اندازه گیری دما و ولتاژ آب به کمک ترموکوپل

نام و نام خانوادگی: محمد مهدی محمودی وند تاریخ آزمایش:29/07/1392

عنوان: اندازه گیری دما هدف: اندازه گیری دما و ولتاژ آب به کمک ترموکوپل

ترموکوپل یکی از پر مصرف ترین سنسورهای اندازه گیری دما محسوب میگردد . این سنسورهای ساده با استفاده از اتصال یک فلز و آلیاژ آن و با توجه به اثر سیبک تولید میشوند و با همین مکانیزم ساده قادر به اندازه گیری دما به راحتی در رنج وسیعی از زیر صفر تا حدود 1700 درجه میباشند . با توجه به پدیده سیبک اتصال هر دو فلز از نوع مختلف باعث ایجاد ترموکوپل شده و تولید میلی ولتی متناسب با دمای اعمال شده میکند از این رو انواع مختلفی از ترموکوپلمیتوان تولید کرد در حالی که در استانداردهای متداول میتوان از انواع 10 یا 12 ترموکوپل یاد کرد که در مدلهای های مختلف و با اشکال گوناگون تولید میشود . با توجه به کاربرد ، محیط اندازه گیری دما ،رنج دما ، اندازه گیری دقیق از انواع ترموکوپل میتوان به انواع زیر اشاره کرد :

ترموکوپل نوعKاز سیم فلزی Ni-Cr (به نام تجاری کرومل Chromel) و Ni-Al (به نام تجاری آلوملAlumel) ساخته می شود.این ترموکوپل ارزان قیمت است و یکی از پرکاربردترین ترموکوپل ها می باشد. رنج عملکرد دمایی آن بین −200 °Cو +1350 °Cو حساسیت آن تقریبا 41 µV/°C است و معمولا در دماهای بالا مورد استفاده قرار می گیرد. ترموکوپل نوعKبخاطر استفاده از مس خاصیت ضد اکسیداسیون دارد لذا در کوره ها که اکسیداسیون رخ می دهد مناسب تر می باشد

این ترموکوپل از فلز آهنFeو آلیژهای مس - نیکلCu-Niساخته می شود. رنج دمایی این ترموکوپل بین −180 °Cو +750 °Cاست. به دلیل احتمال اکسید شدن آهن این ترموکوپل ، در صنایع قالب ریزی پلاستیک استفاده می شود. حساسیت ترموکوپل نوعJ، به اندازه ی 55 µV/°Cاست و برای طرح های جدید توصیه می شود. در ترموکوپل نوعJبه علت وجود آهن در مکانهایی که امکان اکسیداسیون وجود دارد استفاده نمی شود

ترموکوپل نوع E با استفاده از فلزاتNi-Cr (کرومل) وCu-Ni (کنستانتانConstantan)ساخته می شود. محدوده ی عملکرد دمایی آن ، بین −40 °C و +900 °C است. این ترموکوپل با 68 µV/°Cبیشترین حساسیت را دارد و می توان از آن در کاربردهای خلاء و مواردی که حسگر در آن حفاظت نشده است ، استفاده کرد.

ترموکوپل نوع Tاز مسCuو آلیاژ نیکل - مسCu-Ni (کنستانتانConstantan) ساخته می شود. محدوده ی عملکرد دمایی این نوع ترموکوپل ، بین −250 °Cو +400 °Cاست. این ترموکوپل نسبتا ارزان و برای کاربردهای با دمای پایین مناسب است و در برابر رطوبت مقاومت خوبی دارد. حساسیت این ترموکوپل ، 46µV/°Cاست.ترموکوپل نوعTدر صنعت به دلیل اینکه نسبت به تمام انواع ترموکوپل خطیتر است و رنج درجه حرارت مناسبی دارد و همچنین از حساسیت خوبی برخوردار است در صنعت بیشتر مورد استفاده میگیرد

ترموکوپل نوعNاز فلزهایNi-Cr-Si (به نام تجاری نیکروسیل) وNi-Si-Mg (به نام تجاری نیسیلNisil) ساخته می شود. محدوده دمائی آن بین−270 °Cو +1300 °Cاست. حساسیت این ترموکوپل ، به اندازۀ 30µV/°Cاست و معمولا در دماهای بالا مورد استفاده قرار می گیرد.

