थर्मोकपल विज्ञान और प्रौद्योगिकी की सभी शाखाओं में तापमान मापने का एक उपकरण है। यह आलेख डिवाइस के संचालन के डिजाइन और सिद्धांत के विश्लेषण के साथ थर्मोकपल का एक सामान्य अवलोकन प्रस्तुत करता है। थर्मोकपल की किस्मों को उनकी संक्षिप्त विशेषताओं के साथ वर्णित किया गया है, और थर्मोकपल का एक माप उपकरण के रूप में मूल्यांकन भी दिया गया है।
विषय
थर्मोकपल डिवाइस
थर्मोकपल के संचालन का सिद्धांत। सीबेक प्रभाव
थर्मोकपल का संचालन 1821 में जर्मन भौतिक विज्ञानी टॉमस सीबेक द्वारा खोजे गए थर्मोइलेक्ट्रिक प्रभाव की घटना के कारण होता है।
घटना एक निश्चित परिवेश के तापमान के संपर्क में आने पर एक बंद विद्युत परिपथ में बिजली की घटना पर आधारित है। एक विद्युत प्रवाह तब होता है जब विभिन्न संरचना (असमान धातु या मिश्र धातु) के दो कंडक्टरों (थर्मोइलेक्ट्रोड) के बीच तापमान अंतर होता है और उनके संपर्कों (जंक्शनों) के स्थान को बनाए रखते हुए बनाए रखा जाता है। डिवाइस कनेक्टेड सेकेंडरी डिवाइस की स्क्रीन पर मापा तापमान का मान प्रदर्शित करता है।
आउटपुट वोल्टेज और तापमान रैखिक रूप से संबंधित 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 के बिंदु पर स्थित जंक्शन को "गर्म" कहा जाता है, और जिस स्थान पर तार कनवर्टर से जुड़े होते हैं उसे "ठंडा" कहा जाता है।
शीत जंक्शन तापमान मुआवजा (सीजेसी)
कोल्ड जंक्शन मुआवजा (सीजेसी) एक मुआवजा है जिसे थर्मोकपल लीड जुड़े हुए बिंदु पर तापमान को मापते समय कुल रीडिंग में सुधार के रूप में लागू किया जाता है। यह कोल्ड एंड के वास्तविक तापमान और 0°C पर कोल्ड जंक्शन के तापमान के लिए कैलिब्रेशन टेबल के परिकलित रीडिंग के बीच विसंगतियों के कारण है।
सीसीएस एक अंतर विधि है जिसमें एक ज्ञात ठंडे जंक्शन तापमान (जिसे संदर्भ जंक्शन के रूप में भी जाना जाता है) से निरपेक्ष तापमान रीडिंग पाई जाती है।
थर्मोकपल डिजाइन
थर्मोकपल को डिजाइन करते समय, बाहरी वातावरण की "आक्रामकता", पदार्थ के एकत्रीकरण की स्थिति, मापा तापमान की सीमा और अन्य जैसे कारकों के प्रभाव को ध्यान में रखा जाता है।
थर्मोकपल डिजाइन विशेषताएं:
1) कंडक्टरों के जंक्शन आगे इलेक्ट्रिक आर्क वेल्डिंग (शायद ही कभी सोल्डरिंग द्वारा) के साथ घुमा या घुमाकर जुड़े होते हैं।
महत्वपूर्ण: जंक्शन गुणों के तेजी से नुकसान के कारण घुमा विधि का उपयोग करने की अनुशंसा नहीं की जाती है।
2) संपर्क के बिंदु को छोड़कर, थर्मोइलेक्ट्रोड को उनकी पूरी लंबाई के साथ विद्युत रूप से पृथक किया जाना चाहिए।
3) ऊपरी तापमान सीमा को ध्यान में रखते हुए इन्सुलेशन विधि का चयन किया जाता है।
- 100-120 डिग्री सेल्सियस तक - कोई भी इन्सुलेशन;
- 1300 डिग्री सेल्सियस तक - चीनी मिट्टी के बरतन ट्यूब या मोती;
- 1950°C तक - अल ट्यूब्स2हे3;
- 2000°С से ऊपर - MgO, BeO, ThO . से बनी ट्यूब2, ZrO2.
