«چه نوع ترموکوپلی تهیه کنیم؟» سوالی است که باید جواب آن را بدانیم اما در ابتدا باید چند سوال دیگر را مطرح کنیم تا ترموکوپل مناسب کاربرد شما انتخاب شود.
اندازه‌گیری دما در فعالیت‌های تولیدی و پردازشی در بسیاری از صنایع، اهمیت دارد. نظارت دقیق روی دما کمک می‌کند که به نتایجی ایمن، کارآمد و بهینه دست پیدا کنیم.
تفاوت ترموکوپل و RTD
دو نوع از رایج‌ترین سنسورهای اندازه‌گیری صنعتی دما، RTD ها (دماسنج مقاومتی یا آشکارساز دمای مقاومتی) و ترموکوپل ها هستند و یک ترموکوپل، نسبتا هزینه کم و زمان پاسخ سریعی دارد و توانایی اندازه‌گیری سیال تا سقف ۲۳۰۰°C را دارد (RTD ها مناسب استفاده تا سقف نهایتا ۸۵۰°C هستند).
از طرفی، دقت ترموکوپل ها از RTD ها کمتر است (با گذر زمان، دقت آن‌ها کمتر می‌شود) و خروجی آن‌ها غیرخطی است. RTD ها دقت بالاتر، تکرارپذیری و پایداری بهتری را فراهم می‌کنند اما نسبت به ترموکوپل‌ها، زمان پاسخ آهسته‌تری دارند و قیمت آن‌ها نیز بالاتر است.
اولین گام در انتخاب ترموکوپل مناسب برای شما، این است که بدانید ترموکوپل قرار است در چه کاربردی استفاده شود، تحقیق کنید و ببینید که ترموکوپل قرار است در معرض چه بازه‌هایی از دما قرار بگیرد، هر نوع مقاومت شیمیایی مورد نیاز یا متریال پوششی مورد نیاز را نیز در نظر بگیرید و نیاز مقاومت در برابر خوردگی و لرزش را بررسی کنید. همچنین، هر نیازمندی نصبی همچون نیاز به سازگار بودن با تجهیزات موجود را در نظر بگیرید، مثلا سوراخ‌ها/اتصالات موجود، قطر پروب را تعیین می‌کنند.
فرآیندی که مرتبط با کاربرد و نیازمندی‌های شماست، بر این اساس باید نوع سنسور، قطر پروب و طول پروب را در نظر بگیرید، اینکه سنسور نیازمند یک پوشش است، نوع اتصال چیست، آیا نیاز به پیچ و بست و اتصالات خاص دارید، یا شناورها یا ترموول‌ها. همچنین، اگر نیازمند کابل هستید، چه نوع کابلی نیاز دارید. آیا نیاز به لوازم جانبی دارید؟
فرآیندی که مرتبط با کاربرد و نیازمندی‌های شماست، بر این اساس باید نوع سنسور، قطر پروب و طول پروب را در نظر بگیرید، اینکه سنسور نیازمند یک پوشش است، آیا به یک ترمینال هِد و/یا ترانسمیتر نیاز دارید؟ نوع اتصال چیست، آیا نیاز به پیچ و بست و اتصالات خاص دارید، یا شناورها یا ترموول‌ها. همچنین، اگر نیازمند کابل هستید، چه نوع کابلی نیاز دارید. آیا نیاز به لوازم جانبی دارید؟
بیشتر بخوانید: کنترلر دما (نحوه کارکرد و انواع مختلف)
انواع و استفاده‌های مختلف ترموکوپل‌ها
انواع بی‌شماری سنسور برای انتخاب در بازار موجود است.
شما باید بدانید که برای کاربرد خود، چه نوع نقطه اتصال (junction) نیاز دارید، سه نسخه وجود دارد.
ترموکوپل‌هایی با اتصال زمین‌شده (grounded)
در نوک پروب اتصال زمین‌شده، سیم‌های ترموکوپل به شکل فیزیکی، به داخل دیواره پروب متصل شده‌اند. این مساله به انتقال خوب گرما، از خارج و از طریق دیواره پروب و به نقطه‌ی اتصال ترموکوپل، منجر می‌شود. این یعنی ترموکوپل‌های زمین‌شده، زمان پاسخ سریع‌تری نسبت به انواع زمین‌نشده دارند.
اتصال زمین‌شده برای اندازه‌گیری دمای مایعات و گازهای خورنده در جریان یا ایستا و یا برای کاربردهای فشار بالا توصیه می‌شود.
