همانگونه که شما میدانید ترموکوپل از جمله وسایلی است، که کاربرد بسیار ویژهای در آزمایش دما دارد، به گونهای که شما میتوانید دما را در گیاهان نفتی و شیمیایی به بهترین شکل ممکن به واسطه ترموکوپل مورد آزمایش قرار دهید. همچنین در بسیاری از وسایل گازی برای شعله پیلوت استفاده از ترموکوپل بسیار کاربردی جایگاه خود را نشان میدهد. توجه داشته باشید که صنعتهای مختلفی همانند صنعت غذا برای کاربرد ویژه خود مانند برودتی و دمای پایین از این قطعه کاربردی استفاده میکنند. باید دقت بالایی داشته باشید که این اتصال سرد در ترموکوپل میتواند مزیت و ویژگی خاصی داشته باشد.
چرا که انواع ترموکوپل به واسطه ساختار دمایی خود موظف است، به واسطه اتصال سرد یک استاندارد و تکنولوژی خاص را به نمایش بگذارد و این چنین شما میتوانید متوجه شوید که در اندازهگیری دماهای سنتی چگونه باید با یک اتصال مرجع به ساختار ترموکوپل واکنش نشان داد و با وسیله اتصال سرد اصولا شما قادر هستید خطای ولتاژ را در انواع اتصالات به پایینترین حد خود برسانید.
ویژگی اندازه گیری دما با اتصال سرد در ترموکوپل
در بسیاری از کاربردهای ترموکوپل باید توجه داشته باشید، چنانچه دمای مورد توجه بالای صفر درجه باشد شما به راحتی این اختیار را دارید که از ترموکوپل یک خروجی مثبت را انتظار داشته باشید. در مواقعی که دمای اندازهگیری زیر صفر باشد، طبیعتا خروجی ترموکوپل نیز در این شرایط منفی میشود ولی این نکته کلیدی را به خاطر داشته باشید، که اتصال خاصی مانند اتصال مرجع و همچنین اندازه گیری بخصوصی که برای دمای یکسان وجود دارد باید با یک ولتاژ بسیار خالص برابر با صفر تعیین گردد. با توجه به اتصال سرد در ترموکوپل شما میتوانید دمای اندازه گیری را با اتصال مرجع توسط یک حسگر خاص به صورت کاملا مستقیم اندازه گیری کنید و در این شرایط، اصولا ولتاژ خاصی به صورت کاملا اضافی میتواند در ترموکوپل جایگاه خود را به نمایش بگذارد.
اهمیت ولتاژ اندازه گیری در ساختار ترموکوپل
در بسیاری از شرایط شما باید اینگونه پیش بینی کنید که اگر بخواهید از قوانین ترموکوپل پیروی کنید، باید برای کاربرد بسیاری از فلزات ولتاژ تخته را با یک اندازه گیری اصولی در نظر بگیرید؛ چرا که با دقت به مدل ترموکوپل و ولتاژ اساسی آن اصولا ساختار اتصال سرد در ترموکوپل میتواند ویژگی و مزیت خود را به نمایش بگذارد. این نکته را به خاطر داشته باشید که ولتاژ اندازه گیری در اکثر اوقات به راحتی قادر است یک ترکیب کاملا جدا را به واسطه اتصالات سرد به نمایش بگذارد.
اما نکته حائز اهمیت در مورد خروجی ترموکوپل توجه به این نکته است، که شما چنانچه یک سیم را در مدار خاص این قطعه کاربردی در نظر بگیرید با توجه به قرار گرفتن انتهای دو سیم شما میتوانید یک دمای خاص را مد نظر داشته باشید و در بسیاری از شرایط نیز سیم خاصی به نام کونستانتن به راحتی این اختیار را دارد که اتصال خود را قبل از اتصالات خاص دما به کار گیرد.
شما باید دقت نمایید که قانون خاصی که در فلزات وجود دارد، بر روی ساختار ترموکوپل نیز خود را به صورت کلیدی به نمایش میگذارد؛ چرا که اگر بخواهید به واسطه الکتریک در مدار خاصی مانند مدار ترموکوپل واکنش خاصی را در نظر بگیرید، باید عملکرد های ویژهای را نیز در مدار مشاهده کنید؛ چراکه باهر مداری و هر سیمی اصولا دمای خاصی به وجود میآید، که البته اتصالهای موجود در ترموکوپل جهتهای خاص و البته مخالف را دنبال میکند تا شما به این ترتیب ولتاژ اندازه گیری را بتوانید به صفر برسانید.
