ترموول (THERMOWELL) یکی از اجزای کلیدی در سیستم‌های ابزاردقیق می باشد که نقش حیاتی در حفظ سنسورهای دما در شرایط سخت فرآیندی ایفا می‌کند. در این مطلب به بررسی دقیق ترموول، انواع آنها و نکات مهم در انتخاب این تجهیزات صنعتی می‌پردازیم.
ترموول (THERMOWELL) چیست؟
ترموول (Thermowell) که در فارسی گاهی به آن «غلاف دما»، «محفظه محافظ سنسور دما»، یا «پوشش سنسور دما» گفته می‌شود، یک قطعه مکانیکی توخالی و لوله‌های شکل است که معمولاً از انواع فلزات مقاوم ساخته می‌شود و به عنوان محافظی برای سنسورهای دماهای مانند ترموکوپل (Thermocouple Temperance یا RTD) است. عمل می کند. عملکرد این ابزار به‌ویژه در کاربردهایی که شرایط فرآیندی شامل فشار بالا، بسیار زیاد یا پایین، سیالات خورنده، سرعت جریان زیاد یا محیط‌های دارای ارتعاش شدید است، مهمی حیات دارد. زیرا با قرار دادن سور دما در این محفظه فلزی، هم از آسیب‌های شیمیایی و شیمیایی به سنسور جلوگیری می‌شود، و هم امکان تعویض یا تعمیر سنسور بدون نیاز به توقف فرآیند یا وجود سیال وجود دارد.
کار ترموول چیست؟
ترموول به‌عنوان یک وسیله بین محیطی فرآیندی و سنسور دما، به‌گونه‌ای طراحی می‌شود که سنسور دما را از تماس مستقیم با سیال فرآیندی (چه مایع، چه گاز یا بخار) محافظت کند. این قطعه به صورت رزوه‌ای، فلنجی یا جوشی به دیواره لوله یا تانک متصل می‌شود، در حالی که درون آن سنسور دما قرار می‌گیرد.آنها از موادی ساخته می‌شوند که دارای خواص مکانیکی، حرارتی و شیمیایی بسیار مناسبی برای تحمل شرایط شدید باشند (مانند فولاد ضدزنگ 316L، آلیاژ Inconel، Hastelloy، یا Monel).
از منظر ترمودینامیکی، گرمای محیط توسط دیواره ترموول جذب شده، و سپس از طریق رسانش به سنسوری که درون آن قرار دارد می‌شود. طراحی دقیق هندسی و انتخاب جنس متریال ترموول مناسب نقش بسیار مهمی در پاسخ زمانی (Time Response) و دقت اندازه گیری دما دارد.
انواع ترموول ها
انواع ترموول بر اساس شکل هندسی بدنه :
1.ترموول مستقیم:
ترموول‌های مستقیم یا Streight Thermowells معمولاً به‌طور کامل دارای یک نقطه ثابت هستند که قطر آن از ابتدا تا انتها تغییر نمی‌کند. این نوع ترموول‌ها در فرآیندهای معمولی که شرایط محیطی ثابت یا پایدار هستند، می‌شوند. بدنه این نوع معمولاً از آلیاژهای فولاد ضدزنگ مانند316 است که مقاومت خوبی در برابر خوردگی و تغییراتی نشان می دهد. در طراحی این ترموول‌ها از روش‌های ساده و مقرون‌به‌صرفه تولید می‌شود که این امر باعث کاهش هزینه می‌شود.
2. ترموول مخروطی (بدنه مخروطی):
ترموول‌های مخروطی (Tapered Thermowells) دارای طراحی خاصی هستند که در آن قطر خارجی ترموول از نوک تا محل اتصال به فلنج یا رزوه به‌تدریج کاهش می‌یابد. این طراحی باعث می‌شود که مقاومت مکانیکی ترموول در برابر فشار و ارتعاشات به‌شدت افزایش یابد. به‌ویژه در سیالات با سرعت جریان بالا یا فشار زیاد، این نوع ترموول‌ها عملکرد بسیار بهتری از نظر حفظ شکل و دوام دارند.
