थर्मोकपल विज्ञान और प्रौद्योगिकी की सभी शाखाओं में तापमान मापने का एक उपकरण है। यह आलेख डिवाइस के संचालन के डिजाइन और सिद्धांत के टूटने के साथ थर्मोकपल का एक सामान्य अवलोकन प्रदान करता है। थर्मोकपल की किस्मों को उनकी संक्षिप्त विशेषताओं के साथ वर्णित किया गया है, और एक मापने वाले उपकरण के रूप में थर्मोकपल का मूल्यांकन दिया गया है।
अंतर्वस्तु
थर्मोकपल डिजाइन
थर्मोकपल के संचालन का सिद्धांत। सीबेक प्रभाव
थर्मोकपल 1821 में जर्मन भौतिक विज्ञानी टॉमस सीबेक द्वारा खोजे गए थर्मोइलेक्ट्रिक प्रभाव पर आधारित है।
घटना एक निश्चित परिवेश के तापमान के संपर्क में आने पर एक बंद विद्युत परिपथ में बिजली के उद्भव पर आधारित है। विद्युत धारा तब उत्पन्न होती है जब विभिन्न संघटन (असमान धातु या मिश्र धातु) के दो कंडक्टरों (थर्मोइलेक्ट्रोड) के बीच तापमान अंतर होता है और उनके संपर्कों (जंक्शनों) को जगह में रखकर बनाए रखा जाता है। डिवाइस कनेक्टेड सेकेंडरी डिवाइस की स्क्रीन पर मापा तापमान मान प्रदर्शित करता है।
आउटपुट वोल्टेज और तापमान एक रैखिक संबंध में हैं। इसका मतलब यह है कि मापा तापमान में वृद्धि के परिणामस्वरूप थर्मोकपल के मुक्त सिरों पर एक उच्च मिलीवोल्ट मान होता है।
तापमान माप बिंदु पर जंक्शन को "हॉट जंक्शन" कहा जाता है और जिस बिंदु पर तार ट्रांसमीटर से जुड़े होते हैं उसे "कोल्ड जंक्शन" कहा जाता है।
शीत जंक्शन तापमान मुआवजा (सीजेसी)
शीत जंक्शन मुआवजा (सीजेसी) थर्मोकपल के मुक्त सिरों के कनेक्शन बिंदु पर तापमान को मापते समय अंतिम रीडिंग में सुधार के रूप में किया गया सुधार है। यह वास्तविक कोल्ड जंक्शन तापमान और 0°C पर कोल्ड जंक्शन तापमान के लिए कैलिब्रेशन चार्ट से परिकलित रीडिंग के बीच विसंगतियों के कारण है।
सीएचएस एक विभेदक विधि है जिसमें निरपेक्ष तापमान रीडिंग कोल्ड जंक्शन तापमान (संदर्भ जंक्शन का दूसरा नाम) के ज्ञात मूल्य से लिया जाता है।
थर्मोकपल डिजाइन
थर्मोकपल का डिज़ाइन बाहरी वातावरण की "आक्रामकता", पदार्थ की कुल स्थिति, मापा जाने वाले तापमान की सीमा और अन्य जैसे कारकों के प्रभाव को ध्यान में रखता है।
थर्मोकपल डिजाइन की विशेषताएं:
1) कंडक्टर जोड़े आगे चाप वेल्डिंग (शायद ही कभी सोल्डरिंग) के साथ घुमा या फंसे हुए एक दूसरे से जुड़े होते हैं।
महत्वपूर्ण: जंक्शन गुणों के तेजी से नुकसान के कारण घुमा विधि की सिफारिश नहीं की जाती है।
2) थर्मोकपल इलेक्ट्रोड को स्पर्श बिंदु को छोड़कर, उनकी पूरी लंबाई के साथ विद्युत रूप से अछूता होना चाहिए।
3) अलगाव की विधि को ऊपरी तापमान सीमा को ध्यान में रखते हुए चुना जाता है।
- 100-120 डिग्री सेल्सियस तक - कोई भी इन्सुलेशन;
- 1300 डिग्री सेल्सियस तक - चीनी मिट्टी के बरतन ट्यूब या मोती;
- 1950°C तक - Al2हे3;
- 2000°С से ऊपर - MgO, BeO, ThO . से ट्यूब2थो, ZrO2.
4) सुरक्षात्मक आवरण।
सामग्री अच्छी तापीय चालकता (धातु, चीनी मिट्टी की चीज़ें) के साथ थर्मल और रासायनिक रूप से प्रतिरोधी होनी चाहिए। म्यान का उपयोग कुछ मीडिया में क्षरण को रोकता है।
विस्तार (विस्तार) तार
थर्मोकपल के सिरों को सेकेंडरी डिवाइस या बैरियर तक बढ़ाने के लिए इस तरह के तार की जरूरत होती है। यदि थर्मोकपल में एकीकृत आउटपुट सिग्नल के साथ एक अंतर्निर्मित ट्रांसमीटर है तो तारों का उपयोग नहीं किया जाता है। सबसे व्यापक अनुप्रयोग एक एकीकृत 4-20mA सिग्नल, तथाकथित "टैबलेट" के साथ एक मानक सेंसर टर्मिनल हेड में रखा गया सामान्यीकरण ट्रांसड्यूसर है।
तारों की सामग्री थर्मोइलेक्ट्रोड की सामग्री के साथ मेल खा सकती है, लेकिन परजीवी (प्रेरित) थर्मो-इलेक्ट्रोड के गठन को रोकने वाली स्थितियों को ध्यान में रखते हुए अक्सर इसे एक सस्ता के साथ बदल दिया जाता है। विस्तारित तारों का उपयोग उत्पादन को अनुकूलित करने में भी मदद करता है।
युक्तियाँ और चालें! मुआवजे के तारों की ध्रुवता और थर्मोकपल से उनके कनेक्शन को सही ढंग से निर्धारित करने के लिए, एमएम निमोनिक नियम याद रखें - माइनस चुंबकीय है। यही है, कोई भी चुंबक लें और मुआवजे का ऋण प्लस के विपरीत चुंबकीय होगा।
थर्मोकपल के प्रकार और प्रकार
थर्मोकपल की विविधता प्रयुक्त धातु मिश्र धातुओं के विभिन्न संयोजनों के कारण होती है। थर्मोकपल चयन उद्योग और आवश्यक तापमान सीमा पर आधारित है।
क्रोमेल-एल्यूमेल थर्मोकपल (TXA)
सकारात्मक इलेक्ट्रोड: क्रोमेल मिश्र धातु (90% नी, 10% सीआर)।
नकारात्मक इलेक्ट्रोड: एल्यूमेल मिश्र धातु (95% नी, 2% एमएन, 2% अल, 1% सी)।
इन्सुलेट सामग्री: चीनी मिट्टी के बरतन, क्वार्ट्ज, धातु आक्साइड, आदि।
तापमान -200 डिग्री सेल्सियस से 1300 डिग्री सेल्सियस अल्पकालिक और 1100 डिग्री सेल्सियस दीर्घकालिक हीटिंग तक होता है।
ऑपरेटिंग वातावरण: निष्क्रिय, ऑक्सीकरण (O .)2=2-3% या पूरी तरह से बाहर रखा गया), शुष्क हाइड्रोजन, अल्पकालिक वैक्यूम। एक सुरक्षात्मक म्यान की उपस्थिति में कम करने या रेडॉक्स वातावरण में।
नुकसान: विकृत करने में आसान, थर्मल ईएमएफ की प्रतिवर्ती अस्थिरता।
कमजोर ऑक्सीकरण वाले वातावरण ("हरी मिट्टी") में वातावरण में सल्फर और क्रोमेल के निशान की उपस्थिति में एल्यूमेल के क्षरण और उत्सर्जन के संभावित मामले।
क्रोमेल-कॉपर थर्मोकपल (TCC)
सकारात्मक इलेक्ट्रोड: क्रोमेल मिश्र धातु (90% नी, 10% सीआर)।
नकारात्मक इलेक्ट्रोड: कोपेल मिश्र धातु (54.5% Cu, 43% Ni, 2% Fe, 0.5% Mn)।
तापमान -253 डिग्री सेल्सियस से 800 डिग्री सेल्सियस लंबी अवधि और 1100 डिग्री सेल्सियस अल्पकालिक हीटिंग से होता है।
ऑपरेटिंग वातावरण: निष्क्रिय और ऑक्सीकरण, अल्पकालिक वैक्यूम।
नुकसान: थर्मोकपल की विकृति।
शायद लंबे निर्वात में क्रोमियम का वाष्पीकरण; सल्फर, क्रोमियम, फ्लोरीन युक्त वातावरण के साथ प्रतिक्रिया।
आयरन-कॉन्स्टेंटन थर्मोकपल (पीसीटी)।
सकारात्मक इलेक्ट्रोड: तकनीकी रूप से शुद्ध लोहा (हल्का स्टील)।
नकारात्मक इलेक्ट्रोड: कॉन्स्टेंटन मिश्र धातु (59% Cu, 39-41% Ni, 1-2% Mn)।
कम करने, निष्क्रिय मीडिया और वैक्यूम में माप के लिए प्रयुक्त। तापमान -203 डिग्री सेल्सियस से 750 डिग्री सेल्सियस लंबा और 1100 डिग्री सेल्सियस अल्पकालिक हीटिंग।
आवेदन सकारात्मक और नकारात्मक तापमान के संयुक्त माप पर मुड़ा हुआ है। केवल नकारात्मक तापमान के लिए उपयोग करना फायदेमंद नहीं है।
नुकसान: थर्मोकपल की विकृति, कम संक्षारण प्रतिरोध।
लोहे के भौतिक और रासायनिक गुणों में लगभग 700 °С और 900 °С के आसपास परिवर्तन। जंग के गठन के साथ सल्फर और जल वाष्प के साथ बातचीत करता है।
टंगस्टन-रेनियम थर्मोकपल (टीवीआर)
सकारात्मक इलेक्ट्रोड: मिश्र धातु BP5 (95% W, 5% Rh)/BP5 (सिलिका और एल्यूमीनियम योजक के साथ BP5)/BP10 (90% W, 10% Rh)।
नकारात्मक इलेक्ट्रोड: मिश्र धातु BP20 (80% W, 20% Rh)।
इन्सुलेशन: रासायनिक रूप से शुद्ध धातु आक्साइड का सिरेमिक।
सुविधाओं में यांत्रिक शक्ति, तापमान प्रतिरोध, संदूषण के प्रति कम संवेदनशीलता और निर्माण में आसानी शामिल हैं।
1800 डिग्री सेल्सियस से 3000 डिग्री सेल्सियस तक तापमान मापने, निचली सीमा - 1300 डिग्री सेल्सियस। माप एक निष्क्रिय गैस, शुष्क हाइड्रोजन या वैक्यूम वातावरण में लिया जाता है। ऑक्सीकरण मीडिया में केवल तेजी से बहने वाली प्रक्रियाओं में माप के लिए।
नुकसान: थर्मल ईएमएफ की खराब प्रजनन क्षमता, विकिरण के दौरान इसकी अस्थिरता, तापमान सीमा में अस्थिर संवेदनशीलता।
टंगस्टन-मोलिब्डेनम (टीएम) थर्मोकपल
सकारात्मक इलेक्ट्रोड: टंगस्टन (तकनीकी रूप से शुद्ध)।
नकारात्मक इलेक्ट्रोड: मोलिब्डेनम (तकनीकी रूप से शुद्ध)।
इन्सुलेशन: एल्यूमिना सिरेमिक, क्वार्ट्ज युक्तियों के साथ सुरक्षा।
निष्क्रिय, हाइड्रोजन या निर्वात वातावरण। इन्सुलेशन की उपस्थिति में ऑक्सीकरण वातावरण में अल्पकालिक माप संभव है। मापा तापमान की सीमा 1400-1800 डिग्री सेल्सियस है, ऑपरेटिंग तापमान की सीमा लगभग 2400 डिग्री सेल्सियस है।
नुकसान: थर्मो-ईडीसी की खराब प्रजनन क्षमता और संवेदनशीलता, ध्रुवीयता उलटा, उच्च तापमान पर उत्सर्जन।
थर्मोकपल प्लैटिनम-रोडियम-प्लैटिनम (टीपीपी)
सकारात्मक इलेक्ट्रोड: प्लैटिनम-रोडियम (पं 10% या 13% आरएच के साथ)।
नकारात्मक इलेक्ट्रोड: प्लैटिनम।
इन्सुलेशन: क्वार्ट्ज, चीनी मिट्टी के बरतन (नियमित और आग रोक)। 1400 °С तक - उच्च मात्रा में Al . के साथ सिरेमिक2हे3हे, 1400 °С से ऊपर - रासायनिक रूप से शुद्ध Al2हे3.
लंबे समय तक अधिकतम ऑपरेटिंग तापमान 1400 डिग्री सेल्सियस, थोड़े समय के लिए 1600 डिग्री सेल्सियस। कम तापमान पर मापन सामान्य रूप से नहीं किया जाता है।
ऑपरेटिंग वातावरण: ऑक्सीकरण और निष्क्रिय, सुरक्षा की उपस्थिति में पर्यावरण को कम करना।
नुकसान: उच्च लागत, विकिरण के तहत अस्थिरता, संदूषण के लिए उच्च संवेदनशीलता (विशेषकर प्लैटिनम इलेक्ट्रोड), उच्च तापमान पर धातु अनाज की वृद्धि।
प्लेटिनम-रोडियम-प्लैटिनम-रोडियम थर्मोकपल (पीआरटी)
सकारात्मक इलेक्ट्रोड: 30% आरएच के साथ पीटी मिश्र धातु।
नकारात्मक इलेक्ट्रोड: 6% आरएच के साथ पीटी मिश्र धातु।
माध्यम: ऑक्सीकरण, तटस्थ और निर्वात। सुरक्षा की उपस्थिति में कम करने और धातु या गैर-धातु वाष्प युक्त वातावरण में उपयोग करें।
अधिकतम कार्य तापमान: 1600 डिग्री सेल्सियस लंबी अवधि, 1800 डिग्री सेल्सियस अल्पावधि।
इन्सुलेशन: अली से बने सिरेमिक2हे3 उच्च शुद्धता।
प्लैटिनम-रोडियम थर्मोकपल की तुलना में रासायनिक संदूषण और अनाज के विकास के लिए कम संवेदनशील।
थर्मोकपल कनेक्शन आरेख
- पोटेंशियोमीटर या गैल्वेनोमीटर का सीधे कंडक्टरों से कनेक्शन।
- मुआवजे के तारों के साथ कनेक्शन;
- पारंपरिक तांबे के तारों द्वारा एक एकीकृत आउटपुट वाले थर्मोकपल से कनेक्शन।
थर्मोकपल कंडक्टर रंग मानक
रंग-कोडित कंडक्टर इन्सुलेशन टर्मिनलों के उचित कनेक्शन के लिए थर्मोकपल इलेक्ट्रोड को एक दूसरे से अलग करने में मदद करता है। मानक देश के अनुसार भिन्न होते हैं; कंडक्टरों के लिए कोई विशिष्ट रंग पदनाम नहीं हैं।
महत्वपूर्ण: त्रुटियों को रोकने के लिए कारखाने में उपयोग किए जाने वाले मानक का पता लगाना आवश्यक है।
माप की शुद्धता
सटीकता थर्मोकपल के प्रकार, मापी गई तापमान सीमा, सामग्री की शुद्धता, विद्युत शोर, जंग, जंक्शन गुणों और निर्माण प्रक्रिया पर निर्भर करती है।
थर्मोकपल को एक सहिष्णुता वर्ग (मानक या विशेष) सौंपा जाता है जो माप के आत्मविश्वास अंतराल को स्थापित करता है।
महत्वपूर्ण: निर्माण के समय विशेषताएँ संचालन के दौरान बदल जाती हैं।
मापन गति
जवाबदेही प्राथमिक ट्रांसड्यूसर की तापमान कूद और मापने वाले उपकरण से इनपुट संकेतों के बाद के प्रवाह के लिए जल्दी से प्रतिक्रिया करने की क्षमता से निर्धारित होती है।
प्रतिक्रियाशीलता बढ़ाने वाले कारक:
- प्राथमिक ट्रांसड्यूसर की लंबाई की उचित स्थापना और गणना;
- एक सुरक्षात्मक थर्मोवेल के साथ एक ट्रांसमीटर का उपयोग करते समय, थर्मोवेल के एक छोटे व्यास का चयन करके असेंबली के द्रव्यमान को कम करें;
- प्राथमिक ट्रांसड्यूसर और थर्मोवेल के बीच हवा के अंतर को कम करें;
- स्प्रिंग लोडेड प्राइमरी ट्रांसड्यूसर का उपयोग करना और थर्मोवेल में गुहाओं को थर्मली कंडक्टिव फिलर से भरना;
- उच्च घनत्व (तरल) के साथ तेजी से चलने वाला मीडिया या मीडिया।
थर्मोकपल प्रदर्शन की जाँच करना
ऑपरेशन को सत्यापित करने के लिए, एक विशेष माप उपकरण (परीक्षक, गैल्वेनोमीटर या पोटेंशियोमीटर) कनेक्ट करें या आउटपुट वोल्टेज को मिलीवोल्टमीटर से मापें। यदि तीर या डिजिटल संकेतक में उतार-चढ़ाव होता है, तो थर्मोकपल अच्छा है, अन्यथा डिवाइस को बदलना होगा।
थर्मोकपल की विफलता के कारण:
- एक सुरक्षात्मक परिरक्षण उपकरण का उपयोग करने में विफलता;
- इलेक्ट्रोड की रासायनिक संरचना को बदलना;
- उच्च तापमान पर होने वाली ऑक्सीडेटिव प्रक्रियाएं;
- मापने के उपकरण आदि का टूटना।
थर्मोकपल का उपयोग करने के फायदे और नुकसान
इस उपकरण का उपयोग करने के लाभों को कहा जा सकता है:
- माप की बड़ी तापमान सीमा;
- उच्च सटीकता;
- सादगी और विश्वसनीयता।
नुकसान में शामिल होना चाहिए:
- शीत जंक्शन के निरंतर नियंत्रण का कार्यान्वयन, नियंत्रण उपकरण का सत्यापन और अंशांकन;
- उपकरण के निर्माण के दौरान धातुओं के संरचनात्मक परिवर्तन;
- वायुमंडलीय संरचना पर निर्भरता, सीलिंग लागत;
- विद्युत चुम्बकीय तरंगों के संपर्क में आने के कारण मापन त्रुटि।
