थर्मोकूपल हे विज्ञान आणि तंत्रज्ञानाच्या सर्व शाखांमध्ये तापमान मोजण्यासाठी एक उपकरण आहे. हा लेख डिव्हाइसच्या डिझाइन आणि ऑपरेशनच्या तत्त्वाच्या विश्लेषणासह थर्मोकूपल्सचे सामान्य विहंगावलोकन सादर करतो. थर्मोकूपलच्या विविध वैशिष्ट्यांसह त्यांच्या संक्षिप्त वैशिष्ट्यांचे वर्णन केले आहे आणि मोजण्याचे साधन म्हणून थर्मोकूपलचे मूल्यांकन देखील दिले आहे.
सामग्री
थर्मोकूपल यंत्र
थर्मोकूपलच्या ऑपरेशनचे सिद्धांत. सीबेक प्रभाव
1821 मध्ये जर्मन भौतिकशास्त्रज्ञ टॉमस सीबेक यांनी शोधून काढलेल्या थर्मोइलेक्ट्रिक प्रभावाच्या घटनेमुळे थर्मोकूपलचे ऑपरेशन होते.
ही घटना एका विशिष्ट सभोवतालच्या तापमानाच्या संपर्कात असताना बंद इलेक्ट्रिकल सर्किटमध्ये विजेच्या घटनेवर आधारित आहे. जेव्हा दोन कंडक्टर (थर्मोइलेक्ट्रोड्स) भिन्न रचनांच्या (विषम धातू किंवा मिश्र धातु) मध्ये तापमानात फरक असतो आणि त्यांच्या संपर्कांची जागा (जंक्शन) राखून ठेवली जाते तेव्हा विद्युत प्रवाह उद्भवतो. डिव्हाइस कनेक्ट केलेल्या दुय्यम उपकरणाच्या स्क्रीनवर मोजलेल्या तापमानाचे मूल्य प्रदर्शित करते.
आउटपुट व्होल्टेज आणि तापमान रेषीयरित्या संबंधित आहेत. याचा अर्थ असा की मोजलेल्या तापमानात वाढ झाल्यामुळे थर्मोकूपलच्या मुक्त टोकांवर उच्च मिलिव्होल्ट मूल्य प्राप्त होते.
तापमान मोजण्याच्या बिंदूवर असलेल्या जंक्शनला "हॉट" म्हणतात आणि ज्या ठिकाणी तारा कन्व्हर्टरला जोडल्या जातात त्या ठिकाणाला "थंड" म्हणतात.
कोल्ड जंक्शन तापमान भरपाई (CJC)
कोल्ड जंक्शन कम्पेन्सेशन (CJC) ही एक भरपाई आहे जी थर्मोकूपल लीड्स कनेक्ट केलेल्या बिंदूवर तापमान मोजताना एकूण वाचनात सुधारणा म्हणून लागू केली जाते. हे कोल्ड एन्ड्सचे वास्तविक तापमान आणि कोल्ड जंक्शनच्या तापमानासाठी 0 डिग्री सेल्सिअस तापमानासाठी कॅलिब्रेशन टेबलचे मोजलेले रीडिंग यांच्यातील विसंगतीमुळे आहे.
सीसीएस ही एक विभेदक पद्धत आहे ज्यामध्ये ज्ञात शीत जंक्शन तापमान (याला संदर्भ जंक्शन म्हणून देखील ओळखले जाते) पासून परिपूर्ण तापमान रीडिंग आढळते.
थर्मोकूपल डिझाइन
थर्मोकूपलची रचना करताना, बाह्य वातावरणाची "आक्रमकता", पदार्थाच्या एकत्रीकरणाची स्थिती, मोजलेल्या तापमानाची श्रेणी आणि इतर यासारख्या घटकांचा प्रभाव विचारात घेतला जातो.
थर्मोकूपल डिझाइन वैशिष्ट्ये:
1) कंडक्टरचे जंक्शन पुढील इलेक्ट्रिक आर्क वेल्डिंग (क्वचितच सोल्डरिंगद्वारे) वळवून किंवा वळवून एकमेकांशी जोडलेले असतात.
