ترموکوپل چیست؟
گرماجفت یا ترموکوپل یک حسگر تشخیص دمای ترمو-الکتریکی مدار-بسته شامل دو سیم ناهمجنس است، که در یک انتها به هم متصل شدهاند. زمانیکه دما در یک سمت با دما در سمت دیگر تفاوت داشته باشد یک جریان الکتریکی در مسیر برقرار میشود.
به این پدیده اثر سیبک گفته میشود که اساس کار ترموکوپلها میباشد. به یک طرف این اتصال، اتصال گرم و به طرف دیگر آن اتصال سرد گفته میشود. سمت گرم داخل یک محفظه محافظ قرار داده شده و در معرض فرایند قرار داده میشود.
اگر محل اتصال دو فلز ترموکوپل حرارت دادهشود، به دلیل اثر ترموالکتریکی در دو سر دیگر آنها که آزاد هستند اختلاف پتانسیلی (ولتاژ) تولید شود. این ولتاژ تابع دما است و با اندازهگیری آن، میتوان دما را اندازه گرفت.
نوع E
ترموکوپل نوع E برای استفاده در دماهای تا 900 درجه سانتیگراد (1650 درجه فارنهایت) در خلاء، بی اثر، اکسید کننده ملایم یا اتمسفر کاهنده مناسب است. در دماهای برودتی، ترموکوپل در معرض خوردگی نیست. این ترموکوپل دارای بالاترین خروجی EMF در هر درجه از تمام ترموکوپل های رایج است. در بین انواع ترموکوپلی که در این مقاله به آنها اشاره میشود، مدلهای E بیشترین حساسیت سنجش ولتاژ را دارند. حساسیت آنها تقریبا 62 µV/°C براورد شده است. موارد کاربرد ترموکوپل نوع E اغلب برای شرایطی است که سنسور نیاز به پوشش محافظ نداشته باشد یا محیط اطراف آن خلأ باشد.
نوع J
نوع J ممکن است در مواردی که کمبود اکسیژن آزاد وجود دارد، در معرض یا بدون قرار گرفتن در معرض استفاده قرار گیرد. برای تمیزی و طول عمر بیشتر، یک لوله محافظ توصیه می شود. از آنجایی که سیم JP (آهن) در دمای بیش از 540 درجه سانتیگراد (1000 درجه فارنهایت) به سرعت اکسید می شود، توصیه می شود از سیم های گیج بزرگتر برای جبران استفاده شود. حداکثر دمای کاری توصیه شده 760 درجه سانتیگراد (1400 درجه فارنهایت) است.
ترموکوپل نوع j در کنار ترموکوپل نوع K از ترموکوپلهای رایج و پرکاربرد در فعالیتهای صنعتی است. خرید و فروش این دسته از ترموکوپلها در بازار بسیار متداول است و موارد استفاده گوناگونی در محیطهای تحقیقاتی تا صنایع و کارخانجات دارند. ترموکوپل تایپ J حساسیت و دقت بیشتری در اندازهگیری درجه حرارت دارد و به همین دلیل هم برای مواردی که سنجش دما نیازمند دقت بالاتر و بررسی جزئی بهخصوص در روند کاهشی است، مناسبتر است.
موارد استفادهی گوناگونی از آن در صنعت میتوان نام برد که باعث فروش عمده و تک این ترموکوپل میشود. برعکس ترموکوپلهایی که سیم آنها از مس یا فلزات مقاوم در برابر اکسیداسیون ساخته شده است، در ساخت ترموکوپل نوع J از آهن استفاده شده که موجب حساسیت و آسیبپذیری آن در برابر اکسیداسیون شده است. از این رو معمولا در موقعیتهایی که احتمال واکنشهای اکسیدکننده بویژه در دمای بالا وجود دارد، کاربردی نیست.
نوع K
به دلیل قابلیت اطمینان و دقت، نوع K به طور گسترده در دماهای تا 1260 درجه سانتیگراد (2300 درجه فارنهایت) استفاده می شود. محافظت از این نوع ترموکوپل با یک لوله محافظ فلزی یا سرامیکی مناسب، مخصوصاً در کاهش اتمسفر، تمرین خوبی است. در اتمسفرهای اکسید کننده، مانند کوره های الکتریکی، حفاظت از لوله همیشه در شرایط مناسب ضروری نیست. با این حال، برای تمیزی و حفاظت مکانیکی عمومی توصیه می شود. نوع K عموماً از نوع J دوام خواهد داشت زیرا سیم JP (آهن) به سرعت اکسید می شود، به خصوص در دماهای بالاتر.
