تھرموکوپل سائنس اور ٹیکنالوجی کی تمام شاخوں میں درجہ حرارت کی پیمائش کرنے والا آلہ ہے۔ یہ مضمون آلہ کے ڈیزائن اور آپریشن کے اصول کے تجزیہ کے ساتھ تھرموکوپل کا عمومی جائزہ پیش کرتا ہے۔ تھرموکوپل کی مختلف اقسام کو ان کی مختصر خصوصیات کے ساتھ بیان کیا گیا ہے، اور پیمائش کے آلے کے طور پر تھرموکوپل کا اندازہ بھی دیا گیا ہے۔
مواد
تھرموکوپل ڈیوائس
تھرموکوپل کے آپریشن کا اصول۔ Seebeck اثر
تھرموکوپل کا آپریشن تھرمو الیکٹرک اثر کی موجودگی کی وجہ سے ہے، جسے جرمن ماہر طبیعیات ٹامس سیبیک نے 1821 میں دریافت کیا تھا۔
یہ رجحان بند برقی سرکٹ میں بجلی کی موجودگی پر مبنی ہے جب ایک مخصوص محیطی درجہ حرارت کے سامنے آتا ہے۔ برقی رو اس وقت پیدا ہوتی ہے جب مختلف ساخت کے دو کنڈکٹرز (تھرمو الیکٹروڈز) کے درمیان درجہ حرارت کا فرق ہوتا ہے اور ان کے رابطوں (جنکشنز) کی جگہ کو برقرار رکھتے ہوئے برقرار رکھا جاتا ہے۔ ڈیوائس منسلک ثانوی ڈیوائس کی اسکرین پر ماپا درجہ حرارت کی قدر دکھاتا ہے۔
آؤٹ پٹ وولٹیج اور درجہ حرارت خطی طور پر متعلق ہیں۔ اس کا مطلب یہ ہے کہ ماپا درجہ حرارت میں اضافے کے نتیجے میں تھرموکوپل کے آزاد سروں پر ملی وولٹ کی قیمت زیادہ ہوتی ہے۔
درجہ حرارت کی پیمائش کے مقام پر واقع جنکشن کو "گرم" کہا جاتا ہے، اور وہ جگہ جہاں تاریں کنورٹر سے جڑی ہوتی ہیں اسے "سرد" کہا جاتا ہے۔
کولڈ جنکشن درجہ حرارت معاوضہ (CJC)
کولڈ جنکشن کمپنسیشن (CJC) ایک معاوضہ ہے جس کا اطلاق کل ریڈنگ میں اصلاح کے طور پر کیا جاتا ہے جب اس مقام پر درجہ حرارت کی پیمائش کی جاتی ہے جہاں تھرموکوپل لیڈز منسلک ہوتے ہیں۔ یہ سرد سروں کے اصل درجہ حرارت اور 0 ° C پر سرد جنکشن کے درجہ حرارت کے لئے کیلیبریشن ٹیبل کی حساب کتاب ریڈنگ کے درمیان تضادات کی وجہ سے ہے۔
سی سی ایس ایک امتیازی طریقہ ہے جس میں درجہ حرارت کی مطلق ریڈنگ ایک معلوم سرد جنکشن درجہ حرارت (جسے حوالہ جنکشن بھی کہا جاتا ہے) سے پایا جاتا ہے۔
تھرموکوپل ڈیزائن
تھرموکوپل کو ڈیزائن کرتے وقت، بیرونی ماحول کی "جارحیت" جیسے عوامل کے اثر و رسوخ، مادہ کے جمع ہونے کی حالت، پیمائش شدہ درجہ حرارت کی حد اور دیگر کو مدنظر رکھا جاتا ہے۔
تھرموکوپل ڈیزائن کی خصوصیات:
1) کنڈکٹرز کے جنکشن مزید الیکٹرک آرک ویلڈنگ (شاذ و نادر ہی سولڈرنگ کے ذریعے) کے ساتھ گھما کر یا گھما کر آپس میں جڑے ہوئے ہیں۔
اہم: جنکشن کی خصوصیات کے تیزی سے نقصان کی وجہ سے موڑنے کا طریقہ استعمال کرنے کی سفارش نہیں کی جاتی ہے۔
2) تھرمو الیکٹروڈز کو اپنی پوری لمبائی کے ساتھ برقی طور پر الگ تھلگ کیا جانا چاہیے، سوائے رابطے کے مقام کے۔
3) اوپری درجہ حرارت کی حد کو مدنظر رکھتے ہوئے موصلیت کا طریقہ منتخب کیا جاتا ہے۔
- 100-120 ° C تک - کوئی بھی موصلیت؛
- 1300 ° C تک - چینی مٹی کے برتن یا موتیوں کی مالا؛
- 1950 °C تک - ال ٹیوب2اے3;
- 2000°С سے اوپر - MgO، BeO، ThO سے بنی ٹیوبیں۔2، ZrO2.
