عمل کالیبراسیون در طول زمان‌های معین بر روی انواع مختلفی از دستگاه‌ها انجام می‌شود که این موضوع، علاوه بر تعیین دقت ابزار یا دستگاه، افزایش دقت دستگاه را نیز در پی خواهد داشت و از این جهت به عنوان یک ضرورت شناخته شده است. همچنین افزایش میزان ایمنی محیط کار و دریافت دیتای معتبر نیز از اهداف انجام کالیبراسیون به شمار می‌رود. کالیبراسیون ترموکوپل نیز به همین منظور انجام می‌شود. ترموکوپل که یک ابزار به منظور سنجش دما و یا یک سنسور دمایی است و گاهی نیز با هدف کنترل فرآیند مورد استفاده قرار می‌گیرد، گاهی لازم است کالیبره شود که این کار تحت عنوان Thermocouple Calibration شناخته می‌شود. این کار به منظور افزایش دقت، تبدیل شدن کمّی اندازه‌گیری حسگرهای تولید شده در یکی از مقیاس‌های معین در مقایسه با مقیاس دیگر و البته بهتر شدن کارآیی ترموکوپل انجام می‌شود. با توجه به اهمیت این موضوع، در این مقاله از سنجش حرارت قصد داریم علاوه بر ارائه تعریف کالیبراسیون ترموکوپل، به ذکر استانداردها، مزایا و معایب و سایر موارد مربوط به این موضوع بپردازیم.
کالیبراسیون ترموکوپل چیست؟
ترموکوپل یک حسگر است که به منظور سنجیدن دما مورد استفاده قرار می‌گیرد که ساختمان آن متشکل از دو نوع فلز است که از قابلیت اتصال برخوردار هستند. این دو فلز اگر در قسمت اتصالشان به یکدیگر دچار تغییر دما شوند، ولتاژی ایجاد خواهد شد که کاملاً به دما بستگی خواهد داشت. از این جهت ترموکوپل را می‌توان یک سنسور ساده برای سنجش دما به حساب آورد. اما آنچه که اهمیت دارد، دقت و صرفه اقتصادی این سنسور است که آن را در بازه گسترده‌ای از فرآیند سنجیدن دما، مورد استفاده قرار می‌دهد. هنگام تهیه و خرید ترموکوپل، اغلب مشتریان و متقاضیان خواستار گواهینامه کالیبراسیون ترموکوپل هستند. این موضوع به این علت است که گواهینامه کالیبراسیون ترموکوپل، درواقع یک تأییدیه برای صحت کارکرد و مقدار دقت اندازه‌گیری ابزار است. با توجه اینکه آزمایشگاه‌هایی در سراسر کشور برای انجام کالیبراسیون ترموکوپل وجود دارند، این گواهینامه به آسانی قابل عرضه به مشتریان خواهد بود.
استاندارد کالیبراسیون ترموکوپل
محیط‌های صنعتی وابستگی بالایی به استفاده از ترموکوپل و حسگرهای دما دارند و بدون وجود این ابزارها، مفهومی نخواهد داشت. اما در میان انواع مختلفی از حسگرهای دمایی، ترموکوپل را می‌توان مهم‌ترین و کارآمدترین آن‌ها به منظور سنجیدن دما به حساب آورد. همچنین سرعت و مقدار پاسخگویی این سنسور، به نوع موادی که در ساختمان آن به کار برده شده‌اند نیز بستگی دارد. به بیان دیگر می‌توان گفت در یک محیط یکسان و شرایط ویژه، دو جفت گرمایی قرار خواهند داشت که اندازه‌هایی که ارائه می‌دهند، باهم یکسان نخواهد بود. از این جهت سنسورهای ترموکوپل به صورت متعدد مورد ارزیابی و آزمایش قرار می‌گیرند تا مشخص شود چه مقدار کارآمد هستند و نیز درستی کارکرد آن‌ها چقدر خواهد بود.