महत्त्वाचे: जंक्शन गुणधर्मांच्या जलद नुकसानीमुळे वळणाची पद्धत वापरण्याची शिफारस केलेली नाही.
2) संपर्क बिंदू वगळता, थर्मोइलेक्ट्रोड्स त्यांच्या संपूर्ण लांबीसह विद्युतदृष्ट्या वेगळे केले पाहिजेत.
3) उच्च तापमान मर्यादा लक्षात घेऊन इन्सुलेशन पद्धत निवडली जाते.
- 100-120 डिग्री सेल्सियस पर्यंत - कोणतेही इन्सुलेशन;
- 1300°C पर्यंत - पोर्सिलेन ट्यूब किंवा मणी;
- 1950°C पर्यंत - अल ट्यूब्स2ओ3;
- 2000°С वर - MgO, BeO, ThO ने बनवलेल्या नळ्या2, ZrO2.
4) संरक्षक आवरण.
सामग्री चांगली थर्मल चालकता (मेटल, सिरेमिक) सह थर्मल आणि रासायनिक प्रतिरोधक असणे आवश्यक आहे. बूटचा वापर विशिष्ट वातावरणात गंज टाळतो.
विस्तार (भरपाई) तारा
थर्मोकूपलची टोके दुय्यम उपकरण किंवा अडथळ्यापर्यंत वाढवण्यासाठी या प्रकारच्या वायरची आवश्यकता असते. थर्मोकूपलमध्ये युनिफाइड आउटपुट सिग्नलसह अंगभूत कन्व्हर्टर असल्यास तारांचा वापर केला जात नाही. सर्वात मोठ्या प्रमाणावर वापरले जाणारे सामान्यीकरण कनवर्टर आहे, जे सेन्सरच्या मानक टर्मिनल हेडमध्ये युनिफाइड सिग्नल 4-20mA सह स्थित आहे, तथाकथित "टॅब्लेट".
तारांची सामग्री थर्मोइलेक्ट्रोड्सच्या सामग्रीशी एकरूप असू शकते, परंतु बहुतेकदा ते परजीवी (प्रेरित) थर्मो-ईएमएफच्या निर्मितीस प्रतिबंध करणार्या परिस्थिती लक्षात घेऊन स्वस्तात बदलले जाते. विस्तार तारांचा वापर आपल्याला उत्पादन ऑप्टिमाइझ करण्यास देखील अनुमती देतो.
लाइफ हॅक! भरपाई करणार्या तारांची ध्रुवीयता योग्यरित्या निर्धारित करण्यासाठी आणि त्यांना थर्मोकूपलशी जोडण्यासाठी, एमएम - मायनस चुंबकीकृत आहे हा निमोनिक नियम लक्षात ठेवा. म्हणजेच, आम्ही कोणतेही चुंबक घेतो आणि नुकसानभरपाईचे वजा चुंबकीकृत केले जाईल, प्लसच्या विपरीत.
थर्माकोपल्सचे प्रकार आणि प्रकार
थर्माकोपल्सची विविधता वापरल्या जाणार्या धातूच्या मिश्र धातुंच्या विविध संयोजनांद्वारे स्पष्ट केली जाते. थर्मोकूपलची निवड उद्योग आणि आवश्यक तापमान श्रेणीनुसार केली जाते.
थर्मोकूपल क्रोमेल-अलुमेल (TXA)
सकारात्मक इलेक्ट्रोड: क्रोमेल मिश्र धातु (90% Ni, 10% Cr).
नकारात्मक इलेक्ट्रोड: अल्युमेल मिश्र धातु (95% Ni, 2% Mn, 2% Al, 1% Si).
इन्सुलेशन सामग्री: पोर्सिलेन, क्वार्ट्ज, मेटल ऑक्साइड इ.
तापमान श्रेणी -200°С ते 1300°С अल्पकालीन आणि 1100°С दीर्घकालीन गरम.
कार्यरत वातावरण: निष्क्रिय, ऑक्सिडायझिंग (ओ2=2-3% किंवा पूर्णपणे वगळलेले), कोरडे हायड्रोजन, अल्पकालीन व्हॅक्यूम. संरक्षणात्मक कव्हरच्या उपस्थितीत कमी करणे किंवा रेडॉक्स वातावरणात.
तोटे: विकृतपणाची सुलभता, थर्मो-ईएमएफची उलट करण्यायोग्य अस्थिरता.
वातावरणात सल्फरच्या ट्रेसच्या उपस्थितीत अॅल्युमेल आणि कमकुवत ऑक्सिडायझिंग वातावरणात ("हिरवी चिकणमाती") क्रोमेलच्या उपस्थितीत गंजणे आणि जळजळ होण्याची प्रकरणे असू शकतात.
थर्मोकूपल क्रोमेल-कोपेल (TKhK)
सकारात्मक इलेक्ट्रोड: क्रोमेल मिश्र धातु (90% Ni, 10% Cr).
नकारात्मक इलेक्ट्रोड: कोपेल मिश्र धातु (54.5% Cu, 43% Ni, 2% Fe, 0.5% Mn).
तापमान श्रेणी -253°С ते 800°С दीर्घकालीन आणि 1100°С अल्पकालीन गरम.
कार्यरत वातावरण: निष्क्रिय आणि ऑक्सिडायझिंग, अल्पकालीन व्हॅक्यूम.
तोटे: थर्मोइलेक्ट्रोड विकृती.
दीर्घकाळापर्यंत व्हॅक्यूम अंतर्गत क्रोमियम बाष्पीभवन होण्याची शक्यता; सल्फर, क्रोमियम, फ्लोरिन असलेल्या वातावरणासह प्रतिक्रिया.
थर्मोकूपल लोह-कॉन्स्टंटन (TGK)
सकारात्मक इलेक्ट्रोड: व्यावसायिकदृष्ट्या 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°С ते 750°С दीर्घकालीन आणि 1100°С अल्पकालीन गरम.
सकारात्मक आणि नकारात्मक तापमानाच्या संयुक्त मापनावर अनुप्रयोग विकसित होतो. केवळ नकारात्मक तापमानासाठी वापरणे फायदेशीर नाही.
तोटे: थर्मोइलेक्ट्रोड विकृती, कमी गंज प्रतिकार.
सुमारे 700°C आणि 900°C वर लोहाच्या भौतिक-रासायनिक गुणधर्मांमध्ये बदल. गंधक आणि पाण्याच्या वाफेवर प्रतिक्रिया देऊन गंज तयार होतो.
टंगस्टन-रेनियम थर्मोकूपल (TVR)
सकारात्मक इलेक्ट्रोड: मिश्र धातु BP5 (95% W, 5% Rh) / BAP5 (सिलिका आणि अॅल्युमिनियम अॅडिटीव्हसह BP5) / BP10 (90% W, 10% Rh).
नकारात्मक इलेक्ट्रोड: BP20 मिश्र धातु (80% W, 20% Rh).
इन्सुलेशन: रासायनिक शुद्ध मेटल ऑक्साईड सिरॅमिक्स.
यांत्रिक सामर्थ्य, उष्णता प्रतिरोधकता, प्रदूषणास कमी संवेदनशीलता, उत्पादन सुलभतेची नोंद आहे.
1800°С ते 3000°С तापमानाचे मोजमाप, खालची मर्यादा 1300°С आहे. मापन अक्रिय वायू, कोरड्या हायड्रोजन किंवा व्हॅक्यूम वातावरणात केले जाते. ऑक्सिडायझिंग वातावरणात फक्त वेगवान प्रक्रियांमध्ये मोजण्यासाठी.
तोटे: थर्मो-ईएमएफची खराब पुनरुत्पादकता, विकिरण दरम्यान त्याची अस्थिरता, तापमान श्रेणीमध्ये अस्थिर संवेदनशीलता.
