تفاوت سنسور ترموکوپل و RTD چیست؟

شش تفاوت کلیدی در انتخاب بین ترموکوپل‌ و RTD

سنسورهای دمایی مختلفی در بازار وجود دارند که با توجه به ویژگی‌هایی که دارند در صنایع مختلف مورد استفاده قرار می‌گیرند. در این نوشته به بررسی تفاوت بین ترموکوپل و RTD، دو نوع از سنسورهای دمایی پرداخته شده است تا در زمان سفارش یا خرید  بتوانید با توجه به این شش تفاوت مهم انتخاب مناسبی انجام دهید.

تفاوت ترموکوپل و RTD

انواع سنسور دما از جمله ترموکوپل و RTD، با توجه به نوع طراحی و ویژگی‌هایی که دارند در صنایع مختلف به کار می‌روند. هر کدام از این سنسورهای حرارتی، ویژگی‌های منحصر به فردی دارند که با توجه به آن‌ها، استفاده از هر کدام از این دو در کاربردهای مختلف ممکن است مناسب‌تر باشد. پیش از آنکه به بررسی شش تفاوت ترموکوپل و RTD بپردازیم، لازم است به طور مختصر ترموکوپل و سنسور آر تی دی را معرفی کنیم تا با نحوه کار هر کدام از این سنسورها آشنا شوید.

ترموکوپل (thermocouple) چیست؟

ترموکوپل نوعی سنسور دما است که از دو سیم غیر همجنس ساخته شده است که از یک طرف به یکدیگر کوپل شده‌اند. زمانی که محل جوش این دو سیم گرما ببیند، در دو سر باز این دو سیم، به دلیل تفاوتی که در جنس دارند، اختلاف ولتاژی ایجاد می‌شود که می‌توان با استفاده از آن، دما را اندازه‌گیری کرد.

سنسور دما مقاومتی یا RTD چیست؟

سنسور‌های دمای مقاومتی یا همان RTD مخفف Resistance Temperature Detector است. سنسور‌های مقاومتی به دلیل داشتن دقت و ثبات اندازه گیری بسیار خوب، شهرت و اعتبار خاصی در صنعت دارند و این اعتبار باعث استفاده از این نوع سنسورها در موارد گسترده‌ای در صنایع مختلف گردیده است. اساس اندازه‌گیری دما توسط سنسورهای مقاومتی تغییر مقاومت سیم پیچ سنسور با تغییر دما می‌باشد که جنس این سیم ‌پیچ عموما از آلیاژ پلاتین می‌باشد که درون کپسول‌های سرامیکی و یا شیشه ای تعبیه شده‌اند که توسط گروه صنعتی ابزار دقیق مانیاد صنعت رادین آژند تولید می شود.

انواع سنسور دما مقاومتی

ویژگی‌های انواع سنسورهای مقاومتی دما با توجه به نوع آلیاژی که در ساخت آن‌ها به کار رفته است، متفاوت است. در ساخت سنسورهای RTD از فلزاتی مانند پلاتین، نیکل و مس استفاده می‌شود که سنسورهای RTD پلاتین متداول‌تر هستند. این نوع از دماسنج مقاومتی، مقاومت بالایی در برابر خوردگی داشته و پایدار هستند. سنسورهای RTD ساخته شده از نیکل به نسبت نوع ساخته شده از پلاتین، ارزان‌تر هستند و مقاومت بالایی در برابر خوردگی دارند. سنسورهای RTD مس از دو نوع دیگر ارزان‌تر هستند اما در دماهای خیلی بالا قابل استفاده نیستند، زیرا ممکن است اکسید شوند.

سنسور‌های دما مقاومتی RTD بسته به کاربرد آنها و رنج اندازه‌گیری دما به صورت‌های مختلف دو سیمه، سه سیمه و چهار سیمه تقسیم بندی می‌شوند و همچنین علاوه بر آن انواع مختلفی چون PT1000 ،PT500 ،PT100 ،PT50 دارند که محبوب‌ترین و پر استفاده‌ترین آن در صنایع مختلف PT100 می باشد، که PT مخفف Platinum است به این معنا که آلیاژ استفاده شده در سیم پیچ از جنس پلاتین می‌باشد و عدد 100 نشان دهنده مقاومت خروجی سیم پیچ سنسور در دمای ℃0 است که معادل 100 اهم می‌باشد. سنسور دما مقاومتی PT100 در مدل‌های متنوع و کاربرد‌های وسیع در صنایع توسط گروه صنعتی ابزار دقیق مانیاد صنعت رادین آژند طبقه بندی شده است.

