ترموکوپل چیست؟ عملکرد و کاربرد آن در صنعت برق
ترموکوپل چیست؟
ترموکوپل یک حسگر دما است که بر اساس پدیده فیزیکی به نام اثر سیبک کار میکند. این اثر بیان میکند که اگر دو فلز ناهمجنس در دو نقطه به هم متصل شوند و بین آنها اختلاف دما ایجاد گردد، در مدار بستهای که از این دو فلز تشکیل شده است، یک ولتاژ الکتریکی ایجاد میشود.
مقدار این ولتاژ متناسب با اختلاف دمای بین دو نقطهی اتصال است. یکی از این نقاط معمولاً در معرض دمای مورد اندازهگیری قرار میگیرد و دیگری در دمای مرجع یا محیط قرار دارد.
عملکرد ترموکوپل
ترموکوپلها از دو سیم فلزی یا آلیاژ مختلف تشکیل میشوند که در یک سر به یکدیگر متصل شدهاند. این اتصال محل اندازهگیری دما است. ولتاژ تولیدشده در مدار، معمولاً در محدوده میلیولت است و برای تبدیل آن به دما باید از تجهیزات الکترونیکی تقویتکننده و مبدل آنالوگ به دیجیتال استفاده کرد.
چون خروجی ترموکوپل تنها به اختلاف دمای بین دو سر آن وابسته است، دمای مرجع باید بهطور دقیق جبرانسازی شود؛ این کار با استفاده از یک سنسور دمای مجزا در محل اتصال سرد انجام میشود، که به آن جبرانسازی اتصال سرد میگویند.
ترموکوپلها انواع مختلفی دارند که با حروف استاندارد مانند K، J، T، E، N، S، R و B شناخته میشوند. این انواع بر اساس ترکیب فلزات، محدوده دمایی، دقت و مقاومت در برابر شرایط محیطی تقسیمبندی میشوند.
به عنوان مثال، ترموکوپل نوع K (نیکل و کروم / نیکل و آلومینیوم) یکی از رایجترین انواع است که بازه دمایی نسبتاً وسیعی از حدود 200ـ تا 1372+ درجه سلسیوس را پوشش میدهد و مقاومت مناسبی در برابر اکسیداسیون دارد.
نوع T (مس/کنستانتان) برای دماهای پایین با دقت بالا کاربرد دارد و نوع S، R و B که شامل ترکیبات پلاتینی هستند، در صنایع دقیق مانند کورههای ذوب یا تجهیزات پزشکی استفاده میشوند.
ساختمان داخلی ترموکوپل
ساختمان داخلی ترموکوپل از نظر فنی و الکتریکی شامل اجزایی است که بهصورت دقیق طراحی شدهاند تا عملکرد ترموالکتریک مؤثری داشته باشند.
ترموکوپل از دو سیم فلزی یا آلیاژی متفاوت تشکیل شده است که در یک نقطه بههم متصل میشوند. دو فلز مورد استفاده معمولاً از آلیاژهایی با خواص ترموالکتریکی مشخص انتخاب میشوند؛ بهعنوان مثال، در ترموکوپل نوع K از کرومل (نیکل و کروم) و آلومل (نیکل و آلومینیوم) استفاده میشود.
از محل اتصال گرم، دو سیم فلزی به سمت محل اتصال سرد کشیده میشوند. این سیمها در طول مسیر درون یک غلاف محافظ قرار دارند. غلاف معمولاً از فولاد ضد زنگ، یا آلیاژهای مقاوم در برابر دما و خوردگی ساخته میشود تا سیمها را در برابر آسیبهای مکانیکی، شوک حرارتی، و مواد خورنده محافظت کند.
در داخل غلاف، سیمها توسط یک عایق معدنی مانند اکسید منیزیم (MgO) از یکدیگر و از بدنه غلاف ایزوله میشوند. این ماده عایق علاوه بر جداسازی الکتریکی، نقش انتقال حرارتی مطلوب و مقاومت مکانیکی در برابر لرزش را نیز ایفا میکند.
در انتهای دیگر سیمها، یعنی محل اتصال سرد، دو فلز به پایانههایی (ترمینال یا کانکتور) متصل میشوند که به مدار اندازهگیری متصل میگردند. در این نقطه، ولتاژ ترموالکتریک تولیدشده توسط اختلاف دما بین اتصال گرم و اتصال سرد اندازهگیری میشود. این ولتاژ بسیار کوچک (در حد میلیولت) است و متناسب با اختلاف دمای بین دو نقطه است.
مزایا و معایب ترموکوپلها
از نظر مشخصات فنی، ترموکوپلها دارای مزایایی مانند دامنه دمایی وسیع، طراحی ساده، زمان پاسخگویی سریع و مقاومت در برابر شوک مکانیکی هستند.
با این حال، معایبی مانند خطی نبودن رابطه ولتاژ و دما، حساسیت بالا به نویز و نیاز به جبرانسازی دقیق دمای اتصال سرد نیز دارند.
ولتاژ خروجی ترموکوپلها اغلب بهصورت غیرخطی نسبت به دما تغییر میکند و برای تبدیل دقیق آن به دما، به جدولها یا معادلات کالیبراسیون نیاز است.
آیا این مقاله برایتان مفید بود؟
