اندازه‌گیری دمای بالا: ترموکوپل نوع S و R، غلاف سرامیکی و پیرومتر

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

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.