تفاوت ترموکوپل با RTD

• ترموکوپل: دقت کمتری دارد. خطای اندازه‌ گیری در ترموکوپل‌ ها بیشتر است و به عوامل مختلفی مانند نوع ترموکوپل، طول سیم‌ ها و کیفیت ساخت بستگی دارد.
• RTD: دقت بالاتری دارد. RTDها می‌ توانند دمای دقیق‌ تری را اندازه‌ گیری کنند و خطای اندازه ‌گیری آنها کم تر است.

انتخاب سنسور دمای مناسب، گامی کلیدی در مسیر اندازه‌ گیری دقیق و قابل اعتماد دما در صنایع مختلف است. در این میان، دو رقیب دیرینه، ترموکوپل و RTD، همواره در صدر انتخاب‌ ها قرار دارند.

هر کدام از این سنسور ها مزایا و معایب خاص خود را دارند که انتخاب را برای کاربر دشوار می ‌کند. در این مقاله، به بررسی جامع و عمیق تفاوت‌ های ترموکوپل و RTD می‌ پردازیم تا به شما در انتخاب سنسور مناسب برای کاربرد تان کمک کنیم.

مطالعه بیشتر: ترموکوپل چیست؟

با ترموکوپل و سنسور RTD آشنا شوید

ترموکوپل ‌ها (Thermocouple) سنسور های دمایی هستند که از دو فلز غیر همجنس تشکیل شده ‌اند. با اتصال این دو فلز در محل اتصال، اختلاف ولتاژی ایجاد می ‌شود که با تغییر دما، این اختلاف ولتاژ نیز تغییر می ‌کند.

RTD ها (مقاومت‌ های دمائی) که نوع متدوال آنها سنسور PT100 است، سنسور های دمایی هستند که از تغییر مقاومت الکتریکی یک عنصر فلزی با تغییر دما استفاده می ‌کنند.

RTD‌ ها سنسورهای دمایی هستند که یک مقاومت درون خود دارند که با تغییر دما، مقدار مقاومت آن تغییر می‌کند. محبوب‌ترین آنها RTD Pt100 است که یک پروب صنعتی بوده و سال‌ها برای اندازه‌گیری دما در فرآیندهای آزمایشگاهی و صنعتی مورد استفاده قرار گرفته است. این سنسورها به دلیل دقت، تکرارپذیری و پایداری خود شهرت زیادی کسب کرده‌اند.

بیشتر بخوانید: ترموکوپل ها نوعی سنسور دما صنعتی هستند که از دو سیم فلزی غیر هم جنس تشکیل شده اند. با اتصال این دو سیم به یکدیگر و ایجاد یک جفت گرمایی، اختلاف پتانسیلی به وجود می آید که با افزایش دما، این اختلاف پتانسیل نیز افزایش می یابد. با اندازه گیری این اختلاف پتانسیل، می توان دمای نقطه اتصال دو سیم را به دست آورد. در بلاگ “آموزش نصب و تست ترموکوپل صنعتی” به صورت جامع به بررسی این موضوع پرداخته ایم.

تفاوت های ترموکوپل با آر تی دی

1. مکانیزم عملکرد

• ترموکوپل: بر اساس اثر سیبک عمل می ‌کند. اتصال دو فلز غیر همجنس و ایجاد اختلاف ولتاژ در محل اتصال، پایه‌ ای برای اندازه‌ گیری دما در ترموکوپل است. (از تغییرات ولتاژ/emf برای تغییرات دما استفاده می کند)
• RTD: تغییر مقاومت الکتریکی یک عنصر فلزی (معمولا پلاتین) با تغییر دما، مبنای کار RTD است. (از تغییرات مقاومت فلز برای تغییرات دما استفاده می کند)

2. محدوده دمایی

• ترموکوپل: گستره وسیع ‌تری از دما را پوشش می ‌دهد. از حدود 270- درجه سانتیگراد تا 2300 درجه سانتیگراد، ترموکوپل ‌ها قابل استفاده هستند.

• RTD: محدودتر است. RTDها معمولا در بازه 200- تا 600 درجه سانتیگراد کاربرد دارند.

