थर्मोकूपल हे विज्ञान आणि तंत्रज्ञानाच्या सर्व शाखांमध्ये तापमान मोजण्याचे उपकरण आहे. हा लेख डिव्हाइसच्या डिझाइन आणि ऑपरेशनच्या तत्त्वाच्या ब्रेकडाउनसह थर्मोकपल्सचे सामान्य विहंगावलोकन प्रदान करतो. थर्मोकूपलच्या विविध वैशिष्ट्यांसह त्यांच्या संक्षिप्त वैशिष्ट्यांचे वर्णन केले आहे आणि मोजण्याचे साधन म्हणून थर्मोकूपलचे मूल्यमापन दिले आहे.
सामग्री
थर्मोकूपल डिझाइन
थर्मोकूपलच्या ऑपरेशनचे सिद्धांत. सीबेक प्रभाव
थर्मोकूपल हे जर्मन भौतिकशास्त्रज्ञ टॉमस सीबेक यांनी १८२१ मध्ये शोधलेल्या थर्मोइलेक्ट्रिक प्रभावावर आधारित आहे.
ही घटना एका विशिष्ट सभोवतालच्या तापमानाच्या संपर्कात असताना बंद इलेक्ट्रिकल सर्किटमध्ये विजेच्या उदयावर आधारित आहे. विद्युत प्रवाह निर्माण होतो जेव्हा दोन कंडक्टर्स (थर्मोइलेक्ट्रोड्स) मध्ये भिन्न रचना (विषम धातू किंवा मिश्र धातु) तापमानात फरक असतो आणि त्यांचे संपर्क (जंक्शन) जागी ठेवून त्याची देखभाल केली जाते. डिव्हाइस कनेक्ट केलेल्या दुय्यम उपकरणाच्या स्क्रीनवर मोजलेले तापमान मूल्य प्रदर्शित करते.
आउटपुट व्होल्टेज आणि तापमान एका रेखीय संबंधात आहेत. याचा अर्थ असा की मोजलेल्या तापमानात वाढ झाल्यामुळे थर्मोकूपलच्या मुक्त टोकांवर उच्च मिलिव्होल्ट मूल्य प्राप्त होते.
तापमान मापन बिंदूवरील जंक्शनला "हॉट जंक्शन" असे म्हणतात आणि ज्या बिंदूला तारा ट्रान्समीटरला जोडल्या जातात त्या बिंदूला "कोल्ड जंक्शन" म्हणतात.
कोल्ड जंक्शन तापमान भरपाई (CJC)
कोल्ड जंक्शन कम्पेन्सेशन (सीजेसी) हे थर्मोकूपलच्या फ्री एंड्सच्या कनेक्शन पॉईंटवर तापमान मोजताना अंतिम वाचनाच्या दुरुस्तीच्या स्वरूपात केलेली सुधारणा आहे. हे वास्तविक शीत जंक्शन तापमान आणि 0 डिग्री सेल्सिअस थंड जंक्शन तापमानासाठी कॅलिब्रेशन चार्टमधील गणना केलेल्या रीडिंगमधील विसंगतीमुळे आहे.
सीएचएस ही एक विभेदक पद्धत आहे ज्यामध्ये परिपूर्ण तापमान वाचन कोल्ड जंक्शन तापमानाच्या ज्ञात मूल्यावरून (संदर्भ जंक्शनचे दुसरे नाव) घेतले जाते.
थर्मोकूपल डिझाइन
थर्मोकूपलची रचना बाह्य वातावरणाची "आक्रमकता", पदार्थाची एकूण स्थिती, मोजण्यासाठी तापमानाची श्रेणी आणि इतर यासारख्या घटकांचा प्रभाव विचारात घेते.
थर्मोकूपल डिझाइनची वैशिष्ट्ये:
1) कंडक्टर जोड्या पुढील आर्क वेल्डिंग (क्वचितच सोल्डरिंग) सह वळवून किंवा स्ट्रँड करून एकमेकांशी जोडल्या जातात.
महत्त्वाचे: जंक्शन गुणधर्मांचे जलद नुकसान झाल्यामुळे वळण पद्धतीची शिफारस केलेली नाही.
