خواندنی ها+برق، قدرت، کنترل، الکترونیک، مخابرات، کامپیوتر، مهندسی پزشکی، ابزار دقیق، الکتروتکنیک، هوش مصنوعی، آی تیIT(فناوری اطلاعات)، مکاترونیک، رباتیک، فتونیک، اویونیکAvionic، فیزیک

دایره المعارف برق(اطلاعات عمومی برق)iman.sariri@yahoo.com

ترمو کوپل یا زوج گرمایی



ترموکوپل ها متداول ترین اندازه گیرهای الکتریکی دما در صنعت هستند. که بر اساس پدیده سی بک (seebeck) کار می کنند دما را به ولتاژ تبدیل می کنند. از مزایای آنها می توان به سادگی، ارزان بودن، استحکام و دوام بالا و دقت مناسب اشاره کرد. محدوده اندازه گیری دما توسط ترموکوپل ها نسبتاً وسیع بوده و در شرایط محیطی گوناگون قابل استفاده می باشند.
ترموکوپلها به دلیل ثابت زمانی کوچک دارای سرعت پاسخ دهی خوب می باشند. ولی به لحاظ رعایت مواردی در محل نصب آنها، این سرعت پاسخ دهی تا حد زیادی کاهش می یابد.

ترمو الکترسیته
این پدیده توسط سی بک در سال 1821 کشف شد. او متوجه شد هرگاه دو انتهای دو رشته سیم غیر هم جنس را به یکدیگر وصل کرده و نقطه اتصال را حرارت دهیم در این محل یک اختلاف پتانسیل الکتریکی که به آن پتانسیل تماس یا ولتاژ سیبک می گویند به وجود می آید. در صورتی که دمای اتصالات تشکیل شده با یکدیگر متفاوت باشد جریانی در سیم ها جاری خواهد شد.
در شکل 1 نمایش کلی ترموکوپل (پدیده ترموالکتریک) را ملاحظه می کنید.


شکل 1

سی بک به این نتیجه پی برد که مقدار جریان بستگی به نوع مواد (جنس فلزات) و تفاوت دمای دو اتصال دارد و تا زمانی که اتصالات در دماهای مختلف نگه داشته شوند جریان ادامه خواهد یافت.
جالب ایت است که پدیده فوق برگشت پذر می باشد، یعنی عکس آن هم صادق است. به عبارت دیگر اگر در مداری مطابق شکل زیر جریان الکتریکی ثابت I را برقرار کنیم دماهای متفاوتی در محلهای اتصال مشاهده خواهیم کرد. این پدیده را (Polietr) یا به طور خلاصه اثر پلیته می نامند.

شکل 2

یک ترموکوپل از اتصال دو فلز غیر یکسان تشکیل می شود. این اتصال در محلی که مایل به اندازه گیری دمای آن (T1) هستیم قرار داده می شود، اتصال مبنا (T2) را نیز معمولاً در دمای صفر قرار می دهیم که در این حالت جریان الکتریکی یا ولتاژ ایجاد شده مستقیماً متناسب با دمای مورد اندازه گیری (T1) کی باشد. ولتاژ ناشی از اختلاف پتانسیل بین T1 و T2 به صورت زیر است :
ET1,T2=ET1-ET2=C(T1-T2)+K(T1^2-T2^2)
که ضرایب C وK ثابتهای مربوط به جنس فلزات ترموکوپل هستند.

انواع ترموکوپل ها
در جدول زیر اسامی و مشخصات ترموکوپلها براساس استاندارد ISA دیده می شود:


 

نام ترموکوپل

فلزات به کار رفته

محدوده دما

(درجه سانتیگراد)

حساسیت

(میکرو ولت بر درجه سانتیگراد)

 بر حسب میکرو ولت به ازای هر 100درجه

توضیحات

B

پلاتین -30% آلیاژرادیوم

پلاتین -60%آلیازرادیوم

تا 1700

12

خروجی ناچیز

پایداری بسیار بالا در برابر حرارت

اندازه گیری دماهای بالا

S

پلاتین

رادیوم

تا  1600

12

0.645

احتیاج به پوشش سرامیکی دارد

R

پلاتین

رادیوم

تا  1600

14

0.647

احتیاج به پوشش سرامیکی دارد

J

آهن

کنستانتان

40- تا 750

55

5.268

به وسیله اکسیژن و اسیدها آسیب می بیند

K

کرومل

آلومل

200- تا 1200

41

4.095

با عوامل تجزیه کننده و خورنده تماس نداشته باشد

E

کرومل

کنستانتان

200- تا 900

68

6.137

دارای ولتاژ خروجی زیاد است

غیر مغناطیسی است

T

مس

کنستانتان

200- تا 350

22

4.277

مورد استفاده در محدوده دمایی کم



مشخصه ترموکوپل
مشخصه ترموکوپل نشان می دهد که
ترموکوپل به دلیل رفتار غیرخطی مشخصه و حالت معکوس که در دماهای بالا تر از دمای بازگشت برای مشخصه پیش می آید، تنها در فاصله دمایی محدود دارای کاربرد مفید است . این مشخصه مطابق شکل3 در زیر است:


شکل3

تعداد کمی از ترکیبات فلزی وجود دارند (مانند مس و نقره) که دارای نقطه انتقالی نیستند اما دارای ولتاژ خروجی بسیار ضعیفی هستند.
منحنی مشخصه چند نوع ترموکوپل مهم که کاربرد صنعتی دارند به صورت نمودار شکل 4 در زیر آمده است:


شکل 4

ویژگی ها و مزایای ترمو کوپل
امتیاز خاص ترموکوپل این است که قسمت حس کننده ان خیلی کوچک است و امکان این هست که ترموکوپل ها در فضاهای خیلی کوچک جاسازی شوند و بتوان پاسخ مناسبی را نسبت به تغییرات سریع دما دریافت کرد. به عبارت دیگر مهم ترین ویژگی ترموکوپل حجم کم آن می باشد و سادگی، ارزانی، دقت و محدوده دمایی نسبتاً وسیع از دیگر ویژگی های ترموکوپل ها است.

