ترموکوبل
در ابزار دقیق، ترموکوبل (Thermocouple) یکی از رایج‌ترین و پرکاربردترین حسگرهای دما به شمار می‌آید، که بر اساس پدیده‌ی اثر زیبک (Seebeck effect) عمل می‌کند و در سیستم‌های صنعتی برای اندازه‌گیری درجه حرارت بکار گرفته می‌شود.
🔧 تعریف و اصل عملکرد
-
ترموکوپل از دو سیم فلزی ناهم‌جنس ساخته شده است که در یک انتهای خود به هم جوش خورده و یک اتصال (Hot Junction) ایجاد می‌کنند. نقاط دیگر این سیم‌ها به عنوان اتصال مرجع (Cold Junction) به سیستم اندازه‌گیری متصل هستند .
-
زمانی‌که اختلاف دمایی بین محل اتصال داغ و اتصال مرجع وجود داشته باشد، ولتاژی بسیار کوچک (معمولاً در محدوده میکروولت) تولید می‌شود که نسبت به اختلاف دما خطی است .
-
با سنجش این ولتاژ و استفاده از جداول مرجع مربوط به انواع ترموکوپل (مثل نوع K، J، T و غیره)، دمای محل اتصال قابل محاسبه است .
🛠 انواع رایج ترموکوپل و کاربردها
| نوع ترموکوپل | ترکیب فلزات | محدوده دما | کاربردها |
|---|---|---|---|
| K (Chrome‑Alumel) | کرومل / آلومل | تا +1350 °C | معمول‌ترین نوع عمومی، اقتصادی و قابل‌اعتماد |
| J (Iron‑Constantan) | آهن / کنستانتان | تا +800 °C | حساسیت بالا، مناسب دماهای پایین‌تر |
| T (Copper‑Constantan) | مس / کنستانتان | −200 تا +350 °C | کاربرد در محیط‌های برودتی یا حساس به اختلال مغناطیسی |
| N, R, S, B | آلیاژهای مقاوم به دمای بالا | تا 1600 – 1800 °C | در صنایع فولاد، کوره، پالایشگاه، آزمایش‌های دمای بالا |
⚙️ نقش ترموکوپل در ابزار دقیق
-
به‌عنوان یکی از حسگرهای پایه‌ای در سیستم‌های اندازه‌گیری دما محسوب می‌شود و برای اندازه‌گیری دماهای بسیار بالا یا محیط‌های صنعتی سخت مناسب است .
-
ترموکوپل معمولاً به ترانسمیتر دما متصل می‌شود تا ولتاژ آن به سیگنال استاندارد صنعتی مثل 4–20 mA تبدیل و به کنترل‌کننده (PLC / DCS) فرستاده شود.
✅ مزایا و محدودیت‌ها
✅ مزایا:
-
بسیار مقاوم و مناسب محیط‌های با دمای بسیار بالا یا شرایط خوردنده و ارتعاشی .
-
پاسخ سریع نسبت به تغییرات دمایی، مناسب شرایطی که نیاز به اندازه‌گیری دینامیک است .
-
هزینه پایین و امکان استفاده در تعداد زیاد در خطوط صنعتی یا آزمایشگاهی .
⚠️ محدودیت‌ها:
-
دقت کمتر نسبت به RTD مانند PT100، به‌ویژه در دماهای پایین‌تر (خطا ممکن است بیشتر از ±1°C باشد) .
-
نیاز به جبران‌سازی اتصال مرجع (Cold Junction Compensation) برای اندازه‌گیری دقیق دماها .
-
خطا در اثر پیرشدگی یا آلیاژهای غیراستاندارد و تغییر ولتاژ خروجی در طول زمان .
🧰 خلاصه کاربرد عملی
در یک سیستم ابزار دقیق دما:
-
ترموکوپل دما را به صورت تولید ولتاژ اینچنینی اندازه‌گیری می‌کند.
-
ترانسمیتر دما این ولتاژ را خطی‌سازی و تبدیل به سیگنال 4–20 mA می‌کند.
-
سیگنال در کنترلر (PLC/DCS) مورد پردازش قرار گرفته و در صورت نیاز فرمان اعمال می‌شود.
🔍 جمع‌بندی نهایی
ترموکوپل یک سنسور دمای ساده، مقاوم و ارزان بر پایه پدیده ترموالکتریک است که در گستره وسیعی از دماها عمل می‌کند. این حسگر به‌خصوص در شرایط صنعتی سخت نقشی پررنگ دارد، اما دقت آن از RTD کمتر است و نیازمند توجه به مسائل تکنیکی مانند جبران‌سازی اتصال مرجع است.