جهان صنعت

ترموکوپل رایج ترین تجهیزات اندازه گیری دمای الکتریکی در صنعت است. مکانیسم ترموکوپل مبتنی بر پدیده (Seebeck) است که اختلاف دمای بین دو نقطه را به ولتاژ الکتریکی تبدیل می کند.
ترموکوپل نوعی مولد برق است و دو فلز ناهمگن است که از یک طرف به هم متصل شده اند. برای تولید برق، محل اتصال دو فلز باید گرم شود.

بنابراین در دو انتهای دیگر که رایگان هستند، برق تولید می شود. البته برق ارائه شده از این طریق بسیار کم خواهد بود. به این ترتیب وقتی محل اتصال دو سیم گرم می شود، اختلاف پتانسیل بین دو سر سیم ها ایجاد می شود. این اختلاف پتانسیل تابعی از مقدار حرارت اعمال شده است، بنابراین دمای اعمال شده به ترموکوپل را می توان با بررسی ولتاژ خروجی تعیین کرد.
لازم به ذکر است که یک اتصال (اتصال سرد) باید در دمای مرجع قرار گیرد. به عنوان مثال، اتصال مرجع باید در یک ظرف حاوی یخ در حال ذوب نصب شود.

اتصال دیگر ترموکوپل باید به طور کامل به جسمی که می خواهیم دمای آن را اندازه گیری کنیم متصل باشد. فلزات ترموکوپل به طور کلی بر اساس قیمت به دو گروه مجزا تقسیم می شوند. این دو گروه ترموکوپل به عنوان فلزات پایه ترموکوپل و فلزات گرانبها ترموکوپل شناخته می شوند.
از مزایای آنها می توان به سادگی و قیمت مناسب، استحکام و دوام برای مصارف صنعتی و دقت خوب اشاره کرد.
معایب ترموکوپل شامل غیر خطی بودن و تماس (مستعد ایجاد اختلال، شوک و غیره) و همچنین دقت متوسط ​​است.

مشخصات ترموکوپل

گرماجفت یا ترموکوپل (به فرانسوی: Thermocouple) یک حسگر تشخیص دمای ترمو-الکتریکی مدار-بسته شامل دو سیم ناهم‌جنس است، که در یک انتها به هم متصل شده‌اند. زمانی‌که دما در یک سمت با دما در سمت دیگر تفاوت داشته باشد یک جریان الکتریکی در مسیر برقرار می‌شود. به این پدیده اثر سیبک (به انگلیسی: Seebeck Effect) گفته می‌شود که اساس کار ترموکوپل‌ها می‌باشد.

به یک طرف این اتصال، اتصال گرم و به طرف دیگر آن اتصال سرد گفته می‌شود. سمت گرم داخل یک محفظه محافظ قرار داده شده و در معرض فرایند قرار داده می‌شود.

اگر محل اتصال دو فلز ترموکوپل حرارت داده‌شود، به دلیل اثر ترموالکتریک در دو سر دیگر آن‌ها که آزاد هستند اختلاف پتانسیلی (ولتاژ) تولید شود. این ولتاژ تابع دما است و با اندازه‌گیری آن، می‌توان دما را اندازه گرفت.

ترموکوپل یک مبدّل (ترانسدیوسر) خودمُولّد است که از اتصال دو فلز ناهم‌جنس تشکیل شده‌است. اتصال سرد بایستی در دمای مرجع قرار داده شود. به عنوان مثال، اتصال مرجع را بایستی در ظرف حاوی یخ در حال ذوب شدن قرار داد. سمت دیگر ترموکوپل بایستی به جسمی که می‌خواهیم دمای آن را اندازه بگیریم، کاملاً جفت شود.

فلزات ترموکوپلی به‌طور کلی نسبت به قیمت‌شان به دو گروه تقسیم می‌شوند؛ ترموکوپل فلز پایه و ترموکوپل فلزات قیمتی.

مزیت اصلی ترموکوپل‌ها، محدودهٔ وسیع اندازه‌گیری آن‌هاست که معمولاً از ۱۸۰- تا ۱۸۰۰+ درجه سلسیوس را در برمی گیرد. از معایب ترموکوپل ها هم می توان به خطی نبودن نسبت دما به ولتاژ در محدوده اندازه گیری، دقت متوسط، سرعت کم در پاسخ گویی(در ترموکوپل هایی که با محافظ سرامیکی پوشیده شده اند این اثر یافت می شود) و ... اشاره نمود.

روش کار ترموکوپل

طبق اثر سیبک، ولتاژ اندازه‌گیری شده در اتصال سرد، متناسب با اختلاف دما بین اتصال گرم و اتصال سرد می‌باشد. به این ولتاژ ولتاژ سیبک، ولتاژ ترموالکتریک یا EMF ترموالکتریکی گفته می‌شود. با افزایش دما، ولتاژ اندازه‌گیری شده در اتصال سرد با رابطه ای غیر-خطی افزایش می‌یابد. میزان خطی بودن رابطه دما-ولتاژ به ترکیب فلزهای انتخاب شده برای ساخت ترموکوپل وابسته است.[۲]

برای محاسبه اختلاف ولتاژ بین اتصال سرد و اتصال گرم نیاز به دانستن دمای اتصال سرد داریم. در نتیجه دمای اتصال سرد باید مشخص باشد. به این فرایند «جبران اتصال سرد» (به انگلیسی: Cold Junction Compensation) گفته می‌شود. این کار معمولاً توسط ترنسمیتر انجام می‌شود. انجام دقیق جبران اتصال سرد در تعیین دقیق دما امری حیاتی است. صحت انجام اینکار به دو عامل وابسته است: دقت محاسبه دمای نقطه مرجع و میزان نزدیک بودن محل دمای مرجع به اتصال سرد. بسیاری از ترنسمیترها از یک بلوک دما-ثابت (که معمولاً از مس ساخته می‌شود) به همراه یک ترمیستور داخلی، یا RTD یا یک مدار ترانزیستوری برای محاسبه دمای بلوک استفاده می‌کنند.[۲]