سری کردن
ترموکوپل ها (ترموپیل)

جهت بالا بردن حساسیت معمولاً تعداد زیادی از ترموکوپل ها را سری می کنند، به طوری که تمام اتصالات مرجع دارای حساسیت یکسان و اتصال اندازه گیری در کنار یکدیگر برای اندازه گیری حرارت مورد نظر به کار می روند. به این ترتیب اصطلاحاً ترموپیل می گویند. مثلاً با اتصال 25 ترموکوپل از جنس کرومل - کنستانتان، امکان اندازه گیری با دقت 0.001 درجه سانتیگرادبه دست می آید.
با توجه به ساختار ترموپیل ثابت می شود که ولتاژ خروجی n ترموکپل n برابر ولتاژ هر یک از ترموکوپل ها خواهد بود.
اگر ترموکوپل ها یکسان نباشند، در آن صورت ولتاژ خروجی برابر مجموع ولتاژهای ترموکوپل ها خواهد شد.
شکل5 زیر نحوه سری کردن ترموکوپل ها و تشکیل ساختمان ترموپیل را نمایش می دهد:


شکل 5

موازی کردن ترموکوپل ها (متوسط گیری)

هر گاه گروهی از ترموکوپل های یکسان به طور موازی به هم وصل شوند، ولتاژ تولید شده برابر مقدار متوسط ولتاژها خواهد بود. یا به عبارتی دیگر T2ها و T1ها در دمای مختلف باشند و تمام ترموکوپل ها مقاومت یکسان داشته باشند، ولتاژ خروجی برابر متوسط ولتاژها خواهد بود.
در صورتی که ترموکوپل ها یکسان باشند، چند ترموکوپل موازی شده مانند یک ترموکوپل واحد عمل می کنند که مقدار متوسط را اندازه گیری می کنند.
شکل6 زیر نحوه موازی کردن
ترموکوپل ها را نمایش می دهد:


شکل 6


 


دستگاه های اندازه گیری ترموکپلی

یکی دیگر از وسایل اندازه گیری دستگاه های اندازه گیری ترموکوپلی هستند . که می توان از ان در اندازه گیری ولتاژ و جریان(به خصوص جریان) در فرکانس های بالا استفاده کرد. در زیر به طور خلاصه وار توضیحاتی در مورد این دستگاه اورده شده است

ترموکوپل چیست و اساس کار دستگاه های ترموکپلی:

همان طور که می دانید ترموکوپل از دو فلز غیر همجنس تشکیل شده است که در یک نقطه به هم جوش یا متصل شده اند.

اگر نقطه ی اتصال را گرم کنیم یک اختلاف پتانسیل در دو سر آزاد آن ایجاد می شود که به 2 چیز بستگی دارد:

1) جنس فلز های بکار رفته

2)درجه حرارت اعمال شده به نقطه ی اتصال

با اعمال این ولتاژ به یک میلی آمپرسنج ، جریان از آن عبور می کند و باعث انحراف عقربه های دستگاه می شود(به این ترتیب جریان قابل اندازه گیری است)

اجزای سازنده ی دستگاه های ترموکوپلی:

دستگاههای ترموکوپلی از یک مبدل حرارتی به الکتریکی و یک دستگاه با قاب گردان و اهنربای دائم تشکیل شده است که مبدل حرارتی خود از یک سیم حرارتی ( جریام مورد سنجش از آن عبور می کند ) و یک ترموکوپل( که حرارت ایجاد شده را به اختلاف پتانسیل تبدیل می کند ) تشکیل می شود.

دستگاه های ترموکوپلی یک دستگاه موثر سنج:

از آنجایی که درجه حرارت متناسب با انرژی داده شده به سیم حرارتی ( دارای مقاومت R) می باشد پس می توان با چنین ترموکوپلی یک امپرمتر ویا ولتمتر موثرسنج ساخت(در مطالب بعد در مورد دستگاه های موثرسنج توضیحاتی بیشتری خواهم داد)

فلزات ترموکوپلی:

فلزاتی که برای ساختن ترموکوپل مورد استفاده قرار می گیرند عبارتند از:آهن، مس، پلاتین وآلیاژهایی مثل نیکل ، کرم ،کنستانتان و... می باشد.

درجه بندی دستگاه های ترموکوپلی:

اشل دستگاه های اندازه گیری ترموکوپلی خطی نیست زیرا ولتاژ ایجاد شده با مجذور مقدار موثر ولتاز یا جریان متناسب است.

http://insco.mihanblog.com/post/45

صفحات جانبی

نظرسنجی

    لطفاً نظرات خود را درمورد وبلاگ با اینجانب در میان بگذارید.(iman.sariri@yahoo.com)نتایج تاکنون15000مفید و 125غیرمفید. با سپاس


  • آخرین پستها

آمار وبلاگ

  • کل بازدید :
  • بازدید امروز :
  • بازدید دیروز :
  • بازدید این ماه :
  • بازدید ماه قبل :
  • تعداد نویسندگان :
  • تعداد کل پست ها :
  • آخرین بازدید :
  • آخرین بروز رسانی :