وقتی که اتصال تغییری را در دما تجربه کند، یک ولتاژ تولید میشود. این ولتاژ با استفاده از جدولهای مرجع ترموکوپل برای محاسبهی دما مورد استفاده قرار میگیرد. انواع مختلفی ترموکوپل وجود دارد و هر یک از نظر بازه دما، دوام و استحکام، مقاومت در برابر لرزش، مقاومت شیمیایی و سازگاری با کاربردهای مختلف، ویژگیهای منحصر به فرد خود را دارند. انواع J و K و T و E ترموکوپلهای «فلز پایه» بوده و رایجترین نوع ترموکوپل هستند. انواع R و S و B ترموکوپلهای «فلز قیمتی» هستند که در کاربردهای با دمای بالا مورد استفاده قرار میگیرند.
ترموکوپلها در کاربردهای متنوع صنعتی، علمی و OEM مورد استفاده قرار میگیرند. آنها تقریبا در تمام بازارهای صنعتی حضور دارند: تولید برق، نفت و گاز، داروسازی، بیوتکنولوژی یا زیست فناوری، سیمان، پالپ و کاغذ و غیره. ترموکوپلها همچنین در تجهیزات معمولی خانگی همچون اجاق گاز، شومینه و توسترها مورد استفاده قرار میگیرند. ترموکوپلها عموما به خاطر هزینه پایین، محدودهی بالای دما، بازههای وسیع دما و ذات بادوام خود انتخاب میشوند.
نحوهی کارکرد ترموکوپل
اصل کارکرد یک ترموکوپل بسیار ساده و ابتدایی است. وقتی اتصال دو فلز ناهمسان همچون مس و آلیاژ کنستانتان، یک اثر ترموالکتریکی یا گرما برقی ایجاد کند، یک اختلاف پتانسیل چند میلیولتی (mV) بین آنها ایجاد میشود. به این تفاوت ولتاژ بین دو اتصال، اثر سیبک (See beck effect) گفته میشود، به این معنی که با ایجاد یک گرادیان دما در امتداد سیمهای رسانایی، یک نیروی محرکه الکتریکی تولید میشود. پس ولتاژ خروجی ترموکوپل، تابعی از تغییرات دما خواهد بود.
اگر هر دو اتصال در دمایی یکسان باشند، اختلاف پتانسیل بین دو اتصال صفر است، به عبارت دیگر خروجی ولتاژ ندارد چون V1 = V2. از طرفی، وقتی که اتصالات، داخل یک مدار، به هم متصل میشوند و دمای آنها متفاوت است، یک خروجی ولتاژ به نسبت تفاوت دما بین دو اتصال تشخیص داده میشود، (V1 – V2). تا زمانی که به سطح پیک ولتاژ اتصالها برسیم، این تفاوت در ولتاژ با افزایش دما، افزایش مییابد. این سطح پیک ولتاژ، توسط ویژگیهای دو فلز ناهمسان بکار رفته در ترموکوپل، تعیین میشود.
ترموکوپلها از انواع مختلفی از مواد ساخته میشوند که امکان اندازهگیری دماهای به شدت بالا و پایین، از -۲۰۰ درجه تا +۲۰۰۰ درجه سلسیوس را محقق میسازند. با وجود انتخاب گستردهای از مواد و بازههای دما که وجود دارد، استانداردهای بینالمللی با کدهای رنگی برای ترموکوپلها ایجاد شده است تا کاربران بتوانند سنسور ترموکوپل مناسب را برای هر کاربردی انتخاب کنند.
سه مادهی رایج پراستفاده برای ترموکوپلهایی که برای اندازهگیری عمومی دما بکار گرفته میشوند، عبارتند از آهن- کنستانتان (نوع J)، مس- کنستانتان (نوع T) و نیکل-کروم (نوع K). ولتاژ خروجی از یک ترموکوپل بسیار کوچک است: حدود چند میلیولت (mV) برای یک تغییر ۱۰ درجهی سلسیوسی در تفاوت دمایی. و به این دلیل، معمولا برای این خروجی ولتاژ کوچک، نیاز به نوعی تقویتکننده (امپلیفایر) است.
انواع ترموکوپل
قبل از آنکه انواع مختلف ترموکوپل را معرفی کنیم، باید ذکر کنیم که ترموکوپل عموما در یک غلاف محافظ قرار دارد تا در برابر اتمسفر محلی از آن محافظت شود. این غلاف محافظ، به شکل قابل توجهی از اثرات خورندگی میکاهد.
ترموکوپلها در ترکیبهایی متنوع از فلزات و کالیبراسیونها موجود هستند.
رایجترین آنها، ترموکوپلهای «فلز پایه» هستند که به اسم های N و T و E و J و K شناخته میشوند. همچنین ترموکوپل های دارای کالیبراسیونهای دمای بالا وجود دارند که به آنها ترموکوپلهای فلز قیمتی گفته میشود و انواع R و S و C و GB هستند.
ترموکوپل های فلز قیمتی به این دلیل برگزیده می شوند که توانایی تحمل دماهای بالاتری را داشته و در عین حال، درستی و طول عمر مفید خود را حفظ می کنند. این ترموکوپل ها نسبت به ترموکوپل های فلز پایه به میزان قابل توجهی گران قیمت تر هستند.
هر کالیبراسیون، محیط و بازه دمایی متفاوتی دارد، البته حداکثر دما بسته به قطر سیم استفاده شده در ترموکوپل، متفاوت است.
با آنکه کالیبراسیون ترموکوپل، بازه دما را تعیین میکند، حداکثر بازه دمایی توسط قطر سیم ترموکوپل نیز محدود میشود. به همین دلیل است که یک ترموکوپل بسیار نازک ممکن است به حداکثر بازه دمایی خود دست پیدا نکند.
ترموکوپلهای نوع K به عنوان ترموکوپلهای «استفاده عمومی» شناخته میشوند، چون هزینه و قیمت پایینی دارند و بازه دمایی آنها نیز مناسب است.
