در ابزار دقیق صنعتی، تقریباً تمام اندازه‌گیری‌های دمای فرایند با یکی از این دو سنسور انجام می‌شود: RTD یا ترموکوپل. انتخاب بین این دو نه سلیقه‌ای است و نه پیچیده — با سه سؤال مشخص می‌شود: چه دمایی؟ چه دقتی؟ چه محیطی؟
RTD چطور کار می‌کند
مقاومت الکتریکی پلاتین با دما به‌صورت بسیار تکرارپذیر زیاد می‌شود. PT100 یعنی ۱۰۰ اهم در صفر درجه؛ مبدل با عبور یک جریان کوچک، مقاومت را می‌خواند و به دما تبدیل می‌کند. اتصال ۳سیمه استاندارد صنعت است (اثر مقاومت کابل را جبران می‌کند) و ۴سیمه دقیق‌ترین حالت است.
ترموکوپل چطور کار می‌کند
دو سیم از فلزهای غیرهمجنس در نقطهٔ اندازه‌گیری به هم جوش خورده‌اند. طبق اثر زیبک، اختلاف دمای بین «اتصال داغ» و سر سرد، یک ولتاژ میلی‌ولتی می‌سازد. همین یعنی بدون جبران سر سرد (CJC) و کابل جبران درست، عدد قابل اعتمادی نمی‌گیرید. تایپ K پرمصرف‌ترین است و تا حدود ۱۲۰۰ درجه کار می‌کند؛ تایپ‌های پلاتینی S و R و B تا بالای ۱۶۰۰ درجه می‌روند.
مقایسهٔ سر راست
- دقت و پایداری: برتری با RTD — کلاس A حدود ±۰.۱۵ درجه در صفر؛ ترموکوپل کلاس ۱ حدود ±۱.۵ درجه و به‌مرور دریفت هم می‌کند.
- محدودهٔ دما: برتری با ترموکوپل — RTD معمولاً تا ۴۰۰ الی ۶۰۰ درجه؛ ترموکوپل تا ۱۲۰۰ و بالاتر.
- سرعت پاسخ: ترموکوپل به‌خاطر جرم کمِ اتصال، سریع‌تر جواب می‌دهد.
- لرزش و شوک مکانیکی: ترموکوپل مقاوم‌تر است؛ المان سیم‌پیچی یا لایه‌نازک RTD ظریف‌تر است.
- سیم‌کشی: RTD با سیم مسی معمولی کار می‌کند؛ ترموکوپل کابل جبران مخصوص همان تایپ می‌خواهد.
قانون سرانگشتی: زیر حدود ۶۰۰ درجه و هر جا دقت و پایداری مهم است، RTD؛ دمای بالاتر، پاسخ سریع یا لرزش شدید، ترموکوپل.
چرا به ترانسمیتر دما نیاز دارید
سیگنال خام RTD (اهم) و ترموکوپل (میلی‌ولت) در مسیرهای طولانی به نویز و خطای کابل حساس است. ترانسمیتر دما همان نزدیکی سنسور سیگنال را به 4-20mA یا HART تبدیل می‌کند، خطی‌سازی و جبران سر سرد را انجام می‌دهد و خرابی سنسور را هم گزارش می‌کند. بسته به معماری سیستم:
- سنسور آماده: سنسور دمای PT100 آی‌اف‌ام KX5002 برای کاربردهای جمع‌وجور، و ترمومتر مقاومتی اندرس هاوزر TR10 با ساختار ماژولار و ترمول برای نصب فرایندی.
- هدمونت اقتصادی: ترانسمیتر دما روزمونت 644 — داخل هدِ خود سنسور نصب می‌شود و با HART راه‌اندازی سریعی دارد.
- ریلی برای تابلو: ترانسمیتر دما ریلی روزمونت 248 — وقتی تعداد نقاط زیاد است و مبدل‌ها در تابلو جمع می‌شوند.
