چه چیزی ترموكوپل است
چه چیزی ترمکوپل است؟
تعریف ترمکوپل
ترمکوپل یک دستگاه است که تفاوت‌های دما را به ولتاژ الکتریکی تبدیل می‌کند، بر اساس اصل اثر ترموالکتریک. این نوع سنسور می‌تواند دمای یک نقطه یا محل خاص را اندازه‌گیری کند. ترمکوپل‌ها به دلیل سادگی، پایداری، هزینه کم و محدوده دمایی گسترده در کاربردهای صنعتی، خانگی، تجاری و علمی گسترده‌ای استفاده می‌شوند.
اثر ترموالکتریک
اثر ترموالکتریک پدیده تولید ولتاژ الکتریکی به دلیل تفاوت دما بین دو فلز یا آلیاژ فلزی مختلف است. این اثر توسط فیزیکدان آلمانی توماس زیبک در سال ۱۸۲۱ کشف شد، که مشاهده کرد یک میدان مغناطیسی حول حلقه بسته‌ای از دو فلز نامتجانس ایجاد می‌شود وقتی یک اتصال گرم شود و دیگری سرد شود.
اثر ترموالکتریک می‌تواند با حرکت الکترون‌های آزاد در فلزات توضیح داده شود. وقتی یک اتصال گرم شود، الکترون‌ها انرژی جنبشی کسب می‌کنند و به سمت اتصال سردتر حرکت می‌کنند. این عمل ایجاد یک اختلاف پتانسیل بین دو اتصال را می‌کند که می‌تواند با ولتمتر یا آمپرمتر اندازه‌گیری شود. مقدار ولتاژ به نوع فلزات استفاده شده و تفاوت دما بین اتصال‌ها بستگی دارد.
کارکرد ترمکوپل
ترمکوپل شامل دو سیم از فلزات یا آلیاژهای فلزی مختلف است که در هر دو انتها به یکدیگر متصل شده‌اند تا دو اتصال تشکیل شود. یک اتصال به نام اتصال گرم یا اندازه‌گیری، در محلی قرار می‌گیرد که دمای آن باید اندازه‌گیری شود. اتصال دیگر به نام اتصال سرد یا مرجع، در دمای ثابت و شناخته شده‌ای نگهداری می‌شود، معمولاً در دمای اتاق یا در یک حمام یخ.
وقتی تفاوت دما بین دو اتصال وجود داشته باشد، ولتاژ الکتریکی در مدار ترمکوپل به دلیل اثر ترموالکتریک ایجاد می‌شود. این ولتاژ می‌تواند با ولتمتر یا آمپرمتر متصل شده به مدار اندازه‌گیری شود. با استفاده از جدول کالیبراسیون یا فرمولی که ولتاژ را با دما برای نوع خاصی از ترمکوپل مرتبط می‌کند، می‌توان دمای اتصال گرم را محاسبه کرد.
نوع‌های ترمکوپل
نوع‌های مختلفی مانند K، J، T و E با ترکیبات فلزی، محدوده دما و کاربردهای خاص متفاوت هستند.
مزایا
آنها می‌توانند محدوده گسترده‌ای از دماها را از دمای کریوژنی تا دمای بسیار بالا اندازه‌گیری کنند.
آنها دستگاه‌های ساده، مقاوم و قابل اعتمادی هستند که می‌توانند در محیط‌های سخت و ارتعاشات تحمل کنند.
آنها ارزان قیمت هستند و نصب و تعویض آنها آسان است.
آنها زمان پاسخ سریعی دارند و می‌توانند تغییرات دمایی پویا را اندازه‌گیری کنند.
آنها نیازی به تقویت یا منبع تغذیه خارجی برای عملکرد خود ندارند.
معایب
آنها دقت و پایداری کمتری نسبت به سنسورهای دیگر دارند.
آنها به خطاها ناشی از فرسودگی، اکسیداسیون، آلودگی یا پیری سیم‌ها آسیب‌پذیر هستند.
آنها به یک اتصال مرجع در دمای شناخته شده برای اندازه‌گیری دقیق نیاز دارند.
آنها خروجی غیرخطی دارند که نیازمند کالیبراسیون یا جبران پیچیده است.
آنها ممکن است ولتاژهای ترموالکتریک ناخواسته را به دلیل اتصال‌های جانبی در مدار تولید کنند.
معیارهای انتخاب
بر اساس محدوده دما، دقت، سازگاری با محیط، اندازه، ویژگی‌های الکتریکی و هزینه انتخاب کنید.
کاربردهای رایج
صنایع فولاد و آهن
وسایل گازی
سنسورهای تابش ترمپایل
تولید
تولید برق
کارخانه‌های فرآیند
ترمکوپل‌ها به عنوان گیج فشار کم
نتیجه‌گیری
ترمکوپل‌ها سنسورهای دمایی گسترده‌ای هستند که از دو نوع فلز مختلف تشکیل شده‌اند که در یک انتها به یکدیگر متصل شده‌اند. وقتی اتصال دو فلز گرم یا سرد شود، ولتاژی ایجاد می‌شود که می‌توان آن را با دما مرتبط کرد.
ترمکوپل‌ها مزایا و معایب زیادی نسبت به سنسورهای دمایی دیگر دارند. آنها می‌توانند محدوده گسترده‌ای از دماها را از دمای کریوژنی تا دمای بسیار بالا اندازه‌گیری کنند. آنها دستگاه‌های ساده، مقاوم و قابل اعتمادی هستند که می‌توانند در محیط‌های سخت و ارتعاشات تحمل کنند. آنها ارزان قیمت هستند و نصب و تعویض آنها آسان است. آنها زمان پاسخ سریعی دارند و می‌توانند تغییرات دمایی پویا را اندازه‌گیری کنند. با این حال، آنها دقت و پایداری کمتری نسبت به سنسورهای دیگر دارند. آنها به خطاها ناشی از فرسودگی، اکسیداسیون، آلودگی یا پیری سیم‌ها آسیب‌پذیر هستند. آنها به یک اتصال مرجع در دمای شناخته شده برای اندازه‌گیری دقیق نیاز دارند. آنها خروجی غیرخطی دارند که نیازمند کالیبراسیون یا جبران پیچیده است.
برای انتخاب ترمکوپل صحیح، محدوده دما و دقت مورد نیاز، سازگاری شیمیایی و طول عمر سیم‌ها، اندازه و شکل سوند، ویژگی‌های الکتریکی و مقاومت در برابر نویز، و در دسترس بودن و هزینه نوع و لوازم جانبی را در نظر بگیرید.
ترمکوپل‌ها در محدوده گسترده‌ای از کاربردها در صنایع و حوزه‌های مختلف استفاده می‌شوند. برخی از کاربردهای رایج ترمکوپل‌ها عبارتند از: صنایع فولاد و آهن، وسایل گازی، سنسورهای تابش ترمپایل، تولید، تولید برق، کارخانه‌های فرآیند و ترمکوپل‌ها به عنوان گیج فشار کم.
