الثيرموكابل هو جهاز استشعار يتم استخدامه لقياس درجة الحرارة، ويتألف من أرجل سلكية مصنوعة من معادن مختلفة يتم لحامها معا لتكوين تقاطع، وهذا التقاطع هو المكان الذي يتم قياس درجة الحرارة منه، وعندما يتغير درجة الحرارة فإنه يتم إنشاء جهد كهربائي، ويمكن تفسير هذا الجهد بإستخدام جداول مرجعية لحساب درجة الحرارة .
تعريف الثيرموكابل
هناك العديد من أنواع الثيرموكابلات، ولكل نوع خصائصه الفريدة فيما يتعلق بنطاق درجة الحرارة والمتانة ومقاومة الاهتزاز والمقاومة الكيميائية وتوافق التطبيقات. تشمل هذه الأنواع الثيرموكابلات من النوع J و K و T و E. يتم استخدام الثيرموكابلات في العديد من التطبيقات الصناعية والعلمية وتصنيع المعدات الأصلية. يمكن العثور على هذه الثيرموكابلات في معظم الأسواق الصناعية، مثل توليد الطاقة وصناعة النفط والغاز والأدوية والتكنولوجيا الحيوية والأسمنت والورق واللب وما إلى ذلك. كما يتم استخدام الثيرموكابلات في الأجهزة اليومية مثل المواقد والأفران والمحامص. عادة ما يتم اختيار الثيرموكابلات بسبب تكلفتها المنخفضة وقدرتها على تحمل درجات حرارة عالية ومتنوعة ومتانتها .
انواع الثرمو كابلات
أنواع الثيرموكابلات هي :
ثرموكابل k
النوع K (النيكل والكروم / النيكل ألوميل)، وهو النوع الأكثر شيوعا من الثروموكابل، فهو غير مكلف ودقيق وموثوق، وله مجموعة واسعة من درجات الحرارة، نطاق درجة حرارة النوع K من 454 إلى 2300 فهرنهايت (-270 إلى 1260 درجة مئوية)، وسلك التمديد من 32 إلى 392 فهرنهايت ( من 0 إلى 200 مئوية ) .
ثرموكابل j
الثيرموكابل (الحديد / كونستانت)، وهذا النوع أيضا شائع جدا، له نطاق درجة حرارة أصغر وعمر أقصر في درجات الحرارة من النوع k، لكنه مكافئ للنوع K من حيث التكلفة والموثوقية، نطاق درجة حرارة النوع J من 346 إلى 1400 فهرنهايت (-210 إلى 760 درجة مئوية)، وسلك التمديد من 32 إلى 392 فهرنهايت ( من 0 إلى 200 مئوية ) .
ثرموكابل t
يتميز النوع t بالاستقرار الشديد ويستخدم عادة في درجات حرارة منخفضة للغاية مثل المبردات والمجمدات، ويتراوح نطاق درجة حرارة النوع t (النحاس / الكونستانتين) من -454 إلى 700 درجة فهرنهايت (-270 إلى 370 درجة مئوية)، ويتراوح سلك التمديد من 32 إلى 392 درجة فهرنهايت (من 0 إلى 200 درجة مئوية) .
ثرموكابل E
النوع E (النيكل والكروم / الكونستانتين)، لديه إشارة أقوى ودقة أعلى من النوع K أو النوع J في درجات الحرارة المعتدلة من 1000 فهرنهايت أو أقل، ونطاق درجة حرارة النوع E من 454 إلى 1600 فهرنهايت ( -270 إلى 870 مئوية )، وسلك التمديد من 32 إلى 392 فهرنهايت ( من 0 إلى 200 مئوية ) .
ثرموكابل N
يتميز النوع K والنوع N بنفس درجة الحرارة والدقة، ولكن النوع N أغلى قليلاً، وتتراوح درجة الحرارة من 454 إلى 2600 درجة فهرنهايت (من 270 إلى 392 درجة مئوية)، وتتراوح درجة حرارة السلك الممتد من 32 إلى 392 درجة فهرنهايت (من 0 إلى 200 درجة مئوية) .
ثرموكابل S
النوع S (البلاتينيوم والروديوم / 10 %)، يتم استخدام النوع S في درجات الحرارة العالية جدا، وتوجد عادة في صناعات التكنولوجيا الحيوية والصيدلانية، وتستخدم في بعض الأحيان في تطبيقات درجات الحرارة المنخفضة بسبب دقتها العالية واستقرارها، نطاق درجة حرارة النوع S من 58 إلى 2700 فهرنهايت ( -50 إلى 1480 مئوية )، وسلك التمديد من 32 إلى 392 فهرنهايت ( من 0 إلى 200 مئوية ) .
ثروموكابل R
نوع R (بلاتينيوم روديوم / 13٪) هو النوع المستخدم في تطبيقات درجات الحرارة العالية جدا، ويحتوي على نسبة أعلى من الروديوم من نوع S، مما يؤدي إلى زيادة التكلفة. يشبه النوع R إلى حد كبير النوع S من حيث الأداء ويستخدم أحيانا في تطبيقات درجات الحرارة المنخفضة بسبب دقته واستقراره العاليين. درجة حرارة النوع R تتراوح بين 58 إلى 2700 فهرنهايت (-50 إلى 1480 مئوية)، ودرجة حرارة سلك التمديد تتراوح بين 32 إلى 392 فهرنهايت (0 إلى 200 مئوية) .
