ترمومتر دوگانه یک دستگاه است که تفاوتهای دما را به ولتاژ الکتریکی تبدیل میکند، بر اساس اصل ترموالکتریک. این نوع سنسور میتواند دمای یک نقطه یا مکان خاص را اندازهگیری کند. ترمومترهای دوگانه به دلیل سادگی، پایداری، هزینه کم و محدوده دمایی گسترده در زمینههای مختلفی مانند صنعتی، خانگی، تجاری و علمی استفاده میشوند.
اصل ترموالکتریک پدیدهای است که با تفاوت دما بین دو فلز یا آلیاژ فلزی متفاوت، ولتاژ الکتریکی تولید میشود. این اثر در سال ۱۸۲۱ توسط فیزیکدان آلمانی توماس زبک کشف شد که مشاهده کرد که یک میدان مغناطیسی حول حلقه بستهای از دو فلز متفاوت ایجاد میشود وقتی یک جوش گرم شده و جوش دیگر خنک شده است.
اصل ترموالکتریک میتواند با حرکت الکترونهای آزاد در فلزها توضیح داده شود. وقتی یک جوش گرم شده، الکترونها انرژی جنبشی به دست میآورند و به سمت جوش خنکتر حرکت میکنند. این عمل یک اختلاف پتانسیل بین دو جوش ایجاد میکند که میتواند با ولتمتر یا آمپرمتر اندازهگیری شود. مقدار ولتاژ به نوع فلزهای استفاده شده و تفاوت دما بین جوشها بستگی دارد.
ترمومتر دوگانه شامل دو سیم از فلزها یا آلیاژهای فلزی متفاوت است که در دو سر به هم متصل شدهاند تا دو جوش تشکیل دهند. یک جوش به نام جوش گرم یا اندازهگیری، در محلی قرار میگیرد که دمای آن اندازهگیری میشود. جوش دیگر به نام جوش سرد یا مرجع، در دمای ثابت و شناخته شده نگهداری میشود، معمولاً در دمای محیط یا در یخ.
وقتی تفاوت دما بین دو جوش وجود دارد، یک ولتاژ الکتریکی در مدار ترمومتر دوگانه به دلیل اثر ترموالکتریک تولید میشود. این ولتاژ میتواند با ولتمتر یا آمپرمتر متصل به مدار اندازهگیری شود. با استفاده از جدول کالیبراسیون یا فرمولی که ولتاژ را با دما برای نوع خاصی از ترمومتر دوگانه مرتبط میکند، میتوان دمای جوش گرم را محاسبه کرد.
نمودار زیر اصل کار اساسی ترمومتر دوگانه را نشان میدهد:
ویدیو زیر نحوه کار ترمومتر دوگانه را به طور دقیقتر توضیح میدهد:
انواع مختلفی از ترمومترهای دوگانه وجود دارد که هر یک با ویژگیها و کاربردهای متفاوتی دارند. نوع ترمومتر دوگانه توسط ترکیب فلزها یا آلیاژهای فلزی استفاده شده برای سیمها تعیین میشود. انواع رایج ترمومترهای دوگانه با حروف (مانند K, J, T, E و غیره) بر اساس استانداردهای بینالمللی طبقهبندی میشوند.
جدول زیر برخی از انواع اصلی ترمومترهای دوگانه و ویژگیهای آنها را خلاصه میکند:
| نوع | سیم مثبت | سیم منفی | کد رنگ | محدوده دما | حساسیت | دقیقی | کاربردها |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| K | نیکل-کروم (۹۰٪ Ni، ۱۰٪ Cr) | نیکل-آلومینیوم (۹۵٪ Ni، ۲٪ Al، ۲٪ Mn، ۱٪ Si) | زرد (+)، قرمز (-)، زرد (کلی) | -200°C تا +1260°C (-328°F تا +2300°F) | 41 µV/°C | ±2.2°C (0.75%) | هدف عمومی، محدوده گسترده، هزینه کم |
| J | آهن (99.5% Fe) | کانستان (55% Cu، 45% Ni) | سفید (+)، قرمز (-)، سیاه (کلی) | -210°C تا +750°C (-346°F تا +1400°F) | 50 µV/°C | ±2.2°C (0.75%) | اتمسفرهای اکسیدکننده، محدوده محدود |
| T | مس (99.9% Cu) | کانستان (55% Cu، 45% Ni) | آبی (+)، قرمز (-)، قهوهای (کلی) | -200°C تا +350°C (-328°F تا +662°F) | 43 µV/°C | ±1°C (0.75%) | دمای پایین، اتمسفرهای اکسیدکننده |
| E | نیکل-کروم (90% Ni، 10% Cr) | کانستان (55% Cu، 45% Ni) | بنفش (+)، قرمز (-)، بنفش (کلی) |
| E | نیکل-کروم (90% Ni، 10% Cr) | کانستان (55% Cu، 45% Ni) | بنفش (+)، قرمز (-)، بنفش (کلی) | -200°C تا +870°C (-328°F تا +1598°F) | 68 µV/°C | ±1.7°C (0.5%) | دقت بالا، محدوده متوسط، هزینه کم | | N | نیکروسل (84.1% Ni، 14.4% Cr، 1.4% Si، 0.1% Mg) | نیسیل (95.5% Ni، 4.4% Si، 0.1% Mg) | نارنجی (+)، قرمز (-)، نارنجی (کلی) | -200°C تا +1300°C (-328°F تا +2372°F) | 39 µV/°C | ±2.2°C (0.75%) | هدف عمومی، محدوده گسترده، پایدار | | S | پلاتین-رودیوم (90% Pt، 10% Rh) | پلاتین (100% Pt) | سیاه (+)، قرمز (-)، سبز (کلی) | 0°C تا +1600°C (+32°F تا +2912°F) | 10 µV/°C | ±1.5°C (0.25%) | دمای بالا، دقت بالا، هزینه بالا | | R | پلاتین-رودیوم (87% Pt، 13% Rh) | پلاتین (100% Pt) | سیاه (+)، قرمز (-)، سبز (کلی) | 0°C تا +1600°C (+32°F تا +2912°F) | 10 µV/°C | ±1.5°C (0.25%) | دمای بالا، دقت بالا، هزینه بالا | | B | پلاتین-رودیوم (70% Pt، 30% Rh) | پلاتین-رودیوم (94% Pt، 6% Rh) | خاکستری (+)، قرمز (-)، خاکستری (کلی) | +600°C تا +1700°C (+1112°F تا +3092°F) | 9 µV/°C | ±0.5% از خواندن بالای +600°C (+1112°F) | دمای بسیار بالا، حساسیت کم |
