تعریف ترموکوپل

تعریف ترموکوپل:
ترموکوپل (Thermocouple) پر استفاده ترین سنسور دما است. ترموکوپل ها به دلیل سادگی استفاده و سرعت پاسخشان به تغییرات دما (به دلیل اندازه کوچکی که دارند)، سنسورهای محبوبی هستند.

این سنسورها همچنین محدوده دمای گسترده ای از−200∘C تا +2000∘C دارند.

ترموکوپل ها سنسورهایی ترموالکتریکی هستند که اساساً از دو اتصال از فلزهای غیرمشابه مانند مس و کنستانتان تشکیل شده اند.

این دو فلز در نقطه اتصال به یکدیگر جوش داده شده یا فشرده شده اند. اساس کار ترموکوپل بدین صورت است که یک اتصال در یک دمای ثابت نگه داشته می شود که اتصال مرجع (سرد) نام دارد، در حالی که دیگری اتصال اندازه گیری (گرم) است.

وقتی دو اتصال دماهای متفاوتی داشته باشند، مطابق شکل زیر یک اختلاف ولتاژ به وجود می آید که برای اندازه گیری دما مورد استفاده قرار می گیرد.

اصول عملکرد یک ترموکوپل بسیار ساده و پایه ای است. وقتی دو اتصال دو فلز غیرمشابه مانند مس و کنستانتان در یکدیگر ذوب شوند، یک اثر ترموالکتریک تولید می شود که اختلاف پتانسیل ثابت در حدود چند میلی ولت بین آن ها نتیجه خواهد داد.

اختلاف ولتاژ بین دو اتصال «اثر سیبک» (Seebeck effect) نامیده می شود. در این حالت، یک نیروی محرکه الکتریکی تولید می شود. در نتیجه، ولتاژ خروجی یک ترموکوپل تابعی از تغییرات دما است.

اگر هر دو اتصال در دمای مشابهی باشند، اختلاف پتانسیل دو اتصال صفر خواهد بود. به عبارت دیگر، ولتاژ خروجی نخواهیم داشت، زیراV1=V2.

البته، وقتی پیوندها در یک مدار باشند و دماهای متفاوتی داشته باشند، ولتاژ خروجی متناسب با اختلاف دمای دو اتصال خواهد بود.

این اختلاف ولتاژ با دما افزایش خواهد یافت؛ تا جایی که به سطح ولتاژ پیک برسیم که این مورد با مشخصات دو فلز مورد استفاده تعیین می شود.

ترموکوپل ها را می توان از مواد مختلفی ساخت که ما را قادر می سازند دماهای بین−200∘C تا +2000∘C را اندازه گیری کنیم.

با چنین محدوده گسترده انتخابی، استانداردهای بین المللی برای رنگ ترموکوپل های مختلف وضع شده که به کاربر این توانایی را می دهد تا بتواند سنسور ترموکوپل مناسب را برای کاربرد خاص مورد نظرش انتخاب کند.

جدول زیر کدهای رنگی استاندارد بریتانیایی را نشان می دهد.

سه ماده رایج در ترموکوپل ها برای اندازه گیری دما آهن-کنستانتان (نوع J)، مس-کنستانتان (نوع T) و نیکل-کروم (نوع K) هستند. ولتاژ خروجی یک ترموکوپل به ازای10∘Cتغییر دما بسیار کوچک و در حدود چند میلی ولت است. به همین دلیل استفاده از یک تقویت کننده ضروری است.

تقویت کننده، چه گسسته و چه عملیاتی، باید با دقت انتخاب شود، زیرا ترموکوپل باید پایداری مناسبی داشته باشد و نیازی به کالیبراسیون دوباره آن نباشد. این امر سبب می شود چاپر و تقویت کننده نوع ابزار دقیق برای اغلب کاربردهای اندازه گیری دما گزینه مناسب تری باشند.

انواع دیگر سنسورهای دما از قبیل سنسورهای پیوندی نیمه هادی، سنسورهای فروسرخ و تشعشع گرمایی، ترمومترهای پزشکی و… نیز در بازار موجود هستند.