اطلاعات صنعت ترموکوپل

ترموکوپل
ترموکوپل ها حسگرهای حرارتی و کنترل کننده دما هستند که برای اندازه گیری دما در طیف وسیعی از کاربردهای صنعتی، تجاری و مسکونی استفاده می شوند. ترموکوپل ها که اغلب پروب دما یا سنسور دما نامیده می شوند، از دو ماده فلزی غیرمشابه تشکیل شده اند که در دو نقطه به هم متصل شده اند. ترموکوپل ها طیف منحصر به فرد و گسترده ای از گزینه های کاربردی را ارائه می دهند که همیشه توسط انواع دیگر سنسورهای دما ارائه نمی شود.

 

کاربردهای ترموکوپل
مجموعه‌های حسگر ترموکوپل نوعی سنسور دما هستند که شرکت‌ها در ماشین‌ها، فرآیندها، تجهیزات گرمایشی و لوازم الکترونیکی خود استفاده می‌کنند. با استفاده از این دستگاه ها، مهندسان دمای یک برنامه کاربردی را قبل، در حین و بعد از فرآیند بررسی می کنند. علاوه بر این، گروه بزرگی از فیزیکدانان ادعا می کنند که می توانند از این نوع سنسور دما برای تنظیم و اندازه گیری درجه حرارت و گرادیان دما نیز استفاده کنند.

ترموکوپل ها در مهندسی مکانیک، هوافضا، هوانوردی، خودرو، تهویه مطبوع، شستشوی تجاری و صنعتی، تولید برق، نفت و گاز، داروسازی، لوازم برقی و خانگی و فرآوری مواد غذایی تجاری استفاده می شوند.

برخی از رایج ترین کاربردهایی که این سیستم ها در آنها نصب می شوند عبارتند از: اجاق گاز اتوماتیک (برای شعله پایلوت)، تجهیزات گرمایشی (آبگرمکن)، وسایل نقلیه، اجاق های القایی، تهویه مطبوع، فضاپیما و هواپیما، سیستم های دریچه گاز، زیردریایی ها و کنترل جریان. -محصولات مرتبط. برای مقاصد صنعتی، مجموعه‌های ترموکوپل با دمای بالا ممکن است در کوره‌ها، کوره‌ها، ماشین‌های اکستروژن پلاستیک، اتاق‌های فشار، مخازن آب، مبدل‌های حرارتی، واشر قطعات و بسیاری از پردازنده‌های دیگر استفاده شوند. در نهایت، ترموستات های مسکونی و تجاری و کلیدهای دما نیز معمولاً از ترموکوپل استفاده می کنند.

 

تاریخچه ترموکوپل ها
ترموکوپل ها پس از کشف "اثر سیبک" توسط توماس سیبک در سال 1821 اختراع شدند. او آموخت که وقتی دو نوع فلز مختلف را در دو انتها کنار هم قرار دهید و در جایی که به هم می رسند گرما اعمال کنید، جریان الکتریکی کوچکی از مدار عبور می کند.

تقریباً هشت سال بعد، یک فیزیکدان ایتالیایی به نام لئوپولدو نوبیلی با یک فیزیکدان ایتالیایی دیگر به نام Macedonio Melloni برای ساخت باتری ترموالکتریکی همکاری کرد. آنها آن را باتری ضرب حرارتی (همچنین به عنوان یک ضرب کننده حرارتی شناخته می شود) نامیدند. ترموکوپل مدرن در نهایت از این اختراع به دست آمد. به همین دلیل، برخی افراد نوبیلی را پدر ترموکوپل می دانند.

دیگران عنوان "پدر ترموکوپل" را به مرد دیگری پیشنهاد می کنند: هنری لو شاتلیه. شاتلیه در اواخر دهه 1800 روی ترموکوپلینگ کار کرد. او اولین کسی بود که ترموکوپل رادیوم پلاتین و سیم پلاتین را ساخت. در همان زمان، مهندسان و شیمیدانان آمریکایی در ایالات متحده نیز در حال آزمایش مواد ترموکوپل بودند.

تولیدکنندگان از اوایل دهه 1900 شروع به تولید ترموکوپل کردند. امروزه، آنها همچنان به تولید ترموکوپل های بیشتری از همیشه ادامه می دهند، زیرا تکنولوژی دنیای مدرن آنها را بیش از پیش مرتبط کرده است.

