एक थर्मोकपल क्या है: कार्य सिद्धांत और इसके अनुप्रयोग

वर्ष 1821 में, एक भौतिक विज्ञानी, जिसका नाम 'थॉमस सीबेक' था, ने बताया कि जब एक सर्किट में एक जंक्शन के दोनों सिरों पर दो अलग-अलग धातु के तारों को जोड़ा जाता है, जब तापमान जंक्शन पर लागू होता है, तो प्रवाह का प्रवाह होगा सर्किट जिसे विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र (EMF) के रूप में जाना जाता है। सर्किट द्वारा उत्पादित ऊर्जा को सीबेक प्रभाव नाम दिया गया है। थॉमस सीबेक के प्रभाव को उनके दिशानिर्देश के रूप में उपयोग करते हुए, दोनों इतालवी भौतिकविदों अर्थात् लियोपोल्डो नोबिली और मैसेडोनियो मेलोनी को वर्ष 1826 में एक थर्मोइलेक्ट्रिक बैटरी डिजाइन करने के लिए सहयोग किया गया था, जिसे एक थर्मल गुणक कहा जाता है, यह एक रैखिक को विलय करके सीबेक की थर्मोइलेक्ट्रिसिटी की खोज से आकर्षित हुआ। बिजली की शक्ति नापने का यंत्र साथ ही विकिरण की गणना करने के लिए एक थर्मोपाइल है। उनके प्रयास के लिए, कुछ लोगों ने नोबिली को थर्मोकपल के खोजकर्ता के रूप में पहचाना।

एक थर्मोकपल क्या है?

थर्मोकपल को एक प्रकार के तापमान के रूप में परिभाषित किया जा सकता है सेंसर जिसका उपयोग EMF या विद्युत प्रवाह के रूप में एक विशिष्ट बिंदु पर तापमान को मापने के लिए किया जाता है। इस सेंसर में दो असमान धातु के तार शामिल होते हैं जो एक जंक्शन पर एक साथ जुड़े होते हैं। इस जंक्शन पर तापमान को मापा जा सकता है, और धातु के तार के तापमान में परिवर्तन वोल्टेज को उत्तेजित करता है।

थर्मोकपल

डिवाइस में उत्पन्न ईएमएफ की मात्रा बहुत मिनट (मिलीवॉल) है, इसलिए सर्किट में उत्पादित ईएमएफ की गणना के लिए बहुत संवेदनशील उपकरणों का उपयोग किया जाना चाहिए। E.m.f की गणना करने के लिए उपयोग किए जाने वाले सामान्य उपकरण वोल्टेज बैलेंसिंग पोटेंशियोमीटर और साधारण गैल्वेनोमीटर हैं। इन दोनों से, एक संतुलन नापने का यंत्र भौतिक या यंत्रवत् रूप से उपयोग किया जाता है।

थर्मोकपल कार्य सिद्धांत

थर्मोकपल सिद्धांत मुख्य रूप से सीबेक, पेल्टियर और थॉम्पसन जैसे तीन प्रभावों पर निर्भर करता है।

बेक-प्रभाव देखें

इस प्रकार का प्रभाव दो प्रसार धातुओं के बीच होता है। जब गर्मी धातु के तारों में से किसी एक को प्रदान करती है, तो इलेक्ट्रॉनों का प्रवाह गर्म धातु के तार से ठंडे धातु के तार तक आपूर्ति करता है। इसलिए, प्रत्यक्ष वर्तमान सर्किट को उत्तेजित करता है।

पेल्टियर-प्रभाव

यह पेल्टियर प्रभाव सीबेक प्रभाव के विपरीत है। यह प्रभाव बताता है कि तापमान के अंतर को किन्हीं दो भिन्न-भिन्न संवाहकों में आपस में संभावित भिन्नता लागू करके बनाया जा सकता है।

थॉम्पसन-प्रभाव

यह प्रभाव बताता है कि जैसे दो असमान धातुएं एक साथ जुड़ती हैं और यदि वे दो जोड़ बनाती हैं, तो तापमान के ढाल के कारण वोल्टेज कुल कंडक्टर की लंबाई को प्रेरित करता है। यह एक भौतिक शब्द है जो सटीक स्थिति में तापमान की दर और दिशा में परिवर्तन को दर्शाता है।

