ترموکوپل، به عنوان یک ابزار انعطاف‌پذیر و آسان برای استفاده، در زمینه‌های مختلف به‌ویژه در صنعت و علم، به‌عنوان یک وسیله‌ی ارزشمند برای اندازه‌گیری دما شناخته می‌شود. این ابزار، با وجود قیمت مقرون‌به‌صرفه‌اش، قادر به ثبت طیف وسیعی از دما، از منفی 200 درجه سانتی‌گراد تا مثبت 1250 درجه سانتی‌گراد (معادل منفی 328 تا مثبت 2282 درجه فارنهایت) است. این ویژگی، ترموکوپل را به انتخابی ایده‌آل برای کاربردهای متنوع تبدیل کرده است، هرچند گاهی اوقات ممکن است در دقت اندازه‌گیری خطاهایی رخ دهد.
ترموکوپل یک ابزار هوشمند است که به جای دمای مطلق، اختلاف دما را اندازه‌گیری می‌کند. این دستگاه شامل دو سیم فلزی با جنس‌های مختلف است که سرهای آنها به هم متصل شده و اتصالی به نام اتصال سنجشگر را تشکیل می‌دهند. سر دیگر سیم‌ها به یک جسم با دمای ثابت وصل می‌شود، که به آن اتصال مرجع گفته می‌شود. ترموکوپل با محاسبه تفاوت ولتاژ بین این دو اتصال، عمل می‌کند. این فرایند بر اساس پدیده‌ای به نام اثر سیبِک (Seebeck effect) استوار است. ولتاژ حاصل از این اندازه‌گیری به واحد دما تبدیل شده و بر روی نمایشگر دستگاه نشان داده می‌شود یا به مکان‌های دورتر ارسال می‌گردد.
ترموکوپل‌ها به عنوان ابزارهایی دقیق برای اندازه‌گیری دما شناخته می‌شوند، اما در برخی موارد، دقت این ابزارها تحت تأثیر عوامل مختلفی قرار می‌گیرد. این مقاله به بررسی خطاهای رایج در اندازه‌گیری دما با ترموکوپل می‌پردازد و شش مورد از مهم‌ترین دلایل این خطاها را به همراه راهکارهایی برای رفع آنها ارائه می‌دهد. در ادامه، این 5 عامل اصلی و روش‌های تصحیح خطاها را بررسی خواهیم کرد.
۱-انتخاب ترموکوپلی از نوع نادرست در فرستنده
ترموکوپل‌ها در انواع مختلفی همچون K، J، N، E، T، R، S و B موجود هستند. هر یک از این انواع دارای بازه‌های دمایی، دقت اندازه‌گیری و خروجی الکتریکی مخصوص به خود می‌باشند. انتخاب نوع نامناسب ترموکوپل در هنگام نصب، می‌تواند منجر به مشکلات جدی در ارسال داده‌ها به فرستنده شود. این گونه اشتباهات به عنوان یک موضوع نسبتاً رایج شناخته می‌شوند و می‌توانند تأثیرات منفی بر عملکرد سیستم‌های اندازه‌گیری داشته باشند. لذا، ضروری است که در انتخاب ترموکوپل مناسب دقت کافی به عمل آید تا از بروز خطاهای احتمالی جلوگیری شود و سیستم به درستی عمل کند.
برای انتخاب ترموکوپل مناسب، توجه به رنگ آنها کلید اصلی است. ترموکوپلی را انتخاب کنید که رنگ بدنه‌اش با رنگ مشخص شده در فرستنده مطابقت داشته باشد. این روش ساده‌ای است برای مطمئن شدن از انتخاب درست.
۲- مشکلات مربوط به سیم رابط ترموکوپل
اگر به‌طور تصادفی قطبیت سیم‌های ترموکوپل را تغییر دهید، دمای ثبت‌شده ممکن است نادرست باشد و این به دلیل اختلاف دمای دو سر سیم‌ها خواهد بود. به‌طور معمول، سیم قرمز برای بارهای مثبت در نظر گرفته می‌شود، اما در سیستم‌های ترموکوپل، این سیم معمولاً سیگنال منفی را منتقل می‌کند. این موضوع به‌ویژه در استاندارد ANSI برای ترموکوپل‌ها مشخص شده است و با انتظارات عمومی که از رنگ‌ها وجود دارد، متفاوت است. در این راستا، آگاهی از این نکته مهم است که رنگ‌بندی در ترموکوپل‌ها ممکن است با تصورات پیشین مغایرت داشته باشد و این امر می‌تواند تأثیر مستقیم بر دقت اندازه‌گیری دما داشته باشد. بنابراین، دقت در اتصال صحیح سیم‌ها و رعایت استانداردها از اهمیت بسزایی برخوردار است.
