تفاوت ترموکوپل با RTD

ترموکوپل و RTD (مقاومت دماسنج تغییر یافته) دو ابزار معمول برای اندازه‌گیری دما در صنعت و علوم مختلف هستند. ترموکوپل‌ها از دو ماده مختلف تشکیل شده‌اند که در اتصال آن‌ها نیروی الکتروموتور (یا پرونده) ایجاد می‌شود و به اندازه تغییر دما متناسب است. این اختلاف در نیروهای الکتروموتور باعث تولید ولتاژ الکتریکی می‌شود که با استفاده از قوانین ترمودینامیک، دما را محاسبه می‌کند.

از طرفی، RTD‌ها بر پایه تغییر مقاومت الکتریکی با تغییر دما کار می‌کنند و این مهم‌ترین تفاوت ترموکوپل با RTD به حساب می‌آید. این تغییرات مقاومت معمولاً در محدوده‌ای از مواد خاص رخ می‌دهد. با افزایش دما، مقاومت الکتریکی آن‌ها افزایش می‌یابد و این تغییر مقاومت می‌تواند به عنوان نشانگر دما استفاده شود. هر دو ابزار دارای ویژگی‌ها و مزایای خاص خود هستند که با توجه به محیط و شرایط کاربردشان، انتخاب می‌شوند.

ترموکوپل چیست؟

ترموکوپل که به گرماجفت نیز معروف است، وسیله‌ای برای اندازه‌گیری دما است. ترموکوپل از دو سیم فلزی غیر هم‌جنس تشکیل شده است که در یک انتها به هم جوش داده شده‌اند. روش کار ترموکوپل به این صورت است که هنگامی که مفصل این دو سیم در معرض گرما قرار می‌گیرد، اختلاف پتانسیل الکتریکی در دو سر سیم‌ها ایجاد می‌شود. این اختلاف پتانسیل با میزان گرما متناسب است و از آن می‌توان برای تعیین دمای محیط استفاده کرد. ترموکوپل‌ها انواع مختلفی دارند که از مهم‌ترین آن‌ها می‌توان به ترموکوپل نوع K، نوع J، نوع T، نوع N، نوع R، نوع S، نوع C و نوع E، اشاره کرد.

RTD چیست؟

RTD مخفف Resistance Temperature Detector یا حسگر دمای مقاومتی است. این وسیله‌ای برای اندازه‌گیری دما است که بر اساس تغییر مقاومت الکتریکی یک ماده با تغییر دما کار می‌کند. هر RTD از یک المان حسگر با جنس فلز خالص مانند پلاتین، مس یا نیکل ساخته شده است. هنگامی که دمای المان حسگر افزایش می‌یابد، مقاومت الکتریکی آن نیز افزایش می‌یابد. این رابطه بین مقاومت و دما قابل پیش‌بینی و تقریباً خطی است؛ به همین دلیل، با اندازه‌گیری مقاومت الکتریکی المان حسگر و استفاده از یک جدول یا فرمول استاندارد، می‌توان دمای محیط را تعیین کرد. RTDها انواع مختلفی دارند که از مهم‌ترین آن‌ها می‌توان به سنسورهای PT50، PT100، PT500 و PT1000، اشاره کرد.

بررسی تفاوت‌ های ترموکوپل و RTD

ترموکوپل ها و RTD ها هر دو از سنسورهای رایج دما هستند که در طیف گسترده ای از کاربردها استفاده می شوند. با این حال، آن‌ها در نحوه عملکرد، ویژگی‌ها، مزایا و معایب، تفاوت‌هایی دارند. در اینجا به بررسی چند مورد از اصلی‌ترین تفاوت ترموکوپل با RTD می‌پردازیم:

اصل کار

ترموکوپل ها بر اساس اختلاف پتانسیل الکتریکی ایجاد شده در محل اتصال دو سیم فلزی غیر هم جنس در اثر گرما کار می کنند؛ در صورتی که RTD ها بر اساس تغییر مقاومت الکتریکی یک ماده رسانا با تغییر دما کار می کنند.

دقت

یک تفاوت ترموکوپل با RTD ، دقت آن‌هاست. ترموکوپل دقت کمتری نسبت به RTD دارد. به طور کلی دقت ترموکوپل‌ها حدود ۰.۴% از دامنه است، در صورتی که دقت RTD ها معمولا ۰.۱% از دامنه است.

ثبات

درست است که ترموکوپل ها ثبات بالایی دارند و در طول زمان دقت خود را حفظ می کنند؛ اما RTDها از ثبات بسیار بالاتری برخوردارند و در شرایط سخت و لرزشی نیز دقت خود را حفظ می‌کنند.

