ترموکوپل و عملکرد آن

ترموکوپل و عملکرد آن : یک ترموکوپل از دو قطعه فلزی متفاوت تشکیل شده است که انتهای آنها به هم متصل می شوند (با پیچاندن ، لحیم کاری یا جوش). هنگامی که گرما به محل اتصال اعمال می شود ، یک ولتاژ در محدوده میلی ولت (mV) ایجاد می شود. از این رو گفته می شود که یک ترموکوپل از خود نیرو می کند.در شکل زیر یک مدار ترموکوپل کامل نشان داده شده است.

ولتاژ تولید شده در هر محل اتصال به دمای اتصال بستگی دارد. اگر درجه حرارت T1 از T2 بالاتر باشد ، ولتاژ تولید شده در محل اتصال 1 از آن در محل اتصال 2 بیشتر خواهد بود. در مدار فوق ، جریان حلقه نشان داده شده بر روی گالوانومتر به میزان نسبی ولتاژهای موجود در دو اتصال بستگی دارد.

به منظور استفاده از ترموکوپل برای اندازه گیری دمای فرآیند ، یک انتهای ترموکوپل باید با فرآیند در تماس باشد در حالی که انتهای دیگر در دمای ثابت نگه داشته می شود. انتهایی که در تماس با فرآیند است ، اتصال گرم یا اندازه گیری نامیده می شود. آن که در دمای ثابت نگه داشته می شود ، اتصال سرد یا مرجع نامیده می شود. رابطه بین ولتاژ مدار کل (emf) و emf در اتصالات این است:

Circuit emf = Measurement emf – Reference emf

اگر emf مدار و مرجع EMF شناخته شده باشند ، اندازه گیری emf را می توان محاسبه کرد و دمای نسبی را تعیین کرد. برای تبدیل emf تولید شده توسط ترموکوپل به سیگنال استاندارد 4-20 میلی آمپر ، یک فرستنده مورد نیاز است. به این نوع فرستنده انتقال دهنده دما گفته می شود. در زیر شکل یک اتصال فرستنده دما ساده شده را نشان می دهد.

در شکل فوق ، مدار اندازه گیری دما از یک ترموکوپل متصل به طور مستقیم به فرستنده دما تشکیل شده است. داغ و اتصالات سرد را می توان در هر جایی که برای اندازه گیری اختلاف درجه حرارت بین دو اتصال است ، قرار داد. در بیشتر مواقع ، برای اطمینان از عملکرد ایمن ، نیاز به نظارت بر افزایش دما تجهیزات داریم. افزایش دما یک دستگاه ، دمای کار با استفاده از دمای محیط یا اتاق به عنوان مرجع است. برای دستیابی به این هدف ، اتصال گرم در دستگاه یا محل اتصال آن قرار دارد و محل اتصال سرد در متر یا فرستنده است که در شکل زیر نشان داده شده است.

مزایا و معایب ترموکوپل

مزایا:

• در اکثر ترانسفورماتورها از ترموکوپل ها استفاده می شود. محل اتصال گرم در داخل روغن ترانسفورماتور و محل اتصال سرد در کنتور نصب شده در قسمت بیرونی است. با این نصب ساده و ناهموار ، کنتور مستقیماً دمای هوا از دمای بالاتر از دمای محیط محل را می خواند.

• به طور کلی ، ترموکوپل ها به دلیل ساخت و سازهای ناهموار و کم هزینه بودن ، منحصراً در اطراف سالن توربین استفاده می شوند.

• یک ترموکوپل قادر به اندازه گیری دامنه دمای وسیع تری نسبت به RTD است.

معایب:

• اگر ترموکوپل در فاصله کمی از دستگاه اندازه گیری قرار داشته باشد ، باید از سیم های گرماسنج گرانقیمت و یا کابل های جبران کننده استفاده کرد.

• از ترموکوپل ها در مناطقی که زمینه های پرتوی زیاد وجود دارد استفاده نمی شود (به عنوان مثال ، در اطاق راکتور). تشعشعات رادیواکتیو (به عنوان مثال ، تابش بتا از فعال شدن نوترون) باعث ایجاد ولتاژ در سیم های ترموکوپل می شود. از آنجا که سیگنال حاصل از ترموکوپل نیز یک ولتاژ است ، ولتاژ ناشی از آن باعث ایجاد خطا در خروجی فرستنده دما می شود.

• ترموکوپلها نسبت به RTD ها در واکنش کندتر هستند

• اگر منطق کنترل از راه دور قرار داشته باشد و از فرستنده های دما (مبدل های میلی ولت به میلی آمپر) استفاده شود ، قطعاً منبع تغذیه باعث خوانش معیوب خواهد شد.

حالت های شکست:

• مدار باز در آشکارساز ترموکوپل به این معنی است که هیچ راهی برای جریان وجود ندارد ، بنابراین باعث خواندن دمای پایین (خارج از مقیاس) خواهد شد.

• اتصال کوتاه در ردیاب ترموکوپل نیز باعث خواندن دمای پایین خواهد شد زیرا یک مسیر جریان نشتی به زمین و ولتاژ اندازه گیری شده کوچکتر را ایجاد می کند.

ترموول های حرارتی

محیط فرآیند که در آن نیاز به نظارت دما است ، اغلب نه تنها گرم است بلکه تحت فشار قرار گرفته و احتمالاً از نظر شیمیایی خورنده یا رادیواکتیو است. برای تسهیل در حذف سنسورهای دما (RTD و TC) ، برای بررسی یا تعویض و تأمین حفاظت مکانیکی ، سنسورها معمولاً درون ترموول های حرارتی سوار می شوند (شکل زیر)

یک ترموول حرارتی در واقع یک لوله فلزی توخالی است که یک انتهای آن مهر و موم شده است. معمولاً در کار لوله نصب می شود. سنسور داخل آن قرار داده شده و با انتهای مهر و موم شده تماس برقرار می کند. اشکال در ترموول های حرارتی مدت زمان طولانی پاسخ آنهاست زیرا گرما باید از طریق ترموول به سنسور منتقل شود. نمونه ای از پاسخ دما برای حسگرهای نصب شده برهنه و حرارتی در شکل زیر نشان داده شده است. با این وجود به حداقل رساندن فضای هوا بین سنسور و ترموول می تواند این تاخیر حرارتی را کاهش دهد.