- فیلدمونت حرفه‌ای: ترانسمیتر دما روزمونت 3144P — دو ورودی سنسور با هشدار دریفت، مناسب لوپ‌های حساس و ایمنی؛ و ترانسمیتر دما یوکوگاوا YTA310 با نمایشگر بزرگ برای نصب میدانی.
سه اشتباه رایج نصب
- عمق غوطه‌وری کم: اگر ساقهٔ سنسور کم داخل فرایند برود، حرارت از ساقه به بیرون هدایت می‌شود و عدد کمتر از واقعی خوانده می‌شود؛ قاعدهٔ متداول، حداقل ۱۰ برابر قطر ساقه به‌علاوهٔ طول المان است.
- کابل اشتباه برای ترموکوپل: سیم مسی یا کابل تایپ دیگر، یعنی ساختن یک ترموکوپل ناخواسته در مسیر و چند درجه خطا.
- RTD دوسیمه در مسیر بلند: مقاومت کابل مستقیم روی عدد می‌نشیند؛ حداقل ۳سیمه انتخاب کنید.
اگر بین دو گزینه مردد هستید، دمای کاری، محیط نصب و طول مسیر کابل را برای ما بفرستید تا سنسور و ترانسمیتر مناسب را پیشنهاد کنیم: 021-88850346 و 021-88658508.
© تمامی حقوق این مقاله متعلق به فن کنترل است؛ بازنشر تنها با ذکر منبع و درج لینک مستقیم مجاز است.
در دمای معمولی صنعت، انتخاب بین PT100 و ترموکوپل نوع K کار سختی نیست. اما وقتی وارد محدودهٔ کورهٔ ذوب، کورهٔ سیمان، شیشه و پتروشیمی می‌شوید — یعنی بالای هزار درجه — قواعد عوض می‌شود: سنسور خودش شروع به تغییر می‌کند و بخش بزرگی از خطا از محیط می‌آید، نه از الکترونیک.
کدام سنسور تا چه دمایی؟
- PT100: دقیق‌ترین و پایدارترین گزینه، اما سقف کاری آن معمولاً تا حدود ۶۰۰ درجه است. بالاتر از آن، عنصر پلاتین ناپایدار می‌شود.
- نوع K: پرکاربردترین ترموکوپل صنعتی تا حدود ۱۲۰۰ درجه. ارزان و در دسترس، اما در دمای بالا دچار دریفت و پدیدهٔ سبز شدن (Green Rot) در محیط کم‌اکسیژن می‌شود.
- نوع N: جایگزین بهتر K در دمای بالا؛ پایداری بلندمدت بیشتری دارد و در برابر همان پدیده مقاوم‌تر است.
- نوع S و R: فلز نجیب (پلاتین و رودیم) تا حدود ۱۶۰۰ درجه. دقیق و پایدار، اما گران و در برابر آلودگی بسیار حساس.
- نوع B: تا حدود ۱۷۰۰ درجه؛ در دمای پایین حساسیت بسیار کمی دارد، پس فقط برای کاربردهای واقعاً داغ استفاده می‌شود.
مقایسهٔ کلی RTD و ترموکوپل را در این مقاله نوشته‌ایم.
غلاف و محافظ: قطعه‌ای که عمر سنسور را تعیین می‌کند
ترموکوپل فلز نجیب نباید مستقیم در معرض گاز کوره باشد. آلودگی با بخار فلزات، گوگرد یا سیلیس، ترکیب سیم را تغییر می‌دهد و سنسور بی‌سروصدا دی‌کالیبره می‌شود. راه‌حل استاندارد، غلاف سرامیکی (آلومینای خلوص بالا) و گاهی ساختار دوجداره است. در دماهای متوسط، غلاف فلزی مانند اینکونل استفاده می‌شود. نکات کلی انتخاب غلاف و طول غوطه‌وری را در مقالهٔ ترموول آورده‌ایم و معیارهای انتخاب جنس را در این راهنما.