थर्मोकपल का निर्माण

डिवाइस का निर्माण नीचे दिखाया गया है। इसमें दो अलग-अलग धातु के तार शामिल हैं और जो जंक्शन के अंत में एक साथ जुड़े हुए हैं। जंक्शन मापने के अंत के रूप में सोचता है। जंक्शन के अंत को तीन प्रकारों में वर्गीकृत किया गया है, जैसे कि भूमिगत, ग्राउंडेड और उजागर जंक्शन।

थर्मोकपल निर्माण

अनरजिस्टर्ड-जंक्शन

इस प्रकार के जंक्शन में, कंडक्टर सुरक्षा कवर से पूरी तरह से अलग होते हैं। इस जंक्शन के अनुप्रयोगों में मुख्य रूप से उच्च दबाव वाले आवेदन कार्य शामिल हैं। इस फ़ंक्शन का उपयोग करने का मुख्य लाभ आवारा चुंबकीय क्षेत्र प्रभाव को कम करना है।

ग्राउंडेड-जंक्शन

इस प्रकार के जंक्शन में, धातु के तारों, साथ ही साथ सुरक्षा कवर, एक साथ जुड़े हुए हैं। इस फ़ंक्शन का उपयोग अम्लीय वातावरण में तापमान को मापने के लिए किया जाता है, और यह शोर के प्रतिरोध की आपूर्ति करता है।

एक्सपोज्ड-जंक्शन

उजागर जंक्शन उन क्षेत्रों में लागू होता है जहां त्वरित प्रतिक्रिया की आवश्यकता होती है। इस प्रकार के जंक्शन का उपयोग गैस तापमान को मापने के लिए किया जाता है। तापमान सेंसर बनाने के लिए उपयोग की जाने वाली धातु मूल रूप से तापमान की गणना सीमा पर निर्भर करती है।

आम तौर पर, एक थर्मोकपल को दो अलग-अलग धातु के तारों के साथ डिजाइन किया जाता है, जिसका नाम लोहा और निरंतर होता है जो एक जंक्शन पर जुड़ने वाले तत्व का पता लगाता है जिसे गर्म जंक्शन के रूप में नामित किया जाता है। इसमें दो जंक्शन शामिल हैं, एक जंक्शन वोल्टमीटर द्वारा जुड़ा हुआ है या ट्रांसमीटर जहाँ ठंडा जंक्शन और दूसरा जंक्शन एक ऐसी प्रक्रिया से जुड़ा होता है जिसे हॉट जंक्शन कहा जाता है।

थर्मोकपल कैसे काम करता है?

थर्मोकपल आरेख नीचे चित्र में दिखाया गया है। इस सर्किट को दो अलग-अलग धातुओं के साथ बनाया जा सकता है, और दो जंक्शन बनाकर उन्हें एक साथ जोड़ा जाता है। दो धातुओं को वेल्डिंग के माध्यम से कनेक्शन से घिरा हुआ है।

उपरोक्त आरेख में, जंक्शनों को P & Q द्वारा निरूपित किया जाता है, और तापमान T1, और T2 द्वारा निरूपित किए जाते हैं। जब जंक्शन का तापमान एक दूसरे से भिन्न होता है, तो विद्युत चुम्बकीय बल सर्किट में उत्पन्न होता है।

थर्मोकपल सर्किट

यदि जंक्शन अंत में समशीतोष्ण समतुल्य में बदल जाता है, तो समतुल्य, साथ ही रिवर्स इलेक्ट्रोमैग्नेटिक बल, सर्किट में उत्पन्न होता है, और इसके माध्यम से वर्तमान का कोई प्रवाह नहीं होता है। इसी तरह, जंक्शन के अंत में तापमान असंतुलित हो जाता है, फिर इस सर्किट में संभावित भिन्नता उत्पन्न होती है।

विद्युत चुम्बकीय बल का परिमाण सर्किट में उत्प्रेरण थर्मोकपल बनाने के लिए उपयोग की जाने वाली सामग्री के प्रकार पर निर्भर करता है। पूरे सर्किट में करंट के पूरे प्रवाह की गणना माप उपकरणों द्वारा की जाती है।

