ترموکوپلها ابزارهای اندازهگیری دما هستند که بهطور گستردهای مورد استفاده قرار میگیرند. برخی از ویژگیهای بارز ترموکوپلها عبارتند از:
- سخت و مقاوم: ترموکوپلها از مواد مقاوم ساخته شده و میتوانند در شرایط سخت استفاده شوند.
- قیمت مناسب: این ابزارها عموماً هزینههای کمتری نسبت به سایر حسگرهای دما دارند.
- ساختار ساده: ترموکوپلها از دو سیم جوشخورده از فلزات مختلف تشکیل شدهاند.
- محدوده دمای وسیع: آنها میتوانند دماهای بسیار بالا و پایین را اندازهگیری کنند.
- پاسخ سریع: ترموکوپلها به تغییرات دما به سرعت واکنش نشان میدهند.
با این حال، ویژگیهای جذاب آنها بدون چالش نیست. ترموکوپلها همچنین دارای معایبی هستند که شامل موارد زیر میباشد:
- خروجی با سطح پایین: ترموکوپلها معمولاً ولتاژ خروجی پایینی تولید میکنند که معمولاً به میلیولت اندازهگیری میشود.
- غیرخطی بودن: رفتار خروجی آنها به صورت غیرخطی است.
- لزوم حس کردن دما در نقطه اتصال: دما باید بهطور مستقل در نقطهای که ترموکوپل به دستگاه متصل میشود (که به آن دمای “اتصال” میگویند) حس شود. این دما باید در عملیات خطی کردن لحاظ شود تا به اندازهگیریهای دقیق دما دست پیدا کنیم. این فرآیند “جبران دمای اتصال سرد” (CJC) نامیده میشود.
- استفاده در شرایط خاص: ترموکوپلها معمولاً به گونهای استفاده میشوند که نیاز به توجه ویژهای دارند.
با توجه به مزایا و معایب ترموکوپلها، استفاده از آنها بهظاهر آسان است، اما در عمل میتواند چالشهایی را برای تجهیزات اندازهگیری ایجاد کند.
به عنوان کاربر، مطمئن باشید که هر دستگاهی که برای استفاده با این حسگرها طراحی شده، مشکلات مربوطه را حل کرده است. این تجهیزات باید:
- تقویت کافی برای برخورد با خروجی ولتاژ پایین ترموکوپل را فراهم کنند.
- خطیسازی را انجام دهند تا خروجی با دما بهطور متناسب تغییر کند.
- مکانیزمی برای جبران دمای اتصال (CJC) فراهم کنند تا نتایج دقیقی به دست آید. نحوه استفاده از ترموکوپلها
استفاده از ترموکوپلها میتواند به سه شکل متفاوت باشد: ایزوله، زمیندار و داغ. هر یک از این موارد بهویژه نیازمند ایزوله کردن (Isolation) هستند تا اندازهگیریهای دقیق و ایمن تضمین شوند.
پیکربندی ترموکوپل ایزوله
در این حالت، ترموکوپل به هیچ ماده رسانا یا مایع متصل نیست و در هوا یا فضایی عایق قرار دارد. به عنوان مثال، اندازهگیری دمای محیط نمونهای از این پیکربندی است.
نتایج:
- بدون اتصال چندکاناله: اندازهگیریها بدون مشکل انجام میشود.
- با اتصال چندکاناله: اندازهگیریها بدون مشکل انجام میشود.
منظور از بدون اتصال چندکاناله این است که هر حسگر (در این مورد ترموکوپل) بهطور مستقل و جداگانه از دیگر حسگرها و دستگاهها عمل میکند. بهعبارت دیگر، ترموکوپل فقط به یک سیستم یا دستگاه متصل است و هیچ وابستگی یا تأثیری از حسگرهای دیگر ندارد. در این حالت، اطلاعات بهدستآمده از یک ترموکوپل تحت تأثیر خروجی یا ولتاژ حسگرهای دیگر قرار نمیگیرد و دقت اندازهگیری حفظ میشود.
پیکربندی ترموکوپل زمیندار
در این حالت، ترموکوپل به یک مایع یا فلز رسانا متصل است.
این وضعیت باعث وجود یک ولتاژ مشترک (CMV) میشود که ممکن است روی دقت اندازهگیری تأثیر بگذارد.
نتایج:
- بدون اتصال چندکاناله: اگر CMV در محدوده ایمن باشد، ممکن است اندازهگیریها نویز داشته باشند و ممکن است نتایج قابل استفاده نباشند.
- با اتصال چندکاناله: احتمالاً اندازهگیریها روی کانالهای مجاور تحت تأثیر قرار میگیرند.
CMV یا ولتاژ مشترک (Common Mode Voltage) به ولتاژی اطلاق میشود که در هر دو سر یک حسگر یا مدار وجود دارد و میتواند بر دقت اندازهگیریها تأثیر بگذارد.
بهعبارت دیگر، CMV ولتاژی است که بهطور همزمان در چندین نقطه از یک سیستم وجود دارد، و این ولتاژ ممکن است ناشی از عواملی همچون نوسانات زمین، اختلاف پتانسیلهای غیرعادی یا امواج الکترومغناطیسی باشد.
تأثیر CMV بر ترموکوپلها
- نویز و نویز الکتریکی: CMV میتواند منجر به ایجاد نویز در سیگنالهای اندازهگیری شود، که در نهایت منجر به قرائتهای نادرست خواهد شد.
۲. کاهش دقت: اگر CMV به حدی بالا باشد که با ولتاژ سیگنال دما تداخل کند، دقت اندازهگیری کاهش پیدا میکند.
۳. آسیب احتمالی: در برخی موارد، ولتاژ مشترک میتواند منجر به آسیب دیدن تجهیزات الکتریکی و حسگرها شود.
نتیجهگیری
در اندازهگیریهای دما با استفاده از ترموکوپلها، وسعت و کنترل بر CMV بسیار مهم است.
در خصوص استفاده از چندین حسگر در یک سیستم، اهمیت بررسی وضعیت CMV بیشتر میشود تا از دقت و سلامت کل سیستم اطمینان حاصل کنید.
پیکربندی ترموکوپل داغ
در این حالت، ترموکوپل بهطور مستقیم به یک منبع برق متصل است. این ممکن است زمانی اتفاق بیفتد که ترموکوپل به یک عنصر گرمازا متصل شود.
نتایج:
- بدون اتصال چندکاناله: ترموکوپل و دستگاه اندازهگیری ممکن است آسیب ببینند.
- با اتصال چندکاناله: آسیب به ترموکوپل و دستگاه اندازهگیری ممکن است باعث آسیب به کانالهای دیگر نیز شود.