થર્મોકોપલ એ વિજ્ઞાન અને ટેકનોલોજીની તમામ શાખાઓમાં તાપમાન માપવા માટેનું ઉપકરણ છે. આ લેખ ઉપકરણની રચના અને સંચાલનના સિદ્ધાંતના વિશ્લેષણ સાથે થર્મોકોપલ્સનું સામાન્ય વિહંગાવલોકન રજૂ કરે છે. થર્મોકોલની વિવિધતાઓ તેમની સંક્ષિપ્ત લાક્ષણિકતાઓ સાથે વર્ણવવામાં આવી છે, અને માપવાના સાધન તરીકે થર્મોકોલનું મૂલ્યાંકન પણ આપવામાં આવ્યું છે.
સામગ્રી
થર્મોકોલ ઉપકરણ
થર્મોકોપલના સંચાલનનો સિદ્ધાંત. સીબેક અસર
1821 માં જર્મન ભૌતિકશાસ્ત્રી ટોમસ સીબેક દ્વારા શોધાયેલ થર્મોઇલેક્ટ્રિક અસરની ઘટનાને કારણે થર્મોકોપલનું સંચાલન થાય છે.
ઘટના ચોક્કસ આસપાસના તાપમાનના સંપર્કમાં હોય ત્યારે બંધ વિદ્યુત સર્કિટમાં વીજળીની ઘટના પર આધારિત છે. વિદ્યુત પ્રવાહ ત્યારે થાય છે જ્યારે વિવિધ રચનાના બે વાહક (થર્મોઈલેક્ટ્રોડ્સ) વચ્ચે તાપમાનનો તફાવત હોય છે (વિવિધ ધાતુઓ અથવા એલોય્સ) અને તેમના સંપર્કો (જંકશન) ના સ્થાનને જાળવી રાખીને જાળવવામાં આવે છે. ઉપકરણ કનેક્ટેડ ગૌણ ઉપકરણની સ્ક્રીન પર માપેલા તાપમાનનું મૂલ્ય દર્શાવે છે.
આઉટપુટ વોલ્ટેજ અને તાપમાન રેખીય રીતે સંબંધિત છે. આનો અર્થ એ છે કે માપેલા તાપમાનમાં વધારો થર્મોકોલના મુક્ત છેડા પર ઉચ્ચ મિલીવોલ્ટ મૂલ્યમાં પરિણમે છે.
તાપમાન માપનના બિંદુ પર સ્થિત જંકશનને "ગરમ" કહેવામાં આવે છે, અને જ્યાં વાયર કન્વર્ટર સાથે જોડાયેલા હોય છે તેને "ઠંડા" કહેવામાં આવે છે.
કોલ્ડ જંકશન તાપમાન વળતર (CJC)
કોલ્ડ જંકશન કમ્પેન્સેશન (CJC) એ એક વળતર છે જે થર્મોકોપલ લીડ્સ સાથે જોડાયેલ હોય તે બિંદુ પર તાપમાન માપતી વખતે કુલ રીડિંગમાં સુધારા તરીકે લાગુ કરવામાં આવે છે. આ કોલ્ડ એન્ડના વાસ્તવિક તાપમાન અને 0°C પર કોલ્ડ જંકશનના તાપમાન માટે કેલિબ્રેશન ટેબલના ગણતરી કરેલ રીડિંગ્સ વચ્ચેની વિસંગતતાને કારણે છે.
CCS એ એક વિભેદક પદ્ધતિ છે જેમાં ચોક્કસ કોલ્ડ જંકશન તાપમાન (જેને સંદર્ભ જંકશન તરીકે પણ ઓળખવામાં આવે છે) પરથી ચોક્કસ તાપમાન રીડિંગ્સ જોવા મળે છે.
થર્મોકોલ ડિઝાઇન
થર્મોકોલ ડિઝાઇન કરતી વખતે, બાહ્ય વાતાવરણની "આક્રમકતા", પદાર્થના એકત્રીકરણની સ્થિતિ, માપેલા તાપમાનની શ્રેણી અને અન્ય જેવા પરિબળોનો પ્રભાવ ધ્યાનમાં લેવામાં આવે છે.
થર્મોકોલ ડિઝાઇન સુવિધાઓ:
1) કંડક્ટરના જંકશનને વધુ ઇલેક્ટ્રિક આર્ક વેલ્ડીંગ (ભાગ્યે જ સોલ્ડરિંગ દ્વારા) વડે વળીને અથવા વળીને એકબીજા સાથે જોડાયેલા હોય છે.
મહત્વપૂર્ણ: જંકશન પ્રોપર્ટીઝના ઝડપી નુકશાનને કારણે ટ્વિસ્ટિંગ પદ્ધતિનો ઉપયોગ કરવાની ભલામણ કરવામાં આવતી નથી.
2) સંપર્કના બિંદુ સિવાય, થર્મોઈલેક્ટ્રોડ્સ તેમની સમગ્ર લંબાઈ સાથે વિદ્યુત રીતે અલગ હોવા જોઈએ.
3) ઉચ્ચ તાપમાન મર્યાદાને ધ્યાનમાં રાખીને ઇન્સ્યુલેશન પદ્ધતિ પસંદ કરવામાં આવે છે.
- 100-120 ° સે સુધી - કોઈપણ ઇન્સ્યુલેશન;
- 1300°C સુધી - પોર્સેલેઇન ટ્યુબ અથવા માળા;
- 1950°C સુધી - અલ ટ્યુબ2ઓ3;
- 2000°С થી ઉપર - MgO, BeO, ThO થી બનેલી ટ્યુબ2, ZrO2.
4) રક્ષણાત્મક કવર.
સારી થર્મલ વાહકતા (મેટલ, સિરામિક્સ) સાથે, સામગ્રી થર્મલ અને રાસાયણિક રીતે પ્રતિરોધક હોવી જોઈએ. બુટનો ઉપયોગ ચોક્કસ વાતાવરણમાં કાટને અટકાવે છે.
વિસ્તરણ (વળતર) વાયર
થર્મોકોલના છેડાને ગૌણ સાધન અથવા અવરોધ સુધી લંબાવવા માટે આ પ્રકારના વાયરની જરૂર પડે છે. જો થર્મોકોપલમાં એકીકૃત આઉટપુટ સિગ્નલ સાથે બિલ્ટ-ઇન કન્વર્ટર હોય તો વાયરનો ઉપયોગ થતો નથી. સૌથી વધુ ઉપયોગમાં લેવાતું નોર્મલાઇઝિંગ કન્વર્ટર છે, જે એકીકૃત સિગ્નલ 4-20mA, કહેવાતા "ટેબ્લેટ" સાથે સેન્સરના માનક ટર્મિનલ હેડમાં સ્થિત છે.
વાયરની સામગ્રી થર્મોઈલેક્ટ્રોડ્સની સામગ્રી સાથે સુસંગત હોઈ શકે છે, પરંતુ મોટેભાગે તેને સસ્તી સાથે બદલવામાં આવે છે, તે પરિસ્થિતિઓને ધ્યાનમાં લેતા જે પરોપજીવી (પ્રેરિત) થર્મો-ઇએમએફની રચનાને અટકાવે છે. એક્સ્ટેંશન વાયરનો ઉપયોગ તમને ઉત્પાદનને ઑપ્ટિમાઇઝ કરવાની પણ મંજૂરી આપે છે.
જીવન હેક! વળતર આપતા વાયરની ધ્રુવીયતાને યોગ્ય રીતે નિર્ધારિત કરવા અને તેમને થર્મોકોપલ સાથે જોડવા માટે, સ્મૃતિશાસ્ત્રનો નિયમ યાદ રાખો MM - માઈનસ ચુંબકીય છે. એટલે કે, અમે કોઈપણ ચુંબક લઈએ છીએ અને વળતરની બાદબાકી ચુંબકીય કરવામાં આવશે, વત્તાથી વિપરીત.
થર્મોકોપલ્સના પ્રકારો અને પ્રકારો
થર્મોકોપલ્સની વિવિધતાને ઉપયોગમાં લેવાતા મેટલ એલોયના વિવિધ સંયોજનો દ્વારા સમજાવવામાં આવે છે. થર્મોકોપલની પસંદગી ઉદ્યોગ અને જરૂરી તાપમાન શ્રેણીના આધારે હાથ ધરવામાં આવે છે.
થર્મોકોપલ ક્રોમેલ-એલ્યુમેલ (TXA)
હકારાત્મક ઇલેક્ટ્રોડ: ક્રોમેલ એલોય (90% Ni, 10% Cr).
નકારાત્મક ઇલેક્ટ્રોડ: એલ્યુમેલ એલોય (95% Ni, 2% Mn, 2% Al, 1% Si).
ઇન્સ્યુલેશન સામગ્રી: પોર્સેલેઇન, ક્વાર્ટઝ, મેટલ ઓક્સાઇડ, વગેરે.
તાપમાન શ્રેણી -200°С થી 1300°С ટૂંકા ગાળા માટે અને 1100°С લાંબા ગાળાની ગરમી.
કાર્યકારી વાતાવરણ: નિષ્ક્રિય, ઓક્સિડાઇઝિંગ (ઓ2=2-3% અથવા સંપૂર્ણપણે બાકાત), શુષ્ક હાઇડ્રોજન, ટૂંકા ગાળાના શૂન્યાવકાશ. રક્ષણાત્મક કવરની હાજરીમાં ઘટાડવા અથવા રેડોક્સ વાતાવરણમાં.
ગેરફાયદા: વિરૂપતાની સરળતા, થર્મો-ઇએમએફની ઉલટાવી શકાય તેવી અસ્થિરતા.
વાતાવરણમાં સલ્ફરના નિશાનની હાજરીમાં એલ્યુમેલ અને નબળા ઓક્સિડાઇઝિંગ વાતાવરણમાં ("લીલી માટી") ક્રોમેલના કાટ અને ભંગાણના કિસ્સાઓ હોઈ શકે છે.
થર્મોકોપલ ક્રોમેલ-કોપલ (TKhK)
હકારાત્મક ઇલેક્ટ્રોડ: ક્રોમેલ એલોય (90% Ni, 10% Cr).
નકારાત્મક ઇલેક્ટ્રોડ: કોપેલ એલોય (54.5% Cu, 43% Ni, 2% Fe, 0.5% Mn).
તાપમાન શ્રેણી -253°С થી 800°С લાંબા ગાળાની અને 1100°С ટૂંકા ગાળાની ગરમી.
કાર્યકારી વાતાવરણ: નિષ્ક્રિય અને ઓક્સિડાઇઝિંગ, ટૂંકા ગાળાના શૂન્યાવકાશ.
ગેરફાયદા: થર્મોઈલેક્ટ્રોડ વિકૃતિ.
લાંબા સમય સુધી વેક્યૂમ હેઠળ ક્રોમિયમ બાષ્પીભવનની શક્યતા; સલ્ફર, ક્રોમિયમ, ફ્લોરિન ધરાવતા વાતાવરણ સાથે પ્રતિક્રિયા.
થર્મોકોપલ આયર્ન-કોન્સ્ટેન્ટન (TGK)
હકારાત્મક ઇલેક્ટ્રોડ: વ્યાપારી રીતે શુદ્ધ લોખંડ (હળવા સ્ટીલ).
નકારાત્મક ઇલેક્ટ્રોડ: કોન્સ્ટન્ટન એલોય (59% Cu, 39-41% Ni, 1-2% Mn).
ઘટાડવા, નિષ્ક્રિય માધ્યમો અને શૂન્યાવકાશમાં માપન માટે વપરાય છે. તાપમાન -203 ° સે થી 750 ° સે લાંબા ગાળાના અને 1100 ° સે ટૂંકા ગાળાની ગરમી.
સકારાત્મક અને નકારાત્મક તાપમાનના સંયુક્ત માપન પર એપ્લિકેશનનો વિકાસ થાય છે. ફક્ત નકારાત્મક તાપમાન માટે જ તેનો ઉપયોગ કરવો નફાકારક છે.
ગેરફાયદા: થર્મોઈલેક્ટ્રોડ વિરૂપતા, ઓછી કાટ પ્રતિકાર.
લગભગ 700°C અને 900°C પર આયર્નના ભૌતિક રાસાયણિક ગુણધર્મોમાં ફેરફાર. સલ્ફર અને પાણીની વરાળ સાથે પ્રતિક્રિયા કરીને કાટ બનાવે છે.
ટંગસ્ટન-રેનિયમ થર્મોકોપલ (TVR)
હકારાત્મક ઇલેક્ટ્રોડ: એલોય BP5 (95% W, 5% Rh) / BAP5 (સિલિકા અને એલ્યુમિનિયમ એડિટિવ સાથે BP5) / BP10 (90% W, 10% Rh).
નકારાત્મક ઇલેક્ટ્રોડ: BP20 એલોય (80% W, 20% Rh).
ઇન્સ્યુલેશન: રાસાયણિક રીતે શુદ્ધ મેટલ ઓક્સાઇડ સિરામિક્સ.
યાંત્રિક શક્તિ, ગરમી પ્રતિકાર, પ્રદૂષણ પ્રત્યે ઓછી સંવેદનશીલતા, ઉત્પાદનની સરળતા નોંધવામાં આવે છે.
1800 ° સે થી 3000 ° સે તાપમાનનું માપન, નીચલી મર્યાદા 1300 ° સે છે. નિષ્ક્રિય ગેસ, શુષ્ક હાઇડ્રોજન અથવા વેક્યૂમ વાતાવરણમાં માપન હાથ ધરવામાં આવે છે. ઓક્સિડાઇઝિંગ વાતાવરણમાં માત્ર ઝડપી પ્રક્રિયાઓમાં માપન માટે.
ગેરફાયદા: થર્મો-ઇએમએફની નબળી પ્રજનનક્ષમતા, ઇરેડિયેશન દરમિયાન તેની અસ્થિરતા, તાપમાન શ્રેણીમાં અસ્થિર સંવેદનશીલતા.
થર્મોકોપલ ટંગસ્ટન-મોલિબડેનમ (VM)
હકારાત્મક ઇલેક્ટ્રોડ: ટંગસ્ટન (વ્યાપારી રીતે શુદ્ધ).
નકારાત્મક ઇલેક્ટ્રોડ: મોલિબડેનમ (વ્યાપારી રીતે શુદ્ધ).
ઇન્સ્યુલેશન: એલ્યુમિના સિરામિક, ક્વાર્ટઝ ટીપ્સ સાથે સુરક્ષિત.
નિષ્ક્રિય, હાઇડ્રોજન અથવા શૂન્યાવકાશ વાતાવરણ. ઇન્સ્યુલેશનની હાજરીમાં ઓક્સિડાઇઝિંગ વાતાવરણમાં ટૂંકા ગાળાના માપન હાથ ધરવાનું શક્ય છે.માપેલા તાપમાનની શ્રેણી 1400-1800 °C છે, મહત્તમ ઓપરેટિંગ તાપમાન લગભગ 2400 °C છે.
ગેરફાયદા: નબળી પુનઃઉત્પાદનક્ષમતા અને થર્મલ EMF ની સંવેદનશીલતા, ધ્રુવીયતા રિવર્સલ, ઊંચા તાપમાને સંકોચન.
થર્મોકોપલ્સ પ્લેટિનમ-રોડિયમ-પ્લેટિનમ (TPP)
હકારાત્મક ઇલેક્ટ્રોડ: પ્લેટિનમ-રોડિયમ (Pt c 10% અથવા 13% Rh).
નકારાત્મક ઇલેક્ટ્રોડ: પ્લેટિનમ.
ઇન્સ્યુલેશન: ક્વાર્ટઝ, પોર્સેલેઇન (સાદા અને પ્રત્યાવર્તન). 1400°C સુધી - Al ની ઉચ્ચ સામગ્રી સાથે સિરામિક્સ2ઓ3, 1400°C થી વધુ - રાસાયણિક રીતે શુદ્ધ Al માંથી સિરામિક્સ2ઓ3.
મહત્તમ ઓપરેટિંગ તાપમાન 1400°C લાંબા ગાળા માટે, 1600°C ટૂંકા ગાળા માટે. નીચા તાપમાનનું માપન સામાન્ય રીતે કરવામાં આવતું નથી.
કાર્યકારી વાતાવરણ: ઓક્સિડાઇઝિંગ અને નિષ્ક્રિય, સંરક્ષણની હાજરીમાં ઘટાડો.
ગેરફાયદા: ઊંચી કિંમત, ઇરેડિયેશન દરમિયાન અસ્થિરતા, દૂષણ માટે ઉચ્ચ સંવેદનશીલતા (ખાસ કરીને પ્લેટિનમ ઇલેક્ટ્રોડ), ઊંચા તાપમાને ધાતુના અનાજની વૃદ્ધિ.
થર્મોકોપલ્સ પ્લેટિનમ-રોડિયમ-પ્લેટિનમ-રોડિયમ (TPR)
હકારાત્મક ઇલેક્ટ્રોડ: 30% Rh સાથે Pt એલોય.
નકારાત્મક ઇલેક્ટ્રોડ: 6% Rh સાથે Pt એલોય.
માધ્યમ: ઓક્સિડાઇઝિંગ, ન્યુટ્રલ અને વેક્યુમ. રક્ષણની હાજરીમાં ધાતુઓ અથવા બિન-ધાતુઓના વરાળને ઘટાડવા અને સમાવવા માટે ઉપયોગ કરો.
મહત્તમ ઓપરેટિંગ તાપમાન 1600°C લાંબા ગાળા માટે, 1800°C ટૂંકા ગાળા માટે.
ઇન્સ્યુલેશન: અલ સિરામિક2ઓ3 ઉચ્ચ શુદ્ધતા.
પ્લેટિનમ-રોડિયમ-પ્લેટિનમ થર્મોકોપલ કરતાં રાસાયણિક દૂષણ અને અનાજ વૃદ્ધિ માટે ઓછા સંવેદનશીલ.
થર્મોકોપલ વાયરિંગ ડાયાગ્રામ
- પોટેન્ટિઓમીટર અથવા ગેલ્વેનોમીટરને સીધા કંડક્ટર સાથે જોડવું.
- વળતર આપતા વાયર સાથે જોડાણ;
- એકીકૃત આઉટપુટ સાથે થર્મોકોપલ સાથે પરંપરાગત કોપર વાયર સાથેનું જોડાણ.
થર્મોકોપલ કંડક્ટર રંગ ધોરણો
રંગીન વાહક ઇન્સ્યુલેશન ટર્મિનલ્સ સાથે યોગ્ય જોડાણ માટે થર્મોઇલેક્ટ્રોડ્સને એકબીજાથી અલગ પાડવામાં મદદ કરે છે. ધોરણો દેશ દ્વારા અલગ પડે છે, કંડક્ટર માટે કોઈ ચોક્કસ રંગ કોડ નથી.
મહત્વપૂર્ણ: ભૂલોને રોકવા માટે એન્ટરપ્રાઇઝમાં ઉપયોગમાં લેવાતા ધોરણને જાણવું જરૂરી છે.
માપન ચોકસાઈ
ચોકસાઈ થર્મોકોલના પ્રકાર, 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 માપન વિશ્વાસ અંતરાલ સ્થાપિત કરે છે.
મહત્વપૂર્ણ: ઓપરેશન દરમિયાન ઉત્પાદનમાં ફેરફાર કરતી વખતે લાક્ષણિકતાઓ.
માપન ઝડપ
તાપમાનના કૂદકાને ઝડપથી પ્રતિસાદ આપવાની પ્રાથમિક કન્વર્ટરની ક્ષમતા અને તેમને અનુસરતા માપન ઉપકરણના ઇનપુટ સિગ્નલોના પ્રવાહ દ્વારા ઝડપ નક્કી કરવામાં આવે છે.
કાર્યક્ષમતામાં વધારો કરતા પરિબળો:
- પ્રાથમિક કન્વર્ટરની લંબાઈની યોગ્ય ઇન્સ્ટોલેશન અને ગણતરી;
- રક્ષણાત્મક સ્લીવ સાથે ટ્રાન્સડ્યુસરનો ઉપયોગ કરતી વખતે, સ્લીવ્ઝના નાના વ્યાસને પસંદ કરીને એકમના સમૂહને ઘટાડવું જરૂરી છે;
- પ્રાથમિક કન્વર્ટર અને રક્ષણાત્મક સ્લીવ વચ્ચે હવાના અંતરને ઘટાડવું;
- સ્પ્રિંગ-લોડેડ પ્રાથમિક કન્વર્ટરનો ઉપયોગ અને હીટ-કન્ડક્ટિંગ ફિલર વડે સ્લીવમાં ખાલી જગ્યાઓ ભરવા;
- ઝડપી ગતિશીલ અથવા ગીચ માધ્યમ (પ્રવાહી).
થર્મોકોપલ પર્ફોર્મન્સ ચેક
કામગીરી તપાસવા માટે, વિશિષ્ટ માપન ઉપકરણ (ટેસ્ટર, ગેલ્વેનોમીટર અથવા પોટેન્ટિઓમીટર) કનેક્ટ કરો અથવા મિલીવોલ્ટમીટર વડે આઉટપુટ વોલ્ટેજને માપો. જો તીર અથવા ડિજિટલ સૂચકની વધઘટ હોય, તો થર્મોકોપલ સેવાયોગ્ય છે, અન્યથા ઉપકરણને બદલવું આવશ્યક છે.
થર્મોકોલ નિષ્ફળતાના કારણો:
- રક્ષણાત્મક કવચ ઉપકરણનો ઉપયોગ કરવામાં નિષ્ફળતા;
- ઇલેક્ટ્રોડ્સની રાસાયણિક રચનામાં ફેરફાર;
- ઊંચા તાપમાને વિકાસશીલ ઓક્સિડેટીવ પ્રક્રિયાઓ;
- નિયંત્રણ અને માપન ઉપકરણ, વગેરેનું ભંગાણ.
થર્મોકોપલ્સનો ઉપયોગ કરવાના ફાયદા અને ગેરફાયદા
આ ઉપકરણનો ઉપયોગ કરવાના ફાયદા છે:
- મોટી તાપમાન માપન શ્રેણી;
- ઉચ્ચ ચોકસાઈ;
- સરળતા અને વિશ્વસનીયતા.
ગેરફાયદામાં શામેલ છે:
- ઠંડા જંકશનની સતત દેખરેખનું અમલીકરણ, ચકાસણી અને નિયંત્રણ સાધનોનું માપાંકન;
- ઉપકરણના ઉત્પાદન દરમિયાન ધાતુઓમાં માળખાકીય ફેરફારો;
- વાતાવરણની રચના પર નિર્ભરતા, સીલિંગની કિંમત;
- ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક તરંગોને કારણે માપન ભૂલ.
