ترموکوپل یا دماپا، ابزارهایی هستند که برای سنجش دمای دستگاههای صنعتی به کار میرود. وظیفه اصلی ترموکوپلها تبدیل کردن دما به جریان مقاومت ولتاژ است. این کار سبب میشود که دستگاههای دیگر مانند ترمومترها بتوانند با عبور جریان و اندازهگیری مقدار اختلاف دمای ایجاد شد، دما محیط مورد نظر را به دست بیاورند.
در این مقاله ما میخواهیم بر بررسی انواع ترموکوپلها بپردازیم و ببینم که این ترموکوپلها به چه صورتی کار میکنند و هر کدام از آنها چطور به ما در اندازهگیری دقیق دمای دستگاهها و تجهیزات صنعتی کمک میکنند.
ترموکوپل چطور کار میکند؟
ترموکوپلهای با استفاده از اصل ساده ای برای کار کرد خودشان استفاده میکنند. همانطور که ما میدانید، در زمانی که گرما در یک فلز افزایش پیدا کند، به همان نسبت آن فلز نسبت به عبور جریان الکتریسیته مقاومت پیدا میکند. این مطلب به خاطر آن است که اتمها به تحرک بیشتری میپردازند و در برابر عبور جریان آزاد الکترونها مقاومت ایجاد میکنند. این اصل در سال ۱۸۲۲ توسط فیزیکدانی به نام توماس جان سیبک (Thomas Johann Seebeck) کشف شد.
در ساخت ترموکوپلها میتوان از اصل بالا برای اندازهگیری دما استفاده کرد. اما برای این مورد باید از ترکیب دو فلز به صورت همزمان استفاده شود. زیرا در غیر این صورت، الکترونها به صورت همزمان در هر سو شروع به حرکت میکنند و امکان اندازهگیری دما میسر نمیشود. به همین خاطر در ساخت ترموکوپل از یک فلز با درجه انبساط بالاتر (مانند مس) در کنار یک فلز یا آلیاژی از همان فلز اول با درجه انبساط پایینتر (مانند آهن یا قلع) استفاده میکنند. این کار سبب میشود که الکترونها در یک مسیر گردش کنند و امکان اندازهگیری جریان به وجود بیاید.
در بسیاری از ترموکوپلهای از فلز پلاتینیوم به عنوان فلز معیار برای اندازهگیری جریان ولتاژ و مقاومت دمایی استفاده میشود. اغلب المنتهایی از فلز پلاتینیوم به صورت حلقوی یا دندانده دار در پوششی از سرامیک یا شیشه قرار داده شده و در معرض دما قرار میگیرد. پلاتینیوم دارای عدد اتمی بالایی است و به همین خاطر نسبت مقاومت آن به تغییرات دمایی به صورت خطی است و همین عامل محاسبه دمای اندازهگیری شده را راحتتر میکند.
آشنایی با انواع ترموکوپلها
همانطور که میدانید ترموکوپلها در انواع گوناگونی ساخته میشوند. این تنوع به خاطر حفظ دقت، درجه حرارت و شرایطی محیطی و همچنین مقرون به صرفه بودن ترموکوپلها است.
ترموکوپلها در سه وضعیت دمایی کار میکنند:
- بسیار سرد: مانند فریزرها و یخچالها؛
- بسیار گرم: مانند کورهها، مشعلها و ریخته گری فلزات
- بسیار متغیر: مانند فرها، آونهای پخت، رآکتورها و دستگاههای ضدعفونی
در عین حال هر فلز قابلیت و معیار مشخصی از مقاومت گرمایی در برابر عبور جریان را دارد. هرچه عدد اتمی یک فلز بالاتر برود، این فلز میتواند برای اندازهگیری دماهای بالاتر و البته با دقت بیشتر مورد استفاده قرار گیرد، در فلزات با عدد اتمی پایینتر، مقاومت گرمایی در برابر عبور جریان پایین بوده و دقت اندازهگیری هم به صورت خطی نیست و حالت نمودار خمیده به خود میگیرد. در اینجا برای اطمینان از رفتار یکسان فلز در برابر گرما از آلیاژهای یک فلز نیز استفاده میشود. برای مثال به جای مس از قلغ یا برنج و به جای آهن از آلیاژ فولاد و تنگستن بهره گرفته میشود. در سنجش دماهای پایین مانند فریزرها اغلب از فلزات سبک استفاده میشود، زیرا در این شرایط مقاومت به راحتی قابل اندازهگیری است. در کورههای ذوب و فلزات اغلب از فلزات سنگین مانند پلاتینیوم و حتی فلزات سنگینتر مانند سرب، کروم، کادمیوم و ترکیبات آلیاژ آنها با سایر فولادها بهره گرفته میشود.