نقطه‌ی اتصال یک ترموکوپل زمین‌شده به پوشش محافظ جوشکاری شده است و زمان پاسخ سریع‌تری نسبت به نوع اتصال زمین‌نشده ارائه می‌کند. از طرفی، ترموکوپل‌های زمین‌شده به شدت در برابر نویز ایجاد شده توسط حلقه‌های زمین (ground loop) حساس هستند، که به خوانش‌هایی با دقت پایین‌تر منتهی می‌شود.
ترموکوپل‌هایی با اتصال زمین‌نشده (ungrounded)
در یک پروب زمین‌نشده یا ungrounded، نقطه اتصال ترموکوپل از دیواره پروب، جدا است. زمان پاسخ نسبت به مدل زمین‌شده، آهسته‌تر است. از طرفی، اتصال از نظر الکتریکی از پوشش جدا (ایزوله) شده است، که باعث می‌شود نویز الکتریکی با سیگنال تداخل پیدا نکند. به این شکل دقت اندازه‌گیری دما بسیار بالاتر می‌رود، به خصوص با سیگنال‌هایی بسیار سطح پایین (low-level).
یک اتصال زمین‌نشده برای اندازه‌گیری در محیط‌های خورنده توصیه می‌شود، جایی که مطلوب است ترموکوپل به شکل الکترونیکی از پوشش جدا باشد و از آن محافظت شود.
ترموکوپل با سیم جوشکاری‌شده، با پودر MgO (نرم) به شکل فیزیکی از پوشش ترموکوپل عایق شده است.
ترموکوپل‌هایی با اتصال باز (exposed)
در ترموکوپل‌هایی با اتصال باز، از نوک پوشش بیرون زده و در معرض محیط پیرامونی است. این نوع، بهترین زمان پاسخ را ارائه می‌کند اما تنها قابل استفاده در کاربردهای غیر خورنده و بدون فشار است.
یک اتصال باز برای اندازه‌گیری دمای گاز ایستا یا در جریان غیر خورنده توصیه می‌شود، زمانی که نیاز به زمان پاسخ سریع داشته باشیم.
نقطه اتصال از پوشش فلزی محافظ فراتر می‌رود و پاسخی سریع و دقیق را فراهم می‌کند. عایق پوشش در محل بیرون زدن اتصال، سیلد (مهر و موم) است تا از نفوذ رطوبت یا گاز جلوگیری شود، این نفوذ می‌تواند به ایجاد خطا منجر شود. انتخاب اتصال گرم به پاسخ ترموکوپل، خطرات آلایندگی، محدودیت‌های فیزیکی و ارت کردن الکتریکی بستگی دارد.
کدام ترموکوپل برای کاربرد شما مناسب است؟
بیشتر بدانید: گیج دما (انواع مختلف، نحوه ساخت و کاربردها)
آیا می‌توانید یک ترموکوپل را تمیز کنید؟
بله، شما می‌توانید یک ترموکوپل را تمیز کنید، اما این کار باید با ظرافت و با فشار کم انجام شود. ابتدا ترموکوپل را از چیدمان یا اسمبل فرآیند خود جدا کنید، با استفاده از سیم ظرفشویی یا پارچه سنباده، به آرامی نوک آن را تمیز کنید تا هر چیزی که با گذر زمان در آن جمع شده پاک شود.
دقت کنید که تمیز کردن ترموکوپل، راه حلی برای حل کردن یک مشکل (مثل خوانش‌های غیر دقیق و نادرست) نیست.
عمر خدماتی یک ترموکوپل
پیش‌بینی اینکه عمر مفید یک ترموکوپل چقدر است، بسیار سخت است، حتی وقتی که بیشتر جزییات را در مورد یک کاربرد بدانیم. و متاسفانه، تعیین و مشخص کردن چنین اطلاعاتی نیز بسیار سخت است.
بهترین تست برای هر کاربردی این است که تجهیز را نصب کنید، استفاده کنید و عملکرد یک مدل (که احتمالا مدل موفقی برای آن کاربرد است) را بر اساس استفاده ارزیابی کنید. توصیه‌ها و عدم توصیه‌ها که در زیر توضیحات نوع ترموکوپل فهرست می‌شود، در هنگام انتخاب اولیه سبک اسمبل/چیدمان برای نصب در یک فرآیند، راهنمای ابتدایی خوبی است.
