مطمئناً ترموکوپل و آگاهی از کاربرد‌های آن دغدغه‌ی همیشگی ما نیست اما در زندگی ماشینی امروز ما هر روز با چالش‌هایی رو‌به‌رو می‌شویم که برای گذر از این چالش‌ها مجبوریم خیلی چیز‌‌ها را بسنجیم. یکی از مواردی که در دنیای امروز مجبور به اندازه گیری دائمی آن هستیم، دماست.
بسیاری اوقات با بالا رفتن یا پایین آمدن دما خسارات جبران‌ناپذیری به ما تحمیل می‌شود. از این رو دستگاهی که به سنجش دما حساس باشد ( و بتواند در موقع لزوم با بالا و پایین رفتن آن هشدار‌های لازم را بدهد) یکی از ضروریات زندگی امروز به‌شمار می‌آید.
قبل از هر چیز بهتر است با پدیده ای به نام سیبک (seebeck) آشنا شویم. هرگاه دو فلز غیر همجنس را به هم اتصال دهیم و کمی محل اتصال را گرم کنیم، از یکی از این دو فلز، جریان برق به سمت دیگری روان می‌شود و به اصطلاح ولتاژی در محل اتصال به‌وجود می‌آید. از این پدیده که به نام کاشف آن، سیبک نامگذاری شده است، در ساخت ترموکوپل یا کنترل‌گر دما در صنعت استفاده می‌شود.
ترموکوپل در حقیقت یک مولد جریان برق است که می‌تواند در هر جا که نیاز به اندازه‌گیری درجه‌ی حرارت در یک بازه‌ی دمایی خاص باشد، به‌کار گرفته شود. بنابراین با چنین تعریفی به‌نظر نمی‌رسد در صنعت جایی باشد که ترموکوپل به کار نیاید!
آشنا‌ترین نوع حضور آن در صنعت اجاق گاز و آبگرمکن است. بری قطع به‌موقع گاز و کنترل دما در این وسایل خانگی از ترموکوپل استفاده می‌شود.
در صنایع غذایی، نفت، پتروشیمی، سیمان، پزشکی، داروسازی، گیاهان دارویی و... با کاربرد گسترده‌ای از آن‌ها رو‌به‌رو می‌شویم و به‌طور خلاصه در هر جا که وسایل حرارتی ،گازی و برقی با بالا رفتن دما مواجه می‌شوند، حتماً ترموکوپلی خواهد بود که به‌موقع برای کنترل دما به‌طور خودکار جریان گاز و برق را قطع کند.
به‌طور مختصر و ساده می‌توان گفت هر گاه دو سیم ناهمجنس به هم متصل شوند اگر محل اتصال گرم شود و یک سر آزاد یکی از سیم‌ها را در ظرف یخ قرار دهیم، با اتصال ولت سنج به سر آزاد دیگر، عبور جریان را مشاهده خواهیم کرد.
جالب اینست که بدانیم بالا رفتن ولتاژ حاصل، رابطه‌ی مستقیمی با افزایش دما در محل اتصال خواهد داشت. با در نظر گرفتن یک جدول با عبور جریان معین، می‌توان در هر دمایی ولتاژی داشت. این دستگاه در حقیقت سنسوری است که هنگام بالا رفتن دما قادر است تا حد مشخصی که برای آن تعریف می‌شود، اتصال را قطع کند و به این ترتیب از چنین دستگاهی برای کنترل جریان و دما می‌توان استفاده کرد.
امروزه با پیشرفت تکنولوژی، از همین اصول ساده ترموکوپل‌های متعددی ساخته شده است که با توجه به کاربرد آن‌ها (در صورتی‌که درست نصب و راه‌اندازی شوند)، می‌توانند در بازه‌های بسیار گسترده‌ای از دما به‌کار گرفته شوند. در این بازه‌ی دمایی بسته به نوع ترموکوپل، دما از ۲۵۰ الی ۸۰۰ درجه‌ی سانتیگراد در تغییر است. هر چند که گاهی حد پایین این بازه‌ی دمایی به ۱۸۰ - درجه هم می‌رسد اما اساساً بهتر است برای دماهای بالا‌تر از چنین سنسور‌هایی استفاده شود.
در این قسمت به بررسی انواع اتصالات می‌پردازیم. ترموکوپل‌ها به دو نوع کلی تقسیم می‌شوند:
این دسته از ترموکوپل‌ها ارزان قیمت‌تر هستند و به مرور زمان دقتشان در اثر تماس با محیط کار کم می‌شود. معمولاً برای از بین بردن اثر محیط کار، آن‌ها را در پوششی محافظ قرار می‌دهند که به‌علت اثر پوشش روی آن‌ها، نسبت به تغییر دما، کند‌تر عمل می‌کنند.
