ساخت و تولید ترموکوپل یک فرآیند فنی پیچیده و حساس است که برای اندازهگیری دما در صنایع مختلف ضروری است. این فرآیند شامل انتخاب مواد اولیه با کیفیت، تراشکاری و شکلدهی، لحیمکاری دقیق، و تستهای کیفیت جهت اطمینان از دقت و قابلیت اعتماد ترموکوپلها میباشد. روشهای ساخت ترموکوپل شامل استفاده از فلزات مختلف بر اساس دمای مورد نیاز، و اتصال دقیق اجزای ترموکوپل برای جلوگیری از خطاهای اندازهگیری است. این تکنولوژی برای کنترل دما در صنایع فولاد، شیشه، پزشکی، و خودروسازی بسیار حیاتی است.
نحوه تولید ترموکوپل
ترموکوپلها از دو سیم فلزی مختلف تشکیل شدهاند که در انتهایشان به هم متصل شدهاند. وقتی یک تغییر دمایی روی ترموکوپل اعمال میشود، یک ولتاژ تولید میشود که با استفاده از آن دما قابل اندازهگیری است.
برای تولید ترموکوپل، ابتدا دو سیم فلزی مناسب انتخاب میشوند، معمولاً فلزاتی که دمای ذوب آنها بسیار بالا استفاده میشوند مانند پلاتینیوم و رودیمیوم برای ترموکوپل نوع S. سپس انتهای هر دو سیم فلزی تمیز شده و به هم لحیم میشوند یا به شکلی دیگر به هم متصل میشوند. سپس، اتصال ترموکوپل با یک مواد عایق حرارتی محافظت میشود. در نهایت، ترموکوپل تست شده و کالیبره میشود تا دقت اندازهگیری دما تضمین شود.
مراحل ساخت و تولید ترموکوپل
ساخت و تولید ترموکوپل شامل مراحل مختلفی است که با ظرافت و دقت بالا انجام میشود تا سنسوری با کیفیت و دقیق به دست آید. در اینجا به طور کامل مراحل اصلی تولید ترموکوپل را شرح میدهیم:
۱. انتخاب مواد
- انتخاب سیمها:جنس سیمهای ترموکوپل بر اساس نوع ترموکوپل و کاربرد آن انتخاب میشود. رایجترین جنسها شامل کرومل، کنستانتان، پلاتین و رودیوم هستند. هر کدام از این فلزات ویژگیها و محدوده دمایی خاص خود را دارند. برای مثال، ترموکوپلهای نوع K که از کرومل و کنستانتان ساخته میشوند، برای اندازهگیری دما در محدوده پایین تا متوسط مناسب هستند، در حالی که ترموکوپلهای نوع S و R که از پلاتین و آلیاژهای آن ساخته میشوند، برای دماهای بالا مناسب هستند.
- انتخاب غلاف: جنس غلاف محافظ نیز باید با توجه به شرایط محیطی انتخاب شود. رایجترین جنسها برای غلاف ترموکوپل شامل استیل ضد زنگ، اینکونل و سرامیک هستند. استیل ضد زنگ برای کاربردهای عمومی مناسب است؛ اینکونل در برابر دمای بالا و خوردگی مقاوم است و سرامیک عایق الکتریکی و مقاوم در برابر شوکهای حرارتی است.
۲. آماده سازی سیم ها
- تمیزکاری: قبل از جوشکاری، سیمهای ترموکوپل باید تمیز و عاری از هرگونه آلودگی باشند. این کار معمولاً با استفاده از حلالها و مواد شوینده مناسب انجام میشود.
- برش: سیمها باید به طول مناسب برش داده شوند. طول سیمها به کاربرد ترموکوپل و ابعاد غلاف بستگی دارد.
۳. جوشکاری سیم ها
محل اتصال دو سیم ترموکوپل که به آن “اتصال گرم” معروف است، از طریق جوشکاری نقطه ای یا لیزری به یکدیگر متصل میشوند. این فرآیند باید با دقت و ظرافت بالا انجام شود تا از ایجاد حفره، ناخالصی یا ناهم ترازی در محل اتصال جلوگیری شود، زیرا این موارد میتوانند بر دقت اندازهگیری دما تأثیر منفی بگذارند.