2) थर्मोकूपल इलेक्ट्रोड्स त्यांच्या संपूर्ण लांबीच्या बाजूने, स्पर्श बिंदू वगळता विद्युतरित्या इन्सुलेटेड असणे आवश्यक आहे.
3) पृथक्करणाची पद्धत उच्च तापमान मर्यादा लक्षात घेऊन निवडली जाते.
- 100-120 डिग्री सेल्सियस पर्यंत - कोणतेही इन्सुलेशन;
- 1300°C पर्यंत - पोर्सिलेन ट्यूब किंवा मणी;
- 1950°C पर्यंत - अल2ओ3;
- 2000°С वर - MgO, BeO, ThO कडील नळ्या2ThO, ZrO2.
4) संरक्षक आवरण.
सामग्री चांगली थर्मल चालकता (मेटल, सिरॅमिक्स) सह थर्मल आणि रासायनिक प्रतिरोधक असणे आवश्यक आहे. म्यान वापरणे विशिष्ट माध्यमांमध्ये गंज प्रतिबंधित करते.
विस्तार (विस्तार) तारा
थर्मोकूपलचे टोक दुय्यम उपकरण किंवा अडथळ्यापर्यंत वाढवण्यासाठी या प्रकारच्या वायरची आवश्यकता असते. थर्मोकूपलमध्ये युनिफाइड आउटपुट सिग्नलसह अंगभूत ट्रान्समीटर असल्यास तारांचा वापर केला जात नाही. सर्वात व्यापक अनुप्रयोग म्हणजे सामान्यीकरण ट्रान्सड्यूसर हे मानक सेन्सर टर्मिनल हेडमध्ये एका एकीकृत 4-20mA सिग्नलसह ठेवलेले आहे, तथाकथित "टॅब्लेट".
तारांची सामग्री थर्मोइलेक्ट्रोड्सच्या सामग्रीशी एकरूप होऊ शकते, परंतु परजीवी (प्रेरित) थर्मो-इलेक्ट्रोड्सची निर्मिती रोखणारी परिस्थिती लक्षात घेऊन बहुतेकदा ते स्वस्ताने बदलले जाते. विस्तारित तारांचा वापर उत्पादनास अनुकूल करण्यास देखील मदत करतो.
टिपा आणि युक्त्या! नुकसान भरपाईच्या तारांची ध्रुवीयता आणि थर्मोकूपलशी त्यांचे कनेक्शन योग्यरित्या निर्धारित करण्यासाठी, एमएम मेमोनिक नियम लक्षात ठेवा - वजा चुंबकीय आहे. म्हणजेच, कोणतेही चुंबक घ्या आणि भरपाईचे वजा चुंबकीय असेल, प्लसच्या विपरीत.
थर्माकोपल्सचे प्रकार आणि प्रकार
थर्माकोपल्सची विविधता वापरल्या जाणार्‍या धातूच्या मिश्र धातुंच्या विविध संयोजनांमुळे आहे. थर्मोकूपलची निवड उद्योग आणि आवश्यक तापमान श्रेणीवर आधारित आहे.
Chromel-alumel थर्मोकूपल (TXA)
सकारात्मक इलेक्ट्रोड: क्रोमेल मिश्र धातु (90% Ni, 10% Cr).
नकारात्मक इलेक्ट्रोड: अल्युमेल मिश्र धातु (95% Ni, 2% Mn, 2% Al, 1% Si).
इन्सुलेट सामग्री: पोर्सिलेन, क्वार्ट्ज, मेटल ऑक्साइड इ.
तापमान श्रेणी -200 डिग्री सेल्सिअस ते 1300 डिग्री सेल्सिअस अल्पकालीन आणि 1100 डिग्री सेल्सिअस दीर्घकालीन गरम.
ऑपरेटिंग वातावरण: निष्क्रिय, ऑक्सिडायझिंग (ओ2=2-3% किंवा पूर्णपणे वगळलेले), कोरडे हायड्रोजन, अल्पकालीन व्हॅक्यूम. संरक्षणात्मक आवरणाच्या उपस्थितीत कमी करणारे किंवा रेडॉक्स वातावरणात.