 

طراحی و سفارشی سازی ترموکوپل
ابزارهای ترموکوپل دارای ساختاری اساسی هستند که از دو سیم فلزی جفت شده تشکیل شده است که در پایه با یک مهره در نوک متصل شده اند. ترموکوپل ها بر اساس اصل اثر ترموالکتریک Seebeck کار می کنند. بیان می کند که یک ولتاژ ترموالکتریک همیشه بین دو فلز غیرمشابه ایجاد می شود و این ولتاژ متناسب با تغییرات دمای بیرونی تغییر می کند.

طبق این تئوری، اگر دو اتصال دارای دماهای متفاوتی باشند، جریان الکتریکی به آرامی در مدار بسته ای از فلزات غیرمشابه جریان می یابد. هنگامی که هر دو اتصال دارای دمای یکسان باشند، جریان جریان رد می شود و جریانی در مدار ترموکوپل وجود نخواهد داشت. به دلیل تغییر دما، ولتاژ تولید شده توسط مکانیزم متفاوت خواهد بود. می توانید هادی های حرارتی را با یک کابل مسی یا با ایجاد پایانه وصل کنید. به این ترتیب می توانید ولتاژ حرارتی تولید کنید. این دو پایانه یا اتصال باید از نظر حرارتی مشترک باشند. همانطور که از نام آن پیداست، دو سیم از فلزات مختلف ساخته شده است. پایه های سیم های فلزی در یک سر به هم جوش داده شده اند. این کار برای ایجاد یک اتصال انجام می شود. محل اتصال جایی است که دمای حرارتی ایجاد می شود. تغییر دما به ولتاژ تبدیل می شود که برای اندازه گیری دما استفاده می شود.

سازندگان معمولاً اتصالات با دمای پایین را از طریق لحیم کاری ایجاد می کنند. برای اتصالات با دمای بالا، اغلب با استفاده از مواد بادوام، خال جوش می کنند. دو اتصال دارای بار منفی یا مثبت هستند. اولین اتصال به عنوان اتصال سرد یا اتصال مرجع برچسب گذاری می شود. اتصال دوم باید به عنوان نقطه اتصال تبدیل یا ایجاد شود. این نقطه اتصال دارای یک دمای ترمینال خواهد بود که می توانید آن را با توجه به ترجیحات خود اندازه گیری و تنظیم کنید. نقطه اتصال همچنین به شما امکان می دهد دما را در اتصالات محاسبه کنید. مهندسان از فرمول خاصی برای بررسی دمای ترمینال یا محل اتصال استفاده می کنند.

علاوه بر این، اکثر مجموعه های ترموکوپل روکش شده یا با یک محفظه محافظ و عایق پوشانده شده اند. این محفظه معمولاً از یک فلز قوی مانند فولاد ضد زنگ ساخته می شود. سه نوع اتصال ترموکوپل ممکن است: زمینی، غیر زمینی و در معرض. در یک ترموکوپل در معرض، نوک آن از غلاف بیرون زده و آن را مستقیماً در معرض محیط اطراف قرار می دهد. این امر پاسخ سریع به هرگونه تغییر دما را تضمین می‌کند و خوانش دما را فراهم می‌کند، اما این نوع خواندن به موقعیت‌های غیرخورنده و بدون فشار محدود می‌شود.

بسته به محدوده دمایی مورد نیاز و محیط مورد نظر، ترموکوپل را می توان با ترکیبات مختلف فلزات و کالیبراسیون ساخت. برای اینکه فلز یک ماده ترموکوپل قابل قبول باشد، باید دارای ارزش تعویض مناسبی برای پشتیبانی از نیازهای تولید انبوه کارخانه باشد. نمونه هایی از فلزات ترموکوپلینگ عبارتند از آلیاژهای نیکل مانند کروم-کنستانتان، آلیاژهای تنگستن/رنیم، آلیاژهای پلاتین/رودیوم، طلا-پلاتین و پلاتین-پلاتین.

