سیم ترموکوپل
به روز رسانی شده در ۱۴۰۳/۹/۱۴ زمان مطالعه 10 دقیقه
سیم ترموکوپل برای ساخت عناصر ترموکوپل استفاده می شود که سپس در پروب های ترموکوپل ادغام می شوند . ترموکوپل ها وسیله ای مقرون به صرفه برای اندازه گیری دما در مقایسه با سایر فناوری های سنجش دما پیچیده تر ارائه می دهند. آنها نتایج نسبتاً دقیقی را برای بسیاری از کاربردهای صنعتی ارائه می دهند، به ویژه پس از کالیبره شدن عنصر ترموکوپل بر اساس استانداردهای منتشر شده.
نمایش تمام سازندگان سیم ترموکوپل
مزیت ترموکوپل ها قابلیت استفاده در دماهای بالا (تا 2600 درجه سانتیگراد بسته به جنس سیم) است. با اتصال به زمین دستگاه، پروب های ترموکوپل نیز می توانند مستقیماً با جسم مورد اندازه گیری تماس بگیرند. با این حال، ترموکوپل ها تعدادی از منابع احتمالی خطا دارند. اینها شامل تأثیر پیری، خوردگی، عیوب مواد، عدم قطعیت کالیبراسیون و همبستگی غیر خطی بین دما و ولتاژ است. علاوه بر این، برای دومین اندازه گیری دما که در محل اتصال سرد پروب انجام می شود، جبران الکترونیکی مورد نیاز است.
ترموکوپل ها بر اساس اثر Seeback کار می کنند که تولید نیروی الکتروموتور (emf) یا ولتاژ Seebeck هنگام گرم شدن هادی است. این اثر از مشاهده این که یک جریان الکتریکی در مدار سری دو فلز غیرمشابه وجود دارد، به دست آمد، مشروط بر اینکه محل اتصال دو فلز در دماهای متفاوت باشد. این اثر در شکل 1 نشان داده شده است. اثر ترموالکتریک با افزایش t 2 - t 1 افزایش می یابد. هادی ها یا آلیاژهای مختلف ولتاژهای متفاوتی تولید می کنند.
شکل 1 - اثر Seebeck با هادی های مس و آهن.
انواع سیم ترموکوپل
سیم های ترموکوپل بر اساس ترکیب آلیاژی هر سیم در جفت به انواع مختلفی طبقه بندی می شوند. حروف کد برای انواع سیم توسط موسسه استاندارد ملی آمریکا (ANSI) تعیین شده است. جدول 1 نمای کلی از انواع مختلف سیم ها را ارائه می دهد.
کد ANSI | + سرب | - سرب | محدوده دما | یادداشت ها |
جی | آهن (آهن) | مس نیکل مس (نیکل) | -210 تا 1200 درجه سانتیگراد -346 تا 2193 درجه فارنهایت | محدوده محدود؛ استفاده با تجهیزات "غیر مدرن"؛ مغناطیسی |
ک | نیکل-کروم (Ni-Cr) | نیکل آلومینیوم (Ni-Al) | -270 تا 1372 درجه سانتی گراد -454 تا 2501 درجه فارنهایت | هدف کلی |
تی | مس (مس) | مس-نیکل (مس-نیکل) | -270 تا 400 درجه سانتی گراد -454 تا 752 درجه فارنهایت | استفاده از دمای پایین / برودتی؛ وقتی رطوبت وجود دارد خوب است |
E | نیکل کروم (Ni-Cr) | مس-نیکل (مس-نیکل) | -270 تا 1000 درجه سانتی گراد -454 تا 1832 درجه فارنهایت | دمای پایین / استفاده برودتی |
ن | نیکروسیل (Ni-Cr-Si) | نسیل (Ni-Si-Mg) | -270 تا 1300 درجه سانتی گراد -454 تا 2372 درجه فارنهایت | پایداری بالا؛ استفاده در دمای بالا؛ کم هزینه |
آر | پلاتین-13٪ رودیوم (Pt-13٪ Rh) | پلاتین (Pt) | -50 تا 1768 درجه سانتی گراد -58 تا 3214 درجه فارنهایت | استفاده در دمای بالا؛ حساسیت کم؛ هزینه بالا |
اس | پلاتین-10٪ رودیوم (Pt-10٪ Rh) | پلاتین (Pt) | -50 تا 1768 درجه سانتی گراد -58 تا 3214 درجه فارنهایت | استفاده در دمای بالا؛ حساسیت کم؛ هزینه بالا |
U | مس (مس) | مس - نیکل کم (مس - نیکل) |
