ولتاژ خروجی ترموکوپل

ترموکوپل، یک ابزار پیشرفته برای اندازه‌گیری دما است که در این مقاله به بررسی آن می‌پردازیم. این دستگاه، با دقت بالا و محدوده دمایی وسیع، به عنوان یک ابزار سنجش دما بسیار کارآمد شناخته می‌شود، هرچند دقت آن در مقایسه با RTDها اندکی کمتر است. ولتاژ خروجی ترموکوپل، یکی از جنبه‌های کلیدی این فناوری است که در این مقاله مورد بحث قرار خواهد گرفت.

این دستگاه پیشرفته، ابزاری ضروری برای اندازه‌گیری دقیق دما در طیف وسیعی از صنایع و محیط‌های مختلف است. دقت در اندازه‌گیری دما به عوامل مهمی مانند ولتاژ ترموکوپل و مدارهای شرطی‌سازی سیگنال بستگی دارد. در این مقاله، ما به بررسی جزئیات بیشتر در مورد این موضوع خواهیم پرداخت تا درک عمیق‌تری از این فناوری در اختیار شما قرار دهیم.

چگونه دما به وسیله ولتاژ خروجی ترموکوپل اندازه گیری می گردد؟

ترموکوپل‌ها از اتصال دو فلز متفاوت تشکیل شده‌اند. در یک انتهای ترموکوپل، این دو فلز به هم متصل می‌شوند و به آن اتصال گرم یا اتصال داغ می‌گویند. انتهای دیگر، اتصال سرد نام دارد و به عنوان مرجع در نظر گرفته می‌شود. این اتصال سرد به مدار شرط‌بندی سیگنال متصل است. در واقع، دما در اتصال داغ، پارامتر ناشناخته‌ای است که در اندازه‌گیری دما با استفاده از ترموکوپل‌ها، نقش کلیدی دارد.

در اتصالات ترموکوپل، اختلاف دمای بین نقاط گرم و سرد منجر به پدیده‌ای به نام اثر Seebeck می‌شود. این پدیده شامل ایجاد ولتاژی در دو سر هادی‌ها در اتصال سرد است. فرمول 1، رابطه‌ای اساسی را بین ولتاژ خروجی (Vth) و دماهای Th و Tc در اتصالات گرم و سرد ارائه می‌دهد. واحد EMF تولید شده میلی ولت است و برای اندازه‌گیری دقیق، نیاز به مداری برای تبدیل ولتاژ به دما وجود دارد.

ولتاژ خروجی انواع ترموکوپل

تایپ K

سنسورهای ترموکوبل نوع K، با استفاده از آلیاژهای کروم و آلومینیوم بر پایه نیکل، طیف وسیعی از کاربردهای صنعتی را پوشش می‌دهند. این سنسورها قادر به اندازه‌گیری دمایی از 270- تا 1372+ درجه سانتیگراد هستند و ضریب سیبک آن‌ها در دمای 25 درجه سانتیگراد، ℃/41µV است. این نوع سنسورها به دلیل قیمت مناسب، دقت اندازه‌گیری و پایداری بالا، در سیستم‌های سنجش دما مبتنی بر میکروکنترلر در صنایع مختلف مورد استفاده قرار می‌گیرند. جفت‌های گرمایی نوع K، با ویژگی‌های ذکر شده، گزینه‌ای ایده‌آل برای کاربردهای متنوع در زمینه‌های صنعتی محسوب می‌شوند.

تایپ J

سنسور نوع J، یک حسگر دما با محدوده گسترده‌ای از 270- تا 1200+ درجه سانتیگراد است. این سنسور از آلیاژهای آهن و مس نیکل (constantan) تشکیل شده و دارای ضریب سیبک ℃/52µV در دمای 25 درجه سانتیگراد است. این دماسنج، با وجود حساسیت بالا در برابر خوردگی، به دلیل قیمت مناسب، محبوب است. با این حال، ماندگاری آن در محیط‌های مرطوب محدود است.

تایپ N

سنسورهای نوع N، با استفاده از آلیاژهای سیلیکونی نیکل و کروم، به نام نیکروسیل و نیسیل، ساخته می‌شوند. این سنسورها در محدوده دمایی گسترده‌ای از 270- تا 1300+ درجه سانتیگراد عمل می‌کنند و ضریب سیبک آن ℃/27µV در دمای 25 درجه سانتیگراد است. این نوع سنسورها به دلیل توانایی تحمل دمای بسیار بالا، در محیط‌های حرارتی شدید مانند صنایع هسته‌ای و کوره‌ها کاربردهای مهمی دارند.

