ترموکوپل نوع K: مزایا و معایب

ترموکوپل نوع K وسیع ترین بازه ی دمای عملیات را به ارمغان می آورد. این ترموکوپل شامل پایه ی مثبت که غیرمغناطیسی است، و پایه ی منفی که مغناطیسی است می شود. در ترموکوپل نوع K، فلز پایه ی سنتی مورد استفاده قرار گرفته است، تا بتواند در دمای بالا کار کند و وسیع ترین بازه ی دمای عملیات را فراهم آورد. یکی از فلزهای تشکیل دهنده ی ترموکوپل نوع K، نیکل است، که بطور ذاتی خاصیت مغناطیسی دارد.

مشخصات نشان داده شده توسط ترموکوپل نوع K اینست که وقتی ماده ی مغناطیسی به نقطه ی کوری خود در حدود 185 ^oC می رسد، ترموکوپل یک انحراف در خروجی را متحمل می شود. ترموکوپل نوع K در اکسیدکردن اتمسفر در دماهای تا 1260 ^oC (2300 ^oF) بسیار خوب عمل می کند و طبقه ی تلرانس آن بین -40 ^oC و 375 ^oC،  است.

چرا ترموکوپل نوع K را ترجیح می دهیم

• یکی از مزایای اصلی ترموکوپل نوع K نسبت به ترموکوپلهای دیگر اینست که ترموکوپل نوع K می تواند در شرایط محیطی خشن و اتمسفرهای گوناگون کار کند
• ترکیب مجتمع سیمهای کرومل و آلومل دارای بازه ی -270 ^oC تا 1260 ^oC و خروجی -6.4 mV و 9 mV در حداکثر بازه ی دما است
• بعنوان ترموکوپل همهکاره نیز شناخته می شود، زیرا بازه ی دمای وسیعی دارد
• نوع K عمر طولانیتری نسبت به نوع J دارد، زیرا سیم آهنی (Fe) نوع J بسرعت اکسید می شود، بویژه در دماهای بالاتر
• ارزانقیمت است
• پاسخ سریعی دارد
• اندازهی آن کوچک است و قابل اطمینان است
• بطور معمول در دماهای بالاتر از 540 ^oC مورد استفاده قرار میگیرد

ترکیب ترموکوپل نوع K

در ترموکوپل نوع K، پایه ی مثبت شامل 90% نیکل و 10% کرومیوم و پایه ی منفی شامل 95% نیکل، 2% آلومینیوم، 2% منگنز و 1% سیلیسیم می شود. اینها رایج ترین ترموکوپل های همه کاره هستند که حساسیتی معادل تقریبا 41 μV/^oC دارند.

مواد عایق نوع K

در ترموکوپل نوع K اساسا دو نوع عایق بندی مورد استفاده قرار می گیرد. در ابتدا عایق بندی مهره های سرامیکی مورد استفاده قرار می گیرد زیرا محصولی سبک وزن است. این عایق بندی از مواد آلومینو-سیلیکات با خلوص بالا تشکیل شده است. این عایق بندی، جرم حرارتی کمی دارد که به این معناست که گرما را نگه نمی دارد، رسانایی گرمایی کمی دارد و بشدت عایق است زیرا می تواند در دمایی مانند 1260 ^oC دوام بیاورد، و بنابراین مناسب ترین ماده برای ترموکوپل نوع K است.

پس از آن، عایق بندی معدنی فشرده شده و پوشش فلزی بیرونی (MgO) مورد استفاده قرار می گیرد. منیزیم اکسید قدرت دی الکتریکی بالایی دارد، بسرعت به تغییرات دما پاسخ می دهد، و بسیار پایدار است. این عایق بندی معمولا دارای ترکیب MgO با کیفیت استاندارد (97%) و MgO با خلوص بالا و Al₂O₃ است.

عایق بندی منیزیم-اکسید در زمان هایی برای ترموکوپل نوع K پیشنهاد می شود که ترموکوپل باید در مایعات، رطوبت بالا، گازهای خورنده یا فشارهای بالا غوطه ور شود. ترموکوپل می تواند شکل داده شود تا به فضاهایی برسد که در غیر این صورت غیرقابل دسترس هستند.

بازه ی دما

برای پیداکردن بازه ی مناسب ترموکوپل باید از سیم مناسب استفاده کنیم، زیرا سیم های متفاوت، بازه های متفاوتی از دما را اندازه گیری می کنند. از چهار نوع اصلی ترموکوپل، نوع K وسیع ترین بازه را دارا است:

• سیم درجهی ترموکوپل، -454 ^oF تا 2,300 ^oF (-270 ^oC تا 1260 ^oC)
• سیم گسترش، 32 ^oF تا 392 ^oF (0 ^oC تا 200 ^oC)

دقت (هرچقدر بزرگتر باشد)

• استاندارد: +/-2.2 ^oC یا +/- 75%
• محدودیتهای خاص خطا: +/- 1 ^oC یا 4%

طبقه ی تلرانس

نمودار EMF نسبت به دما برای ترموکوپل نوع K

نقاط قوت و ضعف

نقاط قوت

• برای اندازهگیری دما، خطی بودن خوبی از EMF فراهم می کند
• مقاومت خوبی در برابر اکسیداسیون زیر 1000 ^oC (1600 ^oF) فراهم میکند
• خروجی بسیار پایدار
• در مقایسه با ترموکوپلهای دیگر هزینه ی کمتری دارد

نقاط ضعف

• برای کاهشدادن اتمسفر مناسب نیست اما می تواند در برابر فلز مقاومت کند
• فرسودهشدن مشخصات EMF، وقتی با ترموکوپل های فلزی مثبت (نجیب) مقایسه می شود (B، R و S)
• بخاطر تبخیرکردن کرومیوم در المان مثبت، برای کاربرد خلا مناسب نیست
• پدیدهی Rotis-سبز ممکن است بخاطر سطح پایین اکسیژن برای ترموکوپل هایی که بین 815 ^oC و 1040 ^oC (1500 ^oF و 1900 ^oF) مورد استفاده قرار گرفته اند اتفاق بیفتد
• ترموکوپلهای نوع K نباید در محیط گوگردی مورد استفاده قرار بگیرند زیرا هردو المان بسرعت زنگ می زنند و المان منفی در نهایت بخاطر شکننده شدن از لحاظ مکانیکی شکست می خورد

استفاده های ترموکوپل نوع K

آنها معمولا برای کاربردهای در دماهای بالای 550 ^oC تا حداکثر فشار کاری ترموکوپل مورد استفاده قرار می گیرند.

• آنها در صنایع زیادی مانند استیل و آهن مورد استفاده قرار میگیرند تا در فرایند ساخت استیل بر دما و شیمی نظارت کنند
• برای آزمایش دماهای مربوط به پرورش گیاهان، برای مثال تولید شیمیایی و پالایشگاههای نفت مورد استفاده قرار می گیرند
• برای آزمایش امنیت اعمال گرمابخشی مورد استفاده قرار میگیرند
• نوع K بخاطر سختی تشعشعی نسبیاش بطور رایج در کاربردهای هسته ای مورد استفاده قرار می گیرد

منابع:

K Type Thermocouple

ترموکوپل تیپ  k