3. دقت

• ترموکوپل: دقت کمتری دارد. خطای اندازه‌ گیری در ترموکوپل‌ ها بیشتر است و به عوامل مختلفی مانند نوع ترموکوپل، طول سیم‌ ها و کیفیت ساخت بستگی دارد.

• RTD: دقت بالاتری دارد. RTDها می‌ توانند دمای دقیق‌ تری را اندازه‌ گیری کنند و خطای اندازه ‌گیری آنها کم تر است.

4. سرعت و زمان پاسخگویی

• ترموکوپل: سریع ‌تر است. به دلیل جرم کم و عدم نیاز به جریان الکتریکی، ترموکوپل‌ ها به سرعت به تغییرات دما پاسخ می ‌دهند.

• RTD: کندتر است. جرم بیشتر و نیاز به جریان الکتریکی، سرعت پاسخگویی RTDها را کاهش می‌ دهد.

• زمان پاسخ دهی سنسورهای ترموکوپل از 0.1 الی 10 ثانیه، و آر تی دی ها مابین 1 الی 50 ثانیه است.

ترموکوپل‌های بدون پوشش و نوع اتصال‌دار معمولاً زمان پاسخ‌دهی سریع‌تری نسبت به RTD‌ها دارند، که آن‌ها را برای محیط‌های پویایی که نیاز به تنظیمات سریع دارند، مناسب می‌سازد. ترموکوپل‌های بدون اتصال به زمین اغلب زمان پاسخ‌دهی کمتری نسبت به RTD‌های مشابه دارند.

5. قیمت

• ترموکوپل: ارزان ‌تر است. ساختار ساده و مواد اولیه ارزان‌ تر، قیمت ترموکوپل ‌صنعتی را به طور قابل توجهی پایین ‌تر از RTDها نگه می‌ دارد.

• RTD: گران ‌تر است. ساختار پیچیده ‌تر و استفاده از فلزات گران‌ بها مانند پلاتین، قیمت RTDها را افزایش می ‌دهد.

6. پایداری

• ترموکوپل: پایداری کم تری دارد. در دماهای بالا و محیط‌ های خورنده، عمر مفید ترموکوپل‌ ها کوتاه ‌تر است.

• RTD: پایداری بیشتری دارد. RTDها در برابر دماهای بالا و محیط‌ های خورنده مقاوم ‌تر هستند و عمر مفید طولانی ‌تری دارند.

7. کاربرد

• ترموکوپل: به دلیل گستره دمایی وسیع، در صنایع مختلفی مانند ذوب فلزات، کوره‌ ها، موتور ها، اگزوز و … کاربرد دارد.

• RTD: در صنایع و کاربردهایی که دقت بالا و پایداری مهم است، مانند صنایع غذایی، دارویی، آزمایشگاهی و … به کار می ‌رود.

8. رابطه دما و مقاومت

• RTD: رابطه بین دما و مقاومت در RTD ها خطی است، که منجر به ایجاد اندازه گیری دقیق می شود.

• ترموکوپل: رابطه بین دما و ولتاژ در ترموکوپل ها غیر خطی است، که نیاز به جبران سازی برای دستیابی به دقت مناسب دارد.

همچنین از نظر ابعاد و اندازه، ترموکوپل ها از RTD ها کوچک تر هستند.

بیشتر بخوانید: عوامل متعددی می ‌توانند باعث عدم انطباق دما در ترموکوپل‌ ها شوند. مانند خرابی نقاط اتصال، تأثیرات خارجی و تغییرات در خصوصیات ماده ترموکوپل. خرابی نقاط اتصال می‌ تواند به دلایل مختلفی از جمله خوردگی، اکسیداسیون، ذوب شدن، یا آسیب مکانیکی رخ دهد و منجر به عدم انطباق دما شود. در بلاگ “علائم خرابی ترموکوپل” به صورت جامع این علائم را بررسی کرده ایم.