थर्मोकूपल टंगस्टन-मोलिब्डेनम (VM)
सकारात्मक इलेक्ट्रोड: टंगस्टन (व्यावसायिकदृष्ट्या शुद्ध).
नकारात्मक इलेक्ट्रोड: मोलिब्डेनम (व्यावसायिकदृष्ट्या शुद्ध).
इन्सुलेशन: अल्युमिना सिरेमिक, क्वार्ट्ज टिपांसह संरक्षित.
निष्क्रिय, हायड्रोजन किंवा व्हॅक्यूम वातावरण. इन्सुलेशनच्या उपस्थितीत ऑक्सिडायझिंग वातावरणात अल्पकालीन मोजमाप करणे शक्य आहे.मोजलेल्या तापमानाची श्रेणी 1400-1800°C आहे, कमाल ऑपरेटिंग तापमान सुमारे 2400°C आहे.
तोटे: खराब पुनरुत्पादकता आणि थर्मल ईएमएफची संवेदनशीलता, ध्रुवीयता उलटणे, उच्च तापमानात कोंबणे.
थर्मोकूपल्स प्लॅटिनम-रोडियम-प्लॅटिनम (टीपीपी)
सकारात्मक इलेक्ट्रोड: प्लॅटिनम-रोडियम (Pt c 10% किंवा 13% Rh).
नकारात्मक इलेक्ट्रोड: प्लॅटिनम.
इन्सुलेशन: क्वार्ट्ज, पोर्सिलेन (साधा आणि रीफ्रॅक्टरी). 1400°C पर्यंत - Al च्या उच्च सामग्रीसह सिरॅमिक्स2ओ3, 1400°C पेक्षा जास्त - रासायनिक शुद्ध अल पासून सिरॅमिक्स2ओ3.
कमाल ऑपरेटिंग तापमान 1400°C दीर्घकालीन, 1600°C अल्पकालीन. कमी तापमानाचे मोजमाप सहसा केले जात नाही.
कार्यरत वातावरण: ऑक्सिडायझिंग आणि निष्क्रिय, संरक्षणाच्या उपस्थितीत कमी करणे.
तोटे: उच्च किंमत, विकिरण दरम्यान अस्थिरता, दूषिततेसाठी उच्च संवेदनशीलता (विशेषत: प्लॅटिनम इलेक्ट्रोड), उच्च तापमानात धातूच्या धान्याची वाढ.
थर्मोकूपल्स प्लॅटिनम-रोडियम-प्लॅटिनम-रोडियम (टीपीआर)
सकारात्मक इलेक्ट्रोड: 30% Rh सह Pt मिश्र धातु.
नकारात्मक इलेक्ट्रोड: 6% Rh सह Pt मिश्र धातु.
मध्यम: ऑक्सिडायझिंग, तटस्थ आणि व्हॅक्यूम. संरक्षणाच्या उपस्थितीत धातू किंवा नॉन-मेटल्सची वाफ कमी करण्यासाठी आणि त्यात समाविष्ट करण्यासाठी वापरा.
कमाल ऑपरेटिंग तापमान 1600°C दीर्घकालीन, 1800°C अल्पकालीन.
इन्सुलेशन: अल सिरेमिक2ओ3 उच्च शुद्धता.
प्लॅटिनम-रोडियम-प्लॅटिनम थर्मोकूपलपेक्षा रासायनिक दूषित आणि धान्य वाढीस कमी संवेदनाक्षम.
थर्मोकूपल वायरिंग आकृती
- पोटेंशियोमीटर किंवा गॅल्व्हानोमीटर थेट कंडक्टरशी जोडणे.
- भरपाई देणार्या तारांसह कनेक्शन;
- पारंपारिक तांब्याच्या तारांचे एकसमान आउटपुट असलेल्या थर्मोकूपलशी कनेक्शन.
