થર્મોકોપલ એ વિજ્ઞાન અને ટેકનોલોજીની તમામ શાખાઓમાં તાપમાન માપવા માટેનું ઉપકરણ છે. આ લેખ ઉપકરણની રચના અને સંચાલનના સિદ્ધાંતના ભંગાણ સાથે થર્મોકોપલ્સનું સામાન્ય વિહંગાવલોકન પ્રદાન કરે છે. થર્મોકોલની વિવિધતાઓ તેમની સંક્ષિપ્ત લાક્ષણિકતાઓ સાથે વર્ણવવામાં આવી છે, અને માપન ઉપકરણ તરીકે થર્મોકોલનું મૂલ્યાંકન આપવામાં આવ્યું છે.
સામગ્રી
થર્મોકોપલ ડિઝાઇન
થર્મોકોપલના સંચાલનનો સિદ્ધાંત. સીબેક અસર
થર્મોકોપલ 1821 માં જર્મન ભૌતિકશાસ્ત્રી ટોમસ સીબેક દ્વારા શોધાયેલ થર્મોઇલેક્ટ્રિક અસર પર આધારિત છે.
આ ઘટના બંધ ઇલેક્ટ્રિકલ સર્કિટમાં વીજળીના ઉદભવ પર આધારિત છે જ્યારે ચોક્કસ આસપાસના તાપમાનના સંપર્કમાં આવે છે. વિદ્યુત પ્રવાહ ઉત્પન્ન થાય છે જ્યારે વિવિધ રચનાના બે વાહક (થર્મોઈલેક્ટ્રોડ્સ) વચ્ચે તાપમાનનો તફાવત હોય છે (વિવિધ ધાતુઓ અથવા એલોય) અને તેમના સંપર્કો (જંકશન) ને સ્થાને રાખીને જાળવવામાં આવે છે. ઉપકરણ કનેક્ટેડ ગૌણ ઉપકરણની સ્ક્રીન પર માપેલ તાપમાન મૂલ્ય દર્શાવે છે.
આઉટપુટ વોલ્ટેજ અને તાપમાન રેખીય સંબંધમાં છે. આનો અર્થ એ છે કે માપેલા તાપમાનમાં વધારો થર્મોકોલના મુક્ત છેડા પર ઉચ્ચ મિલીવોલ્ટ મૂલ્યમાં પરિણમે છે.
તાપમાન માપન બિંદુ પરના જંકશનને "હોટ જંકશન" કહેવામાં આવે છે અને તે બિંદુ જ્યાં વાયર ટ્રાન્સમીટર સાથે જોડાયેલા હોય છે તેને "કોલ્ડ જંકશન" કહેવામાં આવે છે.
કોલ્ડ જંકશન તાપમાન વળતર (CJC)
કોલ્ડ જંકશન કમ્પેન્સેશન (CJC) એ થર્મોકોપલના ફ્રી એન્ડના કનેક્શન પોઈન્ટ પર તાપમાન માપતી વખતે અંતિમ રીડિંગમાં કરેક્શનના રૂપમાં કરવામાં આવેલ કરેક્શન છે. આ વાસ્તવિક ઠંડા જંકશન તાપમાન અને 0°C પર ઠંડા જંકશન તાપમાન માટે કેલિબ્રેશન ચાર્ટમાંથી ગણતરી કરેલ રીડિંગ્સ વચ્ચેની વિસંગતતાને કારણે છે.
સીએચએસ એ એક વિભેદક પદ્ધતિ છે જેમાં સંપૂર્ણ તાપમાન વાંચન ઠંડા જંકશન તાપમાનના જાણીતા મૂલ્ય (સંદર્ભ જંકશન માટેનું બીજું નામ) પરથી મેળવવામાં આવે છે.
થર્મોકોપલ ડિઝાઇન
થર્મોકોલની રચના બાહ્ય વાતાવરણની "આક્રમકતા", પદાર્થની એકંદર સ્થિતિ, માપવા માટેના તાપમાનની શ્રેણી અને અન્ય જેવા પરિબળોના પ્રભાવને ધ્યાનમાં લે છે.
