कई अलग-अलग उपकरण और तंत्र हैं जो आपको तापमान मापने की अनुमति देते हैं। उनमें से कुछ दैनिक जीवन में उपयोग किए जाते हैं, कुछ - विभिन्न भौतिक अनुसंधानों के लिए, उत्पादन प्रक्रियाओं और अन्य उद्योगों में।
ऐसा ही एक उपकरण है थर्मोकपल। हम निम्नलिखित अनुभागों में इस उपकरण के संचालन के सिद्धांत और योजना पर विचार करेंगे।
थर्माकोपल ऑपरेशन का भौतिक आधार
थर्मोकपल का कार्य सिद्धांत सामान्य भौतिक प्रक्रियाओं पर आधारित होता है। पहली बार इस उपकरण के काम करने वाले प्रभाव का अध्ययन जर्मन वैज्ञानिक थॉमस सीबेक ने किया था।
उस घटना का सार जिस पर थर्मोकपल के संचालन का सिद्धांत टिकी हुई है, इस प्रकार है। एक बंद विद्युत परिपथ में, जिसमें विभिन्न प्रकार के दो कंडक्टर होते हैं, एक निश्चित परिवेश के तापमान के संपर्क में आने पर बिजली उत्पन्न होती है।
परिणामी विद्युत प्रवाह और कंडक्टरों पर अभिनय करने वाला परिवेश का तापमान एक रैखिक संबंध में हैं। अर्थात्, तापमान जितना अधिक होगा, थर्मोकपल द्वारा उत्पादित विद्युत प्रवाह उतना ही अधिक होगा। परयह थर्मोकपल और प्रतिरोध थर्मामीटर के संचालन का सिद्धांत है।
इस मामले में, एक थर्मोकपल संपर्क उस बिंदु पर स्थित होता है जहां तापमान को मापना आवश्यक होता है, इसे "गर्म" कहा जाता है। दूसरा संपर्क, दूसरे शब्दों में - "ठंडा", - विपरीत दिशा में। माप के लिए थर्मोकपल के उपयोग की अनुमति तभी दी जाती है जब कमरे में हवा का तापमान माप के स्थान से कम हो।
यह थर्मोकपल के संचालन का एक संक्षिप्त आरेख है, संचालन का सिद्धांत। थर्मोकपल के प्रकारों पर अगले भाग में चर्चा की जाएगी।
थर्माकोपल्स के प्रकार
हर उद्योग में जहां तापमान माप की आवश्यकता होती है, थर्मोकपल मुख्य अनुप्रयोग है। इस इकाई के विभिन्न प्रकार के संचालन के उपकरण और सिद्धांत नीचे दिए गए हैं।
क्रोमेल-एल्यूमीनियम थर्मोकपल
इन थर्मोकपल सर्किट का उपयोग ज्यादातर मामलों में विभिन्न सेंसर और जांच के उत्पादन के लिए किया जाता है जो आपको औद्योगिक उत्पादन में तापमान को नियंत्रित करने की अनुमति देते हैं।
उनकी विशिष्ट विशेषताओं में काफी कम कीमत और मापा तापमान की एक बड़ी रेंज शामिल है। वे आपको तापमान को -200 से +13000 डिग्री सेल्सियस तक ठीक करने की अनुमति देते हैं।
हवा में उच्च सल्फर सामग्री वाले दुकानों और सुविधाओं में समान मिश्र धातुओं के साथ थर्मोकपल का उपयोग करने की सलाह नहीं दी जाती है, क्योंकि यह रासायनिक तत्व क्रोमियम और एल्यूमीनियम दोनों को नकारात्मक रूप से प्रभावित करता है, जिससे डिवाइस में खराबी आती है।
क्रोमेल-कोपेल थर्मोकपल
एक थर्मोकपल के संचालन का सिद्धांत, जिसका संपर्क समूह इन मिश्र धातुओं से बना है, वही है।लेकिन ये उपकरण मुख्य रूप से एक तरल या गैसीय माध्यम में काम करते हैं, जिसमें तटस्थ, गैर-आक्रामक गुण होते हैं। ऊपरी तापमान सूचकांक +8000 डिग्री सेल्सियस से अधिक नहीं है।
एक समान थर्मोकपल का उपयोग किया जाता है, जिसका सिद्धांत इसे किसी भी सतह के हीटिंग की डिग्री निर्धारित करने के लिए उपयोग करने की अनुमति देता है, उदाहरण के लिए, खुली-चूल्हा भट्टियों या अन्य समान संरचनाओं का तापमान निर्धारित करने के लिए।
लौह-स्थिर थर्मोकपल
थर्मोकपल में संपर्कों का यह संयोजन उतना सामान्य नहीं है, जितना पहले माना जाता है। थर्मोकपल के संचालन का सिद्धांत समान है, लेकिन इस संयोजन ने दुर्लभ वातावरण में खुद को अच्छी तरह से दिखाया है। मापा तापमान का अधिकतम स्तर +12500 डिग्री सेल्सियस से अधिक नहीं होना चाहिए।
हालांकि, यदि तापमान +7000 डिग्री से ऊपर बढ़ना शुरू हो जाता है, तो लोहे के भौतिक और रासायनिक गुणों में परिवर्तन के कारण माप सटीकता के उल्लंघन का खतरा होता है। परिवेशी वायु में जल वाष्प की उपस्थिति में थर्मोकपल के लोहे के संपर्क के क्षरण के भी मामले हैं।
प्लैटिनोरोडियम-प्लैटिनम थर्मोकपल
निर्माण के लिए सबसे महंगा थर्मोकपल। संचालन का सिद्धांत समान है, लेकिन यह अपने समकक्षों से बहुत स्थिर और विश्वसनीय तापमान रीडिंग में भिन्न होता है। संवेदनशीलता कम कर दी है।
इन उपकरणों का मुख्य अनुप्रयोग उच्च तापमान का मापन है।
टंगस्टन-रेनियम थर्मोकपल
अत्यधिक उच्च तापमान को मापने के लिए भी प्रयोग किया जाता है।इस योजना का उपयोग करके तय की जा सकने वाली अधिकतम सीमा 25 हजार डिग्री सेल्सियस तक पहुंचती है।
उनके आवेदन के लिए कुछ शर्तों के अनुपालन की आवश्यकता होती है। इस प्रकार, तापमान मापने की प्रक्रिया में, आसपास के वातावरण को पूरी तरह से समाप्त करना आवश्यक है, जो ऑक्सीकरण प्रक्रिया के परिणामस्वरूप संपर्कों पर नकारात्मक प्रभाव डालता है।
इसके लिए, टंगस्टन-रेनियम थर्मोकपल को आमतौर पर उनके तत्वों की रक्षा के लिए एक अक्रिय गैस से भरे सुरक्षात्मक आवरण में रखा जाता है।
ऊपर, प्रत्येक मौजूदा थर्मोकपल, डिवाइस, उपयोग किए गए मिश्र धातुओं के आधार पर इसके संचालन के सिद्धांत पर विचार किया गया था। अब कुछ डिज़ाइन सुविधाओं पर विचार करें।
थर्मोकूपल डिजाइन
थर्मोकपल डिज़ाइन के दो मुख्य प्रकार हैं।
- एक इन्सुलेट परत के साथ। थर्मोकपल का यह डिज़ाइन डिवाइस की कार्यशील परत को विद्युत प्रवाह से अलग करने के लिए प्रदान करता है। यह व्यवस्था थर्मोकपल को जमीन से इनपुट को अलग किए बिना प्रक्रिया में उपयोग करने की अनुमति देती है।
- एक इन्सुलेट परत के उपयोग के बिना। ऐसे थर्मोकपल को केवल मापने वाले सर्किट से जोड़ा जा सकता है जिनके इनपुट का जमीन से संपर्क नहीं होता है। यदि यह शर्त पूरी नहीं होती है, तो डिवाइस दो स्वतंत्र बंद सर्किट विकसित करेगा, जिसके परिणामस्वरूप अमान्य थर्मोकपल रीडिंग होगी।
यात्रा थर्मोकपल और उसका अनुप्रयोग
एक अलग हैइस तरह का एक उपकरण, जिसे "रनिंग" कहा जाता है। अब हम चल रहे थर्मोकपल के संचालन के सिद्धांत पर अधिक विस्तार से विचार करेंगे।
इस डिज़ाइन का उपयोग मुख्य रूप से टर्निंग, मिलिंग और इसी तरह की अन्य मशीनों पर प्रसंस्करण के दौरान स्टील बिलेट के तापमान का पता लगाने के लिए किया जाता है।
यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि इस मामले में एक पारंपरिक थर्मोकपल का उपयोग करना भी संभव है, हालांकि, यदि निर्माण प्रक्रिया के लिए उच्च तापमान सटीकता की आवश्यकता होती है, तो चल रहे थर्मोकपल को कम करना मुश्किल है।
इस विधि को लागू करते समय, इसके संपर्क तत्वों को वर्कपीस में पहले से मिलाया जाता है। फिर, रिक्त के प्रसंस्करण के दौरान, ये संपर्क लगातार कटर या मशीन के अन्य काम करने वाले उपकरण की कार्रवाई के संपर्क में आते हैं, जिसके परिणामस्वरूप जंक्शन (जो तापमान रीडिंग लेते समय मुख्य तत्व होता है) "चलता है" “संपर्कों के साथ।
धातु उद्योग में इस प्रभाव का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है।
थर्मोकूपल डिजाइन की तकनीकी विशेषताएं
काम कर रहे थर्मोकपल सर्किट का निर्माण करते समय, दो धातु संपर्कों को मिलाप किया जाता है, जो कि, जैसा कि आप जानते हैं, विभिन्न सामग्रियों से बने होते हैं। जंक्शन को जंक्शन कहा जाता है।
यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि सोल्डरिंग का उपयोग करके यह कनेक्शन बनाना आवश्यक नहीं है। बस दो संपर्कों को एक साथ मोड़ें। लेकिन इस तरह की उत्पादन पद्धति में पर्याप्त स्तर की विश्वसनीयता नहीं होगी, और तापमान रीडिंग लेते समय त्रुटियां भी हो सकती हैं।
यदि आपको उच्च मापने की आवश्यकता हैतापमान, धातुओं के सोल्डरिंग को उनकी वेल्डिंग द्वारा बदल दिया जाता है। यह इस तथ्य के कारण है कि ज्यादातर मामलों में कनेक्शन में उपयोग किए जाने वाले सोल्डर का गलनांक कम होता है और जब यह पार हो जाता है तो टूट जाता है।
वेल्ड किए गए सर्किट व्यापक तापमान सीमा का सामना कर सकते हैं। लेकिन कनेक्शन के इस तरीके की अपनी कमियां भी हैं। वेल्डिंग प्रक्रिया के दौरान उच्च तापमान के संपर्क में आने पर धातु की आंतरिक संरचना बदल सकती है, जो प्राप्त आंकड़ों की गुणवत्ता को प्रभावित करेगी।
इसके अलावा, इसके संचालन के दौरान थर्मोकपल संपर्कों की स्थिति की निगरानी की जानी चाहिए। तो, आक्रामक वातावरण के प्रभाव के कारण सर्किट में धातुओं की विशेषताओं को बदलना संभव है। सामग्रियों का ऑक्सीकरण या अंतः प्रसार हो सकता है। ऐसे में थर्मोकपल के ऑपरेटिंग सर्किट को बदला जाना चाहिए।
थर्माकोपल जंक्शनों के प्रकार
आधुनिक उद्योग कई डिजाइन तैयार करता है जिनका उपयोग थर्मोकपल के निर्माण में किया जाता है:
- खुला जंक्शन;
- अछूता जंक्शन के साथ;
- ग्राउंडेड जंक्शन के साथ।
ओपन-जंक्शन थर्मोकपल की एक विशेषता बाहरी प्रभावों के लिए खराब प्रतिरोध है।
आक्रामक वातावरण में तापमान को मापते समय निम्नलिखित दो प्रकार के डिज़ाइन का उपयोग किया जा सकता है जो संपर्क जोड़ी पर विनाशकारी प्रभाव डालते हैं।
इसके अलावा, उद्योग वर्तमान में अर्धचालक प्रौद्योगिकियों का उपयोग करके थर्मोकपल के उत्पादन के लिए योजनाओं में महारत हासिल कर रहा है।
माप त्रुटि