ترموکوپل نوع B، ترموکوپل نوعSو ترموکوپل نوعRکه با استفاده ازPt-Rh (پلاتین - رادیوم) با ترکیبات مختلف ساخته می شود.قیمت آنها بالا و حساسیت آن بسیار کم و در حدود 10 µV/°Cو محدوده دمایی آن تقریبا +0 °Cو +1750 °Cاست. انواع این ترموکوپل ها در اندازه گیری با دمای بالا مثلا در صنعت شیشه و فولاد به کار می رود.

در انتخاب ترموکوپل موارد زیر بایستی مورد توجه قرار گیرد :

ابتدا یک نوع دستگاه ترموکوپل، (نمونه (Jبه نام کوپر نیکل یا کنستانتل می آوریم و روشن می کنیم، این دستگاه دمای جسمی که می خواهیم آن را اندازه گیری کنیم و به همراه دما، ولت را هم به ما نشان می دهد. بعد یک بشر بزرگتر که درون آن پر از یخ است می آوریم و یک بشر کوچکتر که درون آن حدودا کمتر از نصف آب است را درون بشر بزرگتر قرار می دهیم. حال یک سیمی که یک سر آن به کوپر نیکل و یک سر دیگر برای قرار دادن در مایع است را می آوریم و یک سر آن را به دستگاه و سر دیگر آن را به داخل بشر دومی که درون بشر اولی است قرار می دهیم، به طوری که سیم که سر آن یک حس گر آهنی وجود دارد حدودا در وسط بشر قرار گیرد. حال مولتی متر را هم می آوریم و یک سر آن هم درون بشر قرار می دهیم. در این هنگام ترموکوپل دمای 16 درجه سانتی گراد و ولتاژ 814/0 میلی ولت را نشان می دهد ولی مولتی متر به دلیل اینکه دقیق نیست، هر لحظه در حال زیاد و کم شدن است. در این حالت دما هر لحظه در حال پایین آمدن است و با پایین آمدن دما ولتاژ هم در حال پایین آمدن است مثلا حال دما 8 درجه سانتی گراد است و ولتاژ 405/0 میلی ولت را نشان میدهد. پس از گذشت چند دقیقه دمای آب درون بشر دیگر پایین تر از 4 درجه سانتی گراد و ولتاژ 202/0 میلی ولت نمی آید، بنابراین اول بشر را دقایقی در دمای محیط قرار می دهیم تا دمای آن بالاتر بیاید و پس از اینکه کمی دمای بشر بالاتر آمد، بشر را روی توری و سه پایه قرار می دهیم و چراغ گاز را زیر آن روشن می کنیم. در ضمن هر 10 درجه ای که دمای آب درون بشر بالاتر می رود، همراه با مقدار ولتاژ یادداشت می کنیم. پس از گذشت چند دقیقه آخرین دمایی که ما توانستیم اندازه گیری کنیم حدود 94 درجه سانتی گراد و ولتاژ 943/4 میلی ولتاژ بوده است.

دما	ولتاژ
4	202/0
5	253/0
6	303/0
8	405/0
14	711/0
24	226/1
34	745/1
44	269/2
54	797/2
64	329/3
74	864/3
84	402/4
94	943/4

نتیجه گیری: نتیجه می گیریم که با این آزمایش می توان هم دمای آب و هم مقدار ولتاژ آب را اندازه گیری کرد.

خطا: 1- اشتباه خواندن 2- اشتباه دیدن 3- اشتباه دستگاهی