خطای تابش: دمایی که سنسور نشان می‌دهد، دمای گاز نیست
در کوره، نوک سنسور هم‌زمان با گاز داغ در تماس است و به دیوارهٔ سردتر (یا داغ‌تر) تابش می‌کند. نتیجه این است که سنسور به تعادلی بین این دو می‌رسد و عددی بین دمای گاز و دمای دیواره نشان می‌دهد. راه‌حل‌ها: استفاده از سپر تابشی، افزایش سرعت گاز روی نوک سنسور، یا استفاده از سنسور مکشی در کاربردهای دقیق. این خطا در کوره‌های بزرگ می‌تواند ده‌ها درجه باشد.
پیرومتر: اندازه‌گیری بدون تماس
وقتی جسم متحرک است (مثل ورق نورد)، یا هیچ سنسوری دوام نمی‌آورد، پیرومتر مادون قرمز تابش سطح را می‌سنجد و دما را محاسبه می‌کند. کلید موفقیت در یک پارامتر است: ضریب گسیل (Emissivity). سطح صیقلی فلزی گسیل پایینی دارد و اگر ضریب اشتباه وارد شود، خطا می‌تواند صدها درجه باشد. نکات عملی:
- ضریب گسیل را برای همان ماده و همان وضعیت سطح (اکسیدشده یا صیقلی) تعیین کنید.
- مسیر دید باید از بخار، دود و گرد و غبار پاک باشد؛ در غیر این‌صورت پرژ هوا لازم است.
- شیشهٔ دید (Sight Glass) بخشی از تابش را جذب می‌کند و باید در محاسبه دیده شود.
- نسبت فاصله به قطر نقطهٔ اندازه‌گیری را بررسی کنید تا کل میدان دید روی هدف باشد.
انتقال سیگنال در محیط داغ
ترموکوپل ولتاژی چند میلی‌ولتی تولید می‌کند و کابل جبران‌شدهٔ آن گران است. بهترین کار، تبدیل سیگنال در نزدیک‌ترین نقطه به سنسور با یک ترانسمیتر است تا از آن‌جا به بعد سیگنال مقاوم ۴ تا ۲۰ میلی‌آمپر منتقل شود. ترانسمیترهایی مانند ترانسمیتر دما روزمونت 3144P انواع ترموکوپل فلز نجیب را پشتیبانی می‌کنند و قابلیت ورودی دوگانه دارند. برای مجموعه‌های استاندارد RTD هم ترمومتر مقاومتی اندرس هاوزر TR10 گزینهٔ متداولی است. انتخاب نوع نصب ترانسمیتر را در مقالهٔ ترانسمیتر دما و ملاحظات کابل و ارت را در مقالهٔ سیم‌کشی لوپ ببینید.
جدول انتخاب
| کاربرد | پیشنهاد |
|---|---|
| بویلر و فرایند تا ۶۰۰ درجه | PT100 با ترموول مناسب |
| کوره عمومی تا ۱۲۰۰ درجه | ترموکوپل نوع K یا N |
| کوره ذوب و شیشه | نوع S یا R با غلاف سرامیکی |
| بالای ۱۶۰۰ درجه | نوع B |
| جسم متحرک یا غیرقابل تماس | پیرومتر مادون قرمز |
| نیاز به پایداری بلندمدت | نوع N به‌جای K |
سنسورهای دمای بالا مصرفی هستند؛ بازه تعویض و صحه‌گذاری آن‌ها را در برنامه نگهداری پیشگیرانه در نظر بگیرید. برای انتخاب نوع سنسور، غلاف و ترانسمیتر مناسب کورهٔ خود، با کارشناسان فن کنترل تماس بگیرید.
© تمامی حقوق این مقاله متعلق به فن کنترل است؛ بازنشر تنها با ذکر منبع و درج لینک مستقیم مجاز است.
