نگاهی به ترموکوپل تیپ k

ترموکوپل چیست؟

پیش از اینکه ترموکوپل تیپ k را بررسی کنیم، ابتدا باید به معرفی کلی ترموکوپل­ها بپردازیم. ترموکوپل­ها (Thermocouples) و یا اصطلاحا گرماجفت­ها، نوعی حسگر الکتریکی تشخیص دمای محیط هستند. این دسته از مولد­های الکتریکی، از دو فلز غیرهم­جنس تشکیل شده­اند که در یک سمت به هم متصل هستند.

به طور کلی، ساز­­و­کار ترموکوپل مطابق با اثر سیبک (Seebeck Effect) است. به گونه­ای که در هنگام تفاوت دما در یک سمت با سمت دیگر، جریان الکتریکی در ترموکوپل برقرار می­شود. یک سمت این اتصال در ترموکوپل، اتصال گرم و سمت دیگر، اتصال سرد نامیده می­شود. اتصال گرم درون یک محفظه قرار دارد. به بیان ساده، با به­وجود­آمدن اختلاف دما در محل اتصال، در دو سر دیگر مفتول­های فلزی، اختلاف ­پتانسیل ایجاد می­شود. میتوان گفت اختلاف پتانسیل به­وجود­آمده در مدار، بسته به میزان حرارت ورودی، متغیر است. با سنجش میزان اختلاف پتانسیل به­وجود­آمده، میتوان میزان گرمای ورودی را محاسبه کرد. اتصال سرد، همواره در دمای معینی تحت عنوان دمای مرجع قرار گرفته و اتصال گرم به محل مورد­­نظر متصل می­شود. ترموکوپل­ها، بسته به ارزش فلزات به­کار­رفته در آنها به دو نوع ترموکوپل فلز پایه و ترموکوپل فلز قیمتی تقسیم می­شوند.

معرفی، مشخصات و ویژگی­های ترموکوپل تیپ k

ترموکوپل تیپ k، از جمله انواع مختلف ترموکوپل­ها است. ترموکوپل­ها، براساس قابلیت آنها در محدوده اندازه­گیری دما، تقسیم­بندی می­شوند. ترموکوپل­ها، شامل ترموکوپل E، T، S، R، N،  jوK  هستند. ترموکوپل تیپ K، به طور معمول محدوده دمایی 250- تا 1300 درجه­سانتی­گراد را شامل می­شود. لازم به­ذکر است، این محدوده دمایی بسته به ساختار و کاربرد آن، متفاوت و متغیر است.

عموما از سیم­هایی با ابعاد ۱، ۲ و ۳ میلی­متر در ساخت ترموکوپل­های تیپ k استفاده می­شود. حساسیت ترموکوپل­های تیپ k حدود 41 µV/°C تعریف شده­است. ساختار این نوع از ترموکوپل­ها شامل مفتول فلزی Ni-Cr  و همچنین مفتول Ni-Al است. این مفتول­ها با نام­های تجاری کرومل (Chromel) و آلومل (Alumel) شناخته می­شوند. در سمت مثبت ترموکوپل نوع k، آلیاژی شامل نود درصد نیکل و همچنین ده درصد کروم به کار رفته­است. سمت منفی آن نیز، از آلیاژ 95 درصد نیکل، 2 درصد منگنز، 2 درصد آلومینیوم و 1 درصد سیلیکون ساخته­شده­است. مهم­ترین انواع ترموکوپل­های تیپ k که در بازار موجود هستند، عبارتند از:

-ترموکوپل­های سیمی:

این ترموکوپل­ها، با استفاده از سیم­های روکش­دار دما را اندازه­گیری می­کنند. ترموکوپل­های سیمی رایج ترین نوع ترموکوپل­های تیپ k در بازار هستند.

-ترموکوپل­های هد­دار یا کلگی­دار:

ترموکوپل­های هد­دار در مصارف صنعتی و تخصصی کاربرد دارند. در سطح این ترموکوپل­ها، یک لایه استیل و یا سرامیک به عنوان روکش به­کار رفته­است. این روکش­ها باعث مقاومت آن­ها در برابر حرارت شده و برای استفاده در کوره های صنعتی مناسب هستند.

-ترموکوپل­های رزوه­دار یا فلنج­دار:

در این نوع از ترموکوپل­ها، به منظور اتصال و نصب آسان، از رزوه و یا فلنج استفاده شده است.

معرفی ترموکوپل تیپ k

کاربرد ترموکوپل تیپ k

ترموکوپل تیپ k از جمله رایج­ترین و پرکاربردترین دماسنج­های حرارتی در صنعت است. گستره تشخیص دمای این نوع از ترموکوپل­ها نسبتا وسیع بوده و در صنایع مختلف از آن استفاده می­شود. این ترموکوپل­ها به شکل­های کابلی، میله­ای و … موجود هستند. ترموکوپل­های کابلی قادر به اندازه­گیری گستره دمای 40- تا 250 سانتی­گراد می­باشند. این در حالی است که نوع میله­ای این تجهیزات تا 1300 دمای درجه سانتی­گراد را نیز اندازه­گیری می­کنند. از مهم­ترین کاربردهای این حسگرها میتوان به موارد زیر اشاره کرد:

-استفاده در کوره­های صنعتی به دلیل به کاررفتن مس و خاصیت ضد­اکسیداسیون در آن­ها

-اندازه­گیری دمای گازهای مختلف در صنعت

-اندازه­گیری دمای مواد شیمیایی

-استفاده در موتورها

-استفاده در دیگ­های بخار

-استفاده در تجهیزات بیمارستان­ها

-انبارهای ذخیره مرکبات، مواد­غذایی و …

مزایای استفاده از ترموکوپل تیپ k

مهمترین مزایای استفاده از ترموکوپل­های تیپ K، شامل موارد زیر است:

-وسیع­بودن محدوده اندازه­گیری دما

-صرفه اقتصادی و نیز قیمت بسیار­مناسب نسبت به انواع دیگر ترموکوپل­ها

-کیفیت و استحکام بالا در مصارف صنعتی

-سرعت بالای عملکرد و پاسخ­دهی نسبت به تغییرات دما

-قابل استفاده در شرایط محیطی متفاوت

معایب استفاده از ترموکوپل­های تیپ K

با وجود مزایای متعددی که برای استفاده از ترموکوپل­های تیپ K برشمردیم، این تجهیزات نیز مانند سایرین عاری از عیب نیستند. در ادامه به بررسی این معایب میپردازیم.

اصولا ترموکوپل­ها، در دماهای پایین دقت مورد­نظر را نخواهند داشت. بنابراین بهتر است در گستره دمایی بالا از آن­ها استفاده شود. در محیط­هایی که در معرض لرزش یا ضربه هستند، برای جلوگیری از آسیب به ترموکوپل، از روکش محفاظت­کننده استفاده می­شود. این روکش، ترموول نام دارد و باعث کم شدن سرعت پاسخ­دهی ترموکوپل در سنجش دمای محیط می­شود. از دیگر معایب این تجهیزات، می توان به غیرخطی بودن، دقت معمولی، تماسی­بودن و در معرض آسیب بودن اشاره کرد.

با این­همه، به دلیل مزایای فراوان استفاده از ترموکوپل تیپ k، معایب ناچیز آن نادیده گرفته می­شود. از این­رو، امروزه این تجهیزات، کاربرد وسیعی در صنایع مختلف یافته­اند.

ترموکوپل تیپk

منابع

گروه صنعتی کوپل