شش تفاوت کلیدی در انتخاب بین ترموکوپل‌ها و سنسور‌های RTD

حال که با انواع سنسور دما آشنا شدید، به بررسی تفاوت ترموکوپل و RTD می‌پردازیم. در حقیقت تفاوت ترموکوپل و RTD لیست کوتاهی نیست. از جمله موضوعاتی که بین این دو سنسور تفاوت‌هایی وجود دارد می‌توان به محدوده اندازه‌گیری دما، سیگنال‌های خروجی، زمان پاسخ‌دهی، خطای خود گرمایی و مقاومت در برابر شوک و لرزش اشاره کرد.

پرداختن به همه‌ی این تفاوت‌ها در این مقاله نمی‌گنجد و همچنین برخی از آن‌ها با در برخی دیگر مستتر هستند و ذکر برخی از آن‌ها کافی خواهد بود. به همین خاطر ما تنها شش تفاوت مهم بین این دو سنسور را ذکر می‌کنیم این شش تفاوت ترموکوپل و RTD که در ادامه به بررسی آن‌ها می‌پردازیم عبارتند از: محدوده اندازه‌گیری دما، دقت اندازه‌گیری دما، حساسیت، رانش، اندازه‌گیری تک نقطه‌ای و هزینه. پس از ذکر این تفاوت‌ها شما می‌توانید بر اساس نیازهای سیستم مورد استفاده‌تان و با استفاده از این اطلاعات، سنسور دمای مناسب را برای کاربرد مورد نظر خود تهیه نمایید.

1. محدوده اندازه‌گیری دما

اولین تفاوت ترموکوپل و سنسور RTD که به آن می‌پردازیم، تفاوت در محدوده اندازه‌گیری دما است. محدوده دمای قابل اندازه‌گیری توسط انواع سنسورهای مقاومتی دما بین منفی 200 درجه سانتیگراد تا نهایتا 400 الی 500 درجه است. برخی سنسورهای آر تی دی تا 850 درجه سانتیگراد را نیز می‌توانند اندازه‌گیری کنند.

این در حالی است که ترموکوپل‌ها می‌توانند دمایی در محدوده منفی 200 درجه تا 1800 درجه سانتیگراد را اندازه‌گیری کنند، در برخی انواع خاص، این مقدار می‌تواند حتی تا 2600 درجه سانتیگراد نیز باشد. با توجه به گستره دمایی وسیع‌تری که ترموکوپل ارائه می‌کند، استفاده از آن ممکن است کاربردهای بیشتری داشته باشد.

2. دقت اندازه‌گیری دما

دیگر تفاوت ترموکوپل و سنسور RTD در دقت اندازه‌گیری دما است. دقت اندازه‌گیری دما توسط سنسور RTD در محدوده 0/05 درجه تا 0/1 درجه سانتیگراد است که باعث می‌شود این سنسور برای کارهای دقیق‌تر مناسب‌تر از ترموکوپل باشد که دقت اندازه‌گیری آن در حدود 0/2 تا 0/5 درجه سانتیگراد است. قابل ذکر است همان‌طور که انتظار می‌رود، هرچه دقت اندازه‌گیری دما در سنسور آر تی دی بالاتر باشد، قیمت آن نیز بالاتر خواهد بود.

3. حساسیت

با وجود اینکه هردوی این سنسورهای دما، به تغییرات دمایی واکنش‌های سریعی نشان می‌دهند، ترموکوپل‌ها حساسیت بالاتری دارند. تفاوت ترموکوپل و سنسور RTD در حساسیت به دلیل تفاوت ترموکوپل و سنسور RTD در سرعت پاسخ‌دهی است. ترموکوپل‌ها زمان پاسخ‌دهی بین 0/1 تا 10 ثانیه دارند درحالی که سرعت پاسخ‌دهی سنسور آر تی دی در محدود 1 تا 50 ثانیه است.

این درحالی است که ترموکوپل برای رسیدن به تعادل حرارتی، به زمان بیشتری نسبت به سنسور RTD نیاز دارد و دلیل آن، این است که نقطه اتصال دو سیم و دو سر آزاد سیم‌ها که از جنس‌های مختلفی هستند و در طرف دیگر آزاد هستند، زمان‌های متفاوتی برای رسیدن به یک دمای مشخص نیاز دارند و با سرعت یکسانی به دمای مورد نظر نمی‌رسند.