थर्मोकपल का उपयोग करके प्राप्त तापमान रीडिंग की शुद्धता संपर्क समूह की सामग्री, साथ ही बाहरी कारकों पर निर्भर करती है। उत्तरार्द्ध में दबाव, विकिरण पृष्ठभूमि या अन्य कारण शामिल हैं जो धातुओं के भौतिक-रासायनिक मापदंडों को प्रभावित कर सकते हैं जिनसे संपर्क किया जाता है।
माप त्रुटि में निम्नलिखित घटक होते हैं:
- थर्मोकूपल की निर्माण प्रक्रिया के कारण होने वाली यादृच्छिक त्रुटि;
- "ठंड" संपर्क के तापमान शासन के उल्लंघन के कारण त्रुटि;
- बाहरी हस्तक्षेप के कारण हुई त्रुटि;
- नियंत्रण उपकरण की त्रुटि।
थर्माकोपल्स का उपयोग करने के लाभ
इन तापमान नियंत्रण उपकरणों का उपयोग करने के लाभों में, आवेदन की परवाह किए बिना, शामिल हैं:
- संकेतकों की बड़ी रेंज जिन्हें थर्मोकपल का उपयोग करके रिकॉर्ड किया जा सकता है;
- थर्मोकपल का जंक्शन, जो सीधे रीडिंग लेने में शामिल होता है, को मापने वाले बिंदु के सीधे संपर्क में रखा जा सकता है;
- थर्मोकॉउल्स का निर्माण आसान, टिकाऊ और लंबे समय तक चलने वाला होता है।
थर्मोकूपल से तापमान मापने के नुकसान
थर्मोकपल का उपयोग करने के नुकसान में शामिल हैं:
- थर्मोकपल के "ठंडे" संपर्क के तापमान की निरंतर निगरानी की आवश्यकता। यह एक विशिष्ट हैमाप उपकरणों की डिज़ाइन विशेषता, जो थर्मोकपल पर आधारित होती हैं। इस योजना के संचालन का सिद्धांत इसके आवेदन के दायरे को कम करता है। उनका उपयोग केवल तभी किया जा सकता है जब परिवेश का तापमान माप बिंदु पर तापमान से कम हो।
- थर्माकोपल्स के निर्माण में प्रयुक्त धातुओं की आंतरिक संरचना का उल्लंघन। तथ्य यह है कि बाहरी वातावरण के संपर्क में आने के परिणामस्वरूप, संपर्क अपनी एकरूपता खो देते हैं, जिससे प्राप्त तापमान संकेतकों में त्रुटियां होती हैं।
- माप प्रक्रिया के दौरान, थर्मोकपल संपर्क समूह आमतौर पर पर्यावरण के नकारात्मक प्रभाव के संपर्क में आता है, जिससे प्रक्रिया में गड़बड़ी होती है। इसके लिए फिर से संपर्कों को सील करने की आवश्यकता होती है, जिससे ऐसे सेंसर के लिए अतिरिक्त रखरखाव लागत आती है।
- एक थर्मोकपल पर विद्युत चुम्बकीय तरंगों के संपर्क में आने का जोखिम होता है, जिसका डिज़ाइन एक लंबे संपर्क समूह के लिए प्रदान करता है। यह माप परिणामों को भी प्रभावित कर सकता है।
- कुछ मामलों में, थर्मोकपल में होने वाले विद्युत प्रवाह और माप स्थल पर तापमान के बीच रैखिक संबंध का उल्लंघन होता है। इस स्थिति में नियंत्रण उपकरण के अंशांकन की आवश्यकता होती है।
निष्कर्ष
अपनी कमियों के बावजूद, थर्मोकपल का उपयोग करके तापमान माप की विधि, जिसका पहली बार आविष्कार और परीक्षण 19वीं शताब्दी में किया गया था, ने आधुनिक उद्योग की सभी शाखाओं में इसका व्यापक अनुप्रयोग पाया है।
इसके अलावा, ऐसे अनुप्रयोग हैं जहां थर्मोकपल का उपयोग होता हैतापमान डेटा प्राप्त करने का एकमात्र तरीका है। और इस सामग्री को पढ़ने के बाद, आप उनके काम के मूल सिद्धांतों को पूरी तरह से समझ गए हैं।
