در ابتداروش های اندازه گیری دما را نام می بریم:
1- اندازه گیری دما به روش تماسی
2- اندازه گیری دما به روش غیر تماسی
ترموکوپل چیست؟
ترموکوپل ها متداول ترین تجهیز جهت اندازه گیرهای الکتریکی دما در صنعت هستند. مکانیزم ترموکوپل ها بر اساس پدیده سی بک (Seebeck) که اختلاف دما بین دو نقطه را به ولتاژ تبدیل می کنند.
مزایای ترموکوپل:
از مزایای آن ها می توان به سادگی، قیمت مناسب، استحکام و دوام بالا جهت مصارف صنعتی و دقت مناسب اشاره کرد. محدوده اندازه گیری دما توسط ترموکوپل ها وسیع بوده و در شرایط محیطی متفاوت قابل استفاده می باشند. ترموکوپل ها دارای سرعت پاسخ دهی خوبی بدلیل ثابت زمانی کوچک می باشند. از معایب ترموکوپل ها، غیر خطی بودن، تماسی بودن (در معرض اغتشاش و شوک و …)، دقت متوسط را می توان نام برد. جهت استفاده ترموکوپل در مکان هایی که لرزش یا ضربه وجود دارد برای محافظت از سنسور از روکشی بنام ترموول یا غلاف استفاده می شود که باعث کاهش سرعت پاسخگویی می شود.
انواع ترموکوپل:
ساختمان ترموکوپل ها با استفاده از اتصال یک فلز و آلیاژ تولید می شوند و با همین مکانیزم ساده قادر به اندازه گیری دما به راحتی در رنج وسیعی از 270- تا حدود 1800 درجه می باشند. ترموکوپل ها انواع مختلفی دارند که طبق جنس فلز و آلیاژ آن به شش دسته ذیل تقسیم می شوند.
این ترموکوپل از سیم فلزی Ni-Cr (به نام تجاری کرومل Chromel ) و Ni-Al (به نام تجاری آلومل Alumel) ساخته می شود. این ترموکوپل ارزان قیمت است و یکی از پرکاربردترین و متداولترین نوع ترموکوپل ها می باشد. رنج عملکرد دمایی آن بین −250 °C و1300 °C (این رنج مطلق نیست و بسته به سازنده و نوع ظاهری آن متفاوت خواهد بود بطور مثال ترموکوپل های سیمی شکل نوع K رنج 40- تا 250 درجه می باشد و نوع میله ای آن قادر به اندازه گیری تا محدوده 1300 درجه هستند). حساسیت ترموکوپل تیپ K تقریبا 41 µV/°C است و معمولا در دماهای بالا مورد استفاده قرار می گیرد. ترموکوپل نوع K بخاطر استفاده از مس خاصیت ضد اکسیداسیون دارد لذا در کوره ها که اکسیداسیون رخ می دهد مناسب است.
این ترموکوپل از فلز آهن ( Fe ) و آلیاژهای مس- نیکل Cu-Ni (کنستانتان Constantan ) ساخته می شود. رنج دمایی این ترموکوپل بین -180°C و 800°C است. به دلیل احتمال اکسید شدن آهن این ترموکوپل، در صنایع قالب ریزی پلاستیک استفاده می شود. حساسیت ترموکوپل نوع J ، به اندازه ی 51 µV/°Cاست. در ترموکوپل نوع J به علت وجود آهن در مکانهایی که امکان اکسیداسیون وجود دارد بهتر است استفاده نشود.
این ترموکوپل با استفاده از فلزات Ni-Cr (کرومل) و Cu-Ni (کنستانتانConstantan ) ساخته می شود. رنج عملکرد دمایی آن، بین −40 °C و 900°C است. این ترموکوپل با 62 µV/°C بیشترین حساسیت را دارد و می توان از آن در کاربردهای خلاء و مواردی که سنسور در آن حفاظت نشده، استفاده کرد.
این ترموکوپل از مس Cu و آلیاژ Cu-Ni (کنستانتان Constantan) ساخته می-شود. رنج عملکرد دمایی این نوع ترموکوپل، بین −250 °C و 400°C است. این ترموکوپل نسبتا ارزان و برای کاربردهای با دمای پایین مناسب است و در برابر رطوبت مقاوم است. حساسیت این ترموکوپل، 46 µV/°C است. ترموکوپل نوع T در صنعت به دلایل زیر بیشتر مورد استفاده می گیرد :
نسبت به تمام انواع ترموکوپل خطی تر است
رنج درجه حرارت مناسبی دارد
همچنین از حساسیت خوبی برخوردار است
این ترموکوپل از فلزهای Ni-Cr-Si (به نام تجاری نیکروسیل) و Ni-Si-Mg (به نام تجاری نیسیل Nisil) ساخته می شود. محدوده دمائی آن بین -270°C و +1300 °C است. حساسیت این ترموکوپل، 30 µV/°C است و معمولا در دماهای بالا مورد استفاده قرار می گیرد. همچنین تحمل این سنسور در برابر اکسید شدن در دماهای بالا بهتر نوع K می باشد.
-
6. ترموکوپل نوع R، S و B :
این ترموکوپل ها با استفاده از Pt-Rh (پلاتین – رادیوم) با ترکیبات مختلف ساخته می شود (تفاوت این سه نوع در میزان پلاتین آنهاست). قیمت آن¬ها بالا و حساسیت آن بسیار کم و در حدود10 µV/°C و محدوده دمایی آن تقریبا -50 °C و +1750 °C است. انواع این ترموکوپل ها در اندازه گیری با دمای بالا بطور مثال در صنعت شیشه و فولاد به کار می روند.
پارامترهای مهم جهت انتخاب ترموکوپل :
|
E (-40 to 900°C)
J(-180 to 800°C)
K(-250 to 1300°C)
R(-50 to 1700°C)
S(-50 to 1750°C)
T(-250 to 400°C)
B(0 to 1800°C)
N(-270 to 1300°C)
|
نوع ترموکوپل و رنج دمایی آن |
|
2سیمه
3سیمه
4سیمه
|
تعداد سیم ها |
|
خروجی سنسوری (mV)
ولتاژ/ جریان (دارای ترانسمیتر)
|
خروجی |
|
مثال : 1 متر یا بیشتر |
متراژ کابل رابط- پروب |
|
مثال : 8mm- 5cm |
سایز المان(قطر و طول ) |
معمولا استانداری برای تعیین رنگ کابل ترموکوپل ها می باشد که بطور مثال طبق استاندارد آمریکا در شکل زیر آورده شده است :
