آموزش کالیبراسیون ترموکوپل؛ به زبان ساده + نکات طلایی

خبرگزاری آریا - ترموکوپل یکی از پرکاربردترین تجهیزات اندازه گیری دما در صنایع مختلف است و دقت عملکرد آن می‌تواند مستقیماً بر کیفیت محصول، ایمنی تجهیزات و کنترل فرآیند تأثیر بگذارد. با گذشت زمان، عواملی مانند فرسودگی سیم‌ها، شرایط محیطی، شوک های حرارتی و حتی نصب نامناسب ممکن است باعث ایجاد خطا در اندازه گیری شوند. به همین دلیل، کالیبراسیون ترموکوپل یکی از اقدامات مهم برای اطمینان از صحت داده‌های اندازه گیری است.

کالیبراسیون ترموکوپل چیست؟

به زبان ساده، کالیبراسیون فرآیندی است که طی آن خروجی ترموکوپل با یک مرجع دمایی معتبر و دقیق مقایسه می‌شود تا میزان خطای آن مشخص شود. در این فرآیند معمولاً دمای واقعی ایجادشده توسط یک منبع مرجع با دمای نمایش داده شده توسط سیستم اندازه گیری مقایسه می‌شود.

نکته مهم این است که کالیبراسیون لزوماً به معنای «تنظیم کردن» ترموکوپل نیست. در بسیاری از موارد، هدف اصلی تعیین مقدار خطا و ثبت نتایج است. اگر سیستم قابلیت اصلاح داشته باشد، می‌توان بر اساس نتایج به دست آمده، تنظیمات لازم را نیز انجام داد.

ترموکوپل‌های مختلف مانند K، J، T، E، N، R، S و B رفتار و محدوده دمایی متفاوتی دارند؛ بنابراین مرجع، تجهیزات و نقاط کالیبراسیون باید متناسب با نوع ترموکوپل انتخاب شوند. آزمایشگاه NIST نیز کالیبراسیون ترموکوپل‌ها را با روش مقایسه‌ای یا نقاط ثابت، متناسب با نوع ترموکوپل، محدوده دما و دقت مورد نیاز انجام می‌دهد.

چرا کالیبراسیون ترموکوپل اهمیت دارد؟

فرض کنید یک کوره صنعتی باید در دمای 600 درجه سانتی گراد کار کند، اما ترموکوپل به دلیل خطای اندازه گیری، دمای 580 درجه را نشان دهد. سیستم کنترل بر اساس همین عدد تصمیم می‌گیرد که دما را افزایش دهد؛ در نتیجه دمای واقعی فرآیند ممکن است بسیار بیشتر از مقدار مورد نظر شود.

این اختلاف در فرآیندهای حساس می‌تواند باعث کاهش کیفیت محصول، افزایش مصرف انرژی، آسیب به تجهیزات یا حتی ایجاد شرایط خطرناک شود. بنابراین، بررسی دوره‌ای دقت سنسور اهمیت زیادی دارد.

در صنایع حساس، بهتر است کالیبراسیون بر اساس یک برنامه مشخص و متناسب با میزان استفاده، شرایط کاری و الزامات کیفی مجموعه انجام شود.

آموزش کالیبراسیون ترموکوپل؛ چگونه انجام می‌شود؟

برای انجام کالیبراسیون به یک مرجع دمایی مناسب نیاز دارید. این مرجع می‌تواند حمام دمایی، کالیبراتور دما یا کوره/بلوک خشک کالیبراسیون باشد. همچنین باید یک ابزار اندازه گیری دقیق برای ثبت خروجی ترموکوپل در اختیار داشته باشید.

به صورت کلی، مراحل کار به شکل زیر است:

1. بررسی اولیه ترموکوپل: ابتدا ظاهر سنسور، سیم ها، اتصالات، غلاف و محل اتصال بررسی می‌شود تا آسیب فیزیکی یا اتصال نامناسب وجود نداشته باشد.

2. تعیین نوع ترموکوپل: نوع سنسور باید مشخص باشد؛ زیرا رابطه ولتاژ و دما برای انواع مختلف یکسان نیست.

3. انتخاب نقاط کالیبراسیون: نقاط باید بر اساس محدوده کاری واقعی انتخاب شوند. برای مثال، اگر سنسور عمدتاً در محدوده 200 تا 500 درجه استفاده می‌شود، بررسی در همین محدوده اطلاعات کاربردی‌تری ایجاد می‌کند.

4. قرار دادن سنسور و مرجع در شرایط یکسان: نوک اندازه گیری ترموکوپل باید در موقعیتی قرار گیرد که دمای آن با دمای مرجع قابل مقایسه باشد.

5. صبر برای پایدار شدن دما: پس از رسیدن سیستم به دمای مورد نظر، باید از پایدار بودن شرایط اطمینان حاصل کرد.

6. ثبت مقادیر: مقدار دمای مرجع و مقدار نمایش داده شده توسط ترموکوپل ثبت می‌شود.

7. محاسبه خطا: اختلاف بین مقدار مرجع و مقدار اندازه گیری شده مشخص می‌شود.