هرچند وقت یکبار باید ترموکوپل را کالیبره کنیم؟
فرکانسی که به منظور کالیبراسیون ترموکوپل مورد استفاده قرار می‌گیرد، با شرایط به کار بردن ترموکوپل ارتباط مستقیم دارد. به عنوان مثال، در صورتی که ترموکوپل در شرایط سخت مورد استفاده قرار گرفته است، لازم است کالیبره شود. همچنین در شرایطی که ترموکوپل در یک محیط با دمای بالا بوده باشد و یا ضربه‌های حرارتی و مکانیکی بر آن وارد شود، در دقت آن تغییر ایجاد خواهد شد. در این صورت نیز باید کالیبراسیون برای ترموکوپل انجام گیرد.
علاوه بر این موارد، برخی از علائم نیز نشان از فرا رسیدن زمان کالیبراسیون خبر می‌دهند که لازم است مورد توجه قرار گیرند و با مشاهده آن‌ها، کالیبراسیون انجام شود که ایجاد هر تغییری در کارکرد ترموکوپل و به کار بردن ترموکوپل در شرایط سخت و شدید ازجمله این موارد هستند. علاوه بر این، در صورتی که کالیبراسیون به صورت منظم برای ترموکوپل انجام می‌شود، لازم است در زمان معین این کار انجام گیرد.
مراحل و دستورالعمل کالیبراسیون ترموکوپل(Thermocouple Calibration)
1. در مرحله اول لازم است به جدا کردن جفت گرمایی از پروسه بپردازیم.
2. پس از جدا کردن جفت گرمایی، باید حسگر را به صورت کامل در یک مکان یا چاه خشک و البته یک محیط دارای رطوبت قرار داد. این کار کمک می‌کند حسگر بازه دمای مد نظر را به صورت کامل پوشش دهد.
3. در شرایطی که لازم است پروسه کالیبره کردن به صورت مجزا از نشانگر دمای سیستم کنترل مورد بررسی قرار گیرد، باید جفت گرمایی یا همان حسگر حتماً از تمام دستگاه‌های الکترونیکی جدا شده باشد.
4. حال لازم است جفت گرمایی به یک ابزار که دقت اندازه‌گیری بالایی دارد و دقت آن در حد میلی‌ولت است، متصل شود که این ابزارها در بعضی از چاه‌های خشک وجود دارند. به منظور بازخوانی مداوم دما حتی می‌توان یک دماسنج را نیز به کار برد.
5. از اینکه جفت گرمایی دارای نقطه اتصال مرجع است یا خیر، باید اطمینان حاصل شود. اگر نداشته باشد باید حتماً نقطه اتصال ابزار اندازه‌گیری روشن باشد و اگر هم دارد، جفت گرمایی باید در دمای مرجع (که اغلب صفر درجه است) کاملاً غوطه‌ور شود.
6. دمای چاه خشک باید در تمام نقاط آزمایش تنظیم شده باشد.
7. اندازه دمای محیط مرطوب حمام باید سنجیده شود.
8. دمای هریک از محیط‌های خشک و مرطوب باید در تمام نقاطی که آزمایش انجام خواهد شد، تنظیم شوند.
9. در تمام بخش‌هایی که سنسور دما مورد آزمایش قرار می‌گیرد، مقدار دمای استاندار ترموکوپل باید درج شود.
10. در شرایطی که ترموکوپل به صورت مجزا از قطعات الکترونیکی اندازه گرفته شود، لازم است ولتاژ اندازه‌گیری شده با ولتاژ مورد انتظار موجود در جدول دمایی مقایسه شود. اما در شرایطی غیر از این، دمای نشان داده شده در مانیتور با دمای استاندارد مقایسه خواهد شد.
گواهی کالیبراسیون سنسور دما چیست؟
پس از انجام کالیبراسیون سنسور دما در آزمایشگاه، یک گواهی توسط آزمایشگاه ارائه خواهد شد که در آن تمامی اطلاعات مورد نیاز به منظور حصول اطمینان از صحت اندازه‌گیری‌ها و حتی قابلیت ردیابی آن‌ها درج شده است. همچنین‌عدم قطعیت در اندازه‌گیری بر پایه یک کلید اروپایی تحت عنوان EA-4/02 مورد بررسی و محاسبه قرار می‌گیرد و درجه اعتبار ENAC سامانه کیفیت آن نیز کار کردن با ارائه گارانتی فنی کامل را ضمانت می‌کند.
