ترموکوپل یکی از مهمترین ابزارهای اندازهگیری دما در صنایع مختلف است. این حسگر ساده و کاربردی بر پایه اختلاف ولتاژ بین دو فلز مختلف کار میکند که در اثر تغییر دما به وجود میآید. دقت، سرعت پاسخدهی و گستره دمایی وسیع از جمله دلایلی است که باعث شده ترموکوپلها در سیستمهای کنترل صنعتی، کورهها، تجهیزات آزمایشگاهی و خطوط تولید جایگاه ویژهای داشته باشند. شناخت انواع ترموکوپل و محدوده دمایی آنها برای انتخاب صحیح و عملکرد دقیق ضروری است. در این مقاله از الکترو المنت علی به بررسی جامع و دقیق جدول دمای جامع ترموکوپل، محدوده دمایی انواع تایپ ترموکوپل خواهیم پرداخت.
ترموکوپل چیست و چگونه کار میکند؟
ترموکوپل از دو فلز یا آلیاژ متفاوت تشکیل میشود که در یک نقطه به هم جوش خوردهاند. هنگامی که این نقطه در معرض دمای خاصی قرار میگیرد و انتهای دیگر در دمای مرجع (مثلاً دمای اتاق) باقی میماند، اختلاف ولتاژی تولید میشود. این ولتاژ متناسب با اختلاف دما بوده و توسط تجهیزات اندازهگیری تبدیل به مقدار دما میشود. پدیدهای که اساس عملکرد ترموکوپل را تشکیل میدهد، اثر سیبک (Seebeck Effect) نام دارد.
ولتاژ خروجی ترموکوپلها معمولاً در حد چند میلیولت است و هر نوع ترموکوپل دارای منحنی ولتاژ–دما مخصوص به خود است. به همین دلیل استفاده از جدولهای استاندارد برای تبدیل ولتاژ به دما امری ضروری است.
معرفی انواع ترموکوپل
انواع ترموکوپلها با حروف انگلیسی مانند K، J، T، E، N، S، R و B مشخص میشوند. هر نوع از ترکیب خاصی از فلزات ساخته شده و دارای ویژگیهای منحصربهفردی از نظر محدوده دمایی، پایداری، دقت و مقاومت در برابر اکسیداسیون است. در ادامه به معرفی جامع هر نوع میپردازیم.
ترموکوپل نوع K (نیکل–کروم/نیکل–آلومینیوم)
ترموکوپل نوع K پرکاربردترین نوع در صنعت است. این ترموکوپل از آلیاژ Chromel (نیکل–کروم) و Alumel (نیکل–آلومینیوم) ساخته میشود.
- محدوده دمایی: از −200 تا +1260 °C
- دقت: حدود ±2.2 °C یا ±0.75٪ از مقدار اندازهگیری
- ویژگیها: مقاومت عالی در برابر اکسیداسیون، پایداری بالا و مناسب برای محیطهای گازی و اتمسفری.
- کاربرد: صنایع نفت و گاز، کورهها، تولید شیشه، دستگاههای تزریق پلاستیک و تجهیزات آزمایشگاهی.
نوع K به دلیل قیمت مناسب، پایداری طولانیمدت و دقت قابل قبول، به عنوان انتخاب پیشفرض بسیاری از مهندسان ابزار دقیق شناخته میشود.
ترموکوپل نوع J (آهن/کنستانتان)
این نوع از ترکیب آهن و کنستانتان (مس–نیکل) ساخته شده و برای محدودههای دمایی متوسط تا نسبتاً بالا مناسب است.
- محدوده دمایی: −40 تا +750 °C
- ویژگیها: حساسیت خوب (حدود 55 µV/°C)، اما نسبت به اکسیداسیون در دمای بالا حساس است.
- کاربرد: خطوط تولید فولاد، سیستمهای گرمایشی و تجهیزات تست حرارتی.
ترموکوپل J در محیطهای خلأ یا محیطهای کنترلشده عملکرد خوبی دارد، ولی در شرایط مرطوب یا اکسیدکننده سریعتر خراب میشود.