8. تکرار در نقاط دیگر: برای اطمینان بیشتر، همین فرآیند در چند نقطه دمایی تکرار می‌شود.

در یک روش استاندارد مقایسه‌ای، خروجی ترموکوپل با یک استاندارد دمایی معتبر مقایسه می‌شود. Fluke نیز در راهنمای کالیبراسیون خود بر تنظیم نقاط آزمایش، ثبت قرائت استاندارد و ترموکوپل و توجه به جبران اتصال مرجع تأکید می‌کند.

نقش اتصال مرجع در کالیبراسیون

یکی از نکات مهم در آموزش کالیبراسیون ترموکوپل، توجه به اتصال مرجع یاReference Junction است. خروجی ترموکوپل به اختلاف دما میان اتصال اندازه گیری و اتصال مرجع وابسته است؛ بنابراین اگر جبران اتصال سرد یا CJC به درستی انجام نشود، نتیجه کالیبراسیون می‌تواند دچار خطا شود.

در تجهیزات مدرن معمولاً این جبران به صورت الکترونیکی انجام می‌شود و لازم نیست همیشه از حمام یخ به عنوان مرجع فیزیکی استفاده شود. استاندارد ASTM E2730 نیز به کاربرد مدارهای جبران اتصال مرجع در تجهیزات اندازه‌گیری و کالیبراسیون اشاره می‌کند.

کالیبراسیون ترموکوپل فلکسیبل چه تفاوتی دارد؟

در هنگام کار با ترموکوپل فلکسیبل نیز اصول اصلی کالیبراسیون تفاوتی با سایر ترموکوپل‌ها ندارد، اما شکل، ساختار و نحوه قرارگیری سنسور می‌تواند بر انتقال حرارت و پایداری اندازه‌گیری تأثیر بگذارد.

بنابراین باید مطمئن شد بخش حساس سنسور به‌طور مناسب در محیط مرجع قرار گرفته و تماس آن با تجهیزات جانبی باعث ایجاد خطای حرارتی نمی‌شود. همچنین نباید صرفاً به ظاهر انعطاف پذیر سنسور توجه کرد؛ نوع سیم، محدوده دمایی و مشخصات سازنده نیز باید بررسی شوند.

چه تجهیزاتی برای کالیبراسیون لازم است؟

بسته به دقت موردنیاز و محدوده دمایی، تجهیزات متفاوتی قابل استفاده هستند:

برای نمونه، JUMO خدمات کالیبراسیون ترموکوپل، ترانسمیترها، ترمومترها و تجهیزات مرتبط با دما را ارائه می‌کند و برای کالیبراسیون دما، بازه‌های مختلفی را بر اساس نوع تجهیز در نظر گرفته است.

به همین دلیل، هنگام خرید jumo یا هر تجهیز اندازه‌گیری دیگری، بهتر است علاوه بر مشخصات اصلی، قابلیت‌های مرتبط با کالیبراسیون، محدوده اندازه‌گیری و دقت دستگاه نیز بررسی شود.

نکات طلایی برای کالیبراسیون دقیق ترموکوپل

برای دستیابی به نتیجه قابل اعتماد، چند نکته اهمیت زیادی دارد:

• قبل از شروع، سلامت ظاهری و الکتریکی ترموکوپل را بررسی کنید.

• نوع ترموکوپل را با تنظیمات دستگاه اندازه گیری تطبیق دهید.

• از مرجع دمایی دارای دقت مناسب استفاده کنید.

• نقاط کالیبراسیون را بر اساس محدوده واقعی استفاده انتخاب کنید.

• پیش از ثبت هر مقدار، اجازه دهید دما به وضعیت پایدار برسد.

• محل اتصال و سیم‌های رابط را از نظر نوع مناسب ترموکوپل بررسی کنید.

• جبران اتصال سرد را در سیستم های اندازه گیری در نظر بگیرید.

• نتایج هر مرحله را ثبت و با سوابق قبلی مقایسه کنید.

• در فرآیندهای حساس، کالیبراسیون را به تجهیزات و افراد متخصص بسپارید.

جمع بندی

کالیبراسیون ترموکوپل فرآیندی برای بررسی و در صورت نیاز اصلاح دقت اندازه گیری سنسور است. انتخاب مرجع مناسب، توجه به نوع ترموکوپل، رعایت شرایط پایدار دمایی، بررسی اتصال مرجع و ثبت دقیق نتایج، مهمترین عوامل در دستیابی به یک نتیجه قابل اعتماد هستند.

اگر چه انجام یک بررسی ساده در برخی کاربردهای عمومی امکان پذیر است، اما در فرآیندهای صنعتی حساس که دقت اندازه گیری مستقیماً بر کیفیت، ایمنی یا هزینه تولید اثر می‌گذارد، بهتر است کالیبراسیون با تجهیزات استاندارد و دارای قابلیت ردیابی انجام شود. JUMO نیز برای کالیبراسیون ترموکوپل‌ها و تجهیزات اندازه گیری دما، خدمات آزمایشگاهی مبتنی بر استانداردهای بین المللی ارائه می‌کند.