هنگام طراحی و سفارشی سازی ترموکوپل، سازندگان نه تنها به ترکیب مواد بلکه به قطر آن نیز فکر می کنند. قطر سیم ترموکوپل معمولاً برای تعیین محدوده دمایی که ترموکوپل با آن کار می کند استفاده می شود، اگرچه کالیبراسیون ترموکوپل می تواند محدوده کامل را نیز تعیین کند. به عنوان مثال، ترموکوپل با سیم بسیار نازک، به اندازه ترموکوپل با سیم ضخیم تر، ظرفیت محدوده دمایی وسیعی نخواهد داشت.

 

استفاده از ترموکوپل
برای استفاده از ترموکوپل ها، باید در نقطه اتصال یک عدد را مطالعه کنید. اگر ترموکوپل شما بخشی از یک سیستم اندازه گیری یا جمع آوری داده بزرگتر است، ماهیت کامپیوتری و/یا خودکار آن به شما کمک می کند. این اطلاعات را از یک یا چند ورودی سیگنال یا منبع حسگر جمع آوری می کند و این اطلاعات را برای تجزیه و تحلیل بیشتر به یک فرم دیجیتال تبدیل می کند.

غیرفعال کردن ترموکوپل ها

آزمایشگاه های پایه و کاربردهای صنعتی از مکانیسم های ترموکوپل با یک اتصال اندازه گیری استفاده می کنند. گاهی اوقات، دمای پایانه ممکن است ناپایدار شود. در چنین شرایطی، مهم است که مکانیسم ترموکوپل را لغو یا خاتمه دهید. روش غیرفعال کردن ترموکوپل به شرح زیر است:

خوانش دقیق دمای پایانه را بگیرید.
پیوست‌های کنترل‌شده حرارتی را پیدا کرده و قرار دهید.
از سیم ترموکوپل برای خاتمه یا کنترل دما استفاده کنید.

 

مزایای ترموکوپل
در حالی که جایگزین هایی برای ترموکوپل ها وجود دارد، اما به دلیل هزینه کم، ساخت ساده و سهولت نصب، محبوب ترین دستگاه اندازه گیری دما هستند. اکثر ترموکوپل ها دارای محدوده دمایی وسیع، تکرارپذیری خوب و زمان پاسخ کوتاه هستند. RTD ها (جایگزینی برای ترموکوپل ها) تمایل به اندازه گیری با دقت دقیق تری نسبت به ترموکوپل ها دارند، اما ظرفیت گرمایی آن ها تقریباً به اندازه بالا نیست و هزینه بیشتری دارند.

از دیگر مزایای ترموکوپل ها می توان به قابلیت های متنوع اندازه گیری دما، سرعت، طراحی هوشمند پروب و دقت آنها اشاره کرد.

اندازه گیری دما
تولید کنندگان طیف گسترده ای از ترموکوپل ها را ایجاد می کنند که همه آنها قادر به اندازه گیری محدوده های مختلف دما هستند. به عنوان مثال، برخی از سنسورها می توانند بیش از 2000 درجه را بخوانند، در حالی که بسیاری از آنها برای محدوده دمایی 50 تا 500 درجه استفاده می شوند. برخی از تولیدکنندگان مونتاژ ترموکوپل نیز دارای سنسورهای مناسب برای ارزیابی محدوده دمایی خاص (مانند 0 تا 100 درجه) هستند.

خواندن سریع
مدیریت زمان مناسب برای یک کسب و کار ضروری است. تاخیر در تولید ممکن است پرهزینه باشد. بسیاری از تولیدکنندگان ترموکوپل نسخه مدرنیزه شده از پروب ترموکوپل را ارائه کرده اند که با آن مهندسان می توانند تقریباً بلافاصله اندازه گیری دما را انجام دهند. خواندن دما در زمان واقعی با این مجموعه های ترموکوپل عصر جدید امکان پذیر است. سرعت یک سیستم ترموکوپل مستقیماً با اندازه سنسور یا کاوشگر آن مرتبط است. هر چه اندازه بیشتر باشد، زمان بیشتری برای ارائه سیگنال خروجی نیاز است.