راه‌حل: اتصالات را مجدداً بررسی و در صورت لزوم سیم‌های اتصال ترموکوپل را جابجا کنید.
۳- تفاوت ذاتی آلیاژ سیم‌ها
هیچ دو سیمی به طور کامل از لحاظ ترکیب مواد یکسان نیستند. در فرآیند تولید سیم‌ها، حتی تغییرات جزئی در درصد آلیاژ می‌تواند منجر به خطا در دقت اندازه‌گیری ترموکوپل‌ها شود. ترموکوپل‌های استاندارد به طور تقریبی دمای واقعی نقطه اتصال سنسور را با دقت یک درصد مشخص می‌کنند. این سطح از دقت معمولاً برای بسیاری از کاربردها کافی به نظر می‌رسد. بنابراین، در انتخاب ترموکوپل مناسب برای اندازه‌گیری دما، باید به تفاوت‌های جزئی در ترکیب مواد توجه کرد تا از دقت مطلوب اطمینان حاصل شود.
راه حل: ترموکوپل‌های پیشرفته‌ای وجود دارند که با سیم‌های مخصوص و با دقتی دو برابر، ساخته می‌شوند. این سیم‌ها از آلیاژهای باکیفیت و خالص تولید می‌شوند تا بالاترین سطح دقت را در اندازه‌گیری‌ها تضمین کنند.
۴- تغییرات دما در پیرامون اتصال مرجع
ترموکوپل‌ها به عنوان ابزار اندازه‌گیری اختلاف دما عمل می‌کنند. در این راستا، هرگونه نوسان دما در اطراف اتصال مرجع، که به آن اتصال سرد نیز گفته می‌شود و دمای مشخصی دارد، می‌تواند منجر به خوانش‌های نادرست دما گردد. این پدیده به این دلیل است که دماهای متفاوت در نقاط مختلف می‌توانند تأثیر مستقیمی بر روی خروجی ترموکوپل داشته باشند. به عبارت دیگر، تغییرات دما در محیط اتصال مرجع می‌تواند دقت اندازه‌گیری را تحت تأثیر قرار داده و نتایج را غیرقابل اعتماد کند. بنابراین، توجه به شرایط دمایی در اطراف این اتصال برای دستیابی به اندازه‌گیری‌های دقیق و قابل اعتماد از اهمیت بالایی برخوردار است.
راه حل: در اطراف اتصالات مرجع، اطمینان حاصل کنید که هیچ تجهیزات گرمایشی یا خنک‌کننده‌ای وجود ندارد، مانند فن‌ها یا پنکه‌ها. محافظت از اتصالات در برابر نوسانات دما با استفاده از عایق‌بندی ابتدایی نیز امکان‌پذیر است.
۵- عمر ترموکوپل
ترموکوپل باید تنها در یک نقطه به زمین متصل شود. در صورتی که اتصال به زمین در چندین نقطه انجام گیرد، ممکن است پدیده‌ای به نام «حلقه زمین» ایجاد شود. این وضعیت می‌تواند باعث ایجاد جریاناتی شود که از طریق ترموکوپل از یک نقطه به نقطه دیگر زمین منتقل می‌شوند. چنین جریاناتی به احتمال زیاد میدان‌های الکترومغناطیسی را ایجاد می‌کنند که می‌توانند به تداخل‌های فرکانس رادیویی منجر شوند. این تداخلات ممکن است بر دقت اندازه‌گیری‌های انجام شده تاثیر منفی بگذارند و نتایج را تحت تأثیر قرار دهند. بنابراین، برای حفظ دقت در اندازه‌گیری و جلوگیری از مشکلات ناشی از تداخل‌های الکترومغناطیسی، ضروری است که ترموکوپل‌ها به درستی و تنها در یک نقطه به زمین متصل شوند.
راه حل: برای جلوگیری از مشکلات ناشی از حلقه‌های زمین، تنها یکی از اجزای فرستنده یا کنترل‌گر باید به زمین متصل شود و نه هر دو. فرستنده‌هایی که دارای ایزولاسیون داخلی میان ورودی، خروجی و زمین هستند، معمولاً توانایی لازم برای حذف حلقه‌های زمین را دارند و می‌توان از آنها بهره‌برداری کرد. علاوه بر این، ایزولاتورهای حلقه‌ای نیز در دسترس هستند که می‌توان آنها را در مدار سیم‌کشی حلقه‌ای قرار داد تا از بروز این مشکلات جلوگیری شود. این ایزولاتورها به عنوان یک راهکار مؤثر به شمار می‌آیند و می‌توانند به بهبود عملکرد سیستم‌های الکتریکی کمک کنند. در نهایت، استفاده صحیح از این تجهیزات می‌تواند به کاهش نویز و اختلالات در عملکرد سیستم‌های حساس منجر شود.