थर्मोकूपल कंडक्टर रंग मानके
रंगीत कंडक्टर इन्सुलेशन टर्मिनल्सशी योग्य कनेक्शनसाठी थर्मोइलेक्ट्रोड्स एकमेकांपासून वेगळे करण्यास मदत करते. देशानुसार मानके भिन्न आहेत, कंडक्टरसाठी कोणतेही विशिष्ट रंग कोड नाहीत.
महत्त्वाचे: त्रुटी टाळण्यासाठी एंटरप्राइझमध्ये वापरलेले मानक जाणून घेणे आवश्यक आहे.
मापन अचूकता
अचूकता थर्मोकूपल प्रकार, तापमान श्रेणी, सामग्रीची शुद्धता, विद्युत आवाज, गंज, जंक्शन गुणधर्म आणि उत्पादन प्रक्रिया यावर अवलंबून असते.
थर्मोकपल्सना एक सहिष्णुता वर्ग (मानक किंवा विशेष) नियुक्त केला जातो जो मापन आत्मविश्वास मध्यांतर स्थापित करतो.
महत्त्वाचे: ऑपरेशन दरम्यान उत्पादनाच्या वेळी वैशिष्ट्ये बदलतात.
मापन गती
तपमानाच्या उडींना त्वरीत प्रतिसाद देण्याच्या प्राथमिक कनव्हर्टरच्या क्षमतेद्वारे आणि मापन यंत्राच्या इनपुट सिग्नलच्या प्रवाहाद्वारे वेग निर्धारित केला जातो.
कार्यक्षमतेत वाढ करणारे घटक:
- प्राथमिक कनवर्टरच्या लांबीची योग्य स्थापना आणि गणना;
- संरक्षक स्लीव्हसह ट्रान्सड्यूसर वापरताना, स्लीव्हजचा एक लहान व्यास निवडून युनिटचे वस्तुमान कमी करणे आवश्यक आहे;
- प्राथमिक कनवर्टर आणि संरक्षक आस्तीन दरम्यान हवा अंतर कमी करणे;
- स्प्रिंग-लोड केलेले प्राथमिक कनवर्टर वापरणे आणि स्लीव्हमधील व्हॉईड्स उष्णता-संवाहक फिलरने भरणे;
- जलद हलणारे किंवा घनतेचे माध्यम (द्रव).
थर्मोकूपल कामगिरी तपासा
कार्यप्रदर्शन तपासण्यासाठी, एक विशेष मापन यंत्र (परीक्षक, गॅल्व्हनोमीटर किंवा पोटेंशियोमीटर) कनेक्ट करा किंवा मिलिव्होल्टमीटरने आउटपुट व्होल्टेज मोजा. बाण किंवा डिजिटल इंडिकेटरमध्ये चढ-उतार असल्यास, थर्मोकूपल सेवायोग्य आहे, अन्यथा डिव्हाइस बदलणे आवश्यक आहे.
थर्मोकूल अपयशाची कारणे:
- संरक्षणात्मक संरक्षण साधन वापरण्यात अयशस्वी;
- इलेक्ट्रोडच्या रासायनिक रचनेत बदल;
- उच्च तापमानात विकसित होणारी ऑक्सिडेटिव्ह प्रक्रिया;
- नियंत्रण आणि मापन यंत्राचे ब्रेकडाउन इ.
थर्माकोल वापरण्याचे फायदे आणि तोटे
हे डिव्हाइस वापरण्याचे फायदे आहेत:
- मोठ्या तापमान मापन श्रेणी;
- उच्च अचूकता;
- साधेपणा आणि विश्वसनीयता.
तोटे समाविष्ट आहेत:
- कोल्ड जंक्शनच्या सतत देखरेखीची अंमलबजावणी, नियंत्रण उपकरणांचे सत्यापन आणि अंशांकन;
- यंत्राच्या निर्मिती दरम्यान धातूंमध्ये संरचनात्मक बदल;
- वातावरणाची रचना, सीलिंगची किंमत यावर अवलंबून;
- इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक लहरींमुळे मापन त्रुटी.
