با قرار گرفتن مکرر ترموکوپل نوع K در معرض دماهای بالا، احتمال کاهش دقت آن وجود دارد. فرسودگی به عنوان یک پدیده، می‌تواند منجر به ثبت دماهایی بالاتر از مقدار واقعی شود، در حالی که رانش ممکن است منجر به خوانش‌هایی پایین‌تر از مقدار صحیح گردد. تمامی ترموکوپل‌های نوع K به مرور زمان دچار فرسودگی و رانش می‌شوند؛ اما با رعایت روش‌های صحیح و بهترین شیوه‌ها، می‌توان این خطرات را به حداقل رساند و در نتیجه طول عمر این دستگاه‌ها را افزایش داد. بنابراین، توجه به شرایط کارکرد و انجام نگهداری منظم می‌تواند نقش مهمی در حفظ دقت و کارایی ترموکوپل‌ها ایفا کند.
ترموکوپل‌های نوع K به عنوان گزینه‌ای قابل اعتماد، بادوام و مقرون به صرفه در صنایع مختلف شناخته می‌شوند. این نوع ترموکوپل، که با عایق‌های معدنی استاندارد طراحی شده، از سه فلز مختلف تشکیل شده است که هر یک بر روی عمر و دقت آن تأثیرگذارند. در این ترموکوپل، رسانای مثبت از آلیاژ کرومل که ترکیبی از نیکل و کرومیوم است، و رسانای منفی از آلومل، که شامل نیکل، منگنز، سیلیسیم و آلومینیوم می‌باشد، ساخته شده است. فلز سوم که به عنوان پوشش محافظ عمل می‌کند، معمولاً از استیل ضد زنگ، آلیاژهای نیکل، یا ترکیبات نیکل با مقاومت بالا در برابر آسیب‌ها تولید می‌شود. این ترکیبات و طراحی خاص، به ترموکوپل نوع K این امکان را می‌دهد که در شرایط مختلف صنعتی به خوبی عمل کند و دقت و طول عمر مناسبی را ارائه دهد.
رانش ترموکوپل چیست؟
رانش در واقع به معنای کاهش دمای ثبت‌شده توسط ترموکوپل است و می‌تواند ناشی از چندین پدیده مختلف باشد. این پدیده به کاهش مداوم دمای ثبت‌شده ادامه می‌دهد و احتمال دارد که حتی باعث آسیب‌دیدگی ترموکوپل گردد. معمولاً این آسیب زمانی رخ می‌دهد که انحراف دما به میزان ۲۵ درجه فارنهایت از دمای اولیه یا قبل از آن کاهش یابد.
فرسودگی و ترتیب بازه‌ی کوتاه در ترموکوپل نوع K
در دماهای پایین‌تر از دمای کوری، در مواد فرومغناطیسی، چرخش‌های مغناطیسی اتم‌ها به طور هماهنگ و هم‌جهت می‌شوند، حتی در غیاب میدان‌های مغناطیسی خارجی. این پدیده به نوعی از سازماندهی اتمی به نام ترتیب بازه‌ی کوتاه (SRO) مربوط می‌شود. در این وضعیت، اتم‌ها به‌طور مرتب و قابل پیش‌بینی در فاصله‌های کوتاه قرار می‌گیرند. در فلزات فرومغناطیس و ضد فرومغناطیس، SRO به معنای تغییر در نظم چرخش‌های الکترون‌ها از وضعیت تراز (که در آن تمام چرخش‌ها به سمت شمال مغناطیسی است) به وضعیت تصادفی و ناهمساز می‌باشد. این ویژگی متالورژیکی، که قابل توجه است، بر تولیدات متنوعی از جمله سیم‌های ترموکوپل و کابل‌های MIMS (کابل‌های دارای روکش فلزی عایق‌شده با مواد معدنی) تأثیرگذار است. به‌خصوص، ترموکوپل‌های نوع K به این مشخصه‌های متالورژیکی حساس هستند و این موضوع می‌تواند بر دقت و کارایی آنها تأثیر بگذارد. بنابراین، شناخت دقیق این پدیده‌ها برای تولیدکنندگان و مهندسان اهمیت ویژه‌ای دارد.
در دماهای بالاتر از دمای کوری، چرخش‌های مغناطیسی به صورت تصادفی تراز می‌شوند، مگر اینکه میدانی مغناطیسی به آنها اعمال گردد. فرسودگی به معنای وجود بی‌نظمی‌های مغناطیسی در ساختار فلز است که می‌تواند تأثیراتی کوچک بر روی دمای ثبت‌شده توسط ترموکوپل داشته باشد. نیکل که در رساناها وجود دارد، خاصیت مغناطیسی دارد. زمانی که نیکل به دمای کوری خود، که برابر با ۶۶۹ درجه فارنهایت (۳۵۴ درجه سلسیوس) است، می‌رسد، ویژگی‌های مغناطیسی آن به تدریج دچار تغییر یا تضعیف می‌شود.