| سیم اتصال برای ترموکوپل های R & S |
ب | پلاتین-30٪ رودیوم (Pt-30٪ Rh) | پلاتین-6٪ رودیوم (Pt-6٪ Rh) | 0 تا 1820 درجه سانتی گراد 32 تا 3308 درجه فارنهایت | استفاده در دمای بالا؛ غیر قابل استفاده در دمای زیر 50 درجه سانتیگراد |
دبلیو | تنگستن (W) | تنگستن-26% رنیوم (W-26% Re) | 0 تا 2320 درجه سانتی گراد 32 تا 4208 درجه فارنهایت | دمای بالا؛ در دمای زیر 399 درجه سانتیگراد عملی نیست |
W 5 | تنگستن-5% رنیوم (W-5% Re) | تنگستن-26% رنیوم (W-26% Re) | 0 تا 2320 درجه سانتی گراد 32 تا 4208 درجه فارنهایت | دمای بالا؛ در دمای زیر 399 درجه سانتیگراد عملی نیست |
W 3 | تنگستن-3% رنیوم (W-3% Re) | تنگستن-25% رنیوم (W-25% Re) | 0 تا 2320 درجه سانتی گراد 32 تا 4208 درجه فارنهایت | دمای بالا؛ در دمای زیر 399 درجه سانتیگراد عملی نیست |
جدول 1 - مروری بر انواع سیم ترموکوپل. اعتبار جدول: Pelican Wire Company, Inc.
ویژگی های انتخاب
علاوه بر انتخاب بر اساس نوع، خریداران صنعتی ممکن است بخواهند نوع عایق، اندازه فیزیکی، تعداد عناصر و ویژگی های سیم های ترموکوپل را در نظر بگیرند.
نوع عایق
انتخاب عایق برای محافظت از سیم های ترموکوپل از انواع مختلف خوردگی مهم است. جداول 2 و 3 انواع مختلف عایق ها و خواص و مقاومت هایی که از خود نشان می دهند را توضیح می دهد.
کد عایق | عایق | محدوده دما | مقاومت در برابر سایش | انعطاف پذیری | غوطه ور شدن در آب | |
به طور کلی | هادی ها | |||||
PP | پلی وینیل کلراید (PVC) | پلی وینیل کلراید (PVC) | -40 تا 105 درجه سانتی گراد -40 تا 221 درجه فارنهایت | خوب | عالی | خوب |
FF | FEP تفلون® یا نئوفلون | FEP تفلون® یا نئوفلون | -200 تا 200 درجه سانتی گراد -338 تا 392 درجه فارنهایت | عالی | خوب | عالی |
TT | PFA تفلون® یا نئوفلون | PFA تفلون® یا نئوفلون | -267 تا 260 درجه سانتی گراد -450 تا 500 درجه فارنهایت | عالی | خوب | عالی |
KK | کپتون | کپتون | -267 تا 316 درجه سانتی گراد -450 تا 600 درجه فارنهایت | عالی | خوب | خوب |
TG | قیطان شیشه ای | PFA تفلون® از نئوفلون | -73 تا 260 درجه سانتی گراد -100 تا 500 درجه فارنهایت | خوب | خوب | عالی |
جی جی | قیطان شیشه ای | قیطان شیشه ای | -73 تا 482 درجه سانتی گراد -100 تا 900 درجه فارنهایت | بیچاره | خوب | بیچاره |
HH | قیطان شیشه ای با دما بالا | قیطان شیشه ای با دما بالا | -73 تا 871 درجه سانتی گراد -100 تا 1300 درجه فارنهایت | بیچاره | خوب | بیچاره |
XR | ریفراسیل بافته | ریفراسیل بافته | -73 تا 871 درجه سانتی گراد -100 تا 1600 درجه فارنهایت | بیچاره | خوب تا 315 درجه سانتیگراد (600 درجه فارنهایت) | ضعیف تا 315 درجه سانتیگراد (600 درجه فارنهایت) |
XC | نکستل بافته | نکستل بافته | -73 تا 1204 درجه سانتی گراد -100 تا 2200 درجه فارنهایت | بیچاره | خوب | بیچاره |
XS | سیلیس | سیلیس | -73 تا 1038 درجه سانتی گراد -100 تا 1990 درجه فارنهایت | بیچاره | خوب | بیچاره |
TFE | TFE تفلون® | TFE تفلون® | -267 تا 260 درجه سانتی گراد -450 تا 500 درجه فارنهایت | عالی | خوب | عالی |
جدول 2 - مروری بر انواع عایق ها و خواص فیزیکی مختلف آنها.
