آیا تا به حال به این فکر کرده‌اید که چگونه دمای یک کوره گداخته یا یک فریزر بسیار سرد اندازه‌گیری می‌شود؟ شاید تصور کنید که یک دماسنج ساده کافی باشد؛ اما در دنیای صنعت و علم، ابزارهای پیشرفته‌تری مورد نیاز است. یکی از این ابزارهای دقیق و پرکاربرد، ترموکوپل نام دارد.
ترموکوپل‌ها، سنسورهایی هستند که بر اساس اصل ترموالکتریک کار می‌کنند. به زبان ساده‌تر، وقتی دو فلز متفاوت به هم متصل شوند و دمای محل اتصال آن‌ها متفاوت باشد، ولتاژی تولید می‌گردد. این ولتاژ که به دمای اتصال بستگی دارد، می‌تواند برای اندازه‌گیری دما به کار رود.
در میان انواع مختلف ترموکوپل‌ها، دو نوع J و K از محبوبیت بیشتری برخوردارند. به همین جهت در این مقاله، تفاوت ترموکوپل k و j را مورد بررسی قرار می‌دهیم.
ترموکوپل نوع K
ترموکوپل تیپ k از دو آلیاژ نیکل – کروم و نیکل – آلومینیوم تشکیل شده است. این ترموکوپل به دلیل مقاومت بالا در برابر اکسیداسیون و خوردگی، در محیط‌های صنعتی سخت و خورنده بسیار کاربرد دارد. همچنین، ترموکوپل k دارای محدوده دمایی وسیعی است و می‌تواند دماهای بسیار بالا را نیز اندازه‌گیری کند. از طرفی، ترموکوپل k نسبت به ترموکوپل تیپ j گران‌تر است.
ترموکوپل نوع j
ترموکوپل نوع j از دو فلز آهن و کنستانتان تشکیل شده است. آهن، فلزی مغناطیسی شناخته می‌شود و همین ویژگی، یکی از راه‌های ساده برای تشخیص ترموکوپل تیپ j از نوع K محسوب می‌گردد. ترموکوپل J به دلیل حساسیت بالا و پاسخ سریع، برای اندازه‌گیری دما در محدوده وسیعی مورد استفاده قرار می‌گیرد.
تفاوت بین ترموکوپل تیپ K و ترموکوپل تیپ J
ترموکوپل‌ها، ابزارهای دقیق و پرکاربردی هستند که در صنایع مختلف برای اندازه‌گیری دما مورد استفاده قرار می‌گیرند. انتخاب نوع مناسب ترموکوپل، به شما کمک می‌کند تا اندازه‌گیری‌های دقیق و قابل اعتمادی داشته باشید. با شناخت تفاوت ترموکوپل k و j، می‌توانید بهترین گزینه را برای کاربرد خود انتخاب کنید.
تفاوت در ساختار تایپ K و تایپ J
ترموکوپل‌های نوع K و نوع J هر دو به عنوان حسگرهای دمایی پرکاربرد شناخته می‌شوند. با این حال، تفاوت ترموکوپل k و j در ترکیب آلیاژی آن‌ها، ویژگی‌ها و کاربردهای متمایزی را برایشان به همراه دارد.
ترموکوپل نوع K
• پایه مثبت: عمدتاً از آلیاژی به نام کرومل تشکیل شده است که حدود ۹۰ درصد نیکل و ۱۰ درصد کروم را شامل می‌گردد. این ترکیب، مقاومت بالایی در برابر اکسیداسیون و خوردگی ایجاد می‌کند.
• پایه منفی: از آلیاژی به نام آلومل تشکیل شده که ترکیبی از ۹۵ درصد نیکل، ۲ درصد آلومینیوم، ۲ درصد منیزیم و ۱ درصد سیلیکون است. این ترکیب، به ترموکوپل تیپ k حساسیت دمایی بالا و پایداری خوبی می‌بخشد.