4. رانش

سنسور مقاومتی دما به نسبت ترموکوپل پایداری بیشتری دارد و رانش کمتری در نتایج آن مشاهده می‌شود. دلیل این مسئله، نوع طراحی سنسورهای RTD است که به نحوی انجام شده است که بتواند با ورودی یکسان تکرارپذیری بالایی در نتایج داشته باشد، رانش در سنسورهای آر تی دی در شرایط معمول در حدود 0/1 درجه سانتیگراد در 5 سال است و اگر شرایط سخت باشد ممکن است به 0/1 درجه سانتیگراد در هر سال نیز برسد که حتی با این وجود نیز از دیگر سنسور دما در این زمینه عملکرد بهتری دارد.

این تفاوت ترموکوپل و سنسور RTD همچنین ناشی از ناهمگن بودن سیم‌های به کار رفته در ساخت ترموکوپل است. این سیم‌ها ممکن است در اثر قرار گرفتن در معرض گرما یا فشارهای مکانیکی خم یا کج شوند و یا حتی تغییرات شیمیایی مانند اکسید شدن را در آن‌ها مشاهده شود. به همین دلیل زمان رانش بیشتری دارد. در اثر بروز این اتفاقات، دقت این سنسور دما در طول زمان کاهش می‌یابد و نیازمند تنظیم مجدد خواهد بود. به همین دلیل استفاده از سنسورهای RTD در طولانی مدت مناسب‌تر است.

5. اندازه‌گیری تک نقطه‌ای

ترموکوپل از دو سیم با جنس‌های مختلف ساخته شده است که در یک سر به یکدیگر متصل هستند و در طرف دیگر آزاد هستند. با توجه به این نوع ساختار، می‌توان اندازه‌گیری دما را در نقطه مشخصی که دو سیم به یکدیگر جوش خورده‌اند انجام داد. اندازه‌گیری دما در این سنسور با استفاده از اختلاف پتانسیلی که بین دو سر آزاد سیم‌هایی که جنس‌های یکسانی ندارند و تبدیل این ولتاژ به دما صورت می‌گیرد.

درحالی که اندازه‌گیری در سنسور آر تی دی با اندازه‌گیری پیوسته مقاومت در طول عنصر سازنده آن صورت می‌گیرد. این کار نیازمند تبدیل مقاومت به یک ولتاژ و استفاده از این ولتاژ برای اندازه‌گیری تفاوت ورودی تقویت‌کننده استفاده می‌شود. به عبارت دیگر، تفاوت ترموکوپل و سنسور RTD در اندازه‌گیری دما، در این است که در سنسور RTD با میانگین‌گیری روی کل سطح عنصر، دما اندازه‌گیری می‌شود و در ترموکوپل در نقطه جوش خوردن دو سیم به یکدیگر، انجام می‌شود.

5. هزینه

دیگر تفاوت ترموکوپل و RTD در هزینه پرداختی برای تهیه این دو سنسور است. به طور کلی سنسور RTD قیمت بالاتری نسبت به ترموکوپل دارد و به طور معمول یک سنسور RTD دو تا سه برابر گران‌تر از ترموکوپل‌های مشابه خودش است. در میان انواع سنسورهای RTD نیز، سنسورهای پلاتینیوم بالاترین و سنسورهای مس پایین‌ترین قیمت را دارند. این تفاوت قیمت در حالی است که با توجه به اثر رانش که بیشتر در ترموکوپل مشاهده می‌شود، نیاز به تنظیم مجدد آن در طول زمان وجود دارد. به همین خاطر در واقع، در طولانی مدت هزینه نگه‌داری از این سنسور باعث خواهد شد که هزینه کلی آن بیشتر از پرداخت یکباره برای خریداری یک سنسور RTD باشد.

مقایسه پارامترهای دو سنسور ترموکوپل و RTD

در بالا تفاوت ترموکوپل و سنسور RTD که اهمیت بالاتری دارند ذکر شد تا دیدگاه جامعی نسبت به این دو سنسور به شما داده شود. با توجه به این جزئیات کوچک است که شما می‌توانید انتخاب مناسبی در خرید سنسور مورد نیاز خود داشته باشید. هرچند این لیست طولانی‌تر است، اساسی‌ترین تفاوت‌های این دو سنسور برای شما به طور مفصل مورد بررسی قرار گرفته است و با داشتن همین اطلاعات نیز شما حتما می‌توانید سنسور مورد نیاز خود را شناسایی کرده و نسبت به خرید آن اقدام کنید.