کد عایق | مقاومت در برابر: | نظرات | ||||
حلال | اسید | پایه | شعله | رطوبت | ||
PP | منصفانه | خوب | خوب | خوب | خوب | تحت تأثیر کتون ها، استرها |
FF | عالی | عالی | عالی | عالی | عالی | تحت تأثیر کتون ها، استرها |
TT | عالی | عالی | عالی | عالی | عالی | مقاومت عالی در برابر سایش و رطوبت. همان مشخصات اولیه FEP اما درجه حرارت بالا |
KK | خوب | خوب | خوب | خوب | عالی | مقاومت عالی در برابر رطوبت و سایش، استحکام دی الکتریک بالا، مقاومت در برابر تابش گاما، به عنوان عامل اتصال چسب استفاده می شود |
TG | عالی | عالی | عالی | عالی | عالی | برای اندازه گیری تکی تا دمای 343 درجه سانتی گراد (650 درجه فارنهایت) استفاده می شود |
جی جی | عالی | عالی | عالی | عالی | منصفانه | بایندر رطوبت و مقاومت در برابر سایش را بهبود می بخشد، اما در دمای بالای 204 درجه سانتی گراد (400 درجه فارنهایت) تخریب می شود. |
HH | عالی | عالی | عالی | عالی | منصفانه | بایندر رطوبت و مقاومت در برابر سایش را بهبود می بخشد، اما در دمای بالای 204 درجه سانتی گراد (400 درجه فارنهایت) تخریب می شود. |
XR | عالی | خوب تا 315 درجه سانتیگراد (600 درجه فارنهایت) | خوب تا 315 درجه سانتیگراد (600 درجه فارنهایت) | عالی | بیچاره | مناسب برای دمای 982 درجه سانتیگراد (1800 درجه فارنهایت) اگر در معرض خمش یا سایش قرار نگیرد |
XC | عالی | خوب | خوب | عالی | منصفانه | برای ترموکوپل های پلاتین یا قرار گرفتن در معرض قلع مذاب و مس، اسیدهای هیدروفلوئوریک یا فسفریک یا قلیایی های قوی توصیه نمی شود. |
XS | عالی | خوب | بیچاره | عالی | منصفانه | خلوص بالا، از نظر شیمیایی پایدار است. (محتوای SiO 2 99%) |
TFE | عالی | عالی | عالی | عالی | عالی | مقاومت عالی در برابر سایش، رطوبت و مواد شیمیایی |
جدول 3 - خواص مقاومتی عایق سیم ترموکوپل و مشخصات اضافی.
اندازه فیزیکی
سیم های ترموکوپل بسته به کاربرد ممکن است اندازه های متفاوتی داشته باشند. ابعاد شامل قطر، ضخامت سنج و طول است.
قطر سیم می تواند بر زمان پاسخ عنصر ترموکوپل تأثیر بگذارد.
ضخامت سنج به گیج عددی یا ضخامت AWG محصول سیم اشاره دارد.
طول مسافتی است که سیم امتداد می یابد.