ترموکوپل نوع J
• پایه مثبت: از فلز آهن خالص ساخته شده است. آهن به دلیل قیمت پایین و در دسترس بودن، یکی از فلزات پرکاربرد در صنایع محسوب می‌گردد.
• پایه منفی: از آلیاژی به نام کنستانتان تشکیل شده و ترکیبی از ۵۵ درصد مس و ۴۵ درصد نیکل است. این آلیاژ، مقاومت الکتریکی بالایی دارد و در برابر اکسیداسیون نیز مقاوم است.
همان‌طور که مشاهده می‌شود، اصلی‌ترین تفاوت ترموکوپل تایپ k و j در ترکیب آلیاژی پایه‌های مثبت و منفی آن‌ها است. تفاوت ترموکوپل k و j در ترکیب آن‌ها، به نوبه خود، بر ویژگی‌هایی مانند: محدوده دمایی قابل اندازه‌گیری، دقت، مقاومت در برابر خوردگی و هزینه این دو نوع ترموکوپل تأثیر می‌گذارد.
تفاوت در محدوده دمایی ترموکوپل K و J
محدوده دمایی، یکی دیگر از مهم‌ترین تفاوت ترموکوپل نوع k و نوع j است که در ادامه متن، بیشتر به این موضوع پرداخته‌ایم:
ترموکوپل نوع K
ترموکوپل تایپ k به دلیل ساختار خاص خود، قادر است دامنه وسیعی از دما را اندازه‌گیری کند. معمولاً ترموکوپل‌های نوع K می‌توانند دماهایی از منفی ۴۰ درجه سانتی‌گراد تا ۱۲۰۰ درجه سانتی‌گراد را با دقت مناسبی اندازه بگیرند. حساسیت آن ۴۱ میکروولت بر درجه سانتی‌گراد است. برخی انواع خاص از ترموکوپل‌های نوع K حتی، قابلیت اندازه‌گیری دماهای بالاتر را نیز دارند. این محدوده دمایی گسترده، یکی از دلایل اصلی محبوبیت ترموکوپل k در صنایع مختلف است.
ترموکوپل نوع J
ترموکوپل تیپ j نیز قابلیت اندازه‌گیری دما در محدوده وسیعی را دارد؛ اما محدوده دمایی قابل استفاده آن نسبت به نوع K کمی محدودتر است. به طور معمول، ترموکوپل‌های نوع J برای اندازه‌گیری دما در محدوده منفی ۲۱۰ درجه سانتی‌گراد تا ۱۲۰۰ درجه سانتی‌گراد به کار می‌روند. با این حال، استفاده از این نوع ترموکوپل در دماهای بسیار پایین یا بسیار بالا می‌تواند بر دقت اندازه‌گیری و طول عمر آن تأثیر منفی بگذارد.
یکی از دلایل اصلی محدودیت دمایی ترموکوپل نوع J، استفاده از فلز آهن در ساختار آن است. آهن در دمای حدود ۷۷۰ درجه سانتی‌گراد دچار تغییرات فیزیکی می‌شود که بر عملکرد ترموکوپل تأثیر می‌گذارد. به همین دلیل، برای حفظ دقت و طول عمر ترموکوپل نوع J، توصیه می‌شود که از آن در محدوده دمایی منفی ۴۰ درجه سانتی‌گراد تا ۷۵۰ درجه سانتی‌گراد استفاده گردد.
انتخاب نوع ترموکوپل مناسب به عوامل مختلفی مانند: محدوده دمایی مورد نظر، دقت مورد نیاز، محیط کاری و هزینه بستگی دارد.
