدوده دمایی و محیط کاری انواع مختلفی دارند برخی از این انواع شامل ترموکوپل نوع K, T, J, E, N, R, S, B, D, C می باشد.
همچنین انواعی از کابل ترموکوپل به دو صورت کابل افزایش طول و کابل جبران ساز نیز وجود دارند.کابل های افزایش طول اصولا با نماد حرف “x” نشان داده میشوند مانند KX
و کابل جبران ساز با نماد حرف “C” مشخص میشوند مانند KCA یا KCB

محل استفاده ترموکوپل در کجاست؟

ترموکوپل ها حسگرهایی هستند که دما را اندازه گیری می کنند. کاربردهای آنها از تولید صنعتی و تنظیمات آزمایشی گرفته تا دماسنج گوشتی که در خانه استفاده می کنید را شامل می شود. آنها اغلب در هر جایی استفاده می شوند که مهم است بتوان به طور قابل اعتماد داده های دما را نظارت یا ثبت کرد. ترموکوپل ها معمولاً در کاربردهای صنعتی متعددی از سنسورهای دما در توربین‌های گاز گرفته تا کاربردهای آزمایشگاهی و خانگی استفاده می‌شوند.ترموکوپل های پایدار به عنوان سنسورهای دما بسیار متنوع هستند و بنابراین اغلب در کاربردهای مختلف، از مصارف صنعتی گرفته تا ترموکوپل های معمولی که می توانید در وسایل برقی و لوازم خانگی استاندارد پیدا کنید، استفاده می شوند. مدل‌ها و مشخصات فنی مختلفی برای ترموکوپل‌ها وجود دارد، بنابراین درک اصول اولیه نحوه کار، ساختار و محدوده‌های آن بسیار مهم است تا بینش بهتری نسبت به نوع ترموکوپل و مواد مناسب برای کاربرد شما داشته باشیدکابل های ترموکوپل با توجه به استفاده در محل های متنوع مانند فضای باز باید قادر باشد بتواند شرایط مختلف را تحمل نماید، همانطور که میدانید در فضای آزاد کابل ترموکوپل باید بتواند شرایط رطوبت، نور خورشید و عوامل محیطی را تحمل نماید.

ترموکوپل چگونه کار میکند؟

هنگامی که دو سیم متشکل از فلزات غیرمشابه در دو انتها به هم متصل می شوند و یکی از انتها گرم می شود، جریان پیوسته ای در مدار ترموالکتریک جریان می یابد و موجب عملکرد صحیح ترموکوپل میشود.

چگونه ترموکوپل انتخاب کنیم ؟

از آنجایی که یک ترموکوپل می تواند اشکال و انواع مختلفی داشته باشد، مهم است که بدانیم چگونه سنسور مناسب را به درستی انتخاب کنیم. رایج ترین معیارهای مورد استفاده برای این انتخاب، محدوده دما، مقاومت شیمیایی، مقاومت در برابر سایش و لرزش و الزامات نصب است. انواع مختلفی از ترموکوپل ها وجود دارد که ممکن است متفاوت باشد مانند ترموکوپل روباز که به زمان پاسخ بالا نیاز باشد بهترین عملکرد را خواهد داشت،درحالیکه برای محیط های خورنده ترموکوپل غیر زمینی مناسب تر است.

Exposed Junction اتصال آشکار

در این نوع ترموکوپل، جوش آن بیرون غلاف بوده و به همین دلیل سریع ترین زمان پاسخ دهی را فراهم میکند ولی به دلیل نداشتن محافظ بر روی آن به راحتی در معرض آسیب های مکانیکی و خوردگی قرار میگیرد.

اتصال زمینی Grounded Junction

در این نوع ترموکوپل غلاف و سیم های آن با یکدیگر جوش خورده و یک اتصال کامل و محکم را تشکیل میدهد به همین دلیل برای محیط های دارای آب ، بخار، گاز و فشار، سایش و شرایط خورنده بالا توصیه میشود ،علاوه بر این اگر به زمان پاسخ بالا نیاز باشد این نوع ترموکوپل مناسب است.

Ungrounded Junction اتصال زمین نشده

در این نوع ترموکوپل محل اتصال کاملا عایق شده و جوش داده شده است ،هنگامی که یک ترموکوپل زمین نمی شود، محل اتصال از بدنه سنسور جدا شده و از نظر الکتریکی ایزوله می شود(بدون اتصال غلاف). اتصال الکتریکی ایزوله شده از قطع شدن سیگنال توسط نویز الکتریکی جلوگیری می کند. بنابراین دقت اندازه گیری دما بسیار بالاتر است .

