ترموکوپل چیست؟
ترموکوپل ها از سنسورهای بسیار رایج در اندازه گیری دما میباشند که به دلیل سادگی عملکرد و سهولت در استفاده و محدوده وسیع اندازه گیری دارای محبوبیت زیادی در صنعت هستند. ترموکوپل ها، سنسورهایی ترموالکتریکی هستند که اساسا از دو نقطه‌ی اتصال فلزات ناهمسان که در دو نقطه به هم جوش خورده یا به هم پیچیده شده باشند تشکیل شده است. ترموکوپل‌ها، سنسورهایی ترموالکتریکی یا گرما برقی هستند که اساسا از دو نقطه‌ی اتصال فلزات ناهمسان تشکیل شده‌اند، همچون مس و آلیاژ کنستانتان (Constantan) که در دو نقطه به هم جوش خورده و یا به هم پیچیده شده باشند. یک اتصال در دمایی ثابت حفظ می‌شود که به آن اتصال سرد یا مرجع گفته می‌شود و دیگری، اتصال گرم یا همان اتصال اندازه‌گیری است. وقتی دو اتصال در دمایی متفاوت باشند، یک ولتاژ در بین دو اتصال ایجاد می‌شود که برای اندازه‌گیری سنسور دما مورد استفاده قرار می‌گیرد.
لینک : سنسور RTD (سنسور دما مقاومتی) و سوئیچ دما
دلیل محبوبیت ترموکوپل‌ها، سادگی، سهولت استفاده و سرعت مناسب واکنش به تغییرات دما (بیشتر به خاطر ابعاد کوچکشان) می‌باشد. ترموکوپل‌ها همچنین گسترده‌ترین بازه دمایی را در بین تمام سنسورهای دما دارند که از منفی ۲۰۰ درجه تا بالای ۲۰۰۰ درجه سلسیوس است. ترموکوپل ها انواع بسیار متنوعی دارند که هر یک محدوده اندازه گیری خاص خود را دارند، اما در این بین ترموکوپل های نوع J،K،R،S و نوع T بسیار پرکاربرد هستند.
ترموکوپل‌ها در کاربردهای متنوع صنعتی، علمی و OEM مورد استفاده قرار می‌گیرند. آن‌ها تقریبا در تمام بازارهای صنعتی حضور دارند: تولید برق، نفت و گاز، داروسازی، بیوتکنولوژی یا زیست فناوری، سیمان، پالپ و کاغذ و غیره. ترموکوپل‌ها همچنین در تجهیزات معمولی خانگی همچون اجاق گاز، شومینه و توسترها مورد استفاده قرار می‌گیرند. ترموکوپل‌ها عموما به خاطر هزینه پایین، محدوده‌ی بالای دما، بازه‌های وسیع دما و ذات بادوام خود انتخاب می‌شوند.
ترموکوپل یک سنسور است که برای اندازه‌گیری دما استفاده می‌شود. ترموکوپل‌ها از دو سیم ناهم‌جنس تشکیل شده‌اند. دو سر این دو سیم به یکدیگر جوش خورده‌اند و یک اتصال را به وجود آورده‌اند. این اتصال، جایی است که دما اندازه‌گیری می‌شود. وقتی که اتصال تغییری را در دما تجربه کند، یک ولتاژ تولید می‌شود. این ولتاژ با استفاده از جدول‌های مرجع ترموکوپل برای محاسبه‌ی دما مورد استفاده قرار می‌گیرد. انواع مختلفی ترموکوپل وجود دارد و هر یک از نظر بازه دما، دوام و استحکام، مقاومت در برابر لرزش، مقاومت شیمیایی و سازگاری با کاربردهای مختلف، ویژگیهای منحصر به فرد خود را دارند. انواع J و K و T و E ترموکوپل‌های «فلز پایه» بوده و رایج‌ترین نوع ترموکوپل هستند. انواع R و S و B ترموکوپل‌های «فلز قیمتی» هستند که در کاربردهای با دمای بالا مورد استفاده قرار می‌گیرند.
نحوه‌ی کارکرد ترموکوپل:
اصل کارکرد یک ترموکوپل بسیار ساده و ابتدایی است. وقتی اتصال دو فلز ناهمسان همچون مس و آلیاژ کنستانتان، یک اثر ترموالکتریکی یا گرما برقی ایجاد کند، یک اختلاف پتانسیل چند میلی‌ولتی (mV) بین آن‌ها ایجاد می‌شود. به این تفاوت ولتاژ بین دو اتصال، اثر سیبک (See beck effect) گفته می‌شود، به این معنی که با ایجاد یک گرادیان دما در امتداد سیم‌های رسانایی، یک نیروی محرکه الکتریکی تولید می‌شود. پس ولتاژ خروجی ترموکوپل، تابعی از تغییرات دما خواهد بود. اگر هر دو اتصال در دمایی یکسان باشند، اختلاف پتانسیل بین دو اتصال صفر است، به عبارت دیگر خروجی ولتاژ ندارد چون V1 = V2. از طرفی، وقتی که اتصالات، داخل یک مدار، به هم متصل می‌شوند و دمای آن‌ها متفاوت است، یک خروجی ولتاژ به نسبت تفاوت دما بین دو اتصال تشخیص داده می‌شود، (V1 – V2). تا زمانی که به سطح پیک ولتاژ اتصال‌ها برسیم، این تفاوت در ولتاژ با افزایش دما، افزایش می‌یابد. این سطح پیک ولتاژ، توسط ویژگیهای دو فلز ناهمسان بکار رفته در ترموکوپل، تعیین می‌شود.
ترموکوپل‌ها از انواع مختلفی از مواد ساخته می‌شوند که امکان اندازه‌گیری دماهای به شدت بالا و پایین، از -۲۰۰ درجه تا +۲۰۰۰ درجه سلسیوس را محقق می‌سازند. با وجود انتخاب گسترده‌ای از مواد و بازه‌های دما که وجود دارد، استانداردهای بین‌المللی با کدهای رنگی برای ترموکوپل‌ها ایجاد شده است تا کاربران بتوانند سنسور ترموکوپل مناسب را برای هر کاربردی انتخاب کنند. سه ماده‌ی رایج پراستفاده برای ترموکوپل‌هایی که برای اندازه‌گیری عمومی دما بکار گرفته می‌شوند، عبارتند از آهن- کنستانتان (نوع J)، مس- کنستانتان (نوع T) و نیکل-کروم (نوع K). ولتاژ خروجی از یک ترموکوپل بسیار کوچک است: حدود چند میلی‌ولت (mV) برای یک تغییر ۱۰ درجه‌ی سلسیوسی در تفاوت دمایی. و به این دلیل، معمولا برای این خروجی ولتاژ کوچک، نیاز به نوعی تقویت‌کننده (امپلی‌فایر) است.