اهمیت اتصال مرجع در اتصال سرد در ترموکوپل
معادله خاصی برای اتصال اتصال سرد در ترموکوپل وجود دارد که شما باید توجه داشته باشید این معادله را با توجه به چه ساختاری مورد استفاده قرار میدهید؛ چرا که ولتاژ اندازهگیری در تخته به راحتی به دمای اتصال مرجع مربوطه میباشد و اصولا برای تولید دمای مرجع شما باید معادل ولتاژ خاصی را پیادهسازی کنید. به این علت که هر کدام از توابع موجودی که از دما به دست میآید به راحتی به دما منتهی میشود و هر معادله خاصی میتواند اعتبار خود را مورد ارزیابی قرار دهد.
در بسیاری از شرایط اینگونه مشاهده میشود که اتصال خاصی مانند اتصال مرجع به راحتی قادر است در یک ولتاژ خاص به صفر درجه خود را برساند و اگر بخواهید که شما یک حالت مخالف را برای این اتصال در نظر بگیرید، بدون هیشکی ولتاژ نیز باید در ترموکوبل مورد بررسی قرار گیرد. همیشه شما باید به دو رابطه توجه داشته باشید مانند رابطه ولتاژ به دما، به این سبب که با توجه به این رابطه شما این اختیار را دارید، که یک دمای خاص اختصاصی را برای این قطعه در نظر بگیرید و اصولا قواعد خاصی وجود دارد که با توجه به این قواعد و اصول آن جبران اتصال سرد میتواند ساختار خود را به نمایش بگذارد.
سخت افزاری و نرم افزاری
از لحاظ سخت افزاری و نرم افزاری هرکدام جبرانهای خاصی را پیاده سازی میکند که این پیادهسازی نیازمند قواعد و اصول خاصی میباشد و توجه داشته باشید که دما در اتصالی مانند اتصال مرجع با یک حسگر خاص میتواند کاربرد خود را نشان دهد و قاعدتا همیشه حسگر این قدرت را دارد که به عنوان یک خروجی در رابطه با دمای اندازه گیری یک نقطه خاص را معرفی کند.
البته حسگرهای متفاوتی که نیمه رسانا هستند قطعا در اندازهگیری دما و خصوصا برای اتصالات خاصی همانند اتصال مرجع مورد کاربرد قرار میگیرند و سیمهای ترموکوپل همیشه در این اتصالات نقش ویژهای را به نمایش میگذارند.
کلام آخر
شما باید متوجه شوید که ترموکوپل به واسطه کاربرد خاص خود یک ساختار خاص را نیز در نظر دارد؛ چرا که در این بین اتصال سرد در ترموکوپل به راحتی میتواند دما را به درجههای خاصی مانند بالای صفر برساند، تا شما بتوانید یک خروجی مثبت را از آن انتظار داشته باشید و در برخی از شرایط ممکن است ما درجه زیر صفر را مشاهده کنیم که خروجی شما در یک شرایط منفی ساختار خود را نشان میدهد.
اما در حالت عادی شما باید با توجه به قانون ترموکوپل گزینهای را در نظر داشته باشید که خروج ترموکوپل صددرصد به اتصالات آن مربوط میشود و همچنین دمای مرجع مهمترین چیزی است که در معادله خاص اتصال سرد نقش خود را به نمایش میگذارد.
کاربرد نقطه اتصال سرد در ترموکوپل ، محاسبات ترموکوپل ، ترموکوپل دو سیمه ، سیم ترموکوپل چیست ، ترموکوپل چیست ، تبدیل انرژی در ترموکوپل
یکی از رایج ترین ترموول های ترموکوپل تیوپ یا غلاف فلزی می باشد که بسته به نوع کاربرد،محدوده دما،محل قرارگیری تفاوت هایی با هم دارند که در این جا ما خصوصیات هریک از آلیاژ های پرکابرد را اشاره میکنیم تا بتوانید در انتخاب آنها دقت کافی برخوردار باشید:
۳۱۶ Stainless Steel
یکی از پرکاربردترین غلاف های فلزی استنلس استیل ۳۱۶ می باشد
Maximum temperature: 1650. Best corrosion resistance of the austenitic stainless steel grades. Widely used in the food and chemical
industry. Subject to damaging carbide precipitation in 900F to 1600F (482C to 870C
۳۱۶L Stainless Steel
Maximum temperature: 1650°F (900°C). Same as 316 SST (04) except Iow carbon version allows for better welding and fabrication
۳۰۴ Stainless Steel
Maximum temperature: 1650°F (900°C). Most widely used low temperature sheath material. Extensively used in food, beverage, chemical and other industries where corrosion resistance is required