تایپ T

ترموکوپل‌های سری T، با طیف دمایی گسترده از 270- تا 400+ درجه سانتیگراد، ابزارهایی دقیق و قابل اعتماد هستند. این سنسورها با ضریب سیبک ℃/41µV در دمای 25 درجه سانتیگراد، از آلیاژهای مس-کنستانتان ساخته شده‌اند. این طراحی منحصر به فرد، آنها را برای کاربردهای خاص در دماهای بسیار پایین، مانند سیستم‌های برودتی و فناوری‌های ابررسانا، ایده‌آل می‌کند.

تایپ E

سنسور سری E، با ترکیبی از نیکل-کروم و کنستانتان، یک ابزار دقیق و پایدار برای اندازه‌گیری دما است. این سنسورها در محدوده دمایی گسترده‌ای از 270- تا 1000+ درجه سانتیگراد عمل می‌کنند و ضریب سیبک آن ℃/61µV در دمای 25 درجه سانتیگراد است. به دلیل دقت و ثبات بالا، این سنسورها به‌طور گسترده در محیط‌های خلأ و اکسیدی مورد استفاده قرار می‌گیرند، جایی که نیاز به اندازه‌گیری دقیق دما وجود دارد.

تایپ S

ترموکوپل‌های نوع S، ابزارهای حساس و با دوام هستند که در صنایع مختلف، به ویژه در زمینه‌های زیست‌محیطی، پزشکی و داروسازی، برای اندازه‌گیری دماهای بسیار بالا به کار می‌روند. این سنسورها از ترکیبی از آلیاژهای پلاتین-رودیوم و پلاتین خالص ساخته شده‌اند. محدوده دمایی این ترموکوپل‌ها از 50- تا 1750+ درجه سانتیگراد است و ضریب سیبک آن ℃/6µV در دمای 25 درجه سانتیگراد محاسبه می‌شود. این ویژگی‌ها ترموکوپل‌های نوع S را برای کاربردهای حساس و دقیق در دماهای بالا ایده‌آل می‌سازد.

تایپ R

ترموکوپل‌های سری R، مشابه نوع S، برای کاربرد در دماهای بالا طراحی شده‌اند. این سنسورها از مواد پلاتین-رودیوم بهره می‌برند، اما با درصد رودیوم بالاتر، که منجر به بهبود قابل توجه در قدرت و پایداری نسبت به نوع S می‌شود. محدوده دمایی وسیعی از 50- تا 1768+ درجه سانتیگراد را پوشش می‌دهد، و ضریب سیبک آن ℃/9µV در دمای 25 درجه سانتیگراد است. این ویژگی‌ها، ترموکوپل‌های سری R را برای کاربردهای صنعتی و علمی که نیازمند دقت و پایداری در دماهای بالا هستند، ایده‌آل می‌کند.

کلام آخر

ترموکوپل‌ها ابزارهایی هستند که برای اندازه‌گیری دما بر اساس ولتاژ تولید شده توسط دو فلز مختلف که به هم متصل شده‌اند، مورد استفاده قرار می‌گیرند. این ولتاژ خروجی به نوع و جنس فلزات به کار رفته در ترموکوپل بستگی دارد. هر نوع ترموکوپل دارای محدوده دمایی و رفتار خاص خود است که آن را برای کاربردهای متنوع مناسب می‌سازد. به عنوان مثال، ترموکوپل نوع K که از فلزات نیکل-کروم و نیکل-آلومینیوم ساخته می‌شود، به دلیل محدوده دمایی وسیع و مقاومت مناسب در برابر اکسیداسیون، در صنایع مختلف کاربرد فراوانی دارد. از سوی دیگر، ترموکوپل نوع J که از آهن و کنستانتان تشکیل شده، برای دماهای پایین‌تر مناسب است و دقت بالاتری در آن محدوده ارائه می‌دهد.

ترموکوپل نوع T که شامل مس و کنستانتان است، به دلیل دقت و پایداری در دماهای پایین، در کاربردهای آزمایشگاهی و پزشکی استفاده می‌شود. شناخت ویژگی‌های مختلف ترموکوپل‌ها و انتخاب نوع مناسب آن‌ها بر اساس نیاز، می‌تواند به بهبود عملکرد و دقت اندازه‌گیری کمک شایانی کند. در نهایت، انتخاب صحیح و به‌کارگیری درست ترموکوپل‌ها می‌تواند منجر به افزایش عمر و کارایی سیستم‌های حرارتی شود.

سوالات متداول