तोटे: विकृत करणे सोपे, थर्मल ईएमएफची उलट करण्यायोग्य अस्थिरता.
वातावरणात सल्फरच्या ट्रेसच्या उपस्थितीत आणि कमकुवतपणे ऑक्सिडायझिंग वातावरणात ("हिरवी चिकणमाती") क्रोमेलच्या उपस्थितीत अल्युमेलची गंज आणि जळजळ होण्याची संभाव्य प्रकरणे.
क्रोमल-कॉपर थर्मोकूपल (TCC)
सकारात्मक इलेक्ट्रोड: क्रोमेल मिश्र धातु (90% Ni, 10% Cr).
नकारात्मक इलेक्ट्रोड: कॉपेल मिश्र धातु (54.5% Cu, 43% Ni, 2% Fe, 0.5% Mn).
तापमान श्रेणी -253°C ते 800°C दीर्घकालीन आणि 1100°C अल्पकालीन गरम.
ऑपरेटिंग वातावरण: निष्क्रिय आणि ऑक्सिडायझिंग, अल्पकालीन व्हॅक्यूम.
तोटे: थर्मोकूपलचे विकृत रूप.
कदाचित दीर्घ व्हॅक्यूममध्ये क्रोमियमचे बाष्पीभवन; सल्फर, क्रोमियम, फ्लोरिन असलेल्या वातावरणासह प्रतिक्रिया.
लोह-कॉन्स्टंटन थर्मोकूपल (पीसीटी).
सकारात्मक इलेक्ट्रोड: तांत्रिकदृष्ट्या शुद्ध लोह (सौम्य स्टील).
नकारात्मक इलेक्ट्रोड: स्थिर मिश्र धातु (59% Cu, 39-41% Ni, 1-2% Mn).
रिड्यूसिंग, इनर्ट मीडिया आणि व्हॅक्यूममधील मोजमापांसाठी वापरले जाते. तापमान -203 ° से ते 750 ° से लांब आणि 1100 ° से अल्पकालीन गरम.
सकारात्मक आणि नकारात्मक तापमानाच्या संयुक्त मापनावर अनुप्रयोग दुमडलेला आहे. केवळ नकारात्मक तापमानासाठी वापरणे फायदेशीर नाही.
तोटे: थर्मोकूपलचे विकृत रूप, कमी गंज प्रतिकार.
700 °С आणि 900 °С च्या आसपास लोहाच्या भौतिक आणि रासायनिक गुणधर्मांमध्ये बदल. गंध निर्मितीसह सल्फर आणि पाण्याची वाफ यांच्याशी संवाद साधते.
टंगस्टन-रेनियम थर्मोकूपल (TVR)
सकारात्मक इलेक्ट्रोड: मिश्र धातु BP5 (95% W, 5% Rh)/BP5 (सिलिका आणि अॅल्युमिनियम अॅडिटीव्हसह BP5)/BP10 (90% W, 10% Rh).
नकारात्मक इलेक्ट्रोड: मिश्र धातु BP20 (80% W, 20% Rh).
इन्सुलेशन: रासायनिकदृष्ट्या शुद्ध धातूच्या ऑक्साईडचे सिरेमिक.
वैशिष्ट्यांमध्ये यांत्रिक सामर्थ्य, तापमान प्रतिरोधकता, दूषिततेची कमी संवेदनशीलता आणि फॅब्रिकेशन सुलभता समाविष्ट आहे.
1800 ° C ते 3000 ° C पर्यंत तापमान मोजणे, खालची मर्यादा - 1300 ° C. मापन अक्रिय वायू, कोरड्या हायड्रोजन किंवा व्हॅक्यूम वातावरणात घेतले जाते. ऑक्सिडायझिंग मीडियामध्ये फक्त वेगवान वाहणाऱ्या प्रक्रियेतील मोजमापांसाठी.