طراحی پروب
ترموکوپل های پیشرفته بر اساس یک طراحی هوشمند ساخته شده اند که شامل دو اتصال استراتژیک و متصل به هم است. این اتصالات از فلزات مختلفی ساخته شده اند که بر اساس نوع کاربرد آنها چیده می شوند. ترموکوپل های نسل حاضر نسبت به سایر انواع سنسور دما جلوتر هستند. طرح کلی برخی از سیستم های ترموکوپل از دو سیم گیج ظریف (از فلزات مختلف) استفاده می کند. سیم‌های کوچک و نازک معمولاً در پروب‌های کوچک استفاده می‌شوند، در حالی که سیم‌های تخت برای سیستم‌های ترموکوپل مورد استفاده در سطح یک برنامه ایده‌آل هستند. کابل های ضخیم و سنگین برای کاربرد در محیط های با دمای شدید انتخاب می شوند.

دقت، درستی
ترموکوپل ها به شما این امکان را می دهند که خوانش دقیق دما را دریافت کنید. تا دهه گذشته امکان اندازه گیری دقیق دما برای مهندسان وجود نداشت. استفاده از سیم ترموکوپل درجه یک و سنسورهای هوشمند در مجموعه های ترموکوپل این امکان را فراهم کرده است.

 

لوازم جانبی ترموکوپل
لوازم جانبی که ممکن است برای ترموکوپل خود در نظر بگیرید شامل ترموول، سیم ترموکوپل، بلوک همدما، کانکتورهای ترموکوپل و فرستنده دما است. ترموول ها و سیم های ترموکوپل (که در تنظیمات خاصی به عنوان سیم های اکستنشن شناخته می شوند) لوازم جانبی ترموکوپل هستند که برای ایزوله کردن دستگاه از منابع حرارتی آسیب رسان و گسترش دامنه آن استفاده می شوند. بلوک های ایزوترمال پوشش های خاصی هستند که در داخل محفظه ها قرار می گیرند. آنها اطمینان حاصل می کنند که اتصالاتی که در غیر این صورت دماهای متفاوتی دارند، در دماهای مشابه باقی می مانند. کانکتور ترموکوپل یک جایگزین سریعتر و کارآمدتر برای پایانه های سنتی است. یک فرستنده دما به بهترین استفاده از مجموعه های ترموکوپل کمک می کند. سیگنال دقیقی را از طریق سیم‌های مسی با طول مناسب به دستگاه‌های سنجش از دور می‌فرستد.

مراقبت از ترموکوپل
اگرچه این دستگاه‌ها هوشمند و بادوام هستند، عوامل متعددی ممکن است بر پایداری، قابلیت اطمینان و دوام ابزارهای ترموکوپل تأثیر بگذارد.

هنگام مراقبت از ترموکوپل ها مراقب این مشکلات باشید:

خوردگی و آلودگی
آلودگی بر دقت ترموکوپل ها تأثیر می گذارد. می تواند از اجسام خارجی مانند آلاینده ها یا خوردگی و اکسیداسیون ناشی شود. آلاینده‌های جسم خارجی روی سطح سنسور می‌توانند باعث شوند که دما را اشتباه بخواند. همچنین برخی از آلاینده ها با سیم های آلیاژی فلزی واکنش داده و آنها را به چیز دیگری تبدیل می کنند. این می تواند بر دقت و پایداری مجموعه های ترموکوپل تأثیر بگذارد. آلودگی می تواند به طور جبران ناپذیری به مکانیزم ترموکوپل آسیب برساند. برای جلوگیری از این اتفاق، باید سیستم خود را زیر نظر داشته باشید.
اثر پوسیدگی سبز
هنگامی که مجموعه‌های نوع K تا حد زیادی مورد استفاده قرار می‌گیرند، امکان تولید ولتاژ ترموالکتریک افزایش می‌یابد. اگر یک مجموعه دماهای بسیار شدید را تجربه کند، بخش کروم آن اکسید می شود و شکل آن تغییر می کند. در نتیجه پیوند ترموکوپل از بین می رود. این یک بافت سبز روی سیم ایجاد می کند (که به آن اثر پوسیدگی سبز گفته می شود). اکسیداسیون کروم تأثیر مستقیمی بر پایداری و قابلیت اطمینان خروجی دارد. با اجازه دادن به ترموکوپل های خود فقط در دمایی که برای آن ساخته شده اند از این کار اجتناب کنید.