ترموکوپل نوع T (مس/کنستانتان)
ترموکوپل نوع T برای اندازهگیری دماهای پایین و محیطهای سرد بسیار مناسب است. ترکیب مس و کنستانتان باعث دقت و پایداری بالا در دماهای زیر صفر میشود.
- محدوده دمایی: −270 تا +400 °C
- ویژگیها: عملکرد دقیق در دماهای پایین، مقاوم در برابر رطوبت، پایداری بلندمدت.
- کاربرد: آزمایشگاههای برودتی، صنایع غذایی، یخچالها و سیستمهای سرمایشی.
به دلیل پایداری عالی در محدودههای منفی، نوع T یکی از گزینههای اصلی برای اندازهگیری دما در شرایط آزمایشگاهی است.
ترموکوپل نوع E (کرومل/کنستانتان)
نوع E دارای بیشترین خروجی ولتاژ در میان ترموکوپلهای معمولی است و برای محیطهای غیراکسیدکننده بسیار مناسب محسوب میشود.
- محدوده دمایی: −200 تا +900 °C
- ویژگیها: سیگنال خروجی قوی، دقت بالا، مناسب برای کاربردهایی با حساسیت بالا.
- کاربرد: سیستمهای تحقیقاتی، تجهیزات پزشکی، کنترل دمای دقیق در صنایع خاص.
از آنجایی که ولتاژ خروجی بالایی تولید میکند، نوع E برای کاربردهایی با نیاز به دقت زیاد بسیار محبوب است.
ترموکوپل نوع N (نیکل–سیلیسیم/نیکل–سیلیسیم-منیزیم)
ترموکوپل N نسبت به نوع K پایداری حرارتی بیشتری دارد و در دماهای بالا عملکرد بسیار خوبی از خود نشان میدهد.
- محدوده دمایی: −200 تا +1300 °C
- ویژگیها: مقاومت بالا در برابر اکسیداسیون، پایداری بلندمدت در دماهای زیاد، تکرارپذیری عالی.
- کاربرد: صنایع هوافضا، پتروشیمی، کورههای حرارتی و سیستمهای کنترل دقیق.
ترموکوپل N برای محیطهایی که نیاز به دقت طولانیمدت در دمای بالا دارند، انتخابی مطمئن است.
ترموکوپل نوع S (پلاتین/رودیوم–پلاتین)
ترموکوپلهای نوع S جزو گروه فلزات گرانبها هستند و در کاربردهای آزمایشگاهی و استانداردهای مرجع مورد استفاده قرار میگیرند.
- محدوده دمایی: −50 تا +1480 °C
- ویژگیها: دقت بسیار بالا، پایداری بلندمدت، مقاومت عالی در برابر خوردگی.
- کاربرد: صنایع شیشه، فولاد، سرامیک و کورههای دمای بالا.
اگرچه قیمت بالایی دارد، اما نوع S برای کاربردهای استانداردسازی دما و تستهای دقیق ضروری است.
ترموکوپل نوع R (پلاتین/رودیوم–پلاتین)
ترکیب فلزی این نوع بسیار مشابه نوع S است اما با درصد بالاتری از رودیوم که باعث افزایش محدوده دمایی میشود.
- محدوده دمایی: −50 تا +1480 °C
- ویژگیها: دقت بالا، پایداری بلندمدت، مناسب برای کورههای صنعتی و فرایندهای دمای بالا.
- کاربرد: صنایع فلزات گرانبها، کورههای ذوب و آزمایشگاههای مرجع دما.
نوع R از نظر ویژگیها تقریباً همرده نوع S است و تفاوت اصلی در نسبت فلزات گرانبها و رفتار در دماهای بسیار بالا است.
ترموکوپل نوع B (پلاتین/رودیوم)
ترموکوپل نوع B بالاترین محدوده دمایی را در میان تمام ترموکوپلها دارد و برای دماهای فوقالعاده بالا طراحی شده است.
- محدوده دمایی: +100 تا +1700 °C
- ویژگیها: مقاومت عالی در برابر اکسیداسیون، پایداری در دماهای بالا، مناسب برای اندازهگیری تا نزدیک نقطه ذوب فلزات.
- کاربرد: کورههای ذوب فلز، صنایع شیشه و متالورژی.
اگرچه هزینه ساخت این نوع بسیار بالاست، اما در محیطهای خاصی که دماهای بالای 1600 درجه وجود دارد، تنها گزینه ممکن است.
جدول جامع محدوده دمایی انواع ترموکوپل
| نوع ترموکوپل | ترکیب فلزی | محدوده دمایی (°C) | دقت تقریبی | ویژگی خاص |
| K | نیکل–کروم / نیکل–آلومینیوم | −200 تا +1260 | ±2.2°C | مقاوم و اقتصادی |
| J | آهن / کنستانتان | −40 تا +750 | ±2.2°C | مناسب دماهای متوسط |
| T | مس / کنستانتان | −270 تا +400 | ±1°C | دقیق در دمای پایین |
| E | کرومل / کنستانتان | −200 تا +900 | ±1.7°C | ولتاژ خروجی زیاد |
| N | نیکل–سیلیسیم / نیکل–سیلیسیم-منیزیم | −200 تا +1300 | ±2°C | پایداری بالا |
| S | پلاتین–رودیوم / پلاتین | −50 تا +1480 | ±1.5°C | مرجع آزمایشگاهی |
| R | پلاتین–رودیوم / پلاتین | −50 تا +1480 | ±1.5°C | دقت بالا در صنایع سنگین |
| B | پلاتین–رودیوم / پلاتین–رودیوم | +100 تا +1700 | ±1.5°C | مقاوم در دمای بسیار بالا |
نکات مهم در انتخاب ترموکوپل مناسب
انتخاب نوع ترموکوپل به عوامل متعددی بستگی دارد؛ از جمله محدوده دمای مورد نیاز، محیط کاری (اکسیدکننده، کاهنده یا خنثی)، نوع تجهیز، دقت مورد انتظار و بودجه موجود. برای مثال، در کاربردهای صنعتی عمومی نوع K گزینهای ایدهآل است، اما برای دماهای بسیار بالا در صنایع فولاد یا شیشه، نوع B یا S پیشنهاد میشود.
همچنین انتخاب غلاف محافظ (Sheath) اهمیت زیادی دارد. استفاده از فولاد ضدزنگ، اینکونل یا سرامیک بسته به شرایط محیطی طول عمر ترموکوپل را چند برابر میکند. در محیطهای خورنده نیز باید از غلافهای مقاوم در برابر اسید یا گازهای خورنده استفاده شود.
خطاهای متداول در سیستمهای ترموکوپل
- اتصالات نادرست: استفاده از فلزات غیرهمجنس در محل اتصال سبب ایجاد ولتاژ ناخواسته میشود.
- اکسید شدن نوک سنسور: در دماهای بالا یا محیطهای خورنده، اکسید فلز باعث افت دقت میشود.
- سیم جبرانساز اشتباه: انتخاب سیمهای غیر استاندارد تا چند درجه خطا ایجاد میکند.
- نصب در محل نامناسب: در صورت تماس مستقیم با شعله یا جریان شدید گاز، عمر ترموکوپل کاهش مییابد.
- عدم کالیبراسیون دورهای: موجب انحراف تدریجی نتایج میشود.
پیشگیری از این موارد، دقت اندازهگیری را بهطور قابل توجهی افزایش میدهد و هزینههای نگهداری را کاهش میدهد.
خلاصه
ترموکوپلها از پرکاربردترین ابزارهای اندازهگیری دما در صنایع مختلف به شمار میروند. تنوع بالا در نوع، جنس، محدوده دمایی و هزینه آنها را به گزینهای منعطف و قابلاعتماد تبدیل کرده است. شناخت دقیق جدول دمای ترموکوپلها به مهندسان و تکنسینها کمک میکند تا نوع مناسب را بر اساس شرایط محیطی و نیاز پروژه انتخاب کنند.
رعایت اصول نصب، انتخاب غلاف مناسب، استفاده از سیم جبرانساز استاندارد و انجام کالیبراسیون منظم، کلید دستیابی به دقت و عمر مفید بالا در سیستمهای اندازهگیری دما است. ترموکوپل اگر بهدرستی انتخاب و نگهداری شود، یکی از دقیقترین و پایدارترین ابزارهای سنجش دما در جهان صنعت باقی خواهد ماند.