در این نوشته به شش تفاوت ترموکوپل و سنسور RTD پرداخته شد که از مهم‌ترین تفاوت‌های این دو سنسور دما است. با استفاده از اطلاعات داده شده در این نوشته در زمینه‌های مختلف درباره این دو نوع سنسور دما، اکنون شما می‌توانید با توجه به کاربرد و نیاز خود، سنسور دمای مورد نیاز خود را تهیه کنید.

به این مسئله توجه داشته باشید که تمام این نکات را در هنگام خرید در نظر بگیرید تا درست‌ترین انتخاب را با توجه به نیاز خود انجام دهید. در نهایت لازم است ذکر کنیم که به هنگام خرید، علاوه بر تفاوت ترموکوپل و RTD و نکات فنی که ذکر شد، لازم است به برند سازنده سنسورها نیز توجه کنید تا مطمئن باشید که دستگاه خریداری شده توسط شما از کیفیت مناسب برخوردار است و به خوبی نیازهای شما را برطرف خواهد کرد.

تفاوت ترموکوپل و RTD چیست؟

اولین چالشی که در مقابل سنسور ها با آن روبرو هستیم انتخاب نوع آن ‌ها متناسب با کاربرد مورد نظر است. برای این‌که بتوانیم بهترین انتخاب را داشته باشیم لازم است ابتدا انواع، مزایا و معایب آن‌ ها را شناخته و تفاوت‌ های بین تفاوت ترموکوپل و RTD را بررسی کنیم.

سنسور های ترموکوپل و RTD را به عنوان مشهورترین سنسور های دما می شناسیم. گاهی در زمان انتخاب سنسور دمایی مناسب، بین دو سنسور ترموکوپل و RTD دچار سردرگمی می شویم. برای انتخاب صحیح لازم است، تفاوت های آن ها را به خوبی درک کنیم تا بر اساس ویژگی های پروژه مورد نظر، بهترین سنسور دما را انتخاب کنیم. برای دست یافتن به این هدف، در این مقاله با پاسخ به سوال تفاوت ترموکوپل و RTD چیست ؟ سعی بر سهل کردن انتخاب بین این دو تجهیز را داریم.

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

مهم ترین 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.

تفاوت ترموکوپل و RTD

بازه ی 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.

۱- تفاوت ترموکوپل و RTD در 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 ۲۰۰- تا ۱۲۶۰+ درجه‌ ی سانتی‌گراد است، در حالی که در RTD ها این عدد بسته به برند سازنده حداکثر تا ۶۰۰ درجه‌ ی سانتی‌گراد را پوشش می‌ دهد. بنابراین ترموکوپل‌ ها که توانایی تشخیص دماهای بالاتر از ۶۰۰ درجه‌ ی سانتی‌گراد را هم دارند، کاربرد بیشتری در صنایع مختلف خواهند داشت.

۲- تفاوت ترموکوپل و RTD در دقت اندازه‌گیری دما

بطور کلی می‌ توان RTD را دقیق‌ تر از ترموکوپل‌ دانست. میزان خطای RTD حداکثر ۰.۱ درجه‌ ی سانتی‌گراد است. در حالی که این عدد برای ترموکوپل‌ حدود ۰.۵ 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.

۳- مقایسه ترموکوپل و RTD از نظر 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.

۴- مقایسه ترموکوپل و RTD از نظر 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 ۰.۱ تا ۱۰ ثانیه طول می‌ کشد، تا ترموکوپل‌ ها به تغییرات دما پاسخ دهند. اما این عدد در RTDها برابر ۱ تا ۵۰ 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.

۵- تفاوت ترموکوپل و RTD  در 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. شکل۲ نموداری از رابطه‌ ی دما و مقاومت را در هر دو تجهیز نشان می‌ دهد.

۶- تفاوت ترموکوپل و RTD از نظر 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.

۷- تفاوت ترموکوپل و RTD از نظر 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.

۸- مقایسه ترموکوپل و RTD از نظر 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.

۹- مقایسه ترموکوپل و RTD  از نظر 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.