 

نکاتی که هنگام انتخاب ترموکوپل باید در نظر گرفته شود
هنگام تعیین بهترین گزینه برای یک نوع ترموکوپل، باید چندین فاکتور را در نظر گرفت. اینها شامل ظرفیت کنترل دمای مورد نیاز، قرار گرفتن در معرض مواد شیمیایی پیش بینی شده، ارتعاشات مکانیکی پیش بینی شده و سایش پیش بینی شده است. ترموکوپل هایی که قرار است در سیستم های موجود نصب شوند و برای سازگاری باید طراحی یا تنظیم شوند.

یکی از مهمترین تصمیماتی که در طول جستجوی ترموکوپل می گیرید، انتخاب سازنده ترموکوپل است. مهم است که ارائه‌دهنده خدماتی که با او شریک می‌شوید، وقف موفقیت شما باشد، علاقه‌مند به حرفه خود باشد و ثابت کند که توانمند و معتبر است. با مرور لیست تولید کنندگان بزرگ ما در این صفحه، مورد مناسب خود را بیابید.

 

انواع ترموکوپل
سه دسته عملکردی از مجموعه های ترموکوپل بر اساس فلز مورد استفاده وجود دارد. ترموکوپل های فلزی پایه (نوع T و J) برای اندازه گیری دمای زیر 1000 درجه خوب هستند. ترموکوپل های فلزی نجیب، از جمله انواع K، N، R و S، تا حدود 2000 درجه اندازه گیری می کنند. ترموکوپل های فلزی نسوز نوع C می توانند تا 2600 درجه را تحمل کنند.

ترموکوپل نوع K
سیستم های ترموکوپل ساخته شده از جفت فلز نیکل-کروم یا نیکل-آلومل. ترموکوپل نوع K رایج ترین نوع ترموکوپل است، زیرا به دلیل هزینه کم و این واقعیت که خوانش دقیقی را حتی در کاربردهای با دمای بالا ارائه می دهد.
 

ترموکوپل نوع T
ساخته شده از جفت مس و کنستانتان. آنها به دلیل پایداری و توانایی آنها برای کار در محیط های بسیار کم دمای شناخته شده هستند. اغلب، ترموکوپل های T در فریزرهای برودتی یا دمای بسیار پایین استفاده می شوند.
 

نوع J
یک سیستم ترموکوپل محبوب ساخته شده از جفت شدن آهن و کنستانتان. این نوع ترموکوپل به بهترین وجه از برنامه های کاربردی در دمای پایین پشتیبانی می کند. اگرچه می توان از آن برای کاربردهای با دمای بالا برای دوره های زمانی کوتاه استفاده کرد.
 

ترموکوپل نوع E
جفت شده از نیکل-کروم و نیکل-کنستانتان. این نوع ترموکوپل زمانی استفاده می شود که نیاز به دقت بالاتر باشد.
 

ترموکوپل نوع S
ساخته شده از پلاتین و 10٪ رودیوم. ترموکوپل‌های نوع S در کاربردهای با دمای بالا عملکرد فوق‌العاده‌ای دارند و همچنین به داشتن دقت بالا و افزایش پایداری معروف هستند. این مکانیسم عمدتاً در صنایع بیوتکنولوژی و داروسازی استفاده می شود. با این حال، می توان از آن برای برنامه هایی که در دمای پایین و متوسط کار می کنند نیز استفاده کرد.

 

 ترموکوپل نوع R
با استفاده از ترکیب پلاتین و رودیوم تشکیل شده است. این نوع ترموکوپل، با این حال، 13٪ رودیوم است.

RTD ها (ردیاب های دمای مقاومتی)
تا حد زیادی دقیق ترین نوع سنسور دما است که دقت +0.5 درصد را ارائه می دهد. دماسنج های مقاومت پلاتینیوم، رایج ترین مواد RTD، می توانند دمای بین 200- تا 800 درجه را به دقت اندازه گیری کنند. RTD ها جایگزینی برای ترموکوپل ها هستند و از اصول مقاومت الکتریکی برخی فلزات استفاده می کنند که با دما متفاوت است.