4) सुरक्षात्मक आवरण।
सामग्री अच्छी तापीय चालकता (धातु, चीनी मिट्टी की चीज़ें) के साथ थर्मल और रासायनिक रूप से प्रतिरोधी होनी चाहिए। बूट का उपयोग कुछ वातावरणों में क्षरण को रोकता है।
विस्तार (मुआवजा) तार
थर्मोकपल के सिरों को सेकेंडरी इंस्ट्रूमेंट या बैरियर तक बढ़ाने के लिए इस प्रकार के तार की आवश्यकता होती है। यदि थर्मोकपल में एकीकृत आउटपुट सिग्नल के साथ एक अंतर्निर्मित कनवर्टर है तो तारों का उपयोग नहीं किया जाता है। सबसे व्यापक रूप से इस्तेमाल किया जाने वाला सामान्यीकरण कनवर्टर है, जो एक एकीकृत सिग्नल 4-20mA, तथाकथित "टैबलेट" के साथ सेंसर के मानक टर्मिनल हेड में स्थित है।
तारों की सामग्री थर्मोइलेक्ट्रोड की सामग्री के साथ मेल खा सकती है, लेकिन अक्सर इसे एक सस्ता के साथ बदल दिया जाता है, उन स्थितियों को ध्यान में रखते हुए जो परजीवी (प्रेरित) थर्मो-ईएमएफ के गठन को रोकते हैं। विस्तार तारों का उपयोग आपको उत्पादन को अनुकूलित करने की भी अनुमति देता है।
जीवन खराब होना! क्षतिपूर्ति करने वाले तारों की ध्रुवता को सही ढंग से निर्धारित करने और उन्हें थर्मोकपल से जोड़ने के लिए, स्मरणीय नियम याद रखें MM - माइनस चुम्बकित है। यही है, हम कोई भी चुंबक लेते हैं और मुआवजे के ऋण को प्लस के विपरीत चुंबकित किया जाएगा।
थर्मोकपल के प्रकार और प्रकार
थर्मोकपल की विविधता का उपयोग धातु मिश्र धातुओं के विभिन्न संयोजनों द्वारा किया जाता है। थर्मोकपल का चुनाव उद्योग और आवश्यक तापमान सीमा के आधार पर किया जाता है।
थर्मोकपल क्रोमेल-एल्यूमेल (TXA)
सकारात्मक इलेक्ट्रोड: क्रोमेल मिश्र धातु (90% नी, 10% सीआर)।
नकारात्मक इलेक्ट्रोड: एल्यूमेल मिश्र धातु (95% नी, 2% एमएन, 2% अल, 1% सी)।
इन्सुलेशन सामग्री: चीनी मिट्टी के बरतन, क्वार्ट्ज, धातु आक्साइड, आदि।
तापमान -200°С से 1300°С तक अल्पकालिक और 1100°С दीर्घावधि तापन तक होता है।
कार्य वातावरण: निष्क्रिय, ऑक्सीकरण (ओ .)2=2-3% या पूरी तरह से बाहर रखा गया), शुष्क हाइड्रोजन, अल्पकालिक वैक्यूम। एक सुरक्षात्मक आवरण की उपस्थिति में कम करने या रेडॉक्स वातावरण में।
नुकसान: विरूपण में आसानी, थर्मो-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 मामले हो सकते हैं।
थर्मोकपल क्रोमेल-कोपेल (TKhK)
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 ° С से 800 ° С लंबी अवधि और 1100 ° अल्पकालिक हीटिंग तक होता है।
कार्य वातावरण: निष्क्रिय और ऑक्सीकरण, अल्पकालिक वैक्यूम।
नुकसान: थर्मोइलेक्ट्रोड विरूपण।
लंबे समय तक निर्वात के तहत क्रोमियम के वाष्पीकरण की संभावना; सल्फर, क्रोमियम, फ्लोरीन युक्त वातावरण के साथ प्रतिक्रिया।
थर्मोकपल आयरन-कॉन्स्टेंटन (TGK)
सकारात्मक इलेक्ट्रोड: व्यावसायिक 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°С से 750°С तक दीर्घावधि और 1100°С अल्पकालिक ताप।
अनुप्रयोग सकारात्मक और नकारात्मक तापमान के संयुक्त माप पर विकसित होता है। केवल नकारात्मक तापमान के लिए उपयोग करना लाभहीन है।
नुकसान: थर्मोइलेक्ट्रोड विरूपण, कम संक्षारण प्रतिरोध।
लगभग 700°C और 900°C पर लोहे के भौतिक-रासायनिक गुणों में परिवर्तन। सल्फर और जलवाष्प के साथ अभिक्रिया करके संक्षारण बनाता है।
टंगस्टन-रेनियम थर्मोकपल (टीवीआर)
सकारात्मक इलेक्ट्रोड: मिश्र धातु BP5 (95% W, 5% Rh) / BAP5 (सिलिका और एल्यूमीनियम योजक के साथ BP5) / BP10 (90% W, 10% Rh)।
नकारात्मक इलेक्ट्रोड: BP20 मिश्र (80% W, 20% Rh)।
इन्सुलेशन: रासायनिक रूप से शुद्ध धातु ऑक्साइड सिरेमिक।
यांत्रिक शक्ति, गर्मी प्रतिरोध, प्रदूषण के प्रति कम संवेदनशीलता, निर्माण में आसानी पर ध्यान दिया जाता है।
तापमान का मापन 1800°С से 3000°С तक, निचली सीमा 1300°С है। माप एक अक्रिय गैस, शुष्क हाइड्रोजन या निर्वात वातावरण में किए जाते हैं। ऑक्सीकरण वातावरण में केवल तेज प्रक्रियाओं में माप के लिए।
नुकसान: थर्मो-ईएमएफ की खराब प्रजनन क्षमता, विकिरण के दौरान इसकी अस्थिरता, तापमान सीमा में अस्थिर संवेदनशीलता।
थर्मोकपल टंगस्टन-मोलिब्डेनम (VM)
सकारात्मक इलेक्ट्रोड: टंगस्टन (व्यावसायिक रूप से शुद्ध)।
नकारात्मक इलेक्ट्रोड: मोलिब्डेनम (व्यावसायिक रूप से शुद्ध)।
इन्सुलेशन: एल्यूमिना सिरेमिक, क्वार्ट्ज युक्तियों के साथ संरक्षित।
निष्क्रिय, हाइड्रोजन या निर्वात वातावरण। इन्सुलेशन की उपस्थिति में ऑक्सीकरण वातावरण में अल्पकालिक माप करना संभव है।मापा तापमान की सीमा 1400-1800 डिग्री सेल्सियस है, अधिकतम ऑपरेटिंग तापमान लगभग 2400 डिग्री सेल्सियस है।
नुकसान: थर्मल ईएमएफ की खराब प्रतिलिपि प्रस्तुत करने योग्यता और संवेदनशीलता, उच्च तापमान पर ध्रुवीयता उत्क्रमण, उत्सर्जन।
थर्मोकपल प्लैटिनम-रोडियम-प्लैटिनम (टीपीपी)
सकारात्मक इलेक्ट्रोड: प्लैटिनम-रोडियम (पीटी सी 10% या 13% आरएच)।
नकारात्मक इलेक्ट्रोड: प्लैटिनम।
इन्सुलेशन: क्वार्ट्ज, चीनी मिट्टी के बरतन (सादा और आग रोक)। 1400 डिग्री सेल्सियस तक - चीनी मिट्टी की उच्च सामग्री के साथ अल2हे3, 1400°C से अधिक - रासायनिक रूप से शुद्ध Al . से सिरेमिक2हे3.
अधिकतम ऑपरेटिंग तापमान 1400 डिग्री सेल्सियस लंबी अवधि, 1600 डिग्री सेल्सियस अल्पकालिक। कम तापमान का मापन आमतौर पर नहीं किया जाता है।
कार्य वातावरण: ऑक्सीकरण और निष्क्रिय, सुरक्षा की उपस्थिति में कमी।
नुकसान: उच्च लागत, विकिरण के दौरान अस्थिरता, संदूषण के लिए उच्च संवेदनशीलता (विशेषकर प्लैटिनम इलेक्ट्रोड), उच्च तापमान पर धातु अनाज की वृद्धि।
थर्मोकपल प्लैटिनम-रोडियम-प्लैटिनम-रोडियम (TPR)
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 धातुओं या अधातुओं के वाष्प को कम करने और युक्त करने में उपयोग करें।
अधिकतम ऑपरेटिंग तापमान 1600 डिग्री सेल्सियस लंबी अवधि, 1800 डिग्री सेल्सियस अल्पकालिक।
इन्सुलेशन: अल सिरेमिक2हे3 उच्च शुद्धता।
प्लैटिनम-रोडियम-प्लैटिनम थर्मोकपल की तुलना में रासायनिक संदूषण और अनाज के विकास के लिए कम संवेदनशील।
थर्मोकपल वायरिंग आरेख
- एक पोटेंशियोमीटर या गैल्वेनोमीटर को सीधे कंडक्टरों से जोड़ना।
- क्षतिपूर्ति तारों के साथ कनेक्शन;
- पारंपरिक तांबे के तारों के साथ एक एकीकृत आउटपुट के साथ थर्मोकपल से कनेक्शन।
थर्मोकपल कंडक्टर रंग मानक
रंगीन कंडक्टर इन्सुलेशन टर्मिनलों के उचित कनेक्शन के लिए थर्मोइलेक्ट्रोड को एक दूसरे से अलग करने में मदद करता है। मानक देश के अनुसार भिन्न होते हैं, कंडक्टरों के लिए कोई विशिष्ट रंग कोड नहीं होते हैं।
महत्वपूर्ण: त्रुटियों को रोकने के लिए उद्यम में उपयोग किए जाने वाले मानक को जानना आवश्यक है।
माप की सटीकता
सटीकता थर्मोकपल प्रकार, तापमान सीमा, सामग्री की शुद्धता, विद्युत शोर, जंग, जंक्शन गुण और निर्माण प्रक्रिया पर निर्भर करती है।
थर्मोकपल को एक सहिष्णुता वर्ग (मानक या विशेष) सौंपा गया है जो एक माप आत्मविश्वास अंतराल स्थापित करता है।
महत्वपूर्ण: निर्माण के समय विशेषताएँ संचालन के दौरान बदल जाती हैं।
मापन गति
गति प्राथमिक कनवर्टर की क्षमता से तापमान कूदता है और उनके बाद मापने वाले उपकरण के इनपुट सिग्नल के प्रवाह को त्वरित रूप से प्रतिक्रिया देने के लिए निर्धारित किया जाता है।
प्रदर्शन बढ़ाने वाले कारक:
- प्राथमिक कनवर्टर की लंबाई की सही स्थापना और गणना;
- सुरक्षात्मक आस्तीन के साथ ट्रांसड्यूसर का उपयोग करते समय, आस्तीन के छोटे व्यास का चयन करके इकाई के द्रव्यमान को कम करना आवश्यक है;
- प्राथमिक कनवर्टर और सुरक्षात्मक आस्तीन के बीच हवा के अंतर को कम करना;
- स्प्रिंग-लोडेड प्राइमरी कन्वर्टर का उपयोग और स्लीव में हीट-कंडक्टिंग फिलर के साथ वॉयड्स को भरना;
- एक तेज गति से चलने वाला या सघन माध्यम (तरल)।
थर्मोकपल प्रदर्शन जांच
प्रदर्शन की जांच 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 के उतार-चढ़ाव होते हैं, तो थर्मोकपल सेवा योग्य है, अन्यथा डिवाइस को बदला जाना चाहिए।
थर्मोकपल की विफलता के कारण:
- एक सुरक्षात्मक परिरक्षण उपकरण का उपयोग करने में विफलता;
- इलेक्ट्रोड की रासायनिक संरचना में परिवर्तन;
- उच्च तापमान पर विकसित होने वाली ऑक्सीडेटिव प्रक्रियाएं;
- नियंत्रण और मापने के उपकरण आदि का टूटना।
थर्मोकपल का उपयोग करने के फायदे और नुकसान
इस उपकरण का उपयोग करने के फायदे हैं:
- बड़े तापमान माप सीमा;
- उच्च सटीकता;
- सादगी और विश्वसनीयता।
नुकसान में शामिल हैं:
- कोल्ड जंक्शन की निरंतर निगरानी का कार्यान्वयन, नियंत्रण उपकरणों का सत्यापन और अंशांकन;
- डिवाइस के निर्माण के दौरान धातुओं में संरचनात्मक परिवर्तन;
- वातावरण की संरचना पर निर्भरता, सीलिंग की लागत;
- विद्युत चुम्बकीय तरंगों के कारण मापन त्रुटि।