در بین انواع ابزار دقیق حرارتی، ترموکوپل نوع K یکی از پرکاربردترینها و متداولترین هاست. از این نوع ترموکوپل در بسیاری از موارد سنجش یا کنترل دما در صنایع استفاده میشود. بههمین دلیل خرید ترموکوپل از نوع k، همواره یکی از نیازهای اساسی فعالان صنعت، پژوهشگاه، آزمایشگاه و کارگاهها بوده است. فروش انواع مدلهای ترموکوپل توسط نمایندگیهای فروش تخصصی تجهیزات حرارتی معتبر انجام میشود.
ترموکوپل تایپ K مانند بقیه انواع ترموکوپل، دارای دو سیم فلزی است. یکی از این سیمها از آلیاژ نیکل و کروم ساخته شده است که با نام تجاری کرومل (Chromel) هم شناخته میشود. جنس سیم دیگر، حاصل ترکیب نیکل و آلومینیوم است که آلومل (Alumel) هم نامیده میشود. در ترموکوپل نوع K تفاوت دما بین دو سر ترموکوپل، به میزان اختلاف ولتاژ خاصی منجر میشود که نهایتا با اندازهگیری این ولتاژ، به دمای متناظر با آن هم میرسیم.
نوع N
این آلیاژ ترموکوپل مبتنی بر نیکل عمدتاً در دماهای بالا تا 1260 درجه سانتیگراد (2300 درجه فارنهایت) استفاده می شود. در حالی که جایگزین مستقیم نوع K نیست، نوع N مقاومت بهتری در برابر اکسیداسیون در دماهای بالا و عمر طولانیتر در کاربردهایی که گوگرد وجود دارد، ارائه میکند.
در ساختار این ترموکوپلها یکی از سیمها از آلیاژ تولید شده از فلزهای نیکل و کروم به همراه شبه فلز سیلیسیم ساخته شده است. اختلاط سه گانهی آنها (Ni-Cr-Si) را با اسم تجاری نیکروسیل میشناسند. سیم دیگر در این مدار، ترکیبی از نیکل، سیلیسیم و منیزیم (Ni-Si-Mg) خواهد بود که با نام تجاری نیسیل هم معروف است.
نوع T
این ترموکوپل را می توان در اتمسفرهای اکسید کننده یا کاهش دهنده استفاده کرد، اگرچه برای عمر طولانی تر یک لوله محافظ توصیه می شود. به دلیل پایداری در دماهای پایین تر، این ترموکوپل برتر برای کاربردهای متنوع در دماهای پایین و برودتی است.
محدوده عملیاتی توصیه شده 200- تا 350 درجه سانتی گراد (330- تا 660 درجه فارنهایت) است، اما می توان از آن تا 269- درجه سانتی گراد (452- درجه فارنهایت) (هلیوم در حال جوش) استفاده کرد.
اکثر اوقات هزینه کمتری برای خرید این مدل از ترموکوپلها مورد نیاز است و به صرفهتر هستند. همچنین از آنها برای سنجش دماهای بسیار بالا استفاده نمیشود و در دماهای پایین کاربردی هستند. از مزیتهای قابل توجه ترموکوپل نوع T این است که معمولا در برابر رطوبت مقاومت بهتری دارند.
انواع S، R و B
این سه مدل از ترموکوپلهایی هستند که در ساخت آنها از آلیاژ پلاتین و رادیوم استفاده میشود و به همین دلیل آنها را در یک دسته کلی قرار دادهایم. اما تفاوتی که با هم دارند و باعث شده با 3 نوع مختلف شناخته شوند، به خاطر نسبت متفاوت ترکیبات سازنده این آلیاژ به کاربرده شده در ساخت آنها است.
حداکثر دمای کاری توصیه شده برای نوع S یا R 1450 درجه سانتیگراد (2640 درجه فارنهایت) است. نوع B برای استفاده در دمای 1700 درجه سانتیگراد (3100 درجه فارنهایت) توصیه می شود. این ترموکوپل ها به راحتی آلوده می شوند. کاهش اتمسفر به ویژه به کالیبراسیون آسیب می رساند. ترموکوپل های فلزی نجیب همیشه باید با یک لوله سرامیکی ضد گاز، یک لوله ثانویه از آلومینا و یک کاربید سیلیکون یا لوله بیرونی فلزی در صورت لزوم محافظت شوند.
منابع اصلی این مطلب در ادامه معرفی شدند: