Thermocouple سائنس اور ٹیکنالوجی کی تمام شاخوں میں درجہ حرارت کی پیمائش کرنے کا ایک آلہ ہے۔ یہ مضمون آلہ کے ڈیزائن اور آپریشن کے اصول کی خرابی کے ساتھ تھرموکوپل کا عمومی جائزہ فراہم کرتا ہے۔ تھرموکوپل کی مختلف قسمیں ان کی مختصر خصوصیات کے ساتھ بیان کی گئی ہیں، اور پیمائش کرنے والے آلے کے طور پر تھرموکوپل کی تشخیص دی گئی ہے۔
مشمولات
تھرموکوپل ڈیزائن
تھرموکوپل کے آپریشن کا اصول۔ Seebeck اثر
تھرموکوپل اس تھرمو الیکٹرک اثر پر مبنی ہے جسے جرمن ماہر طبیعیات ٹامس سیبیک نے 1821 میں دریافت کیا تھا۔
یہ رجحان بند برقی سرکٹ میں بجلی کے ابھرنے پر مبنی ہے جب ایک مخصوص محیطی درجہ حرارت کے سامنے آتا ہے۔ برقی کرنٹ اس وقت پیدا ہوتا ہے جب مختلف ساخت کے دو کنڈکٹرز (تھرمو الیکٹروڈز) کے درمیان درجہ حرارت کا فرق ہوتا ہے اور ان کے رابطوں (جنکشنز) کو اپنی جگہ پر رکھ کر برقرار رکھا جاتا ہے۔ ڈیوائس منسلک ثانوی ڈیوائس کی اسکرین پر درجہ حرارت کی پیمائش کی قیمت دکھاتا ہے۔
آؤٹ پٹ وولٹیج اور درجہ حرارت ایک لکیری تعلق میں ہیں۔ اس کا مطلب یہ ہے کہ ماپا درجہ حرارت میں اضافے کے نتیجے میں تھرموکوپل کے آزاد سروں پر ملی وولٹ کی قیمت زیادہ ہوتی ہے۔
درجہ حرارت کی پیمائش کے مقام پر جنکشن کو "ہاٹ جنکشن" کہا جاتا ہے اور وہ نقطہ جہاں تاریں ٹرانسمیٹر سے جڑی ہوتی ہیں اسے "کولڈ جنکشن" کہا جاتا ہے۔
کولڈ جنکشن ٹمپریچر کمپنسیشن (CJC)
کولڈ جنکشن کمپنسیشن (سی جے سی) تھرموکوپل کے فری اینڈز کے کنکشن پوائنٹ پر درجہ حرارت کی پیمائش کرتے وقت حتمی ریڈنگ میں تصحیح کی صورت میں کی گئی ایک اصلاح ہے۔ یہ اصل سرد جنکشن درجہ حرارت اور 0 ° C پر سرد جنکشن کے درجہ حرارت کے لئے کیلیبریشن چارٹ سے کیلکولیڈ ریڈنگ کے درمیان تضادات کی وجہ سے ہے۔
CHS ایک تفریق کا طریقہ ہے جس میں مطلق درجہ حرارت پڑھنے کو کولڈ جنکشن درجہ حرارت کی معلوم قدر سے اخذ کیا جاتا ہے (حوالہ جنکشن کا دوسرا نام)۔
تھرموکوپل ڈیزائن
تھرموکوپل کا ڈیزائن بیرونی ماحول کی "جارحیت"، مادہ کی مجموعی حالت، درجہ حرارت کی حد کی پیمائش اور دیگر جیسے عوامل کے اثر و رسوخ کو مدنظر رکھتا ہے۔
تھرموکوپل ڈیزائن کی خصوصیات:
1) کنڈکٹر کے جوڑے مزید آرک ویلڈنگ (شاذ و نادر ہی سولڈرنگ) کے ساتھ گھما کر یا پھنسے ہوئے ایک دوسرے سے جڑے ہوتے ہیں۔
اہم: جنکشن کی خصوصیات کے تیزی سے نقصان کی وجہ سے موڑنے کا طریقہ تجویز نہیں کیا جاتا ہے۔
2) تھرموکوپل الیکٹروڈز کو ٹچ پوائنٹ کے علاوہ اپنی پوری لمبائی کے ساتھ برقی طور پر موصل ہونا چاہیے۔
3) تنہائی کا طریقہ اوپری درجہ حرارت کی حد کو مدنظر رکھتے ہوئے منتخب کیا جاتا ہے۔
- 100-120 ° C تک - کوئی بھی موصلیت؛
- 1300 ° C تک - چینی مٹی کے برتن یا موتیوں کی مالا؛
- 1950 °C تک - ال2اے3;
- 2000°С سے اوپر - MgO, BeO, ThO سے ٹیوبیں۔2THO، ZrO2.
4) حفاظتی کور۔
اچھی تھرمل چالکتا (دھاتی، سیرامکس) کے ساتھ مواد تھرمل اور کیمیائی طور پر مزاحم ہونا چاہیے۔ میان کا استعمال بعض میڈیا میں سنکنرن کو روکتا ہے۔
توسیع (توسیع) تاریں
تھرموکوپل کے سروں کو ثانوی ڈیوائس یا رکاوٹ تک پھیلانے کے لیے اس قسم کے تار کی ضرورت ہوتی ہے۔ تاروں کا استعمال نہیں کیا جاتا ہے اگر تھرموکوپل میں ایک بلٹ ان ٹرانسمیٹر ہے جس میں متحد آؤٹ پٹ سگنل ہے۔ سب سے زیادہ وسیع ایپلی کیشن ایک معیاری سینسر ٹرمینل ہیڈ میں ایک متحد 4-20mA سگنل کے ساتھ رکھا جانے والا نارملائزنگ ٹرانسڈیوسر ہے، جسے نام نہاد "ٹیبلیٹ" کہا جاتا ہے۔
تاروں کا مواد تھرمو الیکٹروڈ کے مواد کے ساتھ موافق ہوسکتا ہے، لیکن اکثر اسے سستی سے تبدیل کیا جاتا ہے، ان حالات کو مدنظر رکھتے ہوئے جو پرجیوی (حوصلہ افزائی) تھرمو الیکٹروڈز کی تشکیل کو روکتے ہیں۔ توسیعی تاروں کا استعمال پیداوار کو بہتر بنانے میں بھی مدد کرتا ہے۔
تجاویز اور چالیں! معاوضے کی تاروں کی قطبیت اور تھرموکوپل سے ان کے کنکشن کا درست تعین کرنے کے لیے، MM یادداشت کا اصول یاد رکھیں - مائنس مقناطیسی ہے۔ یعنی کوئی بھی مقناطیس لے لیں اور معاوضے کا مائنس مقناطیسی ہوگا، جمع کے برعکس۔
تھرموکوپل کی اقسام اور اقسام
تھرموکوپل کی مختلف قسمیں استعمال ہونے والے دھاتی مرکب کے مختلف امتزاج کی وجہ سے ہیں۔ تھرموکوپل کا انتخاب صنعت اور مطلوبہ درجہ حرارت کی حد پر مبنی ہے۔
Chromel-alumel thermocouple (TXA)
مثبت الیکٹروڈ: کرومیل الائے (90% Ni, 10% Cr)۔
منفی الیکٹروڈ: ایلومیل مرکب (95% Ni, 2% Mn, 2% Al, 1% Si)۔
موصل مواد: چینی مٹی کے برتن، کوارٹج، دھاتی آکسائڈ، وغیرہ
درجہ حرارت کی حد -200 ° C سے 1300 ° C قلیل مدتی اور 1100 ° C طویل مدتی ہیٹنگ۔
آپریٹنگ ماحول: غیر فعال، آکسائڈائزنگ (O2=2-3% یا مکمل طور پر خارج)، خشک ہائیڈروجن، قلیل مدتی خلا۔ حفاظتی میان کی موجودگی میں کم کرنے یا ریڈوکس ماحول میں۔
نقصانات: درست شکل میں آسان، تھرمل EMF کی الٹنے والی عدم استحکام۔
فضا میں گندھک کے نشانات کی موجودگی اور کمزور آکسیڈائزنگ ماحول ("سبز مٹی") میں کروم کی موجودگی میں ایلومیل کے سنکنرن اور جھنجھٹ کے ممکنہ معاملات۔
کرومیل کاپر تھرموکوپل (TCC)
مثبت الیکٹروڈ: کرومیل الائے (90% Ni, 10% Cr)۔
منفی الیکٹروڈ: کوپل الائے (54.5% Cu، 43% Ni، 2% Fe، 0.5% Mn)۔
درجہ حرارت کی حد -253 ° C سے 800 ° C طویل مدتی اور 1100 ° C قلیل مدتی ہیٹنگ۔
آپریٹنگ ماحول: غیر فعال اور آکسائڈائزنگ، قلیل مدتی ویکیوم۔
نقصانات: تھرموکوپل کی اخترتی۔
شاید ایک طویل خلا میں کرومیم کا بخارات بننا۔ سلفر، کرومیم، فلورین پر مشتمل ماحول کے ساتھ رد عمل۔
آئرن کانسٹینٹان تھرموکوپل (پی سی ٹی)۔
مثبت الیکٹروڈ: تکنیکی طور پر خالص لوہا (ہلکا سٹیل)۔
منفی الیکٹروڈ: کنسٹنٹن الائے (59% Cu, 39-41% Ni, 1-2% Mn)۔
کم کرنے، غیر فعال میڈیا اور ویکیوم میں پیمائش کے لیے استعمال کیا جاتا ہے۔ درجہ حرارت -203 ° C سے 750 ° C لمبا اور 1100 ° C قلیل مدتی ہیٹنگ۔
ایپلی کیشن کو مثبت اور منفی درجہ حرارت کی مشترکہ پیمائش پر فولڈ کیا جاتا ہے۔ صرف منفی درجہ حرارت کے لیے استعمال کرنا فائدہ مند نہیں ہے۔
نقصانات: تھرموکوپل کی اخترتی، کم سنکنرن مزاحمت۔
700 °С اور 900 °С کے ارد گرد لوہے کی جسمانی اور کیمیائی خصوصیات میں تبدیلی۔ سنکنرن کی تشکیل کے ساتھ سلفر اور پانی کے بخارات کے ساتھ تعامل کرتا ہے۔
ٹنگسٹن رینیم تھرموکوپل (TVR)
مثبت الیکٹروڈ: مرکبات BP5 (95% W, 5% Rh)/BP5 (BP5 سلیکا اور ایلومینیم کے ساتھ)/BP10 (90% W, 10% Rh)۔
منفی الیکٹروڈ: مرکب BP20 (80% W، 20% Rh)۔
موصلیت: کیمیاوی طور پر خالص دھاتی آکسائیڈ کا سیرامک۔
خصوصیات میں مکینیکل طاقت، درجہ حرارت کی مزاحمت، آلودگی کے لیے کم حساسیت، اور من گھڑت آسانی شامل ہیں۔
1800 ° C سے 3000 ° C تک درجہ حرارت کی پیمائش، نچلی حد - 1300 ° C. پیمائش ایک غیر فعال گیس، خشک ہائیڈروجن یا ویکیوم ماحول میں لی جاتی ہے۔ آکسائڈائزنگ میڈیا میں صرف تیز بہاؤ کے عمل میں پیمائش کے لیے۔
نقصانات: تھرمل EMF کی ناقص تولیدی صلاحیت، شعاع ریزی کے دوران اس کا عدم استحکام، درجہ حرارت کی حد میں غیر مستحکم حساسیت۔
Tungsten-molybdenum (TM) تھرموکوپل
مثبت الیکٹروڈ: ٹنگسٹن (تکنیکی طور پر خالص)۔
منفی الیکٹروڈ: مولبڈینم (تکنیکی طور پر خالص)۔
موصلیت: ایلومینا سیرامک، کوارٹج ٹپس کے ساتھ تحفظ۔
غیر فعال، ہائیڈروجن یا ویکیوم ماحول۔ موصلیت کی موجودگی میں آکسائڈائزنگ ماحول میں قلیل مدتی پیمائش ممکن ہے۔ ماپا درجہ حرارت کی حد 1400-1800 ° C ہے، حد آپریٹنگ درجہ حرارت تقریبا 2400 ° C ہے.
نقصانات: تھرمو-ای ڈی سی کی ناقص تولیدی صلاحیت اور حساسیت، قطبیت کا الٹا ہونا، اعلی درجہ حرارت پر جھنجھٹ۔
تھرموکوپلس پلاٹینم روڈیم پلاٹینم (ٹی پی پی)
مثبت الیکٹروڈ: پلاٹینم روڈیم (10% یا 13% Rh کے ساتھ Pt)۔
منفی الیکٹروڈ: پلاٹینم۔
موصلیت: کوارٹج، چینی مٹی کے برتن (باقاعدہ اور ریفریکٹری)۔ 1400 °С تک - ایل کے اعلی مواد کے ساتھ سیرامکس2اے3O، 1400 °С سے اوپر - کیمیائی طور پر خالص ال2اے3.
زیادہ سے زیادہ آپریٹنگ درجہ حرارت ایک طویل وقت کے لیے 1400 ° C، مختصر وقت کے لیے 1600 ° C۔ کم درجہ حرارت پر پیمائش عام طور پر نہیں کی جاتی ہے۔
آپریٹنگ ماحول: آکسائڈائزنگ اور غیر فعال، تحفظ کی موجودگی میں ماحول کو کم کرنا.
نقصانات: زیادہ قیمت، شعاع ریزی کے تحت عدم استحکام، آلودگی کے لیے اعلیٰ حساسیت (خاص طور پر پلاٹینم الیکٹروڈ)، اعلی درجہ حرارت پر دھات کے اناج کی نشوونما۔
Platinum-Rhodium-Platinum-Rhodium Thermocouples (PRT)
مثبت الیکٹروڈ: 30% Rh کے ساتھ Pt مرکب۔
منفی الیکٹروڈ: Pt الائے 6% Rh کے ساتھ۔
میڈیم: آکسیڈائزنگ، نیوٹرل اور ویکیوم۔ تحفظ کی موجودگی میں کم کرنے اور دھاتی یا غیر دھاتی بخارات پر مشتمل ماحول میں استعمال کریں۔
زیادہ سے زیادہ کام کرنے کا درجہ حرارت: 1600 ° C طویل مدتی، 1800 ° C مختصر مدت۔
موصلیت: سیرامکس ال سے بنا2اے3 اعلی طہارت
پلاٹینم روڈیم تھرموکوپل سے کیمیائی آلودگی اور اناج کی افزائش کے لیے کم حساس۔
تھرموکوپل کنکشن ڈایاگرام
- potentiometer یا galvanometer کا براہ راست کنڈکٹرز سے کنکشن۔
- معاوضے کی تاروں کے ساتھ کنکشن؛
- روایتی تانبے کے تاروں کے ذریعے ایک تھرموکوپل سے کنکشن جس میں ایک متحد آؤٹ پٹ ہو۔
تھرموکوپل کنڈکٹر رنگ کے معیارات
رنگ کوڈڈ کنڈکٹر موصلیت ٹرمینلز سے مناسب کنکشن کے لیے تھرموکوپل الیکٹروڈ کو ایک دوسرے سے الگ کرنے میں مدد کرتی ہے۔ معیارات ملک کے لحاظ سے مختلف ہوتے ہیں۔ کنڈکٹرز کے لیے کوئی مخصوص رنگ کا عہدہ نہیں ہے۔
اہم: غلطیوں کو روکنے کے لیے فیکٹری میں استعمال ہونے والے معیار کا پتہ لگانا ضروری ہے۔
پیمائش کی درستگی