થર્મોકોપલ ડિઝાઇનની વિશેષતાઓ:
1) કંડક્ટર જોડીઓ આગળના આર્ક વેલ્ડીંગ (ભાગ્યે જ સોલ્ડરિંગ) વડે વળીને અથવા સ્ટ્રેન્ડિંગ દ્વારા એકબીજા સાથે જોડાયેલા હોય છે.
મહત્વપૂર્ણ: જંકશન પ્રોપર્ટીઝના ઝડપી નુકશાનને કારણે ટ્વિસ્ટિંગ પદ્ધતિની ભલામણ કરવામાં આવતી નથી.
2) થર્મોકોલ ઇલેક્ટ્રોડ્સને ટચ પોઇન્ટ સિવાય, તેમની સમગ્ર લંબાઈ સાથે ઇલેક્ટ્રિકલી ઇન્સ્યુલેટેડ હોવું આવશ્યક છે.
3) ઉપલા તાપમાનની મર્યાદાને ધ્યાનમાં રાખીને અલગતાની પદ્ધતિ પસંદ કરવામાં આવે છે.
- 100-120 ° સે સુધી - કોઈપણ ઇન્સ્યુલેશન;
- 1300°C સુધી - પોર્સેલેઇન ટ્યુબ અથવા માળા;
- 1950°C સુધી - Al2ઓ3;
- 2000°С થી ઉપર - MgO, BeO, ThO માંથી ટ્યુબ2THO , ZrO2.
4) રક્ષણાત્મક કવર.
સારી થર્મલ વાહકતા (મેટલ, સિરામિક્સ) સાથે, સામગ્રી થર્મલ અને રાસાયણિક રીતે પ્રતિરોધક હોવી જોઈએ. આવરણનો ઉપયોગ ચોક્કસ માધ્યમોમાં કાટ અટકાવે છે.
વિસ્તરણ (વિસ્તરણ) વાયર
થર્મોકોલના છેડાને ગૌણ ઉપકરણ અથવા અવરોધ સુધી વિસ્તારવા માટે આ પ્રકારના વાયરની જરૂર પડે છે. જો થર્મોકોપલમાં એકીકૃત આઉટપુટ સિગ્નલ સાથે બિલ્ટ-ઇન ટ્રાન્સમીટર હોય તો વાયરનો ઉપયોગ થતો નથી. સૌથી વધુ વ્યાપક એપ્લિકેશન એ એકીકૃત 4-20mA સિગ્નલ, કહેવાતા "ટેબ્લેટ" સાથે પ્રમાણભૂત સેન્સર ટર્મિનલ હેડમાં મૂકવામાં આવેલ નોર્મલાઇઝિંગ ટ્રાન્સડ્યુસર છે.
વાયરની સામગ્રી થર્મોઈલેક્ટ્રોડ્સની સામગ્રી સાથે સુસંગત હોઈ શકે છે, પરંતુ મોટેભાગે તેને સસ્તી સાથે બદલવામાં આવે છે, પરોપજીવી (પ્રેરિત) થર્મો-ઈલેક્ટ્રોડ્સની રચનાને અટકાવતી પરિસ્થિતિઓને ધ્યાનમાં લેતા. વિસ્તરેલ વાયરનો ઉપયોગ ઉત્પાદનને શ્રેષ્ઠ બનાવવામાં પણ મદદ કરે છે.
ટિપ્સ અને યુક્તિઓ! વળતર વાયરની ધ્રુવીયતા અને થર્મોકોપલ સાથેના તેમના જોડાણને યોગ્ય રીતે નક્કી કરવા માટે, MM નેમોનિક નિયમ યાદ રાખો - બાદબાકી ચુંબકીય છે. એટલે કે, કોઈપણ ચુંબક લો અને વળતરની બાદબાકી ચુંબકીય હશે, વત્તાથી વિપરીત.