सर्किट में प्रेरित विद्युत चुम्बकीय बल की गणना निम्नलिखित समीकरण द्वारा की जाती है

ई = ए (=) + बी (a) 2

जहां गर्म थर्मोकपल जंक्शन अंत के साथ-साथ संदर्भ थर्मोकपल जंक्शन अंत के बीच तापमान अंतर है, ए और बी स्थिरांक हैं

थर्मोकपल प्रकार

थर्मोकपल प्रकारों की चर्चा के साथ जाने से पहले, यह विचार करना होगा कि वायुमंडलीय तापमान से अलग करने के लिए थर्मोकपल को एक सुरक्षात्मक मामले में संरक्षित करने की आवश्यकता है। यह कवर डिवाइस पर संक्षारण प्रभाव को काफी कम कर देगा।

तो, कई प्रकार के थर्मोकॉल्स हैं। आइए हम उन पर एक विस्तृत नज़र डालें।

टाइप K - इसे निकेल-क्रोमियम / निकेल-एलुमेल प्रकार के थर्मोकपल भी कहा जाता है। यह सबसे अधिक इस्तेमाल किया जाने वाला प्रकार है। इसमें बढ़ी हुई विश्वसनीयता, प्राथमिकता और सस्ती की विशेषताएं हैं और यह विस्तारित तापमान सीमाओं के लिए काम कर सकता है।

K प्रकार

तापमान सीमाएं हैं:

थर्मोकपल ग्रेड तार - -454F से 2300F (-270)^०C 1260 तक^०सी)

विस्तार तार (को ०)^०C से 200 रु^०सी)

इस K- प्रकार की सटीकता स्तर है

मानक +/- 2.2C या +/- 0.75% और विशेष सीमाएं +/- 1.1C या 0.4% हैं

टाइप जे - यह आयरन / कॉन्स्टेंटन का मिश्रण है। यह भी थर्मोकपल का सबसे अधिक इस्तेमाल किया जाने वाला प्रकार है। इसमें बढ़ी हुई विश्वसनीयता, प्राथमिकता और सस्ती की विशेषताएं हैं। इस उपकरण को केवल कम तापमान रेंज के लिए संचालित किया जा सकता है और तापमान की उच्च सीमा पर संचालित होने पर इसका जीवनकाल कम होता है।

जे टाइप

तापमान सीमाएं हैं:

थर्मोकपल ग्रेड तार - -346F से 1400F (-210)^०C से 760^०सी)

विस्तार तार (को ०)^०C से 200 रु^०सी)

इस J- प्रकार का सटीकता स्तर है

मानक +/- 2.2C या +/- 0.75% और विशेष सीमाएं +/- 1.1C या 0.4% हैं

टी टाइप करें - यह कॉपर / कॉन्स्टेंटन का मिश्रण है। टी प्रकार के थर्मोकपल में स्थिरता बढ़ जाती है और इसे आमतौर पर कम तापमान वाले अनुप्रयोगों जैसे अल्ट्रा-कम तापमान फ्रीजर और क्रायोजेनिक्स के लिए लागू किया जाता है।

टी टाइप

तापमान सीमाएं हैं:

थर्मोकपल ग्रेड तार - -454F से 700F (-270)^०C से 370^०सी)

विस्तार तार (को ०)^०C से 200 रु^०सी)

इस टी-टाइप का सटीकता स्तर है

मानक +/- 1.0C या +/- 0.75% और विशेष सीमाएं +/- 0.5C या 0.4% हैं

ई टाइप करें - यह निकल-क्रोमियम / कॉन्स्टेंटन का मिश्रण है। Of 1000F पर संचालित होने पर टाइप K और J थर्मोकोल की तुलना में इसकी सिग्नल क्षमता और बेहतर सटीकता है।

ई टाइप

तापमान सीमाएं हैं:

थर्मोकपल ग्रेड तार - -454F से 1600F (-270)^०C 870 तक^०सी)

विस्तार तार (को ०)^०C से 200 रु^०सी)

इस टी-टाइप का सटीकता स्तर है

मानक +/- 1.7C या +/- 0.5% और विशेष सीमाएं +/- 1.0C या 0.4% हैं

एन टाइप करें - इसे या तो निक्रोसिल या निसिल थर्मोकपल माना जाता है। टाइप N का तापमान और सटीकता का स्तर प्रकार K के समान है। लेकिन यह प्रकार K की तुलना में अधिक महंगा है।