انتخاب بین ترموکوپل و RTD

انتخاب بین ترموکوپل و RTD به نیازها و شرایط خاص شما بستگی دارد. هیچ سنسوری به طور مطلق بهتر از دیگری نیست و هر کدام مزایا و معایب خاص خود را دارند. مثلا، اگر سرعت اندازه‌ گیری برایتان اهمیت دارد، ترموکوپل انتخاب مناسب ‌تری است ولی در محیط ‌های خورنده و دماهای بالا، RTD انتخاب بهتری است.

پایداری آر تی دی ها بیشتر از ترموکوپل ها است. زیرا RTD ها برای هر ورودی، تکرارپذیری نتایج را برای مدت طولانی تری فراهم می کند. ولی تغییرات شیمیایی در ترموکوپل ها ممکن است باعث رانش در خواندن شود.

رانش در سنسور های RTD در شرایط معمولی، حدود 0.1 درجه سانتیگراد در 5 سال است. حتی در شرایط سخت ‌تر، این مقدار به 0.1 درجه سانتیگراد در سال می ‌رسد که در مقایسه با دیگر سنسور های دما، عملکردی فوق ‌العاده محسوب می ‌شود.

ترموکوپل‌ها اقتصادی‌تر هستند، اما دقت و پایداری کمتری دارند و ممکن است با گذشت زمان دچار انحراف شوند. با این حال، ترموکوپل‌ها پاسخ‌دهی دمایی سریع‌تری دارند، مقاوم‌تر هستند و می‌توانند شرایط سخت‌تری مانند ارتعاش و دماهای تا 2000 درجه سانتی‌گراد (3632 درجه فارنهایت) یا بیشتر، بسته به نوع ترموکوپل، را تحمل کنند.

بیشتر بخوانید: قوانین ترموکوپل اصول و قواعدی هستند که نحوه عملکرد ترموکوپل‌ها را توصیف می‌کنند. ترموکوپل‌ها از دو فلز متفاوت ساخته شده‌اند که با یکدیگر اختلاف دمایی دارند. وقتی این دو فلز به یکدیگر وصل می‌شوند، یک ولتاژ تولید می‌شود که با توجه به اختلاف دمایی بین دو فلز، قابل اندازه گیری است. برای آشنایی بیشتر با این قواعد بهتر است بلاگ “با قوانین مهم ترموکوپل ها آشنا شوید” را مطالعه کنید.

اما چرا ترموکوپل ‌در برابر RTD رانش بیشتری دارد؟

دلیل این امر، ناهمگنی سیم‌ های به کار رفته در ساخت ترموکوپل است. این سیم‌ ها در اثر قرار گرفتن در معرض گرما، فشار یا حتی تغییرات شیمیایی مانند اکسید شدن، خم می ‌شوند، کج می ‌شوند و یا دگرگون می ‌شوند.

این دگرگونی ‌ها باعث می ‌شود که دقت ترموکوپل در طول زمان کاهش یابد و نیاز به تنظیم مجدد پیدا کند. به همین دلیل، استفاده از سنسور دما RTD در طولانی مدت، انتخابی عاقلانه ‌تر و به صرفه ‌تر خواهد بود.

پدیده self-heating در RTD ها وجود دارد، به این معنی که جریان عبوری از سنسور می تواند باعث گرم شدن آن و ایجاد خطا در اندازه گیری دما شود. در حالی که self-heating در ترموکوپل ها بسیار ناچیز است.

ترموکوپل دما را در یک نقطه (محل اتصال دو سیم) با استفاده از اختلاف پتانسیل اندازه ‌گیری می ‌کند، در حالی که RTD با میانگین‌ گیری مقاومت در طول کل عنصر خود، دما را به صورت پیوسته اندازه ‌گیری می‌ کند. با بررسی دقیق تفاوت‌ های این دو سنسور و در نظر گرفتن نکات ذکر شده، می ‌توانید بهترین انتخاب را برای داشته باشید.

بیشتر بخوانید: ترموکوپل یک سنسور دما صنعتی است که برای اندازه‌گیری دما به کار می‌رود. این سنسور از دو سیم ناهم‌جنس ساخته شده است که با یکدیگر جوش خورده‌اند و اتصالی را تشکیل می‌دهند. ادامه این مطلب را در بلاگ “ترموکوپل چیست؟” مطالعه کنید.