4) حفاظتی کور۔
اچھی تھرمل چالکتا (دھاتی، سیرامکس) کے ساتھ مواد تھرمل اور کیمیائی طور پر مزاحم ہونا چاہیے۔ بوٹ کا استعمال بعض ماحول میں سنکنرن کو روکتا ہے۔
توسیع (معاوضہ) کی تاریں
تھرموکوپل کے سروں کو ثانوی آلے یا رکاوٹ تک بڑھانے کے لیے اس قسم کے تار کی ضرورت ہوتی ہے۔ تاروں کا استعمال نہیں کیا جاتا ہے اگر تھرموکوپل میں یونیفائیڈ آؤٹ پٹ سگنل کے ساتھ بلٹ ان کنورٹر ہو۔ سب سے زیادہ استعمال ہونے والا نارملائزنگ کنورٹر ہے، جو سینسر کے معیاری ٹرمینل ہیڈ میں ایک متحد سگنل 4-20mA کے ساتھ واقع ہے، جسے نام نہاد "ٹیبلیٹ" کہا جاتا ہے۔
تاروں کا مواد تھرمو الیکٹروڈ کے مواد کے ساتھ موافق ہوسکتا ہے، لیکن اکثر اسے سستی سے تبدیل کیا جاتا ہے، ان حالات کو مدنظر رکھتے ہوئے جو پرجیوی (حوصلہ افزائی) تھرمو-ایم ایف کی تشکیل کو روکتے ہیں۔ توسیعی تاروں کا استعمال آپ کو پیداوار کو بہتر بنانے کی بھی اجازت دیتا ہے۔
لائف ہیک! معاوضہ دینے والی تاروں کی قطبیت کو درست طریقے سے طے کرنے اور انہیں تھرموکوپل سے جوڑنے کے لیے یادداشت کے اصول کو یاد رکھیں MM - مائنس مقناطیسی ہے۔ یعنی، ہم کوئی بھی مقناطیس لیتے ہیں اور معاوضے کا مائنس مقناطیسی ہو جائے گا، جمع کے برعکس۔
تھرموکوپل کی اقسام اور اقسام
تھرموکوپل کی مختلف قسم کی وضاحت دھاتی مرکب کے مختلف مرکبات سے کی گئی ہے۔ تھرموکوپل کا انتخاب صنعت اور مطلوبہ درجہ حرارت کی حد کے لحاظ سے کیا جاتا ہے۔
تھرموکوپل کرومیل ایلومیل (TXA)
مثبت الیکٹروڈ: کرومیل الائے (90% Ni, 10% Cr)۔
منفی الیکٹروڈ: ایلومیل مرکب (95% Ni, 2% Mn, 2% Al, 1% Si)۔
موصلیت کا مواد: چینی مٹی کے برتن، کوارٹج، دھاتی آکسائڈ، وغیرہ
درجہ حرارت کی حد -200°С سے 1300°С قلیل مدتی اور 1100°С طویل مدتی ہیٹنگ۔
کام کرنے کا ماحول: غیر فعال، آکسائڈائزنگ (O2=2-3% یا مکمل طور پر خارج)، خشک ہائیڈروجن، قلیل مدتی خلا۔ حفاظتی کور کی موجودگی میں کم کرنے یا ریڈوکس ماحول میں۔
نقصانات: اخترتی میں آسانی، تھرمو-EMF کی الٹ جانے والی عدم استحکام۔
فضا میں گندھک کے نشانات کی موجودگی اور کمزور طور پر آکسائڈائزنگ ماحول ("سبز مٹی") میں کروم کی موجودگی میں ایلومیل کے سنکنرن اور گندگی کے معاملات ہوسکتے ہیں۔
تھرموکوپل کرومیل کوپل (TKhK)
مثبت الیکٹروڈ: کرومیل الائے (90% Ni, 10% Cr)۔