تعداد عناصر
هنگام در نظر گرفتن کابل ترموکوپل، تعداد عناصر نیز باید مشخص شود. این به تعداد جفت سیم ترموکوپل یا عناصر در کابل ترموکوپل اشاره دارد. یک سیم ترموکوپل با 12 جفت یا عنصر می تواند 12 نقطه را در یک کوره اندازه گیری کند که در مقایسه با یک جفت یا دو جفت سیم ترموکوپل، قابلیت اندازه گیری دما را بیشتر می کند. هزینه سیم ترموکوپل چند جفتی بسیار بیشتر از یک جفت است زیرا هزینه مواد آلیاژی در تعداد جفت ها ضرب می شود.
ویژگی ها
سیم های ترموکوپل می توانند دارای تعدادی ویژگی مختلف باشند که ممکن است در نظر گرفتن آنها مهم باشد.
سیم کشی اکستنشن برای اتصال عناصر ترموکوپل یا پروب به یک ابزار اندازه گیری که در آن ابزار دور از فرآیند حرارتی اندازه گیری قرار دارد استفاده می شود. اتصالات به سیم های اکستنشن، مانند فلزات، ولتاژ تولید نمی کنند. سیم‌های ترموکوپل درجه اکستنشن به طور ایده‌آل از همان فلزات ساخته شده‌اند که یک عنصر یا پروب ترموکوپل درجه بالاتر به منظور جلوگیری از ایجاد ولتاژهای ناخواسته از اتصالات مواد غیرمشابه اضافی بین سیستم. سیم های اکستنشن مسی با ترموکوپل های نجیب یا پلاتینیوم استفاده می شود زیرا هزینه سیم های اکستنشن پلاتین گران است. سیم گسترش انتخاب شده باید دارای ضریب حرارتی بسیار مشابه EMF با ترموکوپل در دمای محیط یا دمای عملیاتی باشد.
روکش فلزی را می توان روی کابل یا سیم ترموکوپل قرار داد و عایق و جفت ترموکوپل را در بر گرفت. از فولاد ضد زنگ و آلیاژهای نیکل مانند Inconel TM و Hastelloy TM تشکیل شده است و برای محافظت در برابر حرارت، اکسیداسیون و خوردگی استفاده می شود.
محافظ الکترومغناطیسی را می توان بر روی کابل یا سیم ترموکوپل قرار داد تا در برابر تداخل الکترومغناطیسی محافظت شود، که می تواند بر نتایج قرائت ولتاژ تأثیر بگذارد.
محدودیت های ویژه خطا (SLE) برای تشخیص سیم های ترموکوپل بسیار خالص شده استفاده می شود. سطح ناخالصی در مواد سیم، خطاهای سیم ترموکوپل را کنترل می کند. استانداردها خطاهای 2.2 درجه سانتیگراد را مجاز می دانند. ترموکوپل‌های تولید شده با کنترل‌های متالورژیکی سخت‌تر و مطابق با استانداردهای SLE می‌توانند خطای کمتر از 0.5 درجه سانتیگراد داشته باشند. کالیبراسیون کانال سیم تمام شده همچنین خطاها را کاهش می دهد و دقت اندازه گیری دما را بهبود می بخشد.
سیم های ترموکوپل سازگار با خلاء برای کاربردهای اندازه گیری خلاء مناسب هستند. به طور خاص، عایق سیم و سیم دارای ویژگی‌های خروجی پایینی برای کمک به حفظ خلاء در طول اندازه‌گیری است.
استانداردها
برخی از انواع ترموکوپل ها با جداول کالیبراسیون، کدهای رنگ و حروف اختصاص داده شده استاندارد شده اند. استاندارد ASTM (انجمن آمریکایی برای آزمایش و مواد) E230 همه مشخصات را برای اکثر گریدهای صنعتی رایج، از جمله تعیین حروف، کدهای رنگ (فقط ایالات متحده)، محدودیت‌های استفاده پیشنهادی، و جداول کامل ولتاژ در برابر دما برای اتصالات سرد حفظ می‌کند . در 32 درجه فارنهایت و 0 درجه سانتیگراد.
منبع