થર્મોકોપલ્સના પ્રકારો અને પ્રકારો
થર્મોકોપલ્સની વિવિધતા વપરાયેલ મેટલ એલોયના વિવિધ સંયોજનોને કારણે છે. થર્મોકોલની પસંદગી ઉદ્યોગ અને જરૂરી તાપમાન શ્રેણી પર આધારિત છે.
Chromel-alumel થર્મોકોપલ (TXA)
હકારાત્મક ઇલેક્ટ્રોડ: ક્રોમેલ એલોય (90% Ni, 10% Cr).
નકારાત્મક ઇલેક્ટ્રોડ: એલ્યુમેલ એલોય (95% Ni, 2% Mn, 2% Al, 1% Si).
ઇન્સ્યુલેટીંગ સામગ્રી: પોર્સેલેઇન, ક્વાર્ટઝ, મેટલ ઓક્સાઇડ, વગેરે.
તાપમાન શ્રેણી -200 ° સે થી 1300 ° સે ટૂંકા ગાળાના અને 1100 ° સે લાંબા ગાળાની ગરમી.
ઓપરેટિંગ પર્યાવરણ: નિષ્ક્રિય, ઓક્સિડાઇઝિંગ (ઓ2=2-3% અથવા સંપૂર્ણપણે બાકાત), શુષ્ક હાઇડ્રોજન, ટૂંકા ગાળાના શૂન્યાવકાશ. રક્ષણાત્મક આવરણની હાજરીમાં ઘટાડવા અથવા રેડોક્સ વાતાવરણમાં.
ગેરફાયદા: વિકૃત કરવા માટે સરળ, થર્મલ EMF ની ઉલટાવી શકાય તેવી અસ્થિરતા.
વાતાવરણમાં સલ્ફરના નિશાન અને નબળા ઓક્સિડાઇઝિંગ વાતાવરણમાં ("લીલી માટી") ક્રોમેલની હાજરીમાં એલ્યુમેલના કાટ અને ભંગાણના સંભવિત કિસ્સાઓ.
ક્રોમલ-કોપર થર્મોકોપલ (TCC)
હકારાત્મક ઇલેક્ટ્રોડ: ક્રોમેલ એલોય (90% Ni, 10% Cr).
નકારાત્મક ઇલેક્ટ્રોડ: કોપલ એલોય (54.5% Cu, 43% Ni, 2% Fe, 0.5% Mn).
તાપમાન શ્રેણી -253°C થી 800°C લાંબા ગાળાની અને 1100°C ટૂંકા ગાળાની ગરમી.
ઓપરેટિંગ પર્યાવરણ: નિષ્ક્રિય અને ઓક્સિડાઇઝિંગ, ટૂંકા ગાળાના શૂન્યાવકાશ.
ગેરફાયદા: થર્મોકોપલનું વિરૂપતા.
કદાચ લાંબા વેક્યૂમમાં ક્રોમિયમનું બાષ્પીભવન; સલ્ફર, ક્રોમિયમ, ફ્લોરિન ધરાવતા વાતાવરણ સાથે પ્રતિક્રિયા.
આયર્ન-કોન્સ્ટેન્ટન થર્મોકોપલ (PCT).
હકારાત્મક ઇલેક્ટ્રોડ: તકનીકી રીતે શુદ્ધ આયર્ન (હળવા સ્ટીલ).
નકારાત્મક ઇલેક્ટ્રોડ: કોન્સ્ટન્ટન એલોય (59% Cu, 39-41% Ni, 1-2% Mn).
ઘટાડવા, નિષ્ક્રિય માધ્યમો અને શૂન્યાવકાશમાં માપન માટે વપરાય છે. -203 ° સે થી 750 ° સે સુધીનું તાપમાન અને 1100 ° સે ટૂંકા ગાળાની ગરમી.