ما در این مقاله در رابطه با ترموول مخروطی و ساختار این نوع ترموول بطور جزئی صحبت کرده ایم.
3.ترموول پلکانی (بدنه پلکانی):
ترموول‌های پلکانی (Stepped Thermowells) دارای طراحی ویژگی‌هایی هستند که قطر بدنه به‌طور سطحی و در چند مرحله تغییر می‌کند. این طراحی می‌تواند برای نیاز به روش‌های خاص که نیاز به تطبیق پذیری بیشتر داشته باشد، مفید باشد. در این نوع ترموول‌ها، معمولاً قطر بدنه از فلنج یا نقطه اتصال به لوله آغاز شده و به‌صورت پلکانی به نوک ترموول می‌رسد.
انواع ترموول بر اساس روش نصب :
1. ترموول رزوه‌ای:
ترموول های رزوه‌ای (Threaded Thermowells) دارای اتصال رزوه‌ای از انواع مختلف مانند (NPT ( National Pipe Thr یا نخ متریک برای نصب در سیستم‌ها هستندبرای نصب در سیستم ها هستند. این نوع برای نصب آسان در فرآیندهایی که به سرعت نیاز دارند، ایده‌آل هستند. این ترموول‌ها به‌طور مستقیم در ورودی لوله، نازل، یا سایر بخش‌های سیستم به‌وسیله رزوه‌ها نصب می‌شوند.
2.ترموول فلنج‌دار:
ترموول‌فلنج‌دار (Flanged Thermowells) دارای اتصال فلنجی استاندارد برای نصب در سیستم‌های پیچیده‌تر و فشار بالا هستند. این نوع ترموول‌ها معمولاً با استانداردهایی مانندASME B16.5 (برای فلنج‌ها) یاDIN وJIS طراحی می‌شوند. فلنج‌ها به‌وسیله پیچ و مهره به قسمت‌های دیگر سیستم‌های لوله کشی یا مخزن متصل می‌شوند.
جهت آشنایی با انواع ترموول فلنجی و نحوه ی عملکرد ترموول فلنجی کلیک کنید.
3.ترموول جوشی:
ترموول‌های جوشی (Welded Thermowells) معمولاً از چند بخش (مانند تیوب و فلنج یا نوک) ساخته می‌شوند که با استفاده از فرآیند جوشکاری به هم مرتبط می‌شوند. این نوع ترموول‌ها در فرآیندهای حساس به‌شدت مورد استفاده قرار می‌گیرند که در آنها نیاز به مقاومت بالا در برابر فشار و دمای وجود دارد.
4.ترموول وان استون (وناستون):
ترموول‌های وناستون (Van Stone Thermowells) به‌عنوان یک نوع ویژه از ترموول‌های فلنج‌دار طراحی می‌شوند. این ترموول‌ها در واقع دارای بدنه بدون فلنج هستند که یک فلنج جدا می‌شوند به آن متصل می‌شوند. این طراحی باعث می‌شود که فلنج چرخش داشته باشد و در موقعیت‌های مختلف قرار گیرد.
انواع ترموول بر اساس روش ساخت:
1.ترموول های استیل ضد زنگ:
ترموول‌های استیل ضد زنگ معمولاً از آلیاژهای مختلف فولاد ضد زنگ مانند316 یا304 ساخته می‌شوند. این علی‌ها به‌طور گسترده در صنایع مختلف برای ساخت قطعات مقاوم به خوردگی استفاده می‌کنند. فولاد ضد زنگ به‌دلیل ویژگی‌های مقاومتی بالای خود در برابر مواد شیمیایی، شرایط، و طعم‌شناسی، یک انتخاب معمول برای ساخت ترموول‌ها است.
2.ترموول های کربن استیل:
ترموول‌های ساخته شده از فولاد کربنی و معمولاً برای کاربردهایی با فشار پایین تا متوسط استفاده می‌شوند. فولاد کربنی ارزان‌تر از فولاد ضد زنگ است و مقاومت در برابر فشار و سایش از خود نشان می‌دهد، اما در برابر آسیب پذیری است.
