اگر فقط نمایش محلی و ساده می‌خواهید، ترمومترهای بی‌متال یا گازی گزینه‌های رایج‌اند. اما اگر پای کنترل PID، ثبت داده (Trend)، آلارم و اتصال به PLC/DCS در میان است، باید از سنسور دما (RTD/ترموکوپل) + ترانسمیتر/کنترلر استفاده کنید و نمایش را به کنترل‌کننده و نمایشگر بسپارید. مهم‌تر از خود ترمومتر، طراحی و انتخاب ترموول است؛ چون ترموول می‌تواند زمان پاسخ را زیاد کند و در سرعت جریان بالا دچار شکست ناشی از ارتعاش (Vortex Shedding) شود. قاعده‌های شناخته‌شده سایت مثل حداقل طول غوطه‌وری، نسبت فرکانسی و انتخاب متریال در این مقاله به‌صورت عملیاتی ارائه شده‌اند.

۱) ترمومتر صنعتی چیست و چه تفاوتی با سنسور دما دارد؟

«ترمومتر صنعتی» در کاربردهای رایج به تجهیزی گفته می‌شود که دما را به‌صورت محلی نمایش می‌دهد (مثل ترمومتر صفحه‌ای). در مقابل، «سنسور دما» (RTD/ترموکوپل) یک المان اندازه‌گیری است که برای استفاده در سیستم‌های اتوماسیون به تبدیل سیگنال (ترانسمیتر/کنترلر) نیاز دارد. بنابراین:

۲) انواع ترمومتر صنعتی و اصل عملکرد

۲-۱) ترمومتر بی‌متال (Bimetal Thermometer)

ترمومتر بی‌متال از دو فلز با ضریب انبساط متفاوت ساخته می‌شود. تغییر دما باعث تغییر شکل (معمولاً به‌صورت مارپیچ) و در نهایت حرکت عقربه می‌شود. مزیت: سادگی، دوام، عدم نیاز به برق. محدودیت: دقت متوسط و حساسیت به ارتعاش.

۲-۲) ترمومتر گازی / کپیلاری (Gas-actuated / Capillary)

در این نوع، تغییر دما باعث تغییر فشار گاز/مایع داخل سیستم بسته (bulb + capillary + bourdon) می‌شود و عقربه حرکت می‌کند. مزیت مهم: امکان فاصله‌گذاری بین نقطه اندازه‌گیری و صفحه نمایش (Remote). محدودیت: حساسیت به آسیب مکانیکی کپیلاری و خطا در نصب نامناسب.

۲-۳) ترمومتر دیجیتال/نمایشگر دما

ترمومتر دیجیتال معمولاً از سنسور داخلی یا ورودی RTD/TC استفاده می‌کند و دما را نمایش می‌دهد. اگر خروجی لازم دارید (4-20mA/RS485) یا آلارم می‌خواهید، اینجا نقش کنترل‌کننده و نمایشگر پررنگ می‌شود.

۳) «آمار و داده‌های شناخته‌شده» در دماسنجی صنعتی: زمان پاسخ و مفهوم t63

در صنعت، زمان پاسخ سنسور/ترمومتر معمولاً با ثابت زمانی تعریف می‌شود. معیار رایج: t63 یعنی زمانی که خروجی به 63.2% از تغییر نهایی برسد (رفتار مرتبه اول). این مفهوم برای مهندس کنترل بسیار مهم است؛ چون سنسور کند می‌تواند باعث کندی حلقه کنترل و نوسان PID شود.

مقادیر زیر «بازه‌های شناخته‌شده و رایج» در سایت هستند (عدد دقیق به سایز، متریال، سرعت جریان و محل نصب وابسته است):

نتیجه عملی: اگر فرآیند دینامیک است (مثلاً کنترل دمای هیتر/مبدل)، انتخاب ترموول و طول غوطه‌وری و حتی نوع نوک ترموول (Straight/Tapered/Step) می‌تواند روی پایداری کنترل اثر جدی بگذارد.

۴) چرا ترموول مهم‌تر از خود ترمومتر است؟

ترموول (Thermowell) یک غلاف فلزی است که ترمومتر یا سنسور دما داخل آن قرار می‌گیرد تا از تماس مستقیم با سیال، فشار و سرعت جریان محافظت شود. ترموول به‌خصوص در خطوط فشار بالا یا سیالات خورنده/ساینده ضروری است. اما ترموول اگر اشتباه انتخاب شود می‌تواند:

• باعث کندی شدید پاسخ دمایی شود (تاخیر اندازه‌گیری)
• در سرعت جریان بالا به علت ارتعاش و پدیده Vortex دچار شکست شود
• با انتقال حرارت از ساقه (Stem Conduction) خطای قرائت ایجاد کند

۵) معیارهای مهندسی انتخاب ترموول

۵-۱) متریال ترموول و سازگاری با سیال

انتخاب متریال ترموول باید مطابق خورندگی سیال، دما و فشار باشد. رایج‌ترین انتخاب صنعتی SS316/316L است، اما در خورندگی‌های خاص ممکن است آلیاژهای بالاتر نیاز شود. در هر حال، هدف اصلی جلوگیری از خوردگی، ترک تنشی و کاهش ضخامت در بلندمدت است.