این تغییرات بر ولتاژ تولید شده از پیوند فلزهای مختلف تأثیر می‌گذارد. در دماهای بین ۶۰۰ تا ۹۰۰ درجه فارنهایت (۳۱۶ تا ۴۸۲ درجه سلسیوس)، این تغییرات به وضوح مشاهده می‌شود و در دماهای بالاتر، یعنی بین ۹۰۰ تا ۱۲۰۰ درجه فارنهایت (۴۸۲ تا ۶۴۹ درجه سلسیوس)، این پدیده به طور کمتری اتفاق می‌افتد. این جابه‌جایی در دماهای تقریباً ۱۶۰۰ تا ۱۶۵۰ درجه فارنهایت (۸۷۱ تا ۸۹۹ درجه سلسیوس) با استفاده از گام‌های تاب‌کاری قابل تصحیح است، اما همچنان نشان‌دهنده ویژگی‌های خاص آلیاژهای سیم نوع K خواهد بود. مقدار جابه‌جایی به واسطه چندین عامل که منجر به ایجاد SRO می‌شوند، کاهش می‌یابد و حداکثر انحراف دما در شرایط عادی به طور تقریبی در محدوده +۵ تا +۶ درجه فارنهایت قرار دارد.
در زیر مثالی از یک پیشرفت معمولی از جابه‌جایی‌های مورد انتظار در دمای خوانده‌شده برای یک ترموکوپل نوع K با پوشش تاب‌کاری‌شده آورده شده‌است.
- وضعیت شروع: دمای ثبت‌شده توسط ترموکوپل معمولی از طریق مقایسه با یک پروب مرجع بسیار دقیق در یک حمام با دمای کنترل‌شده تأیید شده است. دمای ثبت‌شده ۷۰۰ درجه فارنهایت (371.1 درجه سلسیوس) می‌باشد.
- این ترموکوپل یا به طور دقیق در دمای ۷۰۰ oF استفاده شده است یا در همان دما در حمام کالیبره شده است. به دلیل فاصله زمانی کوتاه، دمای جدیدی که خوانده شده ۷۰۲ oF (372.2 oC) می‌باشد که نشان‌دهنده افزایش ۲oF است.
- این ترموکوپل در حال تجربه کاهش در خاصیت مغناطیسی خود بوده و به سمت فرسودگی پیش می‌رود. زمانی که این ترموکوپل مورد استفاده قرار گیرد (دقیقاً در دمای ۷۰۰ oF) یا به همان حمام کالیبراسیون بازگردانده شود، دمای جدیدی که خوانده می‌شود، ۷۰۳٫۳ oF (معادل ۳۷۳ oC) خواهد بود که نشان‌دهنده افزایش ۱٫۵ oF است.
- گام ۳ تکرار می‌شود. دمای خوانده‌شده‌ی جدید برابر با ۷۰۴٫۵ oF (373.6 oC) است، افزایشی معادل ۱ oF.
- گام ۴ مجدداً انجام می‌شود. دمای جدید ثبت‌شده ۷۰۵ درجه فارنهایت (۳۷۳.۹ درجه سلسیوس) می‌باشد که نشان‌دهنده افزایش ۰٫۵ درجه فارنهایت است. از این نقطه به بعد، تغییرات در دمای ثبت‌شده بسیار ناچیز خواهد بود. در دماهای بالای ۱۲۰۰ درجه فارنهایت (۶۴۹ درجه سلسیوس)، تغییرات دما به تدریج به مقادیر اصلی خود بازمی‌گردد و تنظیم می‌شود.
ترموکوپل‌های دیگری نیز از نوع SRO وجود دارند که به همین دلیل، افزایش دما در خروجی آنها مشاهده می‌شود. به عنوان نمونه، در ترموکوپل نوع J، یکی از سیم‌های رسانا از جنس آهن است که هنگامی که به دمای ذوب خود، معادل ۱,۴۱۸ oF (770 oC) می‌رسد، فرسایش آن آغاز می‌شود.
چگونه فرسودگی و رانش را در یک ترموکوپل نوع K به حداقل برسانیم
برای کاهش فرسودگی و رانش در ترموکوپل نوع K، چندین روش وجود دارد که می‌توان به کار گرفت. ابتدا، انتخاب مواد با کیفیت بالا و استفاده از ترموکوپل‌های استاندارد به کاهش این مشکلات کمک می‌کند. همچنین، نصب صحیح و دقیق ترموکوپل می‌تواند نقش مهمی در جلوگیری از فرسودگی ایفا کند.
علاوه بر این، استفاده از عایق‌های مناسب و جلوگیری از تماس مستقیم با مواد خورنده یا دماهای بسیار بالا نیز از اهمیت بسزایی برخوردار است. به‌علاوه، نگهداری منظم و بررسی وضعیت ترموکوپل به‌طور دوره‌ای می‌تواند به شناسایی مشکلات پیش از بروز آسیب‌های جدی کمک کند.
در نهایت، بررسی شرایط عملیاتی و اطمینان از اینکه ترموکوپل در محیط‌های مناسب کار می‌کند، می‌تواند به کاهش فرسودگی و رانش در این نوع ترموکوپل‌ها منجر شود. با رعایت این نکات، عمر و کارایی ترموکوپل نوع K به طرز چشم‌گیری افزایش خواهد یافت.