3.ترموول های تیتانیوم :
تیتانیوم یک سبک و مقاوم است که برای ساخت ترموها در شرایط سخت شیمیایی یا بالاتر فلز بسیار مناسب است. ترموول‌های تیتانیومی در شرایطی که نیاز به ترکیب مقاومت به خوردگی و استحکام بالا وجود دارد، بهترین انتخاب هستند.
4.ترموول های آلومینیوم:
آلومینیوم به‌عنوان یک ماده سبک و قابل استفاده برای ترموول‌ها شناخته می‌شود. این ماده در شرایطی که نیاز به وزن کم و مقاومت در برابر خوردگی سطحی باشد، مناسب است. ترموول‌های آلومینیومی معمولاً برای فرآیندهای فشار و دمای پایین استفاده می‌شوند.
5.ترموول سرامیکی:
ترموول سرامیکی، لوله‌های توخالی و عایق است که معمولاً از مواد نسوز و دیرگداز مانند آلومینا (Al2O3)، سیلیکون کاربید (SiC)، مولایت (3Al2O3·2SiO2)، زیرکونیا (ZrO2) دیگر می‌شود یا ترکیب می‌شود. این نوع به‌گونه‌ای طراحی می‌شود که در مقابل تنش‌های حرارتی، شوک حرارتی، گازهای خورده، پاشش فلزات مذاب، و محیط‌های واکنشی محافظتی و عملکرد عملکردی سنسور را به‌شکل قابل‌توجهی افزایش دهد، می‌شود.
ساختار این نوع ترموول‌ها معمولاً از یک یا دو جداره تشکیل می‌شود و می‌تواند دارای پوشش‌های ثانویه برای بهینه‌سازی خواص سطوحی، مقاومت به شوک یا کاهش خلل باشد.
خواندن این مقاله را از دست ندهید:ترموول سرامیکی با نصب آسان و عملکرد مطمئن
ابعاد ترموول
ابعاد ترموول (Thermowell Dimensions) یکی از اساسی‌ترین فاکتورهای طراحی و انتخاب صحیح ترموول برای کاربردهای صنعتی است، چرا که این ابعاد مستقیماً بر عملکرد مکانیکی، حرارتی، و سیگنال‌گیری سیستم ابزار دقیق تأثیر می‌گذارند. همچنین آنها را می‌توان به چند بخش اصلی تقسیم کرد که هر یک وظیفه‌ای خاص در ساختار و عملکرد مکانیکی یا حرارتی آن ایفا می‌کنند. این ابعاد عبارت‌اند از:
1. طول غوطه‌وری (Insertion Length – “U” Length)
- تعریف: فاصله‌ی بین محل تماس ترموول با دیواره فرآیند (محل نصب رزوه یا فلنج) تا نوک انتهایی آن (tip).
- اهمیت: این بعد تعیین‌کننده عمق قرارگیری سنسور دما در داخل سیال فرایندی است. اگر “U” Length بیش از حد کوتاه باشد، سنسور دما نمی‌تواند دمای واقعی سیال را اندازه‌گیری کند، زیرا در ناحیه‌ی مرزی قرار خواهد گرفت که دمای آن ممکن است متأثر از جداره باشد.
- مقادیر معمول:
- برای فرآیندهای استاندارد: 63 mm، 100 mm، 160 mm، 250 mm، 400 mm
- برای دقت بالا یا کاربردهای خاص: بیشتر از 400 mm
- نکته مهم: توصیه می‌شود طول غوطه‌وری حداقل 10 برابر قطر خارجی غلاف (OD) باشد تا شرایط پایدار حرارتی حاصل گردد.
2. طول کلی (Overall Length – “O” Length)
- تعریف: طول کامل ترموول از انتهای نوک (tip) تا ابتدای اتصال مکانیکی (فلنج، رزوه، جوش سوکتی).