ثروموكابل B
النوع B (البلاتينيوم الروديوم – 30 % – 6 % )، يتم استخدام النوع B في تطبيقات درجة حرارة عالية للغاية، إنه يحتوي على أعلى درجة حرارة من كل أنواع الثيرموكابل المذكورة أعلاه، يحافظ على مستوى عالي من الدقة والاستقرار في درجات حرارة عالية جدا، نطاق درجة حرارة النوع B الأسلاك الحرارية من الدرجة B من 32 إلى 3100 فهرنهايت ( من 0 إلى 1700 مئوية )، وسلك التمديد من 32 إلى 212 فهرنهايت ( من 0 إلى 100 مئوية ) .
الفرق بين الثرموكابل وال pt100
الثرموكابل عبارة عن مستشعرات تستخدم لقياس الحرارة في المقاييس مثل فهرنهايت و كيلفن، ويتم استخدام هذه الأجهزة في مجموعة واسعة من التطبيقات والإعدادات، وغالبا ما يقع الأشخاص في معضلة اختيار بين استخدام pt100 أو الثرموكابل، وكل نوع من أجهزة استشعار درجة الحرارة لها مزاياها وعيوبها التي تجعلها مناسبة لظروف معينة .
تستخدم أجهزة استشعار درجة الحرارة التي تعتمد على المقاومة الكهربائية للمعادن لقياس التغيرات في درجة الحرارة، ويجب أن تحتوي المعادن المستخدمة في جهاز قياس درجة الحرارة Pt100 على مقاومات كهربائية معروفة للحصول على قراءات دقيقة، ولذلك فإن النحاس والنيكل والبلاتين هي المعادن الشائعة التي تستخدم في صناعة جهاز قياس درجة الحرارة Pt100 .
الثرموكابل هي أجهزة استشعار درجة الحرارة التي تستخدم اثنين من المعادن المختلفة في أجهزة الاستشعار لإنتاج الجهد الذي يمكن قراءته لتحديد درجة الحرارة، ويمكن استخدام تركيبات مختلفة من المعادن في بناء المزدوجات الحرارية لتوفير معايرات مختلفة بنطاقات درجات حرارة وخصائص استشعار مختلفة .
لذلك، من المستحيل أن نستنتج ما إذا كانت pt100 أو الثرموكابلات هي الخيار الأمثل بشكل عام، بدلا من ذلك، من الأفضل مقارنة أداء pt100 والثرموكابلات باستخدام معايير محددة مثل التكلفة ونطاق درجات الحرارة، بحيث يمكن للمستخدمين اختيار الأنسب وفقا لاحتياجات مؤسستهم .
كيف تعمل الثرموكابلات
تخيل أن اثنين من الأسلاك المصنوعة من أنواع مختلفة من المعادن متصلين في نهاية واحدة، إذا تم تسخين تقاطع السلكين فسوف تتدفق الكهرباء عبر السلك، وعند تسخينها ستبدأ الإلكترونات في عبور التقاطع من تلقاء نفسها، وبسبب الخصائص المختلفة للمعادن المختلفة ستفقد الإلكترونات الطاقة الكامنة وتكتسب طاقة حركية، تماما مثل كرة تتدحرج على تلة إلى منطقة منخفضة، وعلى الرغم من أن الجهد الناتج عن الثرموكابلات صغير جدا، يمكن ربط العديد من الثرموكابلات معا لإنتاج جهد أكبر، وهذا ما يسمى بالحرارة .
الثرموكابلات لا تولد الكهرباء فقط من الحرارة، بل يمكنها أيضا توليد الكهرباء من البرودة مثل الثلاجة، وإذا كان هناك سلكان متصلان في كل طرف، وكان مصدر التيار الكهربائي يمر عبر الحلقة، فإن أحد الوصلات ستصبح ساخنة والوصلة الأخرى ستصبح باردة، وتكتسب الإلكترونات الموجودة عند التقاطع الساخن طاقة حركية أثناء عبورها، وهذا هو السبب في أنها تسخن المعدن، وتفقد الإلكترونات الموجودة عند الوصلة الباردة الطاقة الحركية أثناء عبورها، وهذا هو السبب في أنها تجعل هذا التقاطع باردا
تعد سخانات الغاز ذات ألسنة اللهب الرائدة واحدة من أشهر الأمثلة على استخدام الثرموكابلات، حيث يمكنها توليد الجهد الكهربائي اللازم للحفاظ على صمام الغاز مفتوحا، الذي يسير الغاز إلى الشعلة التجريبية، وفي حالة نفاد الغاز، تنطفئ الشعلة وينخفض الجهد الكهربائي عبر الحرارة، مما يؤدي إلى إغلاق الصمام الكهربائي للغاز. كما يتم استخدام الثرموكابلات في الكثير من التطبيقات الأخرى، مثل مراقبة درجات الحرارة في أجهزة التكييف والثلاجات ووحدات المعالجة المركزية في أجهزة الحاسوب، والتي يمكن تدميرها بارتفاع درجة الحرارة .