۴. نصب غلاف
- انتخاب غلاف: غلافی با جنس و ابعاد مناسب انتخاب میشود.
- قرار دادن سیمها: سیمهای جوش داده شده داخل غلاف محافظ قرار داده میشوند. این کار میتواند به روشهای مختلفی مانند کشش، اکستروژن یا ریختهگری انجام شود.
- پر کردن غلاف (اختیاری): گاهی در تولید ترموکوپل، فضای خالی بین سیمها و غلاف با مادهای مانند هوا، گاز بی اثر یا پودر سرامیک پر میشود تا به انتقال حرارت بهتر کمک کند.
۵. نصب هد و اتصال
- نصب هد: هد ترموکوپل در انتهای غلاف نصب میشود و از اتصال و سیمها در برابر عوامل خارجی مانند گرد و غبار، رطوبت و ضربه محافظت میکند.
- نصب اتصال: اتصال ترموکوپل به هد متصل میشود. اتصال وظیفهی انتقال سیگنال الکتریکی تولید شده توسط ترموکوپل به دستگاه اندازهگیری دما (مانند ترمومتر یا دیتالاگر) را بر عهده دارد.
۶. تست و کالیبراسیون
- تست: هر ترموکوپل قبل از عرضه به بازار باید به طور کامل تست شود تا از صحت عملکرد و دقت آن اطمینان حاصل شود. این کار با قرار دادن ترموکوپل در حمامهای دما با مقادیر شناخته شده و مقایسه ولتاژ خروجی آن با استانداردهای مرجع انجام میشود.
- کالیبراسیون: در صورت نیاز، ترموکوپل کالیبره میشود تا ولتاژ خروجی آن با دمای واقعی مطابقت داشته باشد.
۷. بسته بندی و ارسال
- بسته بندی: ترموکوپلهای تست شده و کالیبره شده به درستی بسته بندی میشوند تا در حمل و نقل آسیبی نبینند.
- ارسال: ترموکوپلها برای مشتریان ارسال میشوند.
روش های تولید ترموکوپل
تولید ترموکوپل فرآیندی دقیق است که شامل مراحل مختلفی میشود تا سنسوری با کیفیت و دقیق به دست آید. در این میان، روشهای مختلفی برای اتصال دو سیم ترموکوپل به یکدیگر و ساخت ترموکوپل نهایی وجود دارد. در ادامه به شرح کامل این روشها میپردازیم:
جوشکاری نقطه ای
روش جوشکاری نقطهای، رایجترین روش برای اتصال دو سیم ترموکوپل است. در این روش، از یک جریان الکتریکی کوتاهمدت و پرقدرت برای ذوب شدن موضعی فلزات در محل اتصال استفاده میشود. این روش اتصال محکم و بادوامی ایجاد میکند و برای اکثر انواع ترموکوپلها مناسب است. این روش از مزایای مختلفی برخوردار است مانند سرعت بالا، سادگی، هزینه کم و ایجاد اتصال محکم و بادوام است اما معایبی نیز دارد. مثلا کنترل دقیق محل اتصال دشوار است
و ممکن است برای ترموکوپلهای ظریف مناسب نباشد.
جوشکاری لیزری
یکی از روشها برای تولید ترموکوپل، جوشکاری لیزری است. این روش از یک لیزر پرقدرت برای ذوب شدن فلزات در محل اتصال استفاده میشود. جوشکاری لیزری دقت و کنترل بیشتری را نسبت به جوشکاری نقطهای ارائه میدهد؛ به همین دلیل، این روش برای ترموکوپلهای ظریف و حساس مناسب است. از مزایای روش جوشکاری لیزری میتوان به دقت بالا، کنترل دقیق محل اتصال و ایجاد اتصالی عاری از حفره و ناخالصی استفاده کرد. اما دارای سرعت پایینتر از جوشکاری نقطهای است، نیاز به تجهیزات تخصصی دارد و هزینه بیشتری نیز احتیاج دارد.
لحیم کاری
در این روش از لحیم برای اتصال دو سیم ترموکوپل به یکدیگر استفاده میشود. لحیمکاری معمولاً برای ترموکوپلهای کمدما استفاده میشود، زیرا اتصالی به قوی و بادوام جوشکاری ایجاد نمیکند. این روش، روشی کم هزینه، سریع و ساده است اما ممکن است در معرض خوردگی قرار گیرد.