تفاوت در کاربرد ترموکوپل تایپ K و ترموکوپل تایپ J
در این بخش، شما را با تفاوت ترموکوپل نوع k و j از نظر کاربرد آشنا می‌کنیم:
ترموکوپل تیپ k
ترموکوپل تیپ k به دلیل مقاومت بالا در برابر دماهای بالا و محیط‌های خورنده، در کوره‌ها، کوره‌های ذوب و فرآیندهای حرارتی استفاده می‌شود. دیگر کاربردهای این وسیله شامل:
• صنایع غذایی: برای کنترل دمای فرآیندهای پخت و پز، پاستوریزاسیون و استرلیزاسیون
• صنایع شیمیایی: در راکتورها، مخازن و لوله‌هایی در معرض مواد شیمیایی خورنده
• صنایع خودروسازی: برای کنترل دمای موتور و اجزای دیگر خودرو
ترموکوپل تیپ j
ترموکوپل تیپ j به دلیل حساسیت بالا و هزینه کمتر، در صنایع غذایی برای اندازه‌گیری دمای مواد غذایی به کار می‌رود. دیگر کاربردهای این وسیله شامل:
• صنایع پلاستیک: برای کنترل دمای قالب‌ها و اکسترودرها
• سیستم‌های تهویه مطبوع: برای اندازه‌گیری دمای هوا و آب
با توجه به تفاوت ترموکوپل k و j انتخاب بین آن‌ها راحت‌تر می‌شود و شما می‌توانید بهترین گزینه را انتخاب نمایید.
روش تشخیص ترموکوپل نوع J و نوع K
یکی از روش‌های ساده برای تشخیص ترموکوپل k و ترموکوپل تیپ j استفاده از آهنربا است. به دلیل تفاوت در مواد تشکیل‌دهنده این دو نوع ترموکوپل، یکی از الکترودها خاصیت مغناطیسی داشته و دیگری ندارد:
ترموکوپل نوع J به دلیل وجود آهن در ساختار خود، الکترود مثبت آن خاصیت مغناطیسی دارد و به آهنربا جذب می‌شود. معمولاً الکترود مثبت ترموکوپل نوع J با رنگ سیاه یا خاکستری مشخص می‌گردد.
در ترموکوپل نوع K الکترود مثبت آن از آلیاژ نیکل – کروم ساخته شده و خاصیت مغناطیسی ندارد؛ بنابراین به آهنربا جذب نمی‌شود. اغلب الکترود مثبت ترموکوپل k با رنگ سبز مشخص می‌شود.
این روش تشخیص ساده و سریع است، اما برای اطمینان از نوع ترموکوپل، بهتر است از روش‌های دقیق‌تر مانند بررسی جدول مشخصات فنی یا استفاده از دستگاه‌های کالیبراسیون استفاده گردد.
تست عملی برای تشخیص نوع ترموکوپل
• جدول مشخصات فنی: هر ترموکوپل، باید دارای جدولی باشد که مشخصات فنی آن از جمله: نوع ترموکوپل، محدوده دمایی و منحنی کالیبراسیون را نشان می‌دهد. با مقایسه مشخصات ترموکوپل با جدول، می‌توان نوع آن را تشخیص داد.
• آزمایش در آب جوش: ترموکوپل را در آب جوش با دمای دقیق ۱۰۰ درجه سانتی‌گراد قرار دهید و ولتاژ خروجی آن را اندازه‌گیری کنید. سپس، این مقدار را با مقدار ولتاژ مشخص شده در جدول مشخصات فنی مقایسه نمایید. اگر اختلاف قابل توجهی وجود داشت، ممکن است ترموکوپل خراب یا از نوع دیگری باشد.
• مقایسه با ترموکوپل شناخته شده: یک ترموکوپل با نوع مشخص (مثلاً نوع K) تهیه کنید و هر دو ترموکوپل را در شرایط یکسان قرار دهید. با مقایسه ولتاژ خروجی هر دو ترموکوپل، می‌توانید نوع ترموکوپل ناشناخته را تشخیص دهید.
با شناخت ویژگی‌ها و تفاوت ترموکوپل نوع k و نوع j و همچنین استفاده از روش‌های تشخیص مناسب، می‌توان ترموکوپل مناسب را برای کاربرد مورد نظر انتخاب کرد.