Industry: Subject to damaging carbide precipitation in 900 to 1600°F (480 to 870°C) range. Lowest cost corrosion resistant sheath material available
۳۰۴L Stainless Steel
Maximum temperature: 1650°F (900°C). Low carbon version of 304 SST (02). Low carbon content allows this material to be welded and heated in the 900 to 1600°F (480 to 870°C) range without damage to corrosion resistance
۳۱۰ Stainless Steel
Maximum temperature: 2100°F (1150°C). Mechanical and corrosion resistance, similar to but better than 304 SS. Very good heat resistance
This alloy contains 25% chromium, 20% nickel. Not as ductile as 304 SS
۳۲۱ Stainless Steel
Maximum temperature: 1600°F (870°C). Similar to 304 SS except titanium stabilized for intergranular corrosion
This alloy is designed to overcome susceptibility to carbon precipitation in the 900 to 1600°F (480 to 870°C) range. Used in aerospace and chemical applications
۴۴۶ Stainless Steel
Maximum temperature: 2100°F (1150°C). Ferritic stainless steel which has good resistance to sulfurous atmospheres at high temperatures
Good corrosion resistance to nitric acid, sulfuric acid and most alkalies. 27% chromium content gives this alloy the highest heat resistance of any ferritic stainless steel
Inconel 600
Maximum temperature: 2150°F (1175°C). Most widely used thermocouple sheath material. Good high temperature strength, corrosion resistance, resistance to chloride-ion stress corrosion cracking and oxidation resistance to high temperatures
Do not use in sulfur bearing environments. Good in nitriding environments
Inconel 601
Maximum temperature: 2150°F (1175°C) continuous, 2300°F (1260°C) intermittent. Similar to Alloy 600 with the addition of aluminum for outstanding oxidation resistance. Designed for high temperature corrosion resistance
This material is good in carburizing environments, and has good creep rupture strength. Do not use in vacuum furnaces! Susceptible to intergranular attack by prolonged heating in 1000 to 1400°F (540 to 760°C) temperature range
Incoloy 800
Maximum temperature: 2000°F (1095°C). Widely used as heater sheath material. Minimal use in thermocouples. Superior to Alloy 600 in sulfur, cyanide salts and fused neutral salts
Susceptible to intergranular attack in some applications by exposure to the temperature range of 1000 to 1400°F (540 to 760°C)
ترموکوپل(Thermocouple)، که به آن زوج حرارتی نیز گفته میشود، به پدیده ای در فیزیک گفته میشود که در آن با اتصال دو فلز الکتریکی ناهمگون با همدیگر بعد از گرم شدن محل اتصال تولید الکتریسیته میشود. برای تولید برق باید محل اتصال دو فلز را حرارت داد. در این صورت در دو سر دیگر که آزاد هستند (اصطلاحا سر سرد) برق تولید میشود. البته برقی که به این صورت تهیه میشود بسیار کم است. به این صورت که وقتی به محل اتصال این دو فلز حرارت داده شود، اختلاف پتانسیلی در دو سر این فلزها بوجود میآید. این اختلاف پتانسیل متناسب با میزان حرارت اعمال شدهاست و بنابراین با بررسی میزان ولتاژ خروجی میتوان درجه حرارت اعمال شده به ترموکوپل را تشخیص داد.
ترموکوپل چیست؟
برتری عمده ترموکوپلها محدوده وسیع اندازهگیری آنهاست که به طور معمول از ۱۸۰- تا ۱۸۰۰+ درجه سانتیگراد را در برمی گیرد.
دیگر امتیاز ترموکوپلها، عملکرد خطی آنها در محدوده اندازهگیری است.