انواع ترموکوپلهای صنعتی
ترموکوپلهای صنعتی بر اساس یک سری از استاندارهای مشخص طراحی و ساخته میشوند. هر ترموکوپل توانایی سنجش یک بازه دمایی را دارد و در خارج از این بازه دقت آن کاملاً از بین میرود و دمای سنجیده شده قابل اعتماد نیست. همچنین برای اطمینان از صحت اندازهگیری انجام شده در هر ترموکوپل باید شرایط خاصی را رعایت کرد که در جداول استاندارد مرتبط به آن ذکر شده است. ترموکوپلها به صورت زیر دسته بندی میشوند:
- ترموکوپل نوع B: این دسته از ترموکوپلها از آلیاژ رادیوم (۶%) و پلاتینیوم (۳۰%) برای المنت حرارتی خود استفاده میکنند. بازه دمایی قابل تحمل برای آنها بین ۱۳۷۰ الی ۱۷۰۰ درجه سانتیگراد است.
- ترموکوپل نوع E: این دسته از ترموکوپلها از آلیاژهای کنستانتان (مس و نیکل) و کروم بهره میبرند. دمای قابل تحمل برای آنها بین صفر تا ۸۰۰ درجه سانتیگراد است. این دسته از ترموکوپلها مقاومت خوبی در برابر اکسیداسیون دارند و میتوانند در فضای باز نیز استفاده شوند. تنها مشکل آنها مقاومت در برابر سولفوره شده (تاثیرات ناخواسته گوگرد) است. از این المنتها در ترموکوپلهایی که در برای گلخانهها استفاده میشوند، بهره میگیرند.
- ترموکوپل نوع J: این دسته از ترموکوپلها با ترکیب آهن و کنستانتان بهره میبرند و میتوانند دمایی بین صفر تا ۷۶۰ درجه سانتیگراد را تحمل کنند. از این ترموکوپلها برای سنجش دما در دستگاههای وکیوم و یا فضای باز استفاده میشوند. اغلب از آنها برای دماپاهای محیطی بهره میبرند.
- ترموکوپل نوع K: این دسته از ترموکوپلها میتوانند دمایی بین ۹۵ تا ۱۲۶۰ درجه سانتیگراد را تحمل کنند. در این دسته از ترموکوپلها از آلیاژ کروم و آلومل (ترکیب آلومینیوم و نیکل) بهره میبرند. این دسته از ترموکوپلها در برابر اکسیداسیون مقاومت خودبی دارند. از آنها میتوانند در فضاهایی که تغییرات درجه حرارت زیاد بوده و نزدیک شعلهها استفاده کرد.
- ترموکوپل نوع N: این دسته از ترموکوپلها از ترکیب نیکورسیل (سیلیسیوم و نیکل) و نیسیل (نیکل و سیلیکون) ساخته میشوند. دمای قابل تحمل آنها بین ۶۵۰ تا ۱۲۶۰ درجه سانتیگراد است. از این نوع از ترموکوپل در مواردی که درجه حرارت تغییرات شدیدی را تجربه میکند و یا فضا رطوبت بالایی دارد (مانند دیگهای بخار) استفاده میکنند.
- ترموکوپلهای نوع R: این دسته از ترموکوپلها از آلیاژ پلاتینیوم – رادیوم (۱۳%) و فرمهایی دیگر آلیاژی پلاتینیوم ساخته میشوند. آنها میتوانند درجه حرارتهای بالا بین ۸۷۰ تا ۱۴۵۰ درجه سانتیگراد را تحمل کنند. از این نوع از ترموکوپلها برای سنجش درجه حرارت کورههای ذوب و یا مکانهایی که در معرض گوگرد هستند استفاده میشوند.
- ترموکوپلهای نوع S: این نوع از ترموکوپلها از آلیاژ پلایتینیوم ۱۰ درصد و دیگر فرمهای آلیاژی پلاتینیوم ساخته میشوند. آنها میتوانند درجه حرارتی بین ۹۸۰ تا ۱۴۵۰ درجه سانتیگراد را تحمل کنند. این دسته از ترموکوپلها به مانند ترموکوپلهای نوع R مقاومت خوبی در برابر گوگرد دارند.
- ترموکوپل نوع T: این دسته از ترموکوپلها از آلیاژ مس و کنستانتان سخته میشوند. میتوانند دمایی بین منهای ۲۰۰ درجه تا مثبت ۳۷۰ درجه سانتیگراد را تحمل کنند. اغلب از آنها در سنجش دماهای یخچالها و فریزرهای صنعتی استفاده میشوند.
در جدول بالا میتوانید دقت اندازهگیری دمایی هر کدام از ترموکوپلها را مشاهده کنید.
خرید ترموکوپلهای صنعتی
در این جا ما با انواع ترموکوپلهای صنعتی و برخی از مشخصات آنها آشنا شدیم. شما میتوانید برای دریافت مشاوره و خرید ترموکوپل تیپ k یا ترموکوپلهای صنعتی مورد نظرتان، از شمارههای مندرج در همین وب سایت استفاده کنید. مشاورین و متخصصین ما به شما در انتخاب بهترین راهکار سنجش دما کمک خواهند کرد و تمامی تجهیزات مورد نیاز را نیز برایتان تهیه و عرضه میکنند. در مقالههای بعدی مطالب کامل و جامعتری درباره ابزارهای سنجش دقیق صنایع را خواهید خواند. همچنین برخی از مقالههای مرتبط و محصولات کاربردی در بالا و کنار همین صفحه به شما پیشنهاد گردیده است.