تفاوت ترموکوپل و RTD چیست؟

سنسور دما

یکی از مهم ترین پارامتر های فیزیکی که بر تجهیزات و عملکرد آن ها تاثیر مستقیم دارد، دما است. اگر این پارامتر مهم را در پروژه های مختلف کنترل نکنیم و یا در نظر نگیریم، ممکن است به صدمات جبران ناپذیر جانی و مالی دچار شویم. آتش سوزی، سوختن تجهیزات، تابلو برق و یا از دست رفتن کل پروژه تنها بخشی از خسارت های مالی است که ممکن است در صورت عدم اندازه گیری و کنترل صحیح دما ایجاد شود. برای اندازه گیری دما، از سنسور های دما استفاده می کنیم، که در انواع مختلفی تولید می شوند.

ترموکوپل و RTD

مهم‌ترین و محبوب ترین سنسور های دما، ترموکوپل ها و RTD ها هستند. ترموکوپل و RTD با ساختار ساده ای که دارند، به خوبی و با سرعت بالا دما را اندازه گرفته و اطلاعات لازم را به کنترلر ها ارسال می کنند.

در مقاله‌‌های «ترموکوپل چیست؟» و « سنسور RTD چیست؟»  با دو نوع از سنسورهای اندازه‌گیری دما آشنا شدیم، اکنون وقت آن است که تفاوت‌‌های آن‌‌ها را بررسی کنیم.

شکل1- RTD و ترموکوپل

تفاوت ترموکوپل و RTD

بازه‌ی اندازه گیری دما، دقت اندازه گیری، مکانیزم اندازه گیری، طول زمان پاسخ گویی، رابطه‌ ی دما و مقاومت، میزان پایداری ، تاثیر مفهوم خود گرمایشی در سنسور ها، نوع کاربرد و میزان هزینه های مختلف نه جنبه ی اصلی برای مقایسه هستند. در ادامه، این دو تجهیز را از این نه منظر با یکدیگر مقایسه می‌ کنیم.

1- بازه‌ ی اندازه‌گیری دما

برای مقایسه از نظر بازه‌ ی اندازه‌گیری دما بیایید به بازه‌ی هر کدام از این تجهیزات نگاهی بیاندازیم. بازه‌ ی ‌اندازه‌گیری دما در ترموکوپل‌ها بازه‌ی بزرگ 200- تا 1260+ درجه‌ ی سانتی‌گراد است، در حالی که در RTD ها این عدد بسته به برند سازنده حداکثر تا 600 درجه‌ ی سانتی‌گراد را پوشش می‌ دهد. بنابراین ترموکوپل‌ ها که توانایی تشخیص دماهای بالاتر از 600 درجه‌ ی سانتی‌گراد را هم دارند، کاربرد بیشتری در صنایع مختلف خواهند داشت.

2- دقت اندازه‌گیری دما

بطور کلی می‌ توان RTD را دقیق‌ تر از ترموکوپل‌ دانست. میزان خطای RTD حداکثر 0.1 درجه‌ ی سانتی‌گراد است. در حالی که این عدد برای ترموکوپل‌ حدود 0.5 درجه‌ ی سانتی‌گراد است. میزان خطای پنج برابری در ترموکوپل‌ ها آن‌ها را در رده‌ی دوم میزان دقت قرار می‌ دهد. با این حال، در برخی از انواع خاص ترموکوپل‌ ها می‌ توان به دقتی مشابه RTDها رسید.

3- مکانیزم اندازه‌گیری دما

در ترموکوپل برای اندازه گیری دمای یک ناحیه، با قرار دادن محل اتصال دو فلز بر آن، دما را اندازه می گیریم. در حالی که در RTDها، اندازه‌گیری‌ با در نظر گرفتن مقدار متوسط در تمام سطح فلز RTD  انجام می‌ شود.