۵-۲) نوع اتصال (Threaded / Flanged / Weld-in)

اتصال ترموول به خط، تابع فشار، استاندارد پایپینگ و سیاست نگهداری است. اتصالات رزوه‌ای برای فشارهای پایین‌تر و سرویس آسان رایج‌اند؛ فلنجی برای فشار/دما بالاتر و استانداردهای فرآیندی؛ و Weld-in برای سرویس‌های خاص.

۵-۳) طول غوطه‌وری (Insertion Length) و یک قاعده عملی

یکی از خطاهای رایج در سایت، کوتاه بودن طول غوطه‌وری است؛ در این حالت، نوک سنسور به دمای واقعی سیال نمی‌رسد و خطای هدایتی از ساقه ایجاد می‌شود. یک قاعده عملی شناخته‌شده برای اندازه‌گیری دما این است که: حداقل طول غوطه‌وری ≈ 10 برابر قطر سنسور/غلاف (در مایعات؛ در گازها معمولاً بیشتر نیاز است) تا تأثیر هدایت حرارتی کاهش یابد.

۵-۴) شکل نوک ترموول و اثر روی زمان پاسخ و استحکام

۵-۵) ارتعاش و شکست ترموول: نکته‌ای که نباید نادیده بگیرید

در خطوط با سرعت جریان بالا، ترموول مانند یک تیرک در جریان سیال قرار می‌گیرد و می‌تواند تحت ارتعاش ناشی از Vortex Shedding وارد رزونانس شود. در طراحی‌های مهندسی، معمولاً بررسی‌های استحکام و نسبت‌های فرکانسی انجام می‌شود (در استانداردهای مرجع طراحی ترموول). برای تیم‌های سایت، پیام عملی این است:

• در سرعت‌های بالا یا ارتعاش زیاد، از ترموول‌های مناسب (تایپرد/فلنجی/متریال قوی‌تر) استفاده کنید.
• اگر چند بار شکست ترموول داشته‌اید، محل نصب و طول بیرون‌زدگی و نوع ترموول را بازنگری کنید.
• در سرویس‌های بسیار پرسرعت، گاهی طراحی کوتاه‌تر یا تغییر محل نصب بهترین راهکار است.

۶) انتخاب ترمومتر مناسب بر اساس کاربرد

حالا که ترموول را فهمیدیم، انتخاب ترمومتر ساده‌تر می‌شود. این جدول یک «راهنمای تصمیم سریع» برای مهندسین است:

۷) خطاهای رایج نصب ترمومتر و ترموول (و راهکار)

FAQ (سؤالات پرتکرار)

⁉️ ترمومتر بی‌متال برای چه جاهایی مناسب‌تر است؟

برای پایش‌های عمومی، خطوط خدماتی و نقاطی که فقط نمایش محلی نیاز دارید و دقت خیلی بالا یا پاسخ سریع حیاتی نیست.

⁉️ چرا استفاده از ترموول زمان پاسخ را کند می‌کند؟

چون ترموول یک لایه فلزی بین سنسور و سیال ایجاد می‌کند و انتقال حرارت را کندتر می‌کند. در کنترل‌های سریع، این تاخیر مهم است.

⁉️ حداقل طول غوطه‌وری ترموول چقدر باشد؟

به‌صورت قاعده عملی، در مایعات حدود 10 برابر قطر و در گازها 15 تا 20 برابر قطر پیشنهاد می‌شود تا خطای هدایت کم شود.

⁉️ برای کنترل PID دما چه ترکیبی بهتر است؟

معمولاً سنسور RTD یا ترموکوپل + کنترل‌کننده/PLC. سپس نمایش و آلارم را از طریق کنترل‌کننده و نمایشگر مدیریت کنید.

⁉️ کجا باید ترموکوپل را به RTD ترجیح داد؟

در دماهای بالا (کوره، هیتر، فرآیندهای با رنج دمایی وسیع) ترموکوپل مناسب‌تر است. برای جزئیات به ترموکوپل مراجعه کنید.

⁉️ شکست ترموول در خط یعنی چه مشکلی داریم؟

معمولاً ترکیبی از سرعت جریان بالا، ارتعاش و طراحی نامناسب طول/شکل ترموول باعث رزونانس و شکست می‌شود؛ طراحی را بازنگری و محل نصب را اصلاح کنید.