البته لازم به ذکر است که به منظور کاهش اتلاف وقت در انجام کار و افزایش مدیریت آن، این آزمایشگاه گواهی‌های مربوط به کالیبراسیون ترموکوپل را کاملاً دیجیتالی صادر می‌کند که این مورد می‌تواند به عنوان یک مزیت محسوب شود.
مزایای کالیبراسیون ترموکوپل
همان‌طور که پیش‌تر ذکر شد، ساختمان ساده ترموکوپل، داشتن صرفه اقتصادی، دوام و مقاومت بالا در مصارف صنعتی به عنوان مزایای ترموکوپل محسوب می‌شوند. البته محدوده سنجیدن دما در ترموکوپل بسیار زیاد است و از این جهت، در شرایط محیطی متفاوت می‌توانند مورد استفاده قرار گیرند. همچنین به علت برخورداری ترموکوپل از یک ثابت زمانی کوچک، در پاسخگویی بسیار سریع عمل می‌کنند.
از دیگر مزایای کالیبراسیون ترموکوپل، محدوده سنجش بزرگ آن به شمار می‌رود که به صورت اسمی از -۱۸۰ الی +۱۸۰۰ درجه سیلسیوس را شامل می‌شود که ترموکوپل تیپ s نمونه‌ای از آن است. در شرایطی که قسمت کوچک نوک جوشکاری شده در ترموکوپل از بین برود و ترموکوپل در قسمت داخلی خط لوله قرار گیرد، دمای موجود در قسمت درونی لوله به آسانی می‌تواند اندازه‌گیری شود. این حسگر دما به بازار عرضه است و قابل خرید است و هدف از تهیه آن، اغلب اندازه‌گیری شناخته می‌شود.
معایب کالیبراسیون ترموکوپل
یکی از مهم‌ترین معایب کالیبراسیون ترموکوپل را درواقع می‌توان غیر خطی و تماسی بودن و البته دقت متوسط آن دانست. چنانچه این نوع کالیبره را مورد استفاده قرار دادید، در شرایط وجود ضربه و یا ارتعاش در محیط مورد نظر، لازم است به منظور نگه داشتن سنسور از ابزار عایقی به نام ترموول استفاده شود که به آن غلاف نیز گفته می‌شود. این موضوع می‌تواند کم شدن سرعت پاسخگویی را در پی داشته باشد.
نکات مهم در کالیبراسیون ترموکوپل
دستگاه مورد نظر برای کالیبراسیون لازم است طوری انتخاب شود که تغییرات دمایی را در بازه کامل پروسه حسگر دما تولید کند که در چنین شرایطی، به کار بردن کالیبراتور فلوک می‌تواند گزینه مناسبی باشد. همچنین در طی تغییرات مربوط به منبع حرارت، لازم است زمان دما به منظور ثابت نگه داشتن دما، قبل از اندازه گرفتن دمای مرجع در نظر گرفته شود. برای کالیبراسیون ترموکوپل باید از ابزارهایی استفاده شود که بتوانند منبع دمای تنظیم شده را تولید کنند. همچنین خروجی ترموکوپل نیز لازم است با استفاده از نشانه پراب مربوط به دمای مرجع مورد مقایسه قرار گیرد. سیگنال آنالوگ وارد شده لازم است در بازه کامل ترموکوپل‌هایی که مورد آزمایش قرار دارد، شبیه‌سازی گردد و مقدار آنالوگ وارد شده با استفاده از ابزارهای تست استاندارد، مورد بررسی قرار گیرد. سیگنال ورودی لازم است حتماً بر اساس برگه کالیبراسیون انجام شود. در چنین شرایطی دو سیگنال ورودی نمایش داده خواهد شد که یکی در نمایشگر ابزارهای تست استاندارد است و دیگری را نشانگر آزمایش در حال انجام، نشان می‌دهد. از این جهت، در هنگام اعمال سیگنال، این دو باید با هم مقایسه شوند و خطای میان مقدار اندازه‌گیری شده و تبدیل شده، باید در محدوده لیستی که سازنده اعلام کره است، قرار گیرد.