तोटे: थर्मल ईएमएफची खराब पुनरुत्पादकता, विकिरण दरम्यान त्याची अस्थिरता, तापमान श्रेणीमध्ये अस्थिर संवेदनशीलता.
टंगस्टन-मोलिब्डेनम (TM) थर्मोकूपल
सकारात्मक इलेक्ट्रोड: टंगस्टन (तांत्रिकदृष्ट्या शुद्ध).
नकारात्मक इलेक्ट्रोड: मोलिब्डेनम (तांत्रिकदृष्ट्या शुद्ध).
इन्सुलेशन: अल्युमिना सिरेमिक, क्वार्ट्ज टिपांसह संरक्षण.
निष्क्रिय, हायड्रोजन किंवा व्हॅक्यूम वातावरण. इन्सुलेशनच्या उपस्थितीत ऑक्सिडायझिंग वातावरणात अल्पकालीन मोजमाप शक्य आहे. मोजलेल्या तापमानाची श्रेणी 1400-1800 डिग्री सेल्सियस आहे, ऑपरेटिंग तापमान मर्यादा सुमारे 2400 डिग्री सेल्सियस आहे.
तोटे: खराब पुनरुत्पादकता आणि थर्मो-ईडीसीची संवेदनशीलता, ध्रुवीय उलथापालथ, उच्च तापमानात जळजळ.
थर्मोकूपल्स प्लॅटिनम-रोडियम-प्लॅटिनम (टीपीपी)
सकारात्मक इलेक्ट्रोड: प्लॅटिनम-रोडियम (10% किंवा 13% Rh सह Pt).
नकारात्मक इलेक्ट्रोड: प्लॅटिनम.
इन्सुलेशन: क्वार्ट्ज, पोर्सिलेन (नियमित आणि रीफ्रॅक्टरी). 1400 °С पर्यंत - अल च्या उच्च सामग्रीसह सिरेमिक2ओ3O, 1400 °С पेक्षा जास्त - रासायनिकदृष्ट्या शुद्ध Al2ओ3.
कमाल ऑपरेटिंग तापमान 1400 ° से बर्याच काळासाठी, 1600 ° से थोड्या काळासाठी. कमी तापमानात मापन सामान्यतः केले जात नाही.
ऑपरेटिंग वातावरण: ऑक्सिडायझिंग आणि जड, संरक्षणाच्या उपस्थितीत वातावरण कमी करणे.
तोटे: उच्च किंमत, विकिरण अंतर्गत अस्थिरता, दूषिततेसाठी उच्च संवेदनशीलता (विशेषत: प्लॅटिनम इलेक्ट्रोड), उच्च तापमानात धातूच्या धान्याची वाढ.
प्लॅटिनम-रोडियम-प्लॅटिनम-रोडियम थर्मोकूपल्स (PRT)
सकारात्मक इलेक्ट्रोड: 30% Rh सह Pt मिश्र धातु.
नकारात्मक इलेक्ट्रोड: 6% Rh सह Pt मिश्र धातु.
मध्यम: ऑक्सिडायझिंग, तटस्थ आणि व्हॅक्यूम. संरक्षणाच्या उपस्थितीत कमी करणे आणि धातू किंवा नॉन-मेटल वाष्प-युक्त वातावरणात वापरा.
कमाल कार्यरत तापमान: 1600°C दीर्घकालीन, 1800°C अल्पकालीन.
इन्सुलेशन: अल पासून बनलेले सिरॅमिक्स2ओ3 उच्च शुद्धता.
प्लॅटिनम-रोडियम थर्मोकूपलपेक्षा रासायनिक दूषित आणि धान्य वाढीस कमी संवेदनाक्षम.
थर्मोकूपल कनेक्शन आकृती
- पोटेंशियोमीटर किंवा गॅल्व्हनोमीटरचे थेट कंडक्टरशी कनेक्शन.
- भरपाई तारा सह कनेक्शन;
- एकसंध आउटपुट असलेल्या थर्मोकूपला पारंपारिक तांब्याच्या तारांचे कनेक्शन.
थर्मोकूपल कंडक्टर रंग मानके
कलर-कोडेड कंडक्टर इन्सुलेशन टर्मिनल्सशी योग्य कनेक्शनसाठी थर्मोकूपल इलेक्ट्रोड एकमेकांपासून वेगळे करण्यात मदत करते. देशानुसार मानके बदलतात; कंडक्टरसाठी कोणतेही विशिष्ट रंग पदनाम नाहीत.
महत्त्वाचे: त्रुटी टाळण्यासाठी कारखान्यात वापरलेले मानक शोधणे आवश्यक आहे.
मोजमाप अचूकता
अचूकता थर्मोकूपलचा प्रकार, मोजलेली तापमान श्रेणी, सामग्रीची शुद्धता, विद्युत आवाज, गंज, जंक्शन गुणधर्म आणि उत्पादन प्रक्रिया यावर अवलंबून असते.
थर्मोकूपल्सना एक सहिष्णुता वर्ग (मानक किंवा विशेष) नियुक्त केला जातो जो मापनाचा आत्मविश्वास मध्यांतर स्थापित करतो.
महत्त्वाचे: ऑपरेशन दरम्यान उत्पादनाच्या वेळी वैशिष्ट्ये बदलतात.
मापन गती
प्राथमिक ट्रान्सड्यूसरच्या तापमानाच्या उडींना त्वरीत प्रतिसाद देण्याची क्षमता आणि मापन यंत्रातून इनपुट सिग्नलचा त्यानंतरचा प्रवाह याद्वारे प्रतिसादात्मकता निर्धारित केली जाते.
प्रतिक्रियाशीलता वाढवणारे घटक:
- प्राथमिक ट्रान्सड्यूसरच्या लांबीची योग्य स्थापना आणि गणना;
- संरक्षणात्मक थर्मोवेलसह ट्रान्समीटर वापरताना, थर्मोवेलचा लहान व्यास निवडून असेंब्लीचे वस्तुमान कमी करा;
- प्राथमिक ट्रान्सड्यूसर आणि थर्मोवेलमधील हवेतील अंतर कमी करा;
- स्प्रिंग लोडेड प्राथमिक ट्रान्सड्यूसर वापरणे आणि थर्मोवेलमधील पोकळी थर्मली कंडक्टिव फिलरने भरणे;
- उच्च घनता (द्रव) असलेले जलद हलणारे माध्यम किंवा माध्यम.
थर्मोकूलची कार्यक्षमता तपासत आहे
ऑपरेशनची पडताळणी करण्यासाठी, एक विशेष मापन यंत्र (परीक्षक, गॅल्व्हनोमीटर किंवा पोटेंटिओमीटर) कनेक्ट करा किंवा मिलिव्होल्टमीटरने आउटपुट व्होल्टेज मोजा. बाण किंवा डिजिटल इंडिकेटर चढ-उतार झाल्यास, थर्मोकूपल चांगले आहे, अन्यथा डिव्हाइस बदलणे आवश्यक आहे.
थर्मोकूल अपयशाची कारणे:
- संरक्षणात्मक संरक्षण साधन वापरण्यात अयशस्वी;
- इलेक्ट्रोडची रासायनिक रचना बदलणे;
- उच्च तापमानात होणारी ऑक्सिडेटिव्ह प्रक्रिया;
- मापन यंत्राचे तुटणे इ.
थर्माकोल वापरण्याचे फायदे आणि तोटे
हे डिव्हाइस वापरण्याचे फायदे म्हटले जाऊ शकतात:
- मोजमापांची मोठी तापमान श्रेणी;
- उच्च अचूकता;
- साधेपणा आणि विश्वसनीयता.
तोट्यांमध्ये हे समाविष्ट असावे:
- कोल्ड जंक्शनच्या सतत नियंत्रणाची अंमलबजावणी, नियंत्रण उपकरणांचे सत्यापन आणि अंशांकन;
- डिव्हाइसच्या उत्पादनादरम्यान धातूंचे संरचनात्मक बदल;
- वायुमंडलीय रचना, सीलिंग खर्चावर अवलंबून राहणे;
- इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक लहरींच्या प्रदर्शनामुळे मापन त्रुटी.
