ترموکوپل (Thermocouple)، در فیزیک (Physics)
انواع حسگرها (Sensor) را در آموزش زیر شرح دادیم :
ترموکوپل (Thermocouple) :
ترموکوپل یکی از رایج ترین حسگرهای دمای صنعتی است که بر اساس اثر سیبک (Seebeck) کار می کند. این اثر بیان می دارد که اگر دو فلز غیرهمجنس در دو نقطه با دماهای متفاوت به هم متصل شوند، یک ولتاژ کوچک (نیروی محرکه ترموالکتریک) در مدار ایجاد می شود. این ولتاژ تابعی از اختلاف دمای بین دو اتصال (اتصال گرم و اتصال سرد) است.
یک ترموکوپل ساده از دو سیم از جنس های مختلف (مانند آهن و کنستانتان) تشکیل شده است که در یک انتها به هم پیچیده یا جوش داده شده اند (اتصال اندازه گیری). انتهای دیگر به مدار اندازه گیری ولتاژ متصل می شود (اتصال مرجع). ولتاژ تولید شده بسیار کوچک است (معمولا چند میلی ولت) و نیاز به تقویت دارد. رابطه ولتاژ با دما غیرخطی است و معمولا با چندجمله ای های درجه بالا مدل می شود.
انواع استاندارد ترموکوپل شامل نوع K (کرومل-آلومل)، نوع J (آهن-کنستانتان)، نوع T (مس-کنستانتان)، نوع E (کرومل-کنستانتان) و نوعهای فلزات نجیب مانند نوع R، S و B (پلاتین-رودیوم) هستند. هر نوع برای بازه دمایی خاصی مناسب است. برای مثال، ترموکوپل نوع K تا ۱۲۶۰ درجه سلسیوس و نوع B تا ۱۸۲۰ درجه سلسیوس کاربرد دارد.
دقت ترموکوپل ها معمولا متوسط است (حدود ۰.۵٪ تا ۲٪) اما مزیت اصلی آنها گستره دمایی وسیع، هزینه پایین و پاسخ سریع است. برای اندازه گیری دقیق، باید دمای اتصال سرد را نیز اندازه گیری و جبران سازی کرد (جبران سازی اتصال سرد). رابطه ریاضی به صورت
\[ V = \alpha (T_1 - T_2) + \beta (T_1 - T_2)^2 \]است که
\[ \alpha \]و
\[ \beta \]ضرایب سیبک هستند.
\[ V_{out} = \int_{T_{ref}}^{T_{meas}} (S_A(T) - S_B(T)) \, dT \approx \alpha (T_{meas} - T_{ref}) \]ترموکوپل ها در کوره ها، موتورها، نیروگاه ها و آزمایشگاه ها به وفور یافت می شوند. نکته مهم در استفاده از آنها، محافظت در برابر نویز الکترومغناطیسی و استفاده از سیم های جبران ساز مناسب است.
