کالیبراسیون ترموکوپل
آشنایی با مفاهیمی چون کالیبراسیون ترموکوپل و نقش آنها در موسسات و کارخانجات صنعتی. در این نوشتار به بررسی وجه تمایز دماسنج‌های مقاومتی با انواع ترموکوپل می‌پردازیم.
کالیبراسیون ترموکوپل، همان کالیبره کردن سنسورهای دماست. ترموکوپل ها، ابزاری هستند که می توان با آن دما را سنجید . در این نوشتار قصد داریم ، مخاطب گرامی را با برخی از مفاهیم و موضوعات مرتبط با کالیبراسیون آشنا کنیم.
کالیبراسیون ترموکوپل چیست؟
از جمله مهمترین عناصر تشخیص درستی اندازه‌گیری در گونه‌های مختلف سنسور دما، کالیبراسیون ترموکوپل یا دما می‌باشد. اما قبل از ورود به بحث اصلی از شما اجازه می‌خواهیم درباره تعریف دقیق ترموکوپل و نحوه کار آن با شما سخن بگوییم.
همانطور که گفته شد، کالیبراسیون ترموکوپل، سنسوری است که می‌توان دما را با آن ارزیابی کرد. این سنسور از دو گونه فلز متفاوت ساخته شده است . این فلزها، قابلیت اتصال دارند. چنانچه این دو فلز از ناحیه‌ای که به هم وصل شده اند، سرد یا گرم شوند، باعث ایجاد ولتاژ می‌گردند که قادر است وابسته به دما باشد. بنابراین ترموکوپل یک نوع حسگر دمای ساده است. دقت و مقرون به صرفه بودن آن باعث شده است تا در محدوده گسترده‌ای از عملکردهای سنجش دما، مورد استفاده قرار گیرد.
بسیاری از کاربران، در هنگام خرید حسگرهای ترموکوپل، از آزمایشگاه مربوطه می خواهند تا گواهینامه کالیبراسیون ترموکوپل را در اختیار آنها قرار دهند. در حقیقت، این گواهینامه تاییدیه‌ای است، بر درستی عملکرد و میزان دقت اندازه گیری‌هایی که انجام شده است. خوشبختانه آزمایشگاه‌های کالیبراسیون در سراسر کشور برای تشخیص صحت درستی سنسور دما دایر هستند. لذا گواهینامه کالیبره کردن ترموکوپل برای کاربران گرامی قابل عرضه است.
استاندارد کالیبراسیون ترموکوپل
بسیاری از محیط‌های صنعتی، بدون همراهی کالیبراسیون ترموکوپل و سنسور دما، عملا مفهوم خود را از دست می‌دهند. ترموکوپل رایج ترین حسگرها برای سنجش دما هستند. از طرفی، سرعت و میزان پاسخگویی یک حسگر ترموکوپل، به نوع مواد ساخته شده آن نیز مرتبط است. به عبارتی دیگر دو جفت گرمایی، در محیط یکدست و در یک شرایط خاص، اندازه‌های غیر یکسانی را عرضه خواهند کرد. لذا حسگرهای ترموکوپل، مورد ارزیابی متعددی قرار می‌گیرند تا میزان کارایی و صحت عملکرد آنها به اثبات برسد.
انواع ترموکوپل
شیوه‌های سنجش دما در کالیبراسیون ترموکوپل بدین شرح هستند:
- اندازه گیری دما بوسیله غیر تماسی
- مادون قرمز
- صوتی
- سنجش دما بوسیله تماسی
- ترموکوپل
- RTD
- ترمیستور
شیوه کالیبراسیون ترموکوپل بر مبنای پدیده‌ای ا ست که سی بک نام دارد. این پدیده تغییرات دما را به ولتاژ تغییر می‌دهد. همانطور که متوجه شدید، ترموکوپل در زمره رایج‌ترین حسگرهای دمایی است که در صنایع بسیاری مورد استفاده قرار می‌گیرند. در حقیقت ترموکوپل، در شمار حسگرهایی است که در سنجش دما قرار قرار گرفته است. زیرا در آزمایشگاه‌های کالیبراسیون، حسگرهای غیر تماسی نیز وجود دارد که بدون احتیاج به متصل شدن یا تماس با مکان مورد نظر قادر است میزان و کیفیت فیزیکی دما را بوسیله آنها ارزیابی نماید.
امتیازات ترموکوپل
از مزایای کالیبراسیون ترموکوپل، مقرون به صرفه از نظر اقتصادی، ساده بودن، محکم و دوام بالای آن در مصارف صنعتی می‌باشد. دامنه سنجش دمای ترموکوپل‌ها بسیار بوده و در وضعیت محیطی متفاوتی، مورد استفاده قرار می‌گیرد. ترموکوپل‌ها به خاطر ثابت زمانی کوچکی که دارند، سرعت پاسخ دهی‌شان خوب برآورد شده است.
از مزایای دیگر این کالیبراسیون، دامنه بالای آن در سنجش است. بدین معنی که به طور اسمی از ۱۸۰- تا ۱۸۰۰+ درجه سانتیگراد را شامل می‌شود. چنانچه بخش جزئی نوک جوشکاری شده ترموکوپل حذف شود و ترموکوپل درون خط لوله قرار داده شود، دمایی که در درون لوله جریان دارد، به آسانی قابل اندازه گیری است. این نوع سنسوردما در بازار یافت می شود و معمولا به منظور اندازه گیری کاربرد دارند.