حساسیت

حساسیت یک سنسور دما به میزان تغییر سیگنال خروجی آن در پاسخ به تغییر دما اشاره دارد. به عبارت دیگر، یک سنسور حساس تر، سیگنال خروجی قوی‌تری برای هر درجه تغییر دما تولید می کند. از دیگر موارد تفاوت ترموکوپل با RTD ، همین حساسیت است. در مقایسه RTD و ترموکوپل از نظر حساسیت، RTDها به طور کلی از ترموکوپل‌ها حساس‌تر هستند.

محدوده دمایی

مزیت اصلی ترموکوپل‌ها نسبت به RTDها، محدوده دمایی گسترده‌تری است که نسبت به RTD ها دارند. ترموکوپل‌ها در محدوده ای از -۲۰۰ درجه سانتیگراد تا ۲۳۰۰ درجه سانتیگراد، بسته به نوع آن‌ها، می‌توانند فعالیت کنند. در صورتی که از RTDها در بهترین حالت، حداکثر از دمای -۲۰۰ تا دمای ۸۵۰ درجه سانتیگراد می‌توان استفاده کرد.

قیمت

از دیگر موارد تفاوت ترموکوپل با RTD ، قیمت آن‌هاست. RTDها به دلیل جنسی که دارند و مزایایی همچون سهولت نصب و احتیاج به نگهداری کمتر، به نسبت ترموکوپل‌ها، از قیمت بالاتری برخوردار هستند.

حساسیت به نویز

ترموکوپل ها نسبت به نویز الکتریکی حساس‌تر هستند و باید در محیط های عاری از نویز استفاده شوند. در صورتی که RTDها دارای حساسیت کمتری نسبت به نویز الکتریکی هستند و می‌توان در محیط‌های دارای نویز نیز از آن‌ها استفاده کرد.

سرعت پاسخ

از نظر سرعت پاسخ، ترموکوپل‌ها نسبت به RTDها بهتر عمل می‌کنند. سرعت پاسخ ترموکوپل‌ها بین ۰.۱ تا ۱۰ ثانیه است در صورتی که RTDها به ۱ تا ۵۰ ثانیه برای پاسخ‌دهی احتیاج دارند.

نوع خروجی

از مهم‌ترین موارد تفاوت ترموکوپل با RTD، نوع خروجی آن است. خروجی ترموکوپل‌ غیرخطی است. در صورتی که می‌توان گفت خروجی RTD به طور کامل، خطی است. این خطی بودن، مزیت مهمی است که محاسبات و استفاده را بسیار ساده‌تر و دقیق‌تر می‌کند.

اندازه و وزن

موردی دیگر از تفاوت ترموکوپل با RTD، تفاوت این دو در اندازه و وزن است. ترموکوپل‌ها معمولا کوچک و سبک هستند در صورتی که RTDها به نسبت ترموکوپل‌ها، بزرگتر و سنگین‌تر هستند.

انعطاف پذیری

سیم‌های ترموکوپل‌ها انعطاف پذیرتر از سیم‌های RTD هستند؛ سیم های RTD به دلیل تردی فلز، انعطاف پذیری کمتری دارند.

جدول زیر، خلاصه‌ای از تفاوت ترموکوپل با RTD از نظر ویژگی و کاربرد را نشان می‌دهد.

بر اساس موارد تفاوت ترموکوپل با RTD که مطرح شد، می‌توان گفت:

• اگر به دقت بالایی نیاز دارید، RTD را انتخاب کنید.
• اگر به محدوده دمایی بالایی نیاز دارید، ترموکوپل را انتخاب کنید.
• اگر به قیمت پایینی نیاز دارید، ترموکوپل را انتخاب کنید.
• اگر در محیطی با نویز الکتریکی بالا کار می کنید، RTD را انتخاب کنید.
• اگر به سرعت پاسخ سریع نیاز دارید، ترموکوپل را انتخاب کنید.
• اگر به اندازه و وزن کوچکی نیاز دارید، ترموکوپل را انتخاب کنید.
• اگر به انعطاف پذیری بالایی نیاز دارید، ترموکوپل را انتخاب کنید.

سوالات متداول

زمینه‌های تفاوت ترموکوپل با RTD از نظر ویژگی چیست؟

ترموکوپل‌ها و RTDها در اصل کار، دقت، ثبات، حساسیت، محدوده دمایی، قیمت، حساسیت به نویز، سرعت پاسخ، نوع خروجی، اندازه و وزن و انعطاف‌پذیری، باهم تفاوت دارند.

در صورت نیاز به دقت اندازه‌گیری بالا، استفاده از RTD بهتر است یا ترموکوپل؟

ترموکوپل ها دقت کمتری نسبت به RTD ها دارند. به طور کلی دقت ترموکوپل‌ها حدود ۰.۴% از دامنه است؛ در صورتی که دقت RTD ها معمولا ۰.۱% از دامنه است. بنابراین،اگر دقت بالا نیاز است، بهتر است از RTD استفاده شود.