دی‌کالیبراسیون و دریفت:
پایداری یک ترموکوپل
از آنجایی که emf ترموالکتریک ناشی از یک تفاوت دمایی، در برابر تغییرات در خصیصه‌های متالورژیک و شیمیایی حساس است، emf کل ایجاد شده توسط یک پروب استفاده‌شده، ممکن است نسبت به یک مدل یکسان اما نو، در شرایط یکسان، متفاوت باشد.
این تغییرات معمولا کوچک هستند (اغلب در حد ناچیز قابل چشم‌پوشی) در طول مدت زمان‌های محسوس. در شرایط نامطلوب، ممکن است که دریفت‌های بزرگی را با سرعتی سریع شاهد باشیم.
برای دستیابی به عمر طولانی و قابل اطمینان ترموکوپل، استراتژی معمول این است که دستگاه را به راحتی در حداکثر دمای آن به کار بگیریم و تمیزترین محیط کاری ممکن را برای آن فراهم کنیم. محفظه‌ها، همچون پوشش‌ها، لوله‌های محافظ و ترموول‌ها، وسایل معمول برای کنترل شرایطی هستند که پیرامون خود المان‌های حرارتی (ترمو المنت‌ها) را تشکیل می‌دهند.
اشکالات و ایرادات احتمالی
لوله‌های محافظ، پوشش‌ها و حتی ترموول‌ها ممکن است به خاطر خوردگی یا آسیب مکانیکی، خراب شوند. فرآیندها ممکن است دچار دمای مازاد شده و المان‌های حرارتی را در معرض دمایی، بالاتر از دمای مورد انتظار قرار دهند.
اگر یک سنسور که فرآیند را کنترل می‌کند، در خروجی خود دریفت پایینی داشته باشد، فرآیند، در واکنش به کنترلر خود، ممکن است در نتیجه مجبور شود دماهایی بالاتر از دماهای مورد انتظار را تحمل کند. اسمبل‌های پایه فلزی، در برابر حمله برخی مواد شیمیایی حساس و آسیب‌پذیر هستند.
تست‌های سیستمی:
یک ابزار مفید برای عیب‌یابی و رفع اشکال سیستم‌های ترموکوپل، یک نشانگر دمای قابل حمل (portable indicator) است. تعدادی از این دستگاه‌ها می‌توانند با دو یا چندین نوع مختلف ترموکوپل کار کنند و برخی یک قابلیت «خروجی» یا output دارند که یک خروجی الکتریکی تولید می‌کند تا یک ترموکوپل را شبیه‌سازی کند که در هر دمای دلخواهی کار می‌کند.
در عمل، این ابزار معمولا به سیم‌های مدار مورد تست وصل می‌شود، در نقاط قابل دسترسی راحت، همچون در سرهای اتصال (connecting heads). باید حتما دقت کنید و مطمئن شوید که پلاریته (قطبش) صحیح حفظ شده است.
در بعضی کشورها، از کُد رنگی ANSI استفاده می‌کنند، که منفی همیشه قرمز (RED) است. اینجاست که خروجی یک سنسور کاری شاید مورد نظارت قرار گرفته و ارزیابی شود. یا با استفاده از قابلیت «خروجی» ابزار، یک سیگنال ترموکوپل شبیه‌سازی‌شده را می‌توان به نشانگر دائمی مدار یا به کنترلر ارسال کرد تا عملیات و کار صحیح باقی مدار تایید شود. در هنگام درایو و بازگردانی یک سیگنال به سمت ابزار، معمولا ضروری است که یک سمت از مدار شکسته شود (قطع شود) تا از «لودینگِ» تِسترِ قابل حمل، توسط مقاومت پایین خود ترموکوپل، جلوگیری شود.
همچنین می‌توان با استفاده از یک تستر قابل حمل، بخش‌های اکستنشن سیم‌کشی مدارات ترموکوپل را چک و بررسی کرد تا از اتصالات صحیح مطمئن شویم. بخشی که تست می‌شود، باید از نظر الکتریکی از باقی حلقه ایزوله شود و یک انتهای جفت سیم اکستنشن باید به یکدیگر اتصال کوتاه شوند. اگر یک تستر به بخش مخالف زوج کوتاه‌شده متصل شده است، تستر باید دمای تقریبی انتهای کوتاه‌شده را نشان دهد. دقت کنید که اگر هر دو انتهای زوج اکستنشن در دمایی یکسان باشند، ضروری است که انتهای کوتاه‌شده را مقداری گرم کنید و تایید کنید که تستر این تغییر دما را به شکل صحیح «می‌بیند» (تشخیص می‌دهد). در این تست، احتمال یک اتصال اشتباه و معکوس بررسی می‌شود.
