اصل کار ترموکوپل

ترموکوپل یک عنصر معمولی برای اندازه گیری دما است. می تواند سیگنال دما را با اندازه گیری دما به سیگنال گرمایش الکتریکی تبدیل کند.

اصل کار ترموکوپل این است که وقتی دو رسانا یا نیمه هادی مختلف A و B یک مدار تشکیل می دهند و دو سر آنها به یکدیگر متصل می شوند، تا زمانی که دما در دو گره متفاوت است، دمای یک سر آن t است که به آن انتهای کار یا انتهای داغ می گویند و دمای انتهای دیگر t0 است، که به عنوان انتهای آزاد شناخته می شود، که به عنوان نیروی سرد، جهت انتهای حلقه یا نیروی مرجع نیز شناخته می شود. که مربوط به ماده هادی و دمای دو کنتاکت می باشد. این پدیده را اثر ترموالکتریک می نامند، مداری که از دو هادی تشکیل شده است اصطلاحاً ترموکوپل است. این دو رسانا را قطب ترموالکتریک و نیروی الکتروموتور ایجاد شده را نیروی الکتروموتور ترموالکتریک می نامند.

 

EMF ترموالکتریک از دو بخش تشکیل شده است. یکی EMF تماس دو هادی و دیگری اختلاف دمای EMF یک هادی است. بزرگی EMF ترموالکتریک در حلقه ترموکوپل به تنهایی به مواد رسانا و دمای دو کنتاکت مربوط است، اما نه به شکل و اندازه سنسور ترموکوپل . هنگامی که دو ماده الکترود ترموکوپل ثابت هستند، EMF ترموالکتریک دمای دو تماسی T و t0 خواهد بود.

 

این رابطه به طور گسترده ای در اندازه گیری عملی دما مورد استفاده قرار گرفته است. از آنجایی که انتهای سرد t0 ثابت است، EMF ترموالکتریک تولید شده توسط سنسور ترموکوپل تنها با دمای انتهای داغ (انتهای اندازه‌گیری) تغییر می‌کند، یعنی یک EMF ترموالکتریک خاص با دمای خاصی مطابقت دارد. ما فقط با اندازه گیری EMF ترموالکتریک می توانیم به هدف اندازه گیری دما دست یابیم.

 

اصل اساسی اندازه گیری دمای ترموکوپل این است که دو جزء مختلف رسانای مواد یک مدار بسته را تشکیل می دهند.

هنگامی که یک گرادیان دما در هر دو انتها وجود دارد، جریانی از مدار عبور می کند، و سپس نیروی الکتروموتور وجود خواهد داشت - نیروی الکتروموتور ترموالکتریک بین دو انتها، که به اصطلاح اثر Seebeck است. دو نوع رسانای همگن با اجزای مختلف، قطب های ترموالکتریک هستند، یکی با دمای بالاتر، انتهای کار، دیگری با دمای پایین تر، انتهای آزاد، و انتهای آزاد معمولاً در دمای ثابت است. با توجه به رابطه عملکرد بین EMF ترموالکتریک و دما، جدول درجه بندی ترموکوپل ساخته می شود. جدول فارغ التحصیلی زمانی به دست می آید که دمای انتهای آزاد 0 ℃ باشد و ترموکوپل های مختلف جداول درجه بندی متفاوتی دارند.

 

هنگامی که ماده فلزی سوم به مدار ترموکوپل متصل می شود، تا زمانی که دمای دو کنتاکت ماده یکسان باشد، پتانسیل ترموالکتریک تولید شده توسط سنسور ترموکوپل بدون تغییر باقی می ماند، یعنی تحت تأثیر فلز سوم در مدار قرار نمی گیرد. بنابراین، هنگامی که ترموکوپل برای اندازه گیری دما استفاده می شود، می توان آن را به یک ابزار اندازه گیری متصل کرد و دمای محیط اندازه گیری شده را می توان پس از اندازه گیری EMF ترموالکتریک، شناخت. هنگام اندازه‌گیری دمای یک ترموکوپل، دمای انتهای سرد آن (انتهای اندازه‌گیری، انتهای گرم است و انتهای متصل به مدار اندازه‌گیری از طریق سیم سرب، انتهای سرد نامیده می‌شود) باید بدون تغییر باقی بماند و پتانسیل حرارتی آن متناسب با دمای اندازه‌گیری شده است. اگر دمای انتهای سرد (محیط) در حین اندازه گیری تغییر کند، دقت اندازه گیری را به شدت تحت تاثیر قرار می دهد. انجام برخی اقدامات برای جبران تأثیر ناشی از تغییر دمای انتهای سرد را جبران انتهای سرد معمولی ترموکوپل می گویند. سیم جبرانی ویژه برای اتصال با ابزار اندازه گیری.

 

دو روش محاسبه جبران اتصال سرد ترموکوپل وجود دارد. اول از میلی ولت به دما است: دمای انتهای سرد را اندازه گیری کنید، آن را به مقدار میلی ولت مربوطه تبدیل کنید، آن را به مقدار میلی ولت اضافه کنید. ترموکوپل فلنج ، و آن را به دما تبدیل کنید. جبران دیگر از دما به میلی ولت است: دمای واقعی و دمای پایان سرد را اندازه گیری کنید، آنها را به ترتیب به میلی ولت تبدیل کنید و بعد از تفریق، یعنی دما، میلی ولت دریافت کنید.