સકારાત્મક અને નકારાત્મક તાપમાનના સંયુક્ત માપન પર એપ્લિકેશન ફોલ્ડ કરવામાં આવે છે. માત્ર નકારાત્મક તાપમાન માટે તેનો ઉપયોગ કરવો ફાયદાકારક નથી.
ગેરફાયદા: થર્મોકોપલનું વિરૂપતા, ઓછી કાટ પ્રતિકાર.
700 °С અને 900 °С ની આસપાસ આયર્નના ભૌતિક અને રાસાયણિક ગુણધર્મોમાં ફેરફાર. કાટની રચના સાથે સલ્ફર અને પાણીની વરાળ સાથે ક્રિયાપ્રતિક્રિયા કરે છે.
ટંગસ્ટન-રેનિયમ થર્મોકોપલ (TVR)
પોઝિટિવ ઇલેક્ટ્રોડ: એલોય BP5 (95% W, 5% Rh)/BP5 (સિલિકા અને એલ્યુમિનિયમ એડિટિવ સાથે BP5)/BP10 (90% W, 10% Rh).
નકારાત્મક ઇલેક્ટ્રોડ: એલોય BP20 (80% W, 20% Rh).
ઇન્સ્યુલેશન: રાસાયણિક રીતે શુદ્ધ મેટલ ઓક્સાઇડનું સિરામિક.
લક્ષણોમાં યાંત્રિક શક્તિ, તાપમાન પ્રતિકાર, દૂષણ પ્રત્યે ઓછી સંવેદનશીલતા અને બનાવટની સરળતાનો સમાવેશ થાય છે.
1800 ° સે થી 3000 ° સે તાપમાનનું માપન, નીચલી મર્યાદા - 1300 ° સે. માપ નિષ્ક્રિય ગેસ, શુષ્ક હાઇડ્રોજન અથવા શૂન્યાવકાશ વાતાવરણમાં લેવામાં આવે છે. ઓક્સિડાઇઝિંગ મીડિયામાં માત્ર ઝડપી વહેતી પ્રક્રિયાઓમાં માપન માટે.
ગેરફાયદા: થર્મલ ઇએમએફની નબળી પ્રજનનક્ષમતા, ઇરેડિયેશન દરમિયાન તેની અસ્થિરતા, તાપમાન શ્રેણીમાં અસ્થિર સંવેદનશીલતા.
ટંગસ્ટન-મોલિબ્ડેનમ (TM) થર્મોકોપલ
હકારાત્મક ઇલેક્ટ્રોડ: ટંગસ્ટન (તકનીકી રીતે શુદ્ધ).
નકારાત્મક ઇલેક્ટ્રોડ: મોલિબડેનમ (તકનીકી રીતે શુદ્ધ).
ઇન્સ્યુલેશન: એલ્યુમિના સિરામિક, ક્વાર્ટઝ ટીપ્સ સાથે રક્ષણ.
નિષ્ક્રિય, હાઇડ્રોજન અથવા શૂન્યાવકાશ વાતાવરણ. ઇન્સ્યુલેશનની હાજરીમાં ઓક્સિડાઇઝિંગ વાતાવરણમાં ટૂંકા ગાળાના માપન શક્ય છે. માપેલા તાપમાનની શ્રેણી 1400-1800 ° સે છે, મર્યાદા ઓપરેટિંગ તાપમાન લગભગ 2400 ° સે છે.
ગેરફાયદા: નબળી પુનઃઉત્પાદનક્ષમતા અને થર્મો-ઇડીસીની સંવેદનશીલતા, ધ્રુવીયતા વ્યુત્ક્રમ, ઊંચા તાપમાને સંકોચન.
થર્મોકોપલ્સ પ્લેટિનમ-રોડિયમ-પ્લેટિનમ (TPP)
હકારાત્મક ઇલેક્ટ્રોડ: પ્લેટિનમ-રોડિયમ (10% અથવા 13% Rh સાથે Pt).
નકારાત્મક ઇલેક્ટ્રોડ: પ્લેટિનમ.