شکل 2- ترموکوپل

4- طول زمان پاسخ‌ گویی

در حالی که هر دو نوع سنسور به تغییرات دما سریع واکنش نشان می‌ دهند، اما ترموکوپل سریع‌ تر عمل می‌ کند. حدود 0.1 تا 10 ثانیه طول می‌ کشد، تا ترموکوپل‌ ها به تغییرات دما پاسخ دهند. اما این عدد در RTDها برابر 1 تا 50 ثانیه است. در مقابل زمان بیشتری طول می‌ کشد تا ترموکوپل به تعادل حرارتی برسد. چون در ترموکوپل‌، سرهایی از المان  فلزی که به هم متصل نیستند، کندتر از نقطه‌ ی اتصال دو فلز به تغییر دما واکنش نشان می‌ دهند.

5- رابطه دما و مقاومت

رابطه‌ ی دما و مقاومت در RTD ها در بازه‌ ی عملکردشان خطی است، اما این رابطه در ترموکوپل‌ ها خطی نیست. شکل2 نموداری از رابطه‌ ی دما و مقاومت را در هر دو تجهیز نشان می‌ دهد.

شکل 3- رابطه‌ی دما و مقاومت

6- سطح پایداری

RTD ها در بین سنسور های دما پایداری بیشتری دارند. اما ترموکوپل‌ها به دلیل تغییرات سیمشان در روبرو شدن با گرما، شرایط خاص شیمیایی و یا آسیب های مکانیکی مانند خم شدن، کشیده شدن یا فشرده شدن در حین استفاده، پایداری کم‌تری دارند.

به همین دلیل، ترموکوپل‌ ها با فواصل زمانی کم‌ تری به کالیبره شدن مجدد تنظیمات نیازمند هستند، در حالی که در RTD ها بازه‌ی کالیبراسیون می‌ تواند به پنج سال هم برسد.

7- اثر خود گرمایشی

با عبور جریان از فلز‌ و افزایش مقاومت، دما نیز افزایش پیدا می‌ کند. گرمای حاصل از عبور جریان، که اثر خود گرمایش (self-heating effect) نامیده می‌ شود، خطای کوچکی در مقدار خروجی سنسور ایجاد می‌ کند.

 RTD به عنوان سنسور پسیو برای کار به جریان الکتریکی نیاز دارد. اما ترموکوپل‌ به عنوان سنسور اکتیو، نیازی به نیروی خارجی برای فعالیت ندارد. بنابراین در ترموکوپل‌ خطای ناشی از اثر خودگرمایش وجود نخواهد داشت.

شکل 4- RTD

8- کاربردهای گوناگون

برخی از کاربردهای این تجهیزات را با یکدیگر مقایسه می‌ کنیم:

• در صنایع بزرگ که با چالش اندازه‌گیری دماهای بالا روبرو هستیم، معمولا از ترموکوپل به عنوان سنسور دما استفاده می شود.
• در برنامه‌ های مختلف صنایع شیمیایی که با عامل خوردگی و آلودگی بیشتر مواجه هستیم، بهتر است از RTD ها استفاده کنیم.
• در صنایع غذایی که به استانداردهای با کیفیت و دقت زیاد نیاز دارند، RTD گزینه‌ی بهتری است.
• ترموکوپل سنسور مورد استفاده در صنایع فولاد و فراوری فلزات است. این سنسور در شرایط نا مساعد محیطی به خوبی حرارت فولاد، مس، نیکل و سایر فلزات را اندازه گیری می کند.

9- میزان هزینه

وقتی صحبت از هزینه‌ ها می‌ شود، معمولا ترموکوپل‌ ها از RTD ها هزینه‌ ی کم‌ تری دارند. بطوری که استفاده از یک RTD حدود دو تا سه برابر یک ترموکوپل هزینه خواهد داشت.

جمع‌ بندی

یکی از مهم ترین پارامترهای فیزیکی که باید تحت کنترل باشد، دما است. سنسورهای دما، وظیفه اندازه گیری این پارامتر را بر عهده دارند. انتخاب سنسورهای دما، با توجه به شرایط مختلف همواره چالش بوده است.

برای پاسخ به این چالش، از پرکاربردترین سنسورهای دما ترموکوپل و RTD استفاده می شود .در این مقاله به مقایسه‌ی این دو تجهیز از ده منظر پرداختیم تا مسیر انتخاب آن ها را هموار کنیم. 

منبع: omega.com