एन प्रकार

तापमान सीमाएं हैं:

थर्मोकपल ग्रेड तार - -454F से 2300F (-270)^०C से 392^०सी)

विस्तार तार (को ०)^०C से 200 रु^०सी)

इस टी-टाइप का सटीकता स्तर है

मानक +/- 2.2C या +/- 0.75% और विशेष सीमाएं +/- 1.1C या 0.4% हैं

टाइप करें S - इसे या तो प्लेटिनम / रोडियम या 10% / प्लेटिनम थर्मोकपल माना जाता है। उच्च तापमान श्रेणी के अनुप्रयोगों जैसे बायोटेक और फार्मेसी संगठनों के लिए एस प्रकार के थर्मोकपल को अत्यधिक कार्यान्वित किया जाता है। यहां तक ​​कि इसकी बढ़ी हुई विशिष्टता और स्थिरता के कारण कम तापमान रेंज अनुप्रयोगों के लिए भी इसका उपयोग किया जाता है।

S प्रकार

तापमान सीमाएं हैं:

थर्मोकपल ग्रेड तार - -58F से 2700F (-50)^०C 1480 तक^०सी)

विस्तार तार (को ०)^०C से 200 रु^०सी)

इस टी-टाइप का सटीकता स्तर है

मानक +/- 1.5C या +/- 0.25% और विशेष सीमाएं +/- 0.6C या 0.1% हैं

टाइप आर - इसे या तो प्लेटिनम / रोडियम या 13% / प्लेटिनम थर्मोकपल माना जाता है। उच्च तापमान श्रेणी के अनुप्रयोगों के लिए एस प्रकार का थर्मोकपल अत्यंत कार्यान्वित किया जाता है। इस प्रकार में टाइप एस की तुलना में रोडियम की अधिक मात्रा शामिल है जो डिवाइस को अधिक महंगा बनाता है। आर और एस प्रकार की विशेषताएं और प्रदर्शन लगभग समान हैं। यहां तक ​​कि इसकी बढ़ी हुई विशिष्टता और स्थिरता के कारण कम तापमान रेंज अनुप्रयोगों के लिए भी इसका उपयोग किया जाता है।

आर प्रकार

तापमान सीमाएं हैं:

थर्मोकपल ग्रेड तार - -58F से 2700F (-50)^०C 1480 तक^०सी)

विस्तार तार (को ०)^०C से 200 रु^०सी)

इस टी-टाइप का सटीकता स्तर है

मानक +/- 1.5C या +/- 0.25% और विशेष सीमाएं +/- 0.6C या 0.1% हैं

टाइप बी - इसे या तो प्लेटिनम रोडियम का 30% या प्लेटिनम रोडियम थर्मोकपल का 60% माना जाता है। यह व्यापक रूप से उच्च तापमान अनुप्रयोगों में उपयोग किया जाता है। सभी उपर्युक्त प्रकारों में से, टाइप बी में उच्चतम तापमान सीमा है। तापमान में वृद्धि के स्तर पर, बी थर्मोकपल प्रकार में स्थिरता और सटीकता में वृद्धि होगी।

बी प्रकार

तापमान सीमाएं हैं:

थर्मोकपल ग्रेड तार - 32F से 3100F (0)^०C से 1700^०सी)

विस्तार तार (को ०)^०C से 100 रु^०सी)

इस टी-टाइप का सटीकता स्तर है

मानक +/- 0.5%

S, R, और B के प्रकार को रईस धातु थर्मोकॉल माना जाता है। इन्हें इसलिए चुना जाता है क्योंकि वे उच्च सटीकता और लंबे जीवनकाल प्रदान करने वाली उच्च-तापमान सीमाओं पर भी कार्य कर सकते हैं। लेकिन, जब आधार धातु प्रकारों के साथ तुलना की जाती है, तो ये अधिक महंगे होते हैं।

थर्मोकपल चुनते समय, किसी को कई कारकों पर विचार करना होगा जो उनके अनुप्रयोगों के अनुरूप हैं।