معایب کالیبراسیون ترموکوپل
از جمله نواقصی که در کالیبراسیون ترموکوپل دیده می‌شود، غیر خطی، تماسی بودن و همچنین برخورداری از دقت متوسط است. به منظور استفاده از این نوع کالیبره، در محیط‌هایی که لرزش یا ضربه حضور دارد، به منظور نگهداری از حسگر، از عایقی به نام ترموول یا غلاف استفاده می‌شود. این امر کمک می‌کند تا حدودی سرعت پاسخگویی کاهش یابد.
کاربرد ترموکوپل
در آزمایشگاه کالیبراسیون، به کالیبراسیون ترموکوپل بسیار توجه می‌شود. زیرا با نقطه‌ای که مدنظر است، تماس گرفته و دما را به شیوه پتانسیل الکتریکی منتقل می‌کند. سپس ولتاژ با متصل شدن به اندیکاتور سنجش و به صورت دما تحت پیروی از نمودارها شبیه سازی می‌شود. از این وسیله برای سنجش دماهای زیاد مثلا در کوره‌های پخت آجر استفاده می‌شود. معمولا ترموکوپل‌ها در دمای کم از دقت لازم برخوردار نیستند. اما برای ارزیابی دماهای افزون بر پانصد درجه سانتیگراد بسیار مناسب هستند.
در آزمایشگاه، کالیبراسیون ترموکوپل کاربردهای زیادی دارند. من جمله در صنایع ساخت لوازم گازسوز و ایمن کردن دستگاه‌های ساخته شده بسیار مرسوم هستند.
وجه تمایز کالیبراسیون ترموکوپل با دماسنج‌های مقاومتی
درباره کالیبراسیون ترموکوپل با دماسنج‌های مقاومتی باید گفت، همه آنها از نظر دقت و تکرار پذیر بودن آن بسیار پردرخواست می‌باشند. لذا RTD ها یا همان ردیاب‌های دمای مقاومت به طور ویژه دماسنج‌های مقاومت پلاتین و ترموکوپل در آزمایشگاه است. هر چند که این دو مبحث، دارای عملکردی یکسان هستند ولی از برخی جهات با هم فرق می‌کنند. توجه داشته باشید، در زمان انتخاب یک وسیله جهت سنجش دما یا کالیبراسیون، فاکتورهای کلیدی زیر را باید در نظر بگیرید:
- دقت،
- پایداری در زمانی طولانی،
- بازه دما،
- شرایط محیطی
دماسنج مقاومتی و عملکرد آن
دماسنج‌های مقاومتی، بوسیله یک رسانای الکتریکی مورد سنجش واقع می‌شوند. این امر باعث می‌شودتا یک رابطه کاملا معین مابین مقاومت و دما لحاظ شود. این رابطه را در یک نمودار ثبت و نمایش می‌دهند. در تکنولوژی کالیبراسیون، مقاومت های سنجش سیم پیچی که از جنس پلاتین می‌باشد، به تحت عنوان مرجع مورد استفاده قرار می‌گیرند. چراکه این مقاومت‌ها از بازه دمایی بالا، ثبات طولانی مدت و بالاترین میزان دقت برخوردار هستند. سیم را می شود به دور یک هسته که از جنس سرامیک یا شیشه ساخته شده است، پیچاند. مرسوم‌ترین PRT یک Pt100 است. بدین شکل شما یک دماسنج مقاومتی پلاتینی خواهید داشت که به شکل موثری صد اهم مقاومت الکتریکی در صفر درجه سانتیگراد خواهد داشت.
کاربرد ترموکوپل و عملکرد آن
در ادامه بحث کالیبراسیون ترموکوپل باید گفت، ترموکوپل‌ها از شیوه های مختلفی برای مشخص کردن دما استفاده می‌کنند. ترموکوپل همانطور که می‌دانید، از دو عدد سیم ساخته شده که از جنس فلزاتی مانند نیکل، مس، یا آهن ساخته شده است. دما در نقطه سنجش موجب می‌شود تا بارهای سیم‌ها در جهت‌های مختلف تغییر مکان بدهند و در نتیجه یک ولتاژ الکتریکی قابل سنجش ساخته شود.
از آنجا که یک پیوستگی مشخص بین دما و ولتاژ الکتریکی موجود می‌باشد، می‌توان دما را در نقطه سنجش مشخص کرد. هرچند که ترموکوپل‌ها اغلب دقت و ثبات کمتری در مقایسه با آر تی دی ها دارند، ولی بازه دمایی گسترده تری نیز دارند. ترموکوپل‌ها، قادرند دمای دویست درجه سانتیگراد و دو هزار و پانصد درجه سانتیگراد را سنجش نمایند. با توجه به موادی که مورد استفاده قرار می‌گیرد، ترموکوپل‌ها برای بازه‌های ویژه‌ای کالیبره می‌شوند.
در کالیبراسیون ترموکوپل، به این موضوع نیز توجه می‌شود. بعضی از مرسوم‌ترین انواع آنها J، K، T و Eمی‌باشند که ترموکوپل‌های فلز پایه مد نظر قرار داده می‌شوند. البته این نکته را نیز نباید از نظر دور داشت که ترموکوپل‌هایی نیز هستند که از فلزات نجیب ساخته می‌شوند. این فلزات عبارتند از R،S و B. از جهت دیگر نیز می توان به این مورد هم اشاره کرد که رواج کمتری دارند و اغلب در کاربردهای با دمای خاص مورد استفاده قرار می‌گیرند.
