
ترموکوپل (Thermocouple) سنسور دمایی ساده و مقاومی است که از اتصال دو فلز غیرهمجنس ساخته میشود و با تغییر دما، ولتاژ بسیار کوچکی (در حد میلیولت) تولید میکند. ترموکوپلها به دلیل دامنهی دمایی وسیع، سرعت پاسخ بالا و قیمت مناسب، رایجترین سنسور دما در کورهها، قالبها و فرایندهای حرارتی صنعتی هستند. در این مقاله اصول کار، انواع ترموکوپل، تفاوت آن با سنسور Pt100 و نکات انتخاب را مرور میکنیم.
وقتی دو سیم از دو فلز مختلف در یک نقطه به هم جوش داده شوند و این نقطه با نقطهی دیگر مدار اختلاف دما داشته باشد، بین دو سیم یک اختلاف ولتاژ ایجاد میشود. این پدیده «اثر سیبک (Seebeck)» نام دارد. نقطهی جوششده را اتصال گرم (Hot Junction) مینامند که داخل محیط اندازهگیری قرار میگیرد، و سر دیگر سیمها که به دستگاه میرسد اتصال سرد (Cold Junction) است.

ولتاژ تولیدشده فقط به اختلاف دمای دو نقطه بستگی دارد. به همین دلیل دستگاه خواننده (کنترلر یا ترانسمیتر) دمای اتصال سرد را هم اندازه میگیرد و آن را جبران میکند. این کار «جبران اتصال سرد (CJC)» نام دارد و اگر درست انجام نشود، عدد نمایشدادهشده خطا خواهد داشت.
ترموکوپلها با حرف نامگذاری میشوند و هر نوع از ترکیب فلز مشخصی ساخته میشود. محدودههای زیر مقادیر تقریبی رایج هستند و محدودهی دقیق به جنس غلاف و قطر سیم هم بستگی دارد:

| نوع | فلزات | محدودهی تقریبی دما | ویژگی و کاربرد |
|---|---|---|---|
| K | نیکلکروم / نیکلآلومینیوم | حدود ۲۰۰- تا ۱۲۶۰ درجهی سانتیگراد | رایجترین نوع؛ کوره، قالبهای پلاستیک، فرایندهای عمومی |
| J | آهن / کنستانتان | حدود ۴۰- تا ۷۵۰ درجه | صنایع پلاستیک و قالب؛ در محیطهای اکسیدکننده و مرطوب مناسب نیست |
| T | مس / کنستانتان | حدود ۲۰۰- تا ۳۵۰ درجه | دقت خوب در دماهای پایین؛ صنایع غذایی و سردخانه |
| E | نیکلکروم / کنستانتان | حدود ۲۰۰- تا ۹۰۰ درجه | خروجی ولتاژ بالا؛ حساسیت خوب |
| N | نیکلکرومسیلیکون / نیکلسیلیکون | حدود ۲۰۰- تا ۱۳۰۰ درجه | پایداری بهتر از K در دمای بالا |
| S, R, B | پلاتینرودیوم | تا حدود ۱۶۰۰ تا ۱۸۰۰ درجه | دمای خیلی بالا؛ شیشه، سرامیک و فلزات؛ گرانقیمت |
رنگ روکش و سیم هر نوع در استانداردهای مختلف (IEC و ANSI) متفاوت است؛ بنابراین هنگام سیمکشی همیشه نوع ترموکوپل را از پلاک یا برگهی فنی بخوانید و فقط به رنگ سیم اکتفا نکنید.
انتخاب بین ترموکوپل و سنسور مقاومتی Pt100 (RTD) یکی از رایجترین سوالها در پروژههای دما است:

| ویژگی | ترموکوپل | Pt100 (RTD) |
|---|---|---|
| محدودهی دما | خیلی وسیع؛ تا بیش از ۱۰۰۰ درجه | معمولاً تا حدود ۶۰۰ تا ۸۵۰ درجه |
| دقت و پایداری | متوسط؛ با گذشت زمان رانش دارد | بالا و پایدارتر |
| سرعت پاسخ | سریع | کندتر |
| خروجی | ولتاژ میلیولت | تغییر مقاومت |
| سیمکشی | حساس به نوع سیم و قطبیت؛ نیاز به کابل جبرانی | ۲، ۳ یا ۴ سیمه؛ نیاز به جبران مقاومت سیم |
| قیمت | ارزانتر | گرانتر |
| کاربرد معمول | کوره و دمای بالا | دمای متوسط با نیاز به دقت (غذا، دارو، آب) |
به طور خلاصه: برای دمای بسیار بالا یا پاسخ سریع به ترموکوپل و برای دقت و پایداری در دمای متوسط به Pt100 نگاه کنید. برای سیمکشی و عیبیابی Pt100 به مقالههای نحوهی اتصال سنسور Pt100 و روش تست سنسور Pt100 مراجعه کنید.
در استاندارد IEC 60584 ترموکوپلها در کلاسهای دقت دستهبندی میشوند. برای مثال برای نوع K، کلاس ۱ خطای حدود ±۱٫۵ درجه یا ۰٫۴٪ و کلاس ۲ خطای حدود ±۲٫۵ درجه یا ۰٫۷۵٪ (هرکدام بزرگتر باشد) دارد. در فرایندهای معمول صنعتی کلاس ۲ کافی است و کلاس ۱ برای دقت بیشتر انتخاب میشود.
وقتی فاصلهی سنسور تا تابلو زیاد است، ترانسمیتر دما سیگنال ترموکوپل را به ۴ تا ۲۰ میلیآمپر تبدیل میکند تا از خطای مسیر و نویز کاسته شود. برای آشنایی با نقش کنترلر در حلقهی دما هم کنترلر دما چیست را ببینید.

سنسور دمایی متشکل از دو فلز غیرهمجنس که بر اساس اثر سیبک با تغییر دما ولتاژ تولید میکند.
نوع K؛ به دلیل دامنهی دمایی وسیع و قیمت مناسب.
بستگی به کاربرد دارد: ترموکوپل برای دماهای بالا و پاسخ سریع و Pt100 برای دقت و پایداری در دمای متوسط.
چون خود سیم ترموکوپل ولتاژ تولید میکند؛ اگر سیم همنوع یا جبرانی نباشد، اتصالهای جدید خطا ایجاد میکنند.
اندازهگیری دمای انتهای سیمها در دستگاه و اضافهکردن اثر آن به مقدار نهایی تا عدد درست نمایش داده شود.
ترموکوپل با تکیه بر اثر سیبک، سادهترین راه اندازهگیری دماهای بالا و سریع است. انتخاب نوع مناسب، کابل صحیح و جبران اتصال سرد، سه نکتهی کلیدی برای اندازهگیری دقیق است.
اسپیداد نمایندهی رسمی برند آلمانی جومو (JUMO) در ایران است. جومو در گروه سنسور و ترانسمیتر دما، سنسورهای مقاومتی و ترموکوپل و ترانسمیترهای دما را ارائه میدهد. برای مشاوره فنی و استعلام قیمت، درخواست خود را برای کارشناسان اسپیداد ارسال کنید.
مقالات پر بازدید
دسته بندی
اطلاعات تماس
شبکه های اجتماعی