ترموکوپل مذاب ؛ راهنمای خرید، نصب و استفاده

ترموکوپل مذاب چیست؟

ترموکوپل مذاب (thermocouple یا smelting thermometer) یک ابزار قابل‌ حمل با دقت بالا است که به طور ویژه برای اندازه ‌گیری سریع دمای فلز مذاب ساخته می شود. ترموکوپل های تجاری معمولا ارزان و قابل تعویض هستند. عموم این دستگاه ها قابلیت اندازه گیری محدوده دمایی بین 180- تا 1800 را دارند.

در مقایسه با روش‌ های دیگر اندازه‌گیری دما، ترموکوپل ها مستقل از عوامل خارجی هستند و به هیچ شکلی از تحریک خارجی انرژی نیاز ندارند. دماسنج های مدرن ذوب، یک چیپ میکروکامپیوتری با کارایی بالا را به عنوان هسته اتخاذ می‌ کنند. این چیپ ها در کنار سنسورهای اندازه‌ گیری دما، سبب پردازش هوشمند و سریع درجه حرارت می شوند و عملکرد پایدار و بلند مدت این ابزار را تضمین می کنند.

اساس کار ترموکوپل مذاب به چه صورتی است؟

ترموکوپل مذاب یک ترانسدیوسر خودمُولّد است که از اتصال دو فلز ناهمسان ساخته می شود. اساس کار این دماسنج ها بر اختلاف خواص فیزیکی دو سیم با جنس متفاوت است.

وقتی یک سر این سیم ها در درجه حرارتی بالاتر قرار گیرد، به دلیل اثر ترموالکتریکی جریانی از سیم می گذرد. این جریان موجب ایجاد اختلاف پتانسیل در چیپ های الکترونیکی ترموکوپل می شود.

این ولتاژ تابعیت دقیقی از دما دارد. ترموکوپل ذوب نیز با استفاده از این ولتاژ دمای محل مورد نظر کوره یا مذاب را می سنجد و گزارش می کند. به این پدیده که اختلاف دما سبب ایجاد جریان الکتریکی می شود، اثر سیبک دانشــنـامه اثر سیبک چیست ؟ بیانگر اختلاف پتانسیل الکتریکی است که در اثر گرادیان دمایی به وجود می آید. این اختلاف پتانسیل وابسته به اختلاف دمای بین دو نقطه از ماده است و از رابطه    J=σ(-∇V + E_emf)محاسبه می شود که J چگالی جریان و σ هدایت الکتریکی است. (Seebeck Effect) گفته می شود.

محاسبه اختلاف پتانسیل میان اتصال سرد و اتصال گرم، توسط ترنسمیتر (transmitter) انجام می ‌شود. اکثر ترنسمیترها از یک بلوک دما ثابت از جنس مس به همراه یک RTD یا مدار ترانزیستوری برای محاسبه دمای بلوک استفاده می‌ کنند. اکثر ترمومترهای مذاب از آلیاژ کروم و نیکل (نیکروم) ساخته می شوند.

5

دقیــقه مطالعه

پیش از خرید ابزار دقیق ؛ آن ها را بشناسید!

بی شک نمی توان سرعت پیشرفت بالای تکنولوژی را بدون ابزارهای اندازه گیری دقیق تصور...

انواع ترموکوپل ذوب دما بالا

انواع ترموکوپل ذوب دما پایین

انتخاب جنس ترموکوپل مذاب

راهنمای نصب و استفاده از ترموکوپل ذوب

نحوه نصب اجزای دستگاه

در ابتدا پس از باز کردن جعبه دماسنج، لازم است اجزای اصلی تفنگ تست را خارج کنید. بخش بالایی که از جنس مس است (copper head section) را با دست نگه دارید و سپس اجزای تفنگ را یکی پس از دیگری، با محتاطانه ترین حالت پیچش، روی این سَری سوار کنید.

حتما باید توجه کنید که قدرت پیچش به شکستن جوش ها منجر نشود و در پایان سر هم کردن هیچ احساس نوسان و لرزشی در تفنگ احساس نشود.

سپس دوشاخه ترموکوپل را به منافذ مخصوص آن وصل کنید تا قابلیت سیگنال دهی پیدا کند. اکثر ترموکوپل های مذاب یک لوله اتصال (connecting sleeve) دارند که تفنگ اصلی تست درون آن قرار می گیرد.

راه اندازی دستگاه و سنجش دمای مذاب

برای شروع استفاده، دکمه پاور ترموکوپل (ON/OFF) را فشار دهید. نمایشگر دستگاه شکلی به این صورت “” را نشان می دهد. سپس نوع ترموکوپل مذاب (تایپ S یا R یا…) نمایش داده می شود. اگر دستگاه قدرت سیگنال دهی مناسبی داشته باشد، با قرارگیری تفنگ تست در کوره، دما به سرعت نمایش داده می شود و در دستگاه ذخیره می شود. اما اگر سیگنال دهی قوی نباشد، دوباره  “ ” را در نمایشگر می بینیم.

بهتر است دماسنج در عمقی بیشتر از 20 میلی متر در مذاب فرو رفته باشد. دستگاه پس از اندازه گیری، یک هشدار سنجش با حرف H نشان می دهد. پس از دریافت این هشدار، معمولا پس از 3 تا 5 ثانیه لازم است تفنگ از مذاب خارج شود. پس از اندازه گیری دما، ترموکوپل ذوب باید خاموش شود تا از هدر رفت شارژ دستگاه جلوگیری شود.

هشدارهای متداول نمایشگر

• نمایش عدد (1-) به معنی عدم اتصال صحیح یا unplug در اجزای ترموکوپل است.
• نمایش (-000) به معنی سیگنال برعکس است.
• نمایش عدد 1 به معنی سیگنال خارج از محدوده است.
• نمایش عبارت HELP به معنی کمبود شارژ باتری یا مشکل under voltage است.