این گروه خود به پنج دسته‌ی زیر تقسیم می‌شوند:
· نوع E (کرومل-کنستانتان)
این نوع از فلزات کرومل و کنستانتان ساخته شده و بازه‌ی اندازه‌گیری دما برای آن از ۴۰- الی۹۰۰+ درجه سانتیگراد است. دارای حساسیت بالا بوده و از آن می‌توان در مکان‌هایی که خلاء وجود دارد یا مواردی که حس‌گر در آن محافظت نشده است، استفاده کرد.
· نوع J (آهن- کنستانتان)
از فلز آهن و آلیاژ‌های مس و نیکل ساخته می‌شود. از آنجا که امکان اکسید شدن آهن وجود دارد، بیشتر در صنایع پلاستیک مورد استفاده قرار می‌گیرد و در جاهایی که امکان اکسیداسیون وجود دارد نمی‌توان آن را مورد استفاده قرار داد. بازه‌ی اندازه‌گیری دما برای این دستگاه ۱۸۰- الی ۷۵۰+ درجه و دقت عمل آن ۷۵/±۰ درصد است.
· نوع K (کرومل-آلومل)
از سیم فلزی آلیاژ نیکل وکروم با نام تجاری کرومل یا آلیاژ نیکل و آلومینیوم با نام تجاری آلومل ساخته شده است. بازه‌ی اندازه‌گیری دما برای این نوع ۲۰۰- الی۱۳۵۰+ درجه‌ی سانتیگراد است. دقت آن ۷۵/±۰ درصد و حساسیت آن ۴۱ میکرو ولت بر درجه است. از آنجا که حاوی مس است خاصیت ضد اکسیداسیون دارد و در کوره‌ها‌ی با دمای بالا به‌راحتی می‌توان از این نوع استفاده کرد.
· نوع T (مس- کنستانتان)
بازه‌ی اندازه‌گیری دما برای این نوع ۲۰۰- الی۳۵۰+ و دقت آن نیز همانند نوع K است.
· نوع N (نیکروسیل- نیسیل)
این نوع از فلز نیکروسیل که آلیاژی از نیکل، کرم و سیلیسیم است، ساخته می‌شود. نوع دیگری هم از فلز نیسیل که آلیاژ نیکل، سیلیسیم و منیزیم است، ساخته می‌شود. نوع N محدوده‌ی دمایی۲۷۰- الی ۱۳۰۰+ درجه را تحمل می‌کند. این نوع مشخصاتی شبیه به نوع K دارد اما در مقایسه با آن پایداری بلند‌مدت و عمر طولانی‌تری دارد. حساسیت آن ۴۰ میکرو‌ولت بر درجه‌ی سانتیگراد و دقت آن ۷۵/±۰ درصد است.
با اینکه این ترموکوپل‌ها قیمت بالایی دارند اما پایداری، عمر طولانی و کیفیت بالا سبب ممتاز شدن این دسته می شود. این گروه خود به سه تیپ R، S و B تقسیم می‌شوند.
این سه تیپ از ترموکوپل‌ها یا از پلاتینیوم یا آلیاژ پلاتینیوم و رادیوم ساخته می‌شوند که دقت ۵/±۰ درصد و تحمل دمای۱۷۵۰ درجه‌ی سانتیگراد را دارند یا از تنگستن و آلیاژ تنگستن و رنیوم ساخته می‌شوند که این دسته از ترموکوپل‌ها دارای حساسیت ۲۰ میکرو‌ولت بر درجه‌ی سانتیگراد هستند و دمای ۲۳۰۰ درجه را تحمل می‌کنند.
البته از این دسته از ترموکوپل‌ها در فرآیند های اکسیداسیون و اکسیژن‌زدایی نمی‌توان استفاده کرد بلکه از آن‌ها در صنعت شیشه و فولاد با دمای بالا استفاده می‌شود.
در انتخاب ترموکوپل باید به موارد زیر دقت کنید:
· ابتدا به بازه‌ی دمایی کارکرد دقت کنید. ببینید کدام تیپ آن برای کار شما طراحی مناسب‌تری دارد.
· باید به طول و جنس غلاف آن هم توجه کنید.
· میزان دقت از عوامل مهم در انتخاب آن است.
· مقاومت در برابر سایش، لرزش و خوردگی شیمیایی بسته به نوع کار شما باید در نظر گرفته شود.
کلام آخر
ترموکوپل‌هایی که در بازار بیشتر یافت می‌شوند و مورد استفاده قرار می‌گیرند معمولاً از انواع E، J، T و Kهستند و در دماهای بسیار بالا هم از انواع R، S و B هستند. پس با توجه به موارد ذکر شده، مطابق استفاده‌ای که از چنین ابزار ارزشمندی دارید، باید نوع مناسب و مقرون به صرفه را انتخاب کنید.