درستگی کا انحصار تھرموکوپل کی قسم، درجہ حرارت کی حد کی پیمائش، مواد کی پاکیزگی، برقی شور، سنکنرن، جنکشن کی خصوصیات، اور مینوفیکچرنگ کے عمل پر ہے۔
تھرموکوپلز کو رواداری کی کلاس (معیاری یا خصوصی) تفویض کی جاتی ہے جو پیمائش کے اعتماد کا وقفہ قائم کرتی ہے۔
اہم: آپریشن کے دوران تیاری کے وقت کی خصوصیات میں تبدیلی۔
پیمائش کی رفتار
ردعمل کا تعین پرائمری ٹرانسڈیوسر کی درجہ حرارت کی چھلانگوں کا فوری جواب دینے کی صلاحیت اور ماپنے والے آلے سے آنے والے ان پٹ سگنلز کے بہاؤ سے ہوتا ہے۔
ردعمل کو بڑھانے والے عوامل:
- پرائمری ٹرانسڈیوسر کی لمبائی کی مناسب تنصیب اور حساب۔
- حفاظتی تھرمو ویل کے ساتھ ٹرانسمیٹر کا استعمال کرتے وقت، تھرموول کے چھوٹے قطر کو منتخب کرکے اسمبلی کے بڑے پیمانے کو کم کریں۔
- پرائمری ٹرانسڈیوسر اور تھرمو ویل کے درمیان ہوا کے فرق کو کم سے کم کریں۔
- اسپرنگ لوڈڈ پرائمری ٹرانسڈیوسر کا استعمال کرتے ہوئے اور تھرمو ویل میں موجود گہاوں کو تھرمل کنڈکٹیو فلر سے بھرنا؛
- تیز رفتار حرکت پذیر میڈیا یا زیادہ کثافت والا میڈیا (مائع)۔
تھرموکوپل کی کارکردگی کی جانچ ہو رہی ہے۔
آپریشن کی توثیق کرنے کے لیے، ایک خاص ماپنے والے آلے (ٹیسٹر، گیلوانومیٹر یا پوٹینشیومیٹر) کو جوڑیں یا ملی وولٹ میٹر سے آؤٹ پٹ وولٹیج کی پیمائش کریں۔ اگر تیر یا ڈیجیٹل اشارے میں اتار چڑھاؤ آتا ہے، تو تھرموکوپل اچھا ہے، بصورت دیگر ڈیوائس کو تبدیل کرنا ہوگا۔
تھرموکوپل کی ناکامی کی وجوہات:
- حفاظتی شیلڈنگ ڈیوائس استعمال کرنے میں ناکامی؛
- الیکٹروڈ کی کیمیائی ساخت کو تبدیل کرنا؛
- اعلی درجہ حرارت پر ہونے والے آکسیڈیٹیو عمل؛
- ماپنے کے آلے کا ٹوٹنا وغیرہ۔
تھرموکوپل کے استعمال کے فائدے اور نقصانات
اس ڈیوائس کے استعمال کے فوائد کو کہا جا سکتا ہے:
- پیمائش کی بڑی درجہ حرارت کی حد؛
- اعلی درستگی؛
- سادگی اور وشوسنییتا.
نقصانات میں شامل ہونا چاہئے:
- کولڈ جنکشن کے مسلسل کنٹرول کا نفاذ، کنٹرول آلات کی تصدیق اور انشانکن؛
- ڈیوائس کی تیاری کے دوران دھاتوں کی ساختی تبدیلیاں؛
- ماحول کی ساخت، سگ ماہی کے اخراجات پر انحصار؛
- برقی مقناطیسی لہروں کی نمائش کی وجہ سے پیمائش کی غلطی۔