پرس سرد
در این روش تولید ترموکوپل از فشار زیاد برای اتصال دو سیم ترموکوپل به یکدیگر استفاده میشود. پرس سرد، اتصالی محکم و بادوام ایجاد میکند و برای ترموکوپلهای با حجم بالا مناسب است. از مزایای این روش میتوان به سرعت بالا، هزینه کم و ایجاد اتصال محکم و بادوام، اشاره کرد اما مانند روش جوشکاری نقطهای، کنترل دقیق محل اتصال دشوار است و ممکن است برای ترموکوپلهای ظریف مناسب نباشد.
علاوه بر روشهای ذکر شده در بالا، روشهای دیگری نیز برای تولید ترموکوپل وجود دارد، مانند:
- بافت: در این روش دو سیم ترموکوپل به صورت بافته به یکدیگر متصل میشوند.
- ذوب شدن القایی: در این روش از گرمای القایی برای ذوب شدن فلزات در محل اتصال استفاده میشود.
قوانین تولید ترموکوپل
ترموکوپل ها بر اساس اصول ترموالکتریک کار می کنند و برای اندازه گیری دما استفاده می شوند. قوانین خاصی بر تولید ترموکوپل حاکم است که برای اطمینان از عملکرد دقیق و قابل اعتماد آنها ضروری است.
قانون مدارهای همگن
این قانون تولید ترموکوپل بیان می کند که نیروی محرکه الکتریکی (EMF) تولید شده توسط یک ترموکوپل، به دمای اتصالات گرم و سرد آن و جنس سیم ها بستگی دارد و به توزیع دما در طول سیم ها ربطی ندارد.
قانون فلزات واسطه
این قانون بیان می کند که اگر دو فلز واسطه با دمای یکسان بین دو اتصال گرم و سرد یک ترموکوپل قرار داده شوند، EMF تولید شده تحت تاثیر قرار نمی گیرد. به عبارت دیگر، هر فلزی را می توان بدون تغییر در EMF تولیدی در مدار ترموکوپل، به شرطی که اتصالات آن فلز در دمای یکسان باشند، به آن اضافه کرد.
قانون توان های افزایشی
این قانون تولید ترموکوپل بیانگر این است که EMF تولید شده توسط یک ترموکوپل با اختلاف دمای بین اتصالات گرم و سرد آن به طور مستقیم متناسب است. به عبارت دیگر، اگر اختلاف دما دو برابر شود، EMF نیز دو برابر می شود.
علاوه بر این قوانین کلی، موارد دیگری نیز باید در هنگام تولید ترموکوپل در نظر گرفته شود، از جمله:
- انتخاب مواد مناسب: جنس سیم ها و غلاف ترموکوپل باید با توجه به کاربرد و محدوده دمایی مورد نظر انتخاب شود.
- کیفیت ساخت: ترموکوپل ها باید با دقت و ظرافت بالا ساخته شوند تا از ایجاد حفره، ناخالصی یا ناهم ترازی در محل اتصال گرم جلوگیری شود.
- کالیبراسیون: هر ترموکوپل باید قبل از استفاده کالیبره شود تا از دقت آن اطمینان حاصل شود.
رعایت این قوانین و الزامات در تولید ترموکوپل، سنسورهایی با کیفیت بالا و دقیق را به ارمغان می آورد که می توان برای طیف گسترده ای از کاربردها از جمله اندازه گیری دما در فرآیندهای صنعتی، تجهیزات پزشکی و آزمایشگاه ها استفاده کرد.
سوالات متداول
چه روشهایی برای تولید ترموکوپل مورد استفاده قرار میگیرند؟
روش جوشکاری نقطهای، جوشکاری لیزری، لحیمکاری و پرس سرد از روشهای رایج تولید ترموکوپل هستند. از روشهایی مانند بافت و ذوب شدن القایی نیز برای تولید ترموکوپل استفاده میشود.
برای تولید ترموکوپل از چه قوانینی استفاده میشود؟
قانون مدارهای همگن، قانون فلزات واسطه و قانون توانهای افزایشی، از قوانین مورد استفاده در تولید ترموکوپل هستند.