- اهمیت: طول کلی به طراح کمک می‌کند تا مطمئن شود ترموول از نظر ابعاد به‌درستی در محل نصب قرار می‌گیرد و هیچ تداخلی با سایر تجهیزات یا موانع مکانیکی ندارد.
- ارتباط با U Length: معمولاً O Length برابر است با U Length بعلاوه ضخامت اتصال مکانیکی (مثلاً ضخامت فلنج یا طول رزوه).
3. قطر خارجی بدنه (Outside Diameter – OD)
- تعریف: قطر بیرونی غلاف ترموول که در تماس با سیال فرایندی است.
- مقادیر متداول:
- 6 mm، 8 mm، 10 mm، 12.7 mm (1/2 inch)، 19 mm (3/4 inch)
- برای فشارهای بالا یا کاربردهای با دمای بسیار بالا: OD ممکن است تا 25 mm یا بیشتر نیز برسد.
- نکته: قطر بیشتر منجر به استحکام مکانیکی بالاتر می‌شود، اما زمان پاسخ حرارتی را افزایش می‌دهد.
4. قطر داخلی (Bore Diameter – ID)
- تعریف: قطر داخلی سوراخی که سنسور دما (مثل ترموکوپل یا RTD) در آن قرار می‌گیرد.
- مقادیر رایج:
- 6.0 mm، 6.4 mm، 7.0 mm، 8.0 mm
- فیت بودن (Fit): باید به‌گونه‌ای باشد که سنسور به‌خوبی درون سوراخ قرار بگیرد و فضای اضافی منجر به لرزش یا تاخیر در انتقال حرارت نشود. گاهی اوقات از پودر پرکننده یا سیلیکون حرارتی برای بهبود تماس حرارتی استفاده می‌شود.
5. ضخامت دیواره (Wall Thickness)
- تعریف: تفاضل بین قطر خارجی و داخلی تقسیم بر 2.
- Wall Thickness = (OD – ID)/2
- اهمیت: ضخامت دیواره رابطه مستقیم با استحکام مکانیکی و مقاومت در برابر فشار و سایش دارد. البته ضخامت زیاد باعث تأخیر در پاسخ حرارتی می‌شود.
6. طول نوک مخروطی یا پله‌ای (Tip Length / Taper Length)
- تعریف: بخشی از نوک ترموول که ممکن است به صورت مخروطی (Tapered)، پله‌ای (Stepped)، یا مستقیم (Straight) طراحی شود.
- کاربرد: طراحی نوک بر حساسیت حرارتی، زمان پاسخ، و مقاومت در برابر ارتعاش تأثیر می‌گذارد.
- نوک Stepped: پاسخ سریع‌تر
- نوک Tapered: استحکام بالا همراه با پاسخ نسبتاً سریع
- نوک Straight: مقاومت مکانیکی بالا ولی پاسخ کند
ترموول گیج دما چیست؟
ترموول مخصوص گیج دما (که غالباً برایگیج‌های بی‌متالیک استفاده می‌شود) یک قطعه فلزی توخالی است که در انتهای آن معمولاً بسته می‌شود و در قسمت بالای آن رزوه، فلنج یا جوشکاری برای اتصال به تجهیز و فرآیندهای محیطی تعبیه می‌شود. این ترموول به‌گونه‌ای طراحی می‌شود که سنسور بی‌متال گیج دما درون آن فرو رود، اما با سیال تماس مستقیم نباشد.