ઇન્સ્યુલેશન: ક્વાર્ટઝ, પોર્સેલેઇન (નિયમિત અને પ્રત્યાવર્તન). 1400 °С સુધી - અલની ઉચ્ચ સામગ્રી સાથે સિરામિક્સ2ઓ3O, 1400 °С થી ઉપર - રાસાયણિક રીતે શુદ્ધ Al2ઓ3.
લાંબા સમય માટે મહત્તમ ઓપરેટિંગ તાપમાન 1400 ° સે, ટૂંકા સમય માટે 1600 ° સે. નીચા તાપમાને માપન સામાન્ય રીતે કરવામાં આવતું નથી.
ઓપરેટિંગ પર્યાવરણ: ઓક્સિડાઇઝિંગ અને નિષ્ક્રિય, સંરક્ષણની હાજરીમાં પર્યાવરણમાં ઘટાડો.
ગેરફાયદા: ઊંચી કિંમત, ઇરેડિયેશન હેઠળ અસ્થિરતા, દૂષણ માટે ઉચ્ચ સંવેદનશીલતા (ખાસ કરીને પ્લેટિનમ ઇલેક્ટ્રોડ), ઊંચા તાપમાને ધાતુના અનાજની વૃદ્ધિ.
પ્લેટિનમ-રોડિયમ-પ્લેટિનમ-રોડિયમ થર્મોકોપલ્સ (PRT)
હકારાત્મક ઇલેક્ટ્રોડ: 30% Rh સાથે Pt એલોય.
નકારાત્મક ઇલેક્ટ્રોડ: 6% Rh સાથે Pt એલોય.
માધ્યમ: ઓક્સિડાઇઝિંગ, ન્યુટ્રલ અને વેક્યૂમ. રક્ષણની હાજરીમાં ઘટાડવા અને મેટલ અથવા બિન-ધાતુ વરાળ ધરાવતા વાતાવરણમાં ઉપયોગ કરો.
મહત્તમ કાર્યકારી તાપમાન: 1600 ° સે લાંબા ગાળાના, 1800 ° સે ટૂંકા ગાળાના.
ઇન્સ્યુલેશન: સિરામિક્સ અલ2ઓ3 ઉચ્ચ શુદ્ધતા.
પ્લેટિનમ-રોડિયમ થર્મોકોપલ કરતાં રાસાયણિક દૂષણ અને અનાજ વૃદ્ધિ માટે ઓછા સંવેદનશીલ.
થર્મોકોપલ કનેક્શન ડાયાગ્રામ
- પોટેન્ટિઓમીટર અથવા ગેલ્વેનોમીટરનું સીધા કંડક્ટર સાથે જોડાણ.
- વળતર વાયર સાથે જોડાણ;
- એકીકૃત આઉટપુટ ધરાવતા થર્મોકોપલ સાથે પરંપરાગત તાંબાના વાયર દ્વારા જોડાણ.
થર્મોકોપલ કંડક્ટર રંગ ધોરણો
રંગ-કોડેડ કંડક્ટર ઇન્સ્યુલેશન ટર્મિનલ્સ સાથે યોગ્ય જોડાણ માટે થર્મોકોલ ઇલેક્ટ્રોડને એકબીજાથી અલગ કરવામાં મદદ કરે છે. ધોરણો દેશ પ્રમાણે બદલાય છે; કંડક્ટર માટે કોઈ ચોક્કસ રંગ હોદ્દો નથી.
મહત્વપૂર્ણ: ભૂલોને રોકવા માટે ફેક્ટરીમાં ઉપયોગમાં લેવાતા ધોરણો શોધવા જરૂરી છે.
માપનની ચોકસાઈ
ચોકસાઈ એ થર્મોકોલના પ્રકાર, માપેલ તાપમાન શ્રેણી, સામગ્રીની શુદ્ધતા, વિદ્યુત અવાજ, કાટ, જંકશન ગુણધર્મો અને ઉત્પાદન પ્રક્રિયા પર આધાર રાખે છે.