این آموزش ممکن است برای تمام مدل های ترموکوپل مذاب کارآمد نباشد؛ اما برای به کارگیری اکثر قریب به اتفاق مدل های این ابزار قابل استفاده است.

برای افزایش عمر ترموکوپل مذاب ، از آن به درستی استفاده کنید!

ترموکوپل ذوب اغلب در دماهای بالا و در محیط ‌ کوره های فعال مورد استفاده قرار می‌ گیرد. در این حالت عمر عملی این ابزار محدود به پارامتر thermocouple aging است. ضرایب ترموالکتریک سیم ‌های ترموکوپل، ممکن است با زمان تغییر کند و ولتاژ اندازه ‌گیری نیز به طبع آن افت ‌کند.

رابطه میان اختلاف دمای اتصالات و ولتاژ پدید آمده تنها در صورتی صحیح است که هر دو سیم کاملا همگن و در ترکیب یکنواخت باشند. در حالی که ترموکوپل مذاب به علت تغییرات شیمیایی و متالورژیکی ناشی از قرارگیری شدید و طولانی‌ مدت در دماهای بالا، همگنی اجزای خود را از دست می ‌دهد.

عمر هر دماسنج مذاب بسته به کارکرد، جنس و برند آن کاملا متغیر است و هیچ زمان مشخصی ندارد. معمولا ترموکوپل ها پس از طی کردن عمر مفید خود قابلیت کالیبره کردن و بازگشت به عملیات را ندارند و بهتر است تعویض شوند. پایان یافتن عمر ترموکوپل مذاب و به اصطلاح Aged شدن آن، با خطاها و گزارش های اشتباه و نامعمولی که به اپراتور می دهد، قابل تشخیص است.

5

دقیــقه مطالعه

کالیبراسیون به زبان خیلی ساده!

همواره از کودکی به ما توصیه شده که دقت کنیم! در واقع این «دقت» بوده که تعیین کنن...

اگر قصد خرید ترموکوپل مذاب را دارید، نکات زیر را مد نظر قرار دهید:

به هنگام خرید ترموکوپل به یاد داشته باشید که محدوده گسترده ای از ترموکوپل ها برای مصارف مختلف وجود دارد که در این مقاله با آن ها آشنا شدیم. ترمومتر های مذاب از فلزاتی با رسانایی بالا از جنس آهن، نیکل، مس، کروم، آلومینیوم، پلاتین، رودیوم و آلیاژهای آن ها ساخته می شوند.

بنابراین وضعیت و شرایط کوره و ذوب در انتخاب ما تاثیر گذارند. چرا که برای مثال ممکن است مذاب از جنس موادی مغناطیسی یا خورنده باشد و این موضوع برای بدنه ترموکوپل بسیار دردسرساز باشد. تیپ های B و S و K و R پراستفاده ترین تیپ های ترموکوپل در صنایع متالورژی هستند.

همچنین با توجه به شرایط و دمای بالای مذاب، محیط کار ترموکوپل ذوب بسیار سخت و غیر معمول است. از این رو لازم است نمایشگر دیجیتالی LED و بدنه فلزی این دماسنج ها ضد ضربه، مقاوم در برابر حرارت و بسیار بادوام باشند.

دیگر ویژگی هایی که در هنگام خرید ترموکوپل مذاب باید از آن ها اطمینان حاصل کنید عبارتند از:

• به محض این که دما توسط ترموکوپل اندازه‌گیری شد، به طور خودکار گزارش داده شود و تاخیری در این عملیات وجود نداشته باشد.
• بهتر است دستگاه با یک صدای بوق یا نور قابل توجه پایان اندازه گیری را گزارش دهد و به اپراتور هشدار دهد که تفنگ تست را می تواند خارج کند.
• این ابزار باید عملکرد هشداری مناسبی در مواقعی مانند شکستن تفنگ، دمای بیش از حد مذاب (over-range) و عدم تامین توان ولتاژی (undervoltage) از خود نشان دهد.
• بهتر است منبع تغذیه ترموکوپل مذاب باتری قابل شارژ با پایه هیدرید نیکل-فلزی (nickel-metal hydride) باشد. با استفاده از این باتری ها، درجه ‌حرارت را می توان هزاران بار بعد از یک بار شارژ اندازه ‌گیری کرد.
• جوشکاری در مکان های اتصال ترموکوپل، تابع ضوابط خاصی است که باید با استاندارد مربوطه هماهنگ باشد. در غیر این‌ صورت، رفتار ترموکوپل ذوب رفتار استاندارد تعریف شده در جداول مربوطه نخواهد بود.
• در بسیاری از فروشگاه ها، در صورت تمایل، پروب های سنجش دما به همراه غلاف ضد پاشش برای حفاظت اپراتور ارائه می شود. استفاده از این از این غلاف ها در مواردی که اپراتور نزدیک به تاندیش، کوره با حجم کم، پاتیل و بوته مذاب باشد، توصیه می شود.

منبع

Wang, T. P. (1990) “Thermocouple Materials” in ASM Handbook, Vol. 2. ISBN 978-0-87170-378-1

 Manual on the Use of thermocouples in Temperature Measurement (4th Ed.). ASTM. 1993. pp. 48–51. ISBN 978-0-8031-1466-1.

Kerlin, T.W. & Johnson, M.P. (2012). Practical Thermocouple Thermometry (2nd Ed.). Research Triangle Park: ISA. pp. 110–112. ISBN 978-1-937560-27-0. Buschow, K. H. J. Encyclopedia of materials: science and technology, Elsevier, 2001 ISBN 0-08-043152-6, p. 5021, table 1.