ترموکوپلها دارای تیپهای متنوع برای اندازهگیری دما میباشند بطور مثال تیپهای R,S,B با قابلیت اندازهگیری دما در محدوه ۲۰۰- درجه الی ۱۸۰۰درجه و تیپهای L,J,K با قابلیت اندازهگیری دما در محدوده ۱۸۰- درجه الی ۱۰۰۰ درجه سانتیگراد بکار میروند. ولتاژ بوجود آمده در دوسر انتهایی ترموکوپل در هر صورت mv ورفتار الکتریکی هر ترموکوپل بسته به نوع آلیاژ سیمهای آن تابع جداول استانداردی است که معمولاً در استانداردهای کشورهای مختلف تعریف و تقریباً در هر تیپ منبطق بر یکدیگر است. یکی از انواع معمول آن ترکیب آلیاژکروم و نیکل میباشد. معمولاً جهت جلوگیری از آسیب دیدن ترموکوپل آن را درون غلاف فلزی یا سرامیکی(تیوپ محافظ) قرار میدهند. روش جوشکاری دوسر ترموکوپل تابع ضوابط خاصی است بطوری که نباید در حین عملیات جوشکاری فلز یا احیاناً نیمههادی دیگری در فرایند جوش دخالت نماید در غیر اینصورت رفتار ترموکوپل هرگز رفتار استاندارد تعریف شده تابع جداول مربوطه نخواهد بود
در ادامه انواع ترموکوپل به همراه آلیاژ به کاربرده شده همچنین محدوده اندازه گیری و دقت ترموکوپل ها ارایه میگردد:
Type K Thermocouple (Nickel-Chromium / Nickel-Alumel):The type K is the most common type of thermocouple. It’s inexpensive, accurate, reliable, and has a wide temperature range
:Temperature Range
(Thermocouple grade wire,-454 to 2,300F (-270to 1260C
(Extension wire, 32 to 392F (0 to 200C
:(Accuracy (whichever is greater
Standard: +/- 2.2C or +/- .75%
Special Limits of Error: +/- 1.1C or 0.4%
Type JThermocouple (Iron/Constantan):The type J is also very common. It has a smaller temperature range and a shorter lifespan at higher temperatures than the Type K. It is equivalent to the Type K in terms of expense and reliability
:Temperature Range
(Thermocouple grade wire, -346 to 1,400F (-210 to 760C
(Extension wire, 32 to 392F (0 to 200C
:(Accuracy (whichever is greater
Standard: +/- 2.2C or +/- .75%
Special Limits of Error: +/- 1.1C or 0.4%
Type T Thermocouple (Copper/Constantan):The Type T is a very stable thermocouple and is often used in extremely low temperature applications such as cryogenics or ultra low freezers
:Temperature Range
(Thermocouple grade wire, -454 to 700F (-270 to 370C
(Extension wire, 32 to 392F (0 to 200C
:(Accuracy (whichever is greater
Standard: +/- 1.0C or +/- .75%
Special Limits of Error: +/- 0.5C or 0.4%
Type E Thermocouple (Nickel-Chromium/Constantan):The Type E has a stronger signal & higher accuracy than the Type K or Type J at moderate temperature ranges of 1,000F and lower. See temperature chart (linked) for details
:Temperature Range
(Thermocouple grade wire, -454 to 1600F (-270 to 870C
(Extension wire, 32 to 392F (0 to 200C
:(Accuracy (whichever is greater
Standard: +/- 1.7C or +/- 0.5%
Special Limits of Error: +/- 1.0C or 0.4%
Type N Thermocouple (Nicrosil / Nisil):The Type N shares the same accuracy and temperature limits as the Type K. The type N is slightly more expensive
:Temperature Range
( Thermocouple grade wire, -454 to 2300F (-270 to 392C
Extension wire, 32 to 392F (0 to 200C
:(Accuracy (whichever is greater
Standard: +/- 2.2C or +/- .75%
Special Limits of Error: +/- 1.1C or 0.4%
:(NOBLE METAL THERMOCOUPLES (Type S,R, & B
Noble Metal Thermocouples are selected for their ability to withstand extremely high temperatures while maintaining their accuracy and lifespan. They are considerably more expensive than Base Metal Thermocouples
Type S Thermocouple (Platinum Rhodium – 10% / Platinum):The Type S is used in very high temperature applications. It is commonly found in the BioTech and Pharmaceutical industries. It is sometimes used in lower temperature applications because of its high accuracy and stability
:Temperature Range
(Thermocouple grade wire, -58 to 2700F (-50 to 1480C
(Extension wire, 32 to 392F (0 to 200C
:(Accuracy (whichever is greater
Standard: +/- 1.5C or +/- .25%
Special Limits of Error: +/- 0.6C or 0.1%
Type R Thermocouple (Platinum Rhodium -13% / Platinum):The Type R is used in very high temperature applications. It has a higher percentage of Rhodium than the Type S, which makes it more expensive. The Type R is very similar to the Type S in terms of performance. It is sometimes used in lower temperature applications because of its high accuracy and stability
:Temperature Range
(Thermocouple grade wire, -58 to 2700F (-50 to 1480C
(Extension wire, 32 to 392F (0 to 200C
:(Accuracy (whichever is greater
Standard: +/- 1.5C or +/- .25%
Special Limits of Error: +/- 0.6C or 0.1%
Type B Thermocouple (Platinum Rhodium – ۳۰% / Platinum Rhodium – ۶%): The Type B thermocouple is used in extremely high temperature applications. It has the highest temperature limit of all of the thermocouples listed above. It maintains a high level of accuracy and stability at very high temperatures