سیم و کابل ترموکوپل چیست؟

برای اتصال مستقیم ترموکوپل به تجهیزات اندازه‌گیری دما از سیم و کابل رابط ترموکوپل استفاده می شود تا از افت ولتاژ در مسیر انتقال و ایجاد خطای اندازه‌گیری بتوان جلوگیری کرد.یکی از اصلی ترین موارد که به کیفیت یک ترموکوپل خوب می انجامد سیم استفاده شده در آن است که این سیم با توجه به پلاریته متفاوتی که دارد از آلیاژ مختلف در آن استفاده میشود. استفاده از سیم نسوز در سیم ترموکوپل موجب اتصال نقطه اتصال سرد به نقطه حساس دما میشود که می توان به کمک آن ولتاژ اندازه گیری شده را به سمت قسمت های متفاوت مانند کنترلر دماو یا …. هدایت نمود.کابل های ترموکوپل از اجزای مختلفی مانند هادی، عایق و روکش تشکیل شده است که با توجه به محل استفاده ترموکوپل ها که درجه حرارت کاری و مورد استفاده متفاوتی از درمای پایین تا دمای بالا را شامل می شود، استفاده از عایق و روکش نسوز که در ساخت این کابل ها به افزایش کارایی و طول عمر آن می انجامد، پیشنهاد می شود.

انواع سیم و کابل ترموکوپل:

کابل های ترموکوپل با توجه به محل و نوع استفاده ممکن است به صورت شیلد دار، آرمور دار، مقاوم در برابر آتش، ساده و ….مورد مصرف قرار گیرند که معمولا در محیط های با دمای بالا از کابل های نوع سیلیکونی و یا تفلونی استفاده می شود که به آن ها مقاوم در برابر حرارت ( Heat Resistant) گفته می شود.

عایق کابل ترموکوپل:

با توجه به گستردگی انواع کابل ترموکوپل، عایق این نوع از کابل ها متفاوت هستندبرخی از این انواع عایق شامل موارد زیر است:SiliconePVCPTFEFiberglassو انواع دیگر

بازه دمایی انواع روکش سیم برای ترموکوپل به چه صورت است؟

همان طور که در قبل اشاره شد عایق و روکش سیم و کابل ترموکوپل مواد متفاوتی دارند که مطابق با جدول زیر هر نوع از جنس روکشی، دمای مختص به خود را در کابل ترموکوپل دارد که در این قسمت به بررسی آن می پردازیم:مواد پی وی سی (PVC) در رنج دمایی -30°c تا  +105°c
مواد تفلون (PTFE) در رنج دمایی -190°c تا +260°c  
مواد سیلیکون (Silicone) در رنج دمایی -60°c تا +200°c  
مواد فایبرگلاس (Fiber Glass)در رنج دمایی -60°c تا +300°c  
فایرگلاس با روکش استیل (Fiber Glass With Braid Stanless Steel) در رنج دمایی -60°c تا +400°c
فایبرگلاس با روکش مس (Fiber Glass With Braid Copper)  در رنج دمایی -60°c تا +300°c کپتون – پلی آمید (Kapton Polyamide) در رنج دمایی -60°c تا +400°c
سیلیکا فایبر (از مشتقات آزبست) (Silica Faiber) در رنج دمایی 0°c تا +1000°c
سرامیک فایبر (از مشتقات آزبست) (Ceramic Faiber) در رنج دمایی 0°c تا +1400°c  با توجه به مطالب ارائه شده جهت راهنمایی بیشتر در خصوص آشنایی با ترموکوپل و کابل ترموکوپل، ویژگی های دیگر در جدول زیر نشان داده شده است:

شرکت کابل یاقوت تولید کننده تخصصی انواع سیم و کابل مقاوم در برابر حرارت و آتش نسوز و همچنین با قابلیت تحمل دمای بالا یکی از تولید کنندگان کابل های ترموکوپل سیلیکونی و پوشش الیاف فایبرگلاس است که با یکسری ویژگی خاص به بهترین شکل، داده را انتقال میدهد و از بروز خطا جلوگیری میکند. از جمله این ویژگی ها عبارت اند از:

• انعطاف پذیری بالا
• تحمل دمایی بالا
• انتقال داده تحت دما به دقیق ترین شکل
• مقاوم در برابر مواد خورنده
• عدم ایجاد نویز