ترموکوپل چیست؟
کلمه ترمو به معنی حرارت و کوپل به معنی زوج است، ترموکوپل یکی از انواع تجهیزات اندازه گیری می باشد که در صنایع مختلف و در رنج های مختلف دمایی مورد استفاده قرار می گیرد. ترموکوپل از اتصال دو فلز غیر هم جنس ساخته می شود.
اثر سیبک در ترموکوپلها
این پدیده فیزیکی اولین بار توسط سی بک در سال 1821 کشف شد. توماس یوهان سیبک (Thomas Johann Seebeck; فیزیکدان آلمانی-استونیایی بود که در استونی امروزی به دنیا آمد و در ابتدا در دانشگاه گوتینگن مدرک پزشکی را کسب کرد، اما ترجیح داد به تحصیل فیزیک بپردازد. وی به دلیل کشف اثر ترموالکتریکی در سال ۱۸۲۳ شناخته می شود.او متوجه شد هرگاه انتهای فلز غير هم جنس را به یکدیگر وصل کنیم و نقطه اتصال را حرارت دهيم، در این محل یک اختلاف پتانسيل الکتریکی که به آن پتانسيل تماس یا ولتاژ سيبک می گوییم به وجود می آید.در شکل زیرنمایش کلی ترموکوپل (پدیده ترموالکتریک) نمایش داده شده است.
بنابراین وقتی ترموکوپل در مجاورت چیزی که قرار است اندازه گیری دمای آن را انجام دهد قرار می گیرد، اعمال حرارت به نقطه اتصال دو فلز در اثر پدیده سیبک باعث ایجاد ولتاژ بین دو فلز در انتهای دیگر می شود. در این نقطه که به ترانسمیتر یا ولت متر متصل می شود اختلاف پتانسیل محاسبه و با نمودار یا تابع تبدیل به درجه حرارت دمای اندازه گیری شده تبدیل می شود، که اندازه میلی ولت تولید شده متناسب با میزان دما است.
در این فرمول، V ولتاژ محل مورد نظر و {\displaystyle \sigma } هدایت الکتریکی است. به طور کلی می توان اثر سیبِک را با تولید یک میدان محرکه ی الکتریکی تعریف کرد:
در این فرمول، S ضریب سیبک، یکی از ویژگی های ماده مورد نظر، و گرادیان دما است.
انواع یا تایپهای مختلف ترموکوپل
ترموکوپل تایپ K :
این نوع ترموکوپل که پرمصرفترین تایپ ترموکوپلهای صنعتی است، از فلزات Ni-Cr (تر کیبی از کروم و نیکل با نام تجاری کرومل Chromel ) و Ni-Al (ترکیبی از آلومینیوم و نیکل با نام تجاری آلومل Alumel) ساخته می شود. این ترموکوپل به نسبت ارزان قیمت است و پرکاربردترین و متداولترین نوع ترموکوپل ها است. رنج عملکرد دمایی آن بین 200- °C و1200 °C است، خروجی ترموکوپل تیپ K تقریبا 41 µV/°C است و معمولا در دماهای بالا مورد استفاده قرار می گیرد.
ترموکوپل تایپ J :
این ترموکوپل از فلز آهن ( Fe ) و آلیاژهای مس- نیکل Cu-Ni (کنستانتان Constantan ) ساخته می شود. رنج دمایی این ترموکوپل بین 150- °C و 800+ °C است.
خروجی این تایپ ترموکوپل ،51 µV/°C است.
ترموکوپل تایپ E :
این ترموکوپل با فلزات Ni-Cr ( کروم نیکل، یا همان کرومل) و Cu-Ni (مس نیکل یا همان کنستانتان Constantan ) ساخته می شود. رنج عملکرد دمایی آن، بین 40- °C و 900°C است. این ترموکوپل 62 µV/°C میزان خروجی را دارد.
ترموکوپل تایپ T :
این ترموکوپل از مس Cu و آلیاژ Cu-Ni (مس نیکل، کنستانتان Constantan) ساخته می-شود. رنج عملکرد دمایی این نوع ترموکوپل، بین 250- °C و 400°C است. این ترموکوپل نسبتا ارزان و برای کاربردهای با دمای پایین مناسب است، مقدار خروجی این ترموکوپل، در حدود 46 µV/°C است.
ترموکوپل نوع N :
این ترموکوپل از فلزهای Ni-Cr-Si (نیکل، کروم و سیلیسیوم با نام تجاری نیکروسیل) و Ni-Si-Mg (نیکل، سیلیسیوم، منیزیوم، با نام تجاری نیسیل Nisil) ساخته می شود. محدوده دمائی آن بین 270- °C و 1300+ °C است. مقدار خروجی میلی ولت این ترموکوپل، 30 µV/°C است و معمولا در دماهای بالا و محیطهای در معرض اکسیداسیون و خوردگی مورد استفاده قرار می گیرد.
ترموکوپل نوع R، S و B :
این ترموکوپل ها با استفاده از Pt-Rh (پلاتین – رادیوم) با ترکیبات مختلف ساخته می شود (تفاوت این سه تایپ ترموکوپل در میزان پلاتین آنهاست). قیمت آنها گران است و همچنین میزان خروجی میلی ولت آنها کم و در حدود 10 µV/°C و محدوده دمایی کارکرد آنها تقریبا 50- °C و 1750+ °C است. انواع این ترموکوپل ها در اندازه گیری دمای بالا بطور مثال در صنعت شیشه، فولاد و پالایشگاهها و صنایع پتروشیمی به کار می روند.