થર્મોકોપલ્સને સહિષ્ણુતા વર્ગ (પ્રમાણભૂત અથવા વિશેષ) સોંપવામાં આવે છે જે માપના આત્મવિશ્વાસ અંતરાલને સ્થાપિત કરે છે.
મહત્વપૂર્ણ: ઓપરેશન દરમિયાન ઉત્પાદનમાં ફેરફાર કરતી વખતે લાક્ષણિકતાઓ.
માપન ઝડપ
પ્રતિભાવ એ પ્રાથમિક ટ્રાન્સડ્યુસરની તાપમાન કૂદકાને ઝડપથી પ્રતિસાદ આપવાની ક્ષમતા અને માપન સાધનમાંથી ઇનપુટ સિગ્નલોના અનુગામી પ્રવાહ દ્વારા નક્કી કરવામાં આવે છે.
પ્રતિભાવશીલતામાં વધારો કરતા પરિબળો:
- પ્રાથમિક ટ્રાન્સડ્યુસરની લંબાઈની યોગ્ય ઇન્સ્ટોલેશન અને ગણતરી;
- રક્ષણાત્મક થર્મોવેલ સાથે ટ્રાન્સમીટરનો ઉપયોગ કરતી વખતે, થર્મોવેલના નાના વ્યાસને પસંદ કરીને એસેમ્બલીના સમૂહને ઘટાડો;
- પ્રાથમિક ટ્રાન્સડ્યુસર અને થર્મોવેલ વચ્ચે હવાનું અંતર ઓછું કરો;
- સ્પ્રિંગ લોડેડ પ્રાથમિક ટ્રાન્સડ્યુસરનો ઉપયોગ કરીને અને થર્મોવેલમાં પોલાણને થર્મલી વાહક ફિલરથી ભરવા;
- ઝડપી ગતિશીલ મીડિયા અથવા ઉચ્ચ ઘનતા (પ્રવાહી) સાથેનું માધ્યમ.
થર્મોકોલની કામગીરી તપાસી રહ્યું છે
કામગીરી ચકાસવા માટે, વિશિષ્ટ માપન ઉપકરણ (ટેસ્ટર, ગેલ્વેનોમીટર અથવા પોટેન્ટિઓમીટર) કનેક્ટ કરો અથવા મિલીવોલ્ટમીટર વડે આઉટપુટ વોલ્ટેજ માપો. જો તીર અથવા ડિજિટલ સૂચક વધઘટ થાય છે, તો થર્મોકોપલ સારું છે, અન્યથા ઉપકરણને બદલવું આવશ્યક છે.
થર્મોકોલ નિષ્ફળતાના કારણો:
- રક્ષણાત્મક કવચ ઉપકરણનો ઉપયોગ કરવામાં નિષ્ફળતા;
- ઇલેક્ટ્રોડ્સની રાસાયણિક રચનામાં ફેરફાર;
- ઊંચા તાપમાને થતી ઓક્સિડેટીવ પ્રક્રિયાઓ;
- માપવાના સાધન વગેરેનો ભંગાણ.
થર્મોકોપલ્સનો ઉપયોગ કરવાના ફાયદા અને ગેરફાયદા
આ ઉપકરણનો ઉપયોગ કરવાના ફાયદાઓ કહી શકાય:
- માપની મોટી તાપમાન શ્રેણી;
- ઉચ્ચ ચોકસાઈ;
- સરળતા અને વિશ્વસનીયતા.
ગેરફાયદામાં શામેલ હોવું જોઈએ:
- ઠંડા જંકશનના સતત નિયંત્રણનું અમલીકરણ, નિયંત્રણ સાધનોની ચકાસણી અને માપાંકન;
- ઉપકરણના ઉત્પાદન દરમિયાન ધાતુઓના માળખાકીય ફેરફારો;
- વાતાવરણીય રચના પર નિર્ભરતા, સીલિંગ ખર્ચ;
- ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક તરંગોના સંપર્કને કારણે માપન ભૂલ.