کاربرد ترموول در ابزار دقیق:
- صنایع پتروشیمی: برای اندازه گیری دمای سیالات در پالایشگاه ها، خطوط لوله و مخازن ذخیره سازی
- صنایع نیروگاهی: برای اندازه گیری دمای بخار، آب و گاز در نیروگاه ها
- صنایع غذایی و آشامیدنی: برای اندازه گیری دمای مواد غذایی و نوشیدنی ها در فرآیندهای تولید و فرآوری
- صنایع دارویی: برای اندازه گیری دمای مواد و تجهیزات در فرآیندهای تولید دارو
- صنایع فلزی: برای اندازه گرفتن دمای فلزات مذاب در فرآیندهای ریخته گری و نورد
مزایا و معایب ترموول
| مزایا | معایب |
| حفاظت از سنسور دما: ترموول سنسور را از آسیب های فیزیکی، خوردگی، ارتعاشات، سیالات با سرعت بالا و مواد شیمیایی خورنده محافظت می کند. | هزینه: ترموول ها می توانند گران تر از سنسورهای دما باشند. |
| افزایش دقت اندازه گیری: ترموول با محافظت از سنسور دما، دقت اندازه گیری را افزایش می دهد. | افزایش زمان پاسخ: ترموول ها به دلیل جرم اضافی، زمان پاسخ گویی سنسور دما را افزایش می |
| کاهش هزینه ها: ترموول با افزایش طول عمر سنسور دما، هزینه های تعویض و نگهداری را کاهش می دهد. | نصب دشوار: نصب ترموول ها می تواند دشوارتر از سنسورهای دما باشد. |
| ایمنی بیشتر: ترموول با جلوگیری از نشت سیالات خطرناک، ایمنی محیط کار را افزایش می دهد. | نصب دشوار: نصب ترموول ها می تواند دشوارتر از سنسورهای دما باشد. |
| قابلیت تعویض: ترموول ها به راحتی قابل تعویض هستندو در انواع مختلف با جنس ها، ابعاد و اتصالات مختلف موجود هستند. | ایجاد نقطه کور: ترموول ها می توانند در مسیر جریان سیال ایجاد نقطه کور کنند و دقت اندازه گیری را تحت تاثیر قراردخند. |
مراحل نصب ترموول:
نصب ترمووال در ابزاردقیق فرآیندی ساده است که با رعایت چند نکته کلیدی می‌توان به درستی انجام داد. در این مقاله به مراحل نصب ترمووال و نکات مربوط به آن می‌پردازیم.
- انتخاب محل نصب: در این مورد باید محل نصب با توجه به دمای اندازه‌گیری شده، دمای واقعی محیط یا سیال مورد نظر باشد. از نصب ترمووال در معرض تابش مستقیم خورشید، جریان هوای گرم یا سرد و منابع ارتعاشی خودداری کنید.
- انتخاب سنسور دما: سنسور دما باید با توجه به محدوده دمایی مورد نظر، دقت اندازه‌گیری و نوع سیال یا محیط انتخاب شود.
- نصب سنسور دما: سنسور دما باید به گونه‌ای نصب شود که با محیط یا سیال مورد نظر در تماس مستقیم باشد. برای این کار می‌توان از سنسورهای غلاف‌دار، سنسورهای بدون غلاف استفاده کرد.
- انتخاب ترموول: ترموول باید با توجه به نوع سنسور دما، قطر سنسور و طول غلاف انتخاب شود.
- نصب ترموول: این قطعه باید به گونه‌ای نصب شود که سنسور دما در مرکز آن قرار گیرد. برای این کار می‌توان از واشر و مهره برای ثابت کردن ترمووال استفاده کرد.
- اتصال سیم‌کشی: سیم‌های سنسور دما باید به این قطعه و سپس به دستگاه نمایشگر یا کنترلر دما متصل شوند.
نکات مربوط به نصب:
- از خم شدن یا آسیب دیدن سنسور دما در هنگام نصب خودداری کنید.
- از عایق مناسب برای جلوگیری از هدر رفتن گرما و افزایش دقت اندازه‌گیری استفاده کنید.
- در صورت استفاده از ترمووال در محیط‌های خورنده، از ترموول‌های مقاوم به خوردگی استفاده کنید.
- قبل از نصب این دستگاه، دستورالعمل‌های سازنده را به دقت مطالعه کنید.
لینک های مهم:
مشاوره قبل از خرید
برای کسب اطلاعات بیشتر در رابطه با خرید محصولات می‌توانید با شماره تلفن‌های زیر تماس بگیرید: