الثيرموكابل هو جهاز استشعار يستخدم لقياس درجة الحرارة، يتكون من أرجل سلكية مصنوعة من معادن مختلفة، يتم لحام أرجل الأسلاك معا مما يؤدي إلى وجود تقاطع، هذا التقاطع هو المكان الذي يتم منه قياس درجة الحرارة، وعندما يواجه الثيرموكابل تغييرا في درجة الحرارة يتم إنشاء الجهد، ثم يمكن تفسير الجهد باستخدام الجداول المرجعية الحرارية لحساب درجة الحرارة .

تعريف الثيرموكابل

يوجد العديد من أنواع الثيرموكابلات، ولكل منها خصائصه الفريدة من حيث نطاق درجة الحرارة والمتانة ومقاومة الاهتزاز والمقاومة الكيميائية وتوافق التطبيقات، فهناك النوع J ،K ،T ،E، وتستخدم الثيرموكابلات في العديد من التطبيقات الصناعية والعلمية وتصنيع المعدات الأصلية، ويمكن العثور عليها في جميع الأسواق الصناعية تقريبا مثل : توليد الطاقة، النفط والغاز، الأدوية، التكنولوجيا الحيوية، الأسمنت، الورق واللب، إلخ، كما تستخدم الثيرموكابلات أيضا في الأجهزة اليومية مثل المواقد والأفران والمحامص، وعادة ما يتم اختيار الثيرموكابلات بسبب كلفتها المنخفضة، وتحمل درجات الحرارة العالية والواسعة وطبيعتها المتينة. .

انواع الثرمو كابلات

أنواع الثيرموكابلات هي :

النوع K (النيكل والكروم / النيكل ألوميل)، وهو النوع الأكثر شيوعا من الثروموكابل، فهو غير مكلف ودقيق وموثوق، وله مجموعة واسعة من درجات الحرارة، نطاق درجة حرارة النوع K من 454 إلى 2300 فهرنهايت (-270 إلى 1260 درجة مئوية)، وسلك التمديد من 32 إلى 392 فهرنهايت ( من 0 إلى 200 مئوية ) .

الثيرموكابل (الحديد / كونستانت)، وهذا النوع أيضا شائع جدا، له نطاق درجة حرارة أصغر وعمر أقصر في درجات الحرارة من النوع k،  لكنه مكافئ للنوع K من حيث التكلفة والموثوقية، نطاق درجة حرارة النوع J من 346 إلى 1400 فهرنهايت (-210 إلى 760 درجة مئوية)، وسلك التمديد من 32 إلى 392 فهرنهايت ( من 0 إلى 200 مئوية ) .

النوع t مستقر جدا وغالبا ما يستخدم في تطبيقات درجة حرارة منخفضة للغاية مثل المبردة أو المجمدات، نطاق درجة حرارة النوع t (النحاس / الكونستانتين) من -454 إلى 700 فهرنهايت ( -270 إلى 370 مئوية )، وسلك التمديد من 32 إلى 392 فهرنهايت ( من 0 إلى 200 مئوية ) .

النوع E (النيكل والكروم / الكونستانتين)، لديه إشارة أقوى ودقة أعلى من النوع K أو النوع J في درجات الحرارة المعتدلة من 1000 فهرنهايت أو أقل، ونطاق درجة حرارة النوع E من 454 إلى 1600 فهرنهايت ( -270 إلى 870 مئوية )، وسلك التمديد من 32 إلى 392 فهرنهايت ( من 0 إلى 200 مئوية ) .

نفس الدقة ودرجة الحرارة في النوع k لكن النوع N أغلى قليلا، نطاق درجة حرارة من 454 إلى 2600 فهرنهايت ( من 270 إلى 392 مئوية )، وسلك التمديد من 32 إلى 392 فهرنهايت ( من 0 إلى 200 مئوية ) .

النوع S (البلاتينيوم والروديوم / 10 %)، يتم استخدام النوع S في درجات الحرارة العالية جدا، وتوجد عادة في صناعات التكنولوجيا الحيوية والصيدلانية، وتستخدم في بعض الأحيان في تطبيقات درجات الحرارة المنخفضة بسبب دقتها العالية واستقرارها، نطاق درجة حرارة النوع S من 58 إلى 2700 فهرنهايت ( -50 إلى 1480 مئوية )، وسلك التمديد من 32 إلى 392 فهرنهايت ( من 0 إلى 200 مئوية ) .

النوع R (البلاتينيوم الروديوم / 13 %)، ويتم استخدام نوع R في تطبيقات درجة الحرارة العالية جدا، ولديها نسبة أعلى من الروديوم من النوع S ، مما يجعلها أكثر تكلفة، يشبه النوع R نوعا كبيرا النوع S من حيث الأداء، ويستخدم في بعض الأحيان في تطبيقات درجات الحرارة المنخفضة بسبب دقته العالية واستقراره، نطاق درجة حرارة النوع R من 58 إلى 2700 فهرنهايت ( -50 إلى 1480 مئوية )، وسلك التمديد من 32 إلى 392 فهرنهايت ( من 0 إلى 200 مئوية ) .

النوع B (البلاتينيوم الروديوم – 30 % – 6 % )، يتم استخدام النوع B في تطبيقات درجة حرارة عالية للغاية، إنه يحتوي على أعلى درجة حرارة من كل أنواع الثيرموكابل المذكورة أعلاه، يحافظ على مستوى عالي من الدقة والاستقرار في درجات حرارة عالية جدا، نطاق درجة حرارة النوع B الأسلاك الحرارية من الدرجة B  من 32 إلى 3100 فهرنهايت ( من 0 إلى 1700 مئوية )، وسلك التمديد من 32 إلى 212 فهرنهايت ( من 0 إلى 100 مئوية ) .

الفرق بين الثرموكابل وال pt100

الثرموكابل عبارة عن مستشعرات تستخدم لقياس الحرارة في المقاييس مثل فهرنهايت و كيلفن، ويتم استخدام هذه الأجهزة في مجموعة واسعة من التطبيقات والإعدادات، وغالبا ما يقع الأشخاص في معضلة اختيار بين استخدام pt100 أو الثرموكابل، وكل نوع من أجهزة استشعار درجة الحرارة لها مزاياها وعيوبها التي تجعلها مناسبة لظروف معينة .

Rt100 أجهزة استشعار درجة الحرارة التي تستخدم التغيرات في المقاومة الكهربائية للمعادن لقياس التغيرات في درجة الحرارة، ولكي تكون القراءات قابلة للتفسير يجب أن تحتوي المعادن المستخدمة في pt100 على مقاومات كهربائية معروفة للناس، نتيجة لذلك يعد النحاس والنيكل والبلاتين من المعادن الشائعة المستخدمة في صناعة pt100 .

الثرموكابل هي أجهزة استشعار درجة الحرارة التي تستخدم اثنين من المعادن المختلفة في أجهزة الاستشعار لإنتاج الجهد الذي يمكن قراءته لتحديد درجة الحرارة، ويمكن استخدام تركيبات مختلفة من المعادن في بناء المزدوجات الحرارية لتوفير معايرات مختلفة بنطاقات درجات حرارة وخصائص استشعار مختلفة .

لذا من المستحيل استنتاج ما إذا كانت pt100 أو الثرموكابلات هي الخيار الأمثل ككل، بدلا من ذلك من المفيد مقارنة أداء pt100  والثرموكابل باستخدام صفات محددة مثل التكلفة ومدى درجة الحرارة، بحيث يمكن للمستخدمين الاختيار بناء على الاحتياجات المحددة لمؤسساتهم.

كيف تعمل الثرموكابلات

تخيل أن اثنين من الأسلاك المصنوعة من أنواع مختلفة من المعادن متصلين في نهاية واحدة، إذا تم تسخين تقاطع السلكين فسوف تتدفق الكهرباء عبر السلك، وعند تسخينها ستبدأ الإلكترونات في عبور التقاطع من تلقاء نفسها، وبسبب الخصائص المختلفة للمعادن المختلفة ستفقد الإلكترونات الطاقة الكامنة وتكتسب طاقة حركية، تماما مثل كرة تتدحرج على تلة إلى منطقة منخفضة، وعلى الرغم من أن الجهد الناتج عن الثرموكابلات صغير جدا، يمكن ربط العديد من الثرموكابلات معا لإنتاج جهد أكبر، وهذا ما يسمى بالحرارة .

والثرموكابلات لا تولد الكهرباء من الحرارة فقط، لكن يمكنها أيضا توليد الكهرباء من البرد كالثلاجة، وإذا كان هناك سلكان مختلفان متصلا في كلا الطرفين، وكان مصدر التيار الكهربائي يجعل التدفق الحالي عبر الحلقة، فإن أحد الوصلات سيصبح ساخنا وسيصبح الوصل الآخر باردا، وتكتسب الإلكترونات الموجودة عند التقاطع الساخن طاقة حركية أثناء عبورها، وهذا هو السبب في أنها تجعل المعدن ساخن، وتفقد الإلكترونات الموجودة عند الوصلة الباردة الطاقة الحركية عند عبورها، وهذا هو السبب في أنها تجعل هذا التقاطع بارد

وتعد سخانات الغاز ذات ألسنة اللهب الرائدة واحدة من أشهر الأمثلة على استخدام الثرموكابلات، والتي يمكن أن تولد ما يكفي من الجهد للحفاظ على صمام الغاز مفتوح والذي يعمل بدوره على توفير الغاز للشعلة التجريبية، وفي حالة نفاد الغاز تنطفئ الشعلة وينخفض ​​الجهد الكهربائي عبر الحرارة، مما يؤدي إلى إغلاق صمام الغاز الكهربائي، كما تستخدم الثرموكابلات بطرق أخرى، على سبيل المثال تقوم بمراقبة درجات الحرارة في أجهزة تكييف الهواء، والثلاجات، ووحدات المعالجة المركزية في أجهزة الكمبيوتر، والتي يمكن تدميرها عن طريق ارتفاع درجة الحرارة .