• जांचें कि आपके आवेदन के लिए आवश्यक निम्न और उच्च तापमान रेंज क्या हैं?
• थर्मोकपल के किस बजट का उपयोग किया जाना है?
• सटीकता का कितना प्रतिशत उपयोग किया जाना है?
• वायुमंडलीय स्थितियों में, क्या थर्मोकपल को अक्रिय गैसीय या ऑक्सीकरण के रूप में संचालित किया जाता है
• प्रतिक्रिया का स्तर क्या है कि यह अपेक्षित है जिसका अर्थ है कि तापमान में परिवर्तन के लिए डिवाइस को कितनी जल्दी प्रतिक्रिया देने की आवश्यकता है?
• जीवनकाल अवधि क्या है जो आवश्यक है?
• ऑपरेशन से पहले जांचें कि डिवाइस पानी में डूबा हुआ है या नहीं और गहराई किस स्तर तक है?
• क्या थर्मोकपल का उपयोग रुक-रुक कर या निरंतर होता रहेगा?
• क्या डिवाइस के जीवनकाल के दौरान थर्मोकपल को घुमा या फ्लेक्सिंग के अधीन किया जाएगा?

आप कैसे जानते हैं कि क्या आपके पास एक बुरा थर्मोकपल है?

यह जानने के लिए कि क्या एक थर्मोकपल पूरी तरह से काम कर रहा है, किसी को डिवाइस का परीक्षण करने की आवश्यकता है। डिवाइस के प्रतिस्थापन के साथ जाने से पहले, किसी को यह जांचना होगा कि यह वास्तव में काम कर रहा है या नहीं। ऐसा करने के लिए, इलेक्ट्रॉनिक्स का एक मल्टीमीटर और बुनियादी ज्ञान पूरी तरह से पर्याप्त है। मल्टीमीटर का उपयोग करके थर्मोकपल के परीक्षण के लिए मुख्य रूप से तीन दृष्टिकोण हैं और जिन्हें नीचे समझाया गया है:

प्रतिरोध परीक्षण

इस परीक्षण को करने के लिए, उपकरण को एक गैस उपकरण लाइन में रखा जाना चाहिए और आवश्यक उपकरण डिजिटल मल्टीमीटर और मगरमच्छ क्लिप हैं।

प्रक्रिया - मल्टीमीटर में मगरमच्छ क्लिप को वर्गों से कनेक्ट करें। थर्मोकपल के दोनों सिरों पर क्लिप संलग्न करें जहां एक छोर गैस वाल्व में मुड़ा होगा। अब, मल्टीमीटर पर स्विच करें और पढ़ने के विकल्पों पर ध्यान दें। यदि मल्टीमीटर छोटे क्रम में ओम प्रदर्शित करता है, तो थर्मोकपल सही काम करने की स्थिति में है। या फिर जब रीडिंग 40 ओम या उससे अधिक है, तो यह अच्छी स्थिति में नहीं है।

ओपन सर्किट टेस्ट

यहाँ, प्रयुक्त उपकरण मगरमच्छ क्लिप, एक लाइटर और एक डिजिटल मल्टीमीटर है। यहां, प्रतिरोध को मापने के बजाय, वोल्टेज की गणना की जाती है। अब, थर्मोकपल के एक छोर को हल्का करने के साथ। जब मल्टीमीटर 25-30 mV की सीमा में वोल्टेज प्रदर्शित करता है, तो यह ठीक से काम कर रहा है। या फिर, जब वोल्टेज 20mV के करीब है, तो डिवाइस को बदलना होगा।

क्लोज सर्किट टेस्ट

यहाँ, प्रयुक्त उपकरण मगरमच्छ क्लिप, थर्मोकपल एडाप्टर और डिजिटल मल्टीमीटर है। यहां, एडाप्टर को गैस वाल्व के अंदर रखा जाता है और फिर थर्मोकपल को एडाप्टर के एक किनारे पर रखा जाता है। अब, मल्टीमीटर पर स्विच करें। जब रीडिंग 12-15 mV की सीमा में है, तो डिवाइस उचित स्थिति में है। या फिर जब वोल्टेज रीडिंग 12mV से कम हो जाती है, तो यह एक दोषपूर्ण डिवाइस को इंगित करता है।

इसलिए, उपरोक्त परीक्षण विधियों का उपयोग करके, कोई यह पता लगा सकता है कि क्या थर्मोकपल ठीक से काम कर रहा है या नहीं।

थर्मोस्टैट और थर्मोकपल के बीच अंतर क्या है?

थर्मोस्टेट और थर्मोकपल के बीच अंतर हैं:

फायदे नुकसान

थर्मोक्युलस के फायदों में निम्नलिखित शामिल हैं।

• सटीकता अधिक है
• यह रोबस्ट है और इसका उपयोग कठोर और उच्च कंपन जैसे वातावरण में किया जा सकता है।
• थर्मल प्रतिक्रिया तेज है
• तापमान की ऑपरेटिंग सीमा व्यापक है।
• वाइड ऑपरेटिंग तापमान रेंज
• लागत कम और अत्यंत सुसंगत है

थर्मोकपल के नुकसान में निम्नलिखित शामिल हैं।

• nonlinearity
• कम से कम स्थिरता
• कम वोल्टेज
• संदर्भ की आवश्यकता है
• कम से कम संवेदनशीलता
• थर्मोकपल रिकैलिब्रेशन कठिन है

अनुप्रयोग

कुछ के thermocouples के आवेदन निम्नलिखित को शामिल कीजिए।

• इनका उपयोग तापमान सेंसर के रूप में किया जाता है थर्मोस्टैट्स में कार्यालयों, घरों, कार्यालयों और व्यवसायों में।
• लोहे, एल्यूमीनियम और धातु में धातुओं के तापमान की निगरानी के लिए उद्योगों में इनका उपयोग किया जाता है।
• क्रायोजेनिक और कम तापमान वाले अनुप्रयोगों के लिए खाद्य उद्योग में इनका उपयोग किया जाता है। थर्मोइलेक्ट्रिक शीतलन का प्रदर्शन करने के लिए ऊष्मा पंप का उपयोग ताप पंप के रूप में किया जाता है।
• इनका उपयोग रासायनिक संयंत्रों, पेट्रोलियम संयंत्रों में तापमान का परीक्षण करने के लिए किया जाता है।
• पायलट फ्लेम का पता लगाने के लिए गैस मशीनों में इनका उपयोग किया जाता है।

RTD और थर्मोकपल के बीच अंतर क्या है?

थर्मोकपल के मामले में दूसरी सबसे महत्वपूर्ण बात जिस पर विचार किया जाना चाहिए वह यह है कि यह आरटीडी डिवाइस से कैसे अलग है। तो, सारणी RTD और थर्मोकपल के बीच के अंतरों की व्याख्या करता है।

जीवन काल क्या है?

थर्मोकपल का जीवनकाल उपयोग किए जाने पर आवेदन पर आधारित है। इसलिए, कोई विशेष रूप से थर्मोकपल जीवन काल की भविष्यवाणी नहीं कर सकता है। जब डिवाइस ठीक से बनाए रखा जाता है, तो डिवाइस का जीवनकाल लंबा होगा। जबकि, लगातार उपयोग के बाद, उम्र बढ़ने के प्रभाव के कारण वे क्षतिग्रस्त हो सकते हैं।

और यह भी, इस वजह से, आउटपुट प्रदर्शन कम हो जाएगा और संकेतों की खराब दक्षता होगी। थर्मोकपल की कीमत भी अधिक नहीं है। इसलिए, हर 2-3 साल में थर्मोकपल को संशोधित करने का सुझाव दिया जाता है। इसका उत्तर है एक थर्मोकपल का जीवनकाल क्या है ?

इस प्रकार, यह सब थर्मोकपल के अवलोकन के बारे में है। उपरोक्त जानकारी से आखिरकार, हम यह निष्कर्ष निकाल सकते हैं कि थर्मोकपल उत्पादन एक मल्टीमीटर, पोटेंशियोमीटर और एम्पलीफायर जैसे तरीकों का उपयोग आउटपुट डिवाइस द्वारा किया जा सकता है। थर्मोकपल का मुख्य उद्देश्य कई अलग-अलग अनुप्रयोगों में लगातार और प्रत्यक्ष तापमान माप का निर्माण करना है।