 

ترمیستورها
مشابه RTD کار می کنند (و همچنین یک جایگزین ترموکوپل هستند)، اما آنها از اکسیدهای فلزی ساخته شده اند که مقاومت معکوس در برابر افزایش دما دارند. با افزایش دما، مقاومت ترمیستور کاهش می‌یابد و باعث ایجاد نام مستعار «ضریب دمای منفی» یا حسگرهای NTC می‌شود. برخلاف RTD، ترمیستورها ممکن است فقط تا 200 درجه را با دقت اندازه گیری کنند. این امر کاربردهای آنها را محدود به مواردی می کند که به خواندن در دمای بالا نیاز ندارند. ترمیستورها نسبت به اکثر RTD ها یا ترموکوپل ها با زمان پاسخگویی سریع ساده تر و مقرون به صرفه تر هستند. در کاربردهای دمای متوسط تا پایین، RTD ها، ترموکوپل ها و ترمیستورها اغلب ممکن است به جای هم استفاده شوند.
شرایط ترموکوپل
دمای محیط
دمای هوای اطراف تجهیزات.
فلز اصلی
هر فلزی غیر از فلزات گرانبها مانند مس، آلومینیوم، سرب، نیکل و قلع.
BTU (واحد حرارتی بریتانیا)
واحدی برای اندازه گیری مقدار گرما. 1 Btu مقدار گرمای مورد نیاز برای افزایش دمای 1 پوند آب 1 درجه فارنهایت است.
تنظیم
تنظیم تجهیزات به گونه ای که خوانش ها و اندازه گیری های پذیرفته شده با هم مرتبط هستند.
سانتیگراد (درجه سانتیگراد)
مقیاس دمایی که با 0 درجه سانتیگراد در نقطه یخ و 100 درجه سانتیگراد در نقطه جوش آب (در سطح دریا) تعریف می شود.
کد رنگ
توسط ANSI برای تشخیص سیم برای ترموکوپل ها ایجاد شده است.
آلیاژهای جبرانی
آلیاژهایی با خواص ترموالکتریک مشابه با آلیاژهای موجود در ترموکوپل. از آنها برای اتصال ترموکوپل به ابزار استفاده می شود.
انحراف Deviation
تفاوت بین مقدار متغیر کنترل شده و مقداری که در آن کنترل می شود.
فارنهایت Fahrenheit
مقیاس دما با 32 درجه در نقطه یخ و 212 درجه در نقطه جوش آب (در سطح دریا) تعریف شده است.
ژول Joule
واحد انرژی حرارتی
اتصال Junction
جایی که دو فلز مختلف در یک ترموکوپل به هم متصل می شوند.
حرارت نهان Latent Heat
مقدار حرارت مورد نیاز (جذب) برای تبدیل یک پوند آب جوش به یک پوند بخار. بر حسب Btu در هر پوند بیان می شود.
فلز نجیب Noble metal
فلزی با مقاومت بالا در برابر اثرات شیمیایی، به ویژه در برابر خوردگی و محلول توسط اسیدهای آلی. گاهی اوقات فلز گرانبها نامیده می شود.
پویشگر Probe
یک اصطلاح عمومی که برای توصیف بسیاری از انواع سنسورهای دما استفاده می شود.
فلز نسوز Refractory Metal
فلز حاوی پوششی از مواد با نقطه ذوب بالا. در دستگاه های ترموکوپل با ظرفیت با دمای بالا استفاده می شود.
تشعشع Radiationange
انتقال انرژی توسط امواج الکترومغناطیسی. ممکن است با جذب به انرژی حرارتی تبدیل شود و دمای بدن جذب کننده را افزایش دهد.

RTD
آشکارسازهای دمای مقاومتی آنها جایگزینی برای ترموکوپل ها هستند.
حساسیت
حداقل تغییر در یک متغیر فیزیکی که یک ابزار می تواند به آن پاسخ دهد.
چرخه استرلینگ Sterling Cycle
چرخه ترمودینامیکی که معمولاً برای خنک کردن آشکارسازهای ترمو گرافیک استفاده می شود.
حرارت
اندازه گیری گرما برابر با 100000 Btu.
ترموکوپل
تفاوت پتانسیل ایجاد شده در محل اتصال دو سیم فلزی مختلف که از ابزار اندازه گیری تغذیه می شوند را اندازه گیری می کند.
ترموپیل Thermopile
بسیاری از ترموکوپل ها در یک سری برای افزایش خروجی ترموالکتریک با هم گروه بندی می شوند.

 

  نویسنده: محسن لطفی صومعه / منبع: IQSdirectory