نگاهی به ترموکوپل تیپ k

ترموکوپل چیست؟

پیش از اینکه ترموکوپل تیپ k را بررسی کنیم، ابتدا باید به معرفی کلی ترموکوپل ها بپردازیم. ترموکوپل ها (Thermocouples) و یا اصطلاحا گرماجفت ها، نوعی حسگر الکتریکی تشخیص دمای محیط هستند. این دسته از مولد های الکتریکی، از دو فلز غیرهم جنس تشکیل شده اند که در یک سمت به هم متصل هستند.
به طور کلی، ساز و کار ترموکوپل مطابق با اثر سیبک (Seebeck Effect) است. به گونه ای که در هنگام تفاوت دما در یک سمت با سمت دیگر، جریان الکتریکی در ترموکوپل برقرار می شود. یک سمت این اتصال در ترموکوپل، اتصال گرم و سمت دیگر، اتصال سرد نامیده می شود. اتصال گرم درون یک محفظه قرار دارد. به بیان ساده، با به وجود آمدن اختلاف دما در محل اتصال، در دو سر دیگر مفتول های فلزی، اختلاف  پتانسیل ایجاد می¬شود. میتوان گفت اختلاف پتانسیل به وجود آمده در مدار، بسته به میزان حرارت ورودی، متغیر است. با سنجش میزان اختلاف پتانسیل به وجود آمده، میتوان میزان گرمای ورودی را محاسبه کرد. اتصال سرد، همواره در دمای معینی تحت عنوان دمای مرجع قرار گرفته و اتصال گرم به محل مورد نظر متصل می شود. ترموکوپل ها، بسته به ارزش فلزات به کار رفته در آنها به دو نوع ترموکوپل فلز پایه و ترموکوپل فلز قیمتی تقسیم می شوند.

معرفی، مشخصات و ویژگی های ترموکوپل تیپ k

ترموکوپل تیپ k، از جمله انواع مختلف ترموکوپل ها است. ترموکوپل ها، براساس قابلیت آنها در محدوده اندازه-گیری دما، تقسیم بندی می شوند. ترموکوپل ها، شامل ترموکوپل E، T، S، R، N، jوK هستند. ترموکوپل تیپ K، به طور معمول محدوده دمایی 250- تا 1300 درجه سانتی گراد را شامل می شود. لازم به ذکر است، این محدوده دمایی بسته به ساختار و کاربرد آن، متفاوت و متغیر است.
عموما از سیم هایی با ابعاد 1، 2 و 3 میلی متر در ساخت ترموکوپل های تیپ k استفاده می شود. حساسیت ترموکوپل های تیپ k حدود 41 µV/°C تعریف شده است. ساختار این نوع از ترموکوپل ها شامل مفتول فلزی Ni-Cr و همچنین مفتول Ni-Al است. این مفتول ها با نام های تجاری کرومل (Chromel) و آلومل (Alumel) شناخته می شوند. در سمت مثبت ترموکوپل نوع k، آلیاژی شامل نود درصد نیکل و همچنین ده درصد کروم به کار رفته است. سمت منفی آن نیز، از آلیاژ 95 درصد نیکل، 2 درصد منگنز، 2 درصد آلومینیوم و 1 درصد سیلیکون ساخته شده است. مهم ترین انواع ترموکوپل های تیپ k که در بازار موجود هستند، عبارتند از:

-ترموکوپل های سیمی:

این ترموکوپل ها، با استفاده از سیم های روکش دار دما را اندازه گیری می کنند. ترموکوپل های سیمی رایج ترین نوع ترموکوپل های تیپ k در بازار هستند.

-ترموکوپل های هد دار یا کلگی دار:

ترموکوپل های هد دار در مصارف صنعتی و تخصصی کاربرد دارند. در سطح این ترموکوپل ها، یک لایه استیل و یا سرامیک به عنوان روکش به کار رفته است. این روکش ها باعث مقاومت آن ها در برابر حرارت شده و برای استفاده در کوره های صنعتی مناسب هستند.

-ترموکوپل های رزوه دار یا فلنج دار:

در این نوع از ترموکوپل ها، به منظور اتصال و نصب آسان، از رزوه و یا فلنج استفاده شده است.

کاربرد ترموکوپل تیپ k

ترموکوپل تیپ k از جمله رایج ترین و پرکاربردترین دماسنج های حرارتی در صنعت است. گستره تشخیص دمای این نوع از ترموکوپل ها نسبتا وسیع بوده و در صنایع مختلف از آن استفاده می شود. این ترموکوپل ها به شکل های کابلی، میله ای و … موجود هستند. ترموکوپل های کابلی قادر به اندازه گیری گستره دمای 40- تا 250 سانتی گراد می باشند. این در حالی است که نوع میله ای این تجهیزات تا 1300 دمای درجه سانتی گراد را نیز اندازه گیری می کنند. از مهم ترین کاربردهای این حسگرها میتوان به موارد زیر اشاره کرد:
-استفاده در کوره های صنعتی به دلیل به کاررفتن مس و خاصیت ضد اکسیداسیون در آن ها
-اندازه گیری دمای گازهای مختلف در صنعت
-اندازه گیری دمای مواد شیمیایی
-استفاده در موتورها
-استفاده در دیگ های بخار
-استفاده در تجهیزات بیمارستان ها
-انبارهای ذخیره مرکبات، مواد غذایی و …

مزایای استفاده از ترموکوپل تیپ k

مهمترین مزایای استفاده از ترموکوپل های تیپ K، شامل موارد زیر است:
-وسیع بودن محدوده اندازه گیری دما
-صرفه اقتصادی و نیز قیمت بسیار مناسب نسبت به انواع دیگر ترموکوپل ها
-کیفیت و استحکام بالا در مصارف صنعتی
-سرعت بالای عملکرد و پاسخ دهی نسبت به تغییرات دما
-قابل استفاده در شرایط محیطی متفاوت

معایب استفاده از ترموکوپل های تیپ K

با وجود مزایای متعددی که برای استفاده از ترموکوپل های تیپ K برشمردیم، این تجهیزات نیز مانند سایرین عاری از عیب نیستند. در ادامه به بررسی این معایب میپردازیم.
اصولا ترموکوپل ها، در دماهای پایین دقت مورد نظر را نخواهند داشت. بنابراین بهتر است در گستره دمایی بالا از آن ها استفاده شود. در محیط هایی که در معرض لرزش یا ضربه هستند، برای جلوگیری از آسیب به ترموکوپل، از روکش محفاظت کننده استفاده می شود. این روکش، ترموول نام دارد و باعث کم شدن سرعت پاسخ دهی ترموکوپل در سنجش دمای محیط می شود. از دیگر معایب این تجهیزات، می توان به غیرخطی بودن، دقت معمولی، تماسی بودن و در معرض آسیب بودن اشاره کرد.
با این همه، به دلیل مزایای فراوان استفاده از ترموکوپل تیپ k، معایب ناچیز آن نادیده گرفته می شود. از این-رو، امروزه این تجهیزات، کاربرد وسیعی در صنایع مختلف یافته اند.

منابع
گروه صنعتی کوپل