منفی الیکٹروڈ: کوپل مرکب (54.5% Cu, 43% Ni, 2% Fe, 0.5% Mn)۔
درجہ حرارت کی حد -253 ° С سے 800 ° С طویل مدتی اور 1100 ° С قلیل مدتی ہیٹنگ۔
کام کرنے کا ماحول: غیر فعال اور آکسائڈائزنگ، قلیل مدتی خلا۔
نقصانات: تھرمو الیکٹروڈ اخترتی۔
طویل ویکیوم کے تحت کرومیم کے بخارات کا امکان؛ سلفر، کرومیم، فلورین پر مشتمل ماحول کے ساتھ رد عمل۔
تھرموکوپل آئرن کانسٹینٹن (TGK)
مثبت الیکٹروڈ: تجارتی طور پر خالص لوہا (ہلکا سٹیل)۔
منفی الیکٹروڈ: کنسٹنٹن الائے (59% Cu, 39-41% Ni, 1-2% Mn)۔
کم کرنے، غیر فعال میڈیا اور ویکیوم میں پیمائش کے لیے استعمال کیا جاتا ہے۔ درجہ حرارت -203 ° С سے 750 ° С طویل مدتی اور 1100 ° С قلیل مدتی ہیٹنگ۔
درخواست مثبت اور منفی درجہ حرارت کی مشترکہ پیمائش پر تیار ہوتی ہے۔ صرف منفی درجہ حرارت کے لیے استعمال کرنا بے فائدہ ہے۔
نقصانات: تھرمو الیکٹروڈ اخترتی، کم سنکنرن مزاحمت۔
تقریباً 700 ° C اور 900 ° C پر لوہے کی فزیک کیمیکل خصوصیات میں تبدیلیاں۔ گندھک اور پانی کے بخارات کے ساتھ رد عمل کرکے سنکنرن بناتا ہے۔
ٹنگسٹن رینیم تھرموکوپل (TVR)
مثبت الیکٹروڈ: مرکب BP5 (95% W, 5% Rh) / BAP5 (سیلیکا اور ایلومینیم کے ساتھ BP5) / BP10 (90% W, 10% Rh)۔
منفی الیکٹروڈ: BP20 مرکب (80% W، 20% Rh)۔
موصلیت: کیمیائی طور پر خالص دھاتی آکسائڈ سیرامکس۔
مکینیکل طاقت، گرمی کی مزاحمت، آلودگی کے لیے کم حساسیت، تیاری میں آسانی نوٹ کی جاتی ہے۔
1800°С سے 3000°С تک درجہ حرارت کی پیمائش، نچلی حد 1300°С ہے۔ پیمائش ایک غیر فعال گیس، خشک ہائیڈروجن یا ویکیوم ماحول میں کی جاتی ہے۔ صرف تیز رفتار عمل میں پیمائش کے لیے آکسائڈائزنگ ماحول میں۔
نقصانات: تھرمو-EMF کی ناقص تولیدی صلاحیت، شعاع ریزی کے دوران اس کا عدم استحکام، درجہ حرارت کی حد میں غیر مستحکم حساسیت۔
تھرموکوپل ٹنگسٹن-مولیبڈینم (VM)
مثبت الیکٹروڈ: ٹنگسٹن (تجارتی طور پر خالص)۔
منفی الیکٹروڈ: مولبڈینم (تجارتی طور پر خالص)۔
موصلیت: ایلومینا سیرامک، کوارٹج ٹپس کے ساتھ محفوظ۔
غیر فعال، ہائیڈروجن یا ویکیوم ماحول۔ موصلیت کی موجودگی میں آکسائڈائزنگ ماحول میں قلیل مدتی پیمائش کرنا ممکن ہے۔پیمائش شدہ درجہ حرارت کی حد 1400-1800 ° C ہے، زیادہ سے زیادہ آپریٹنگ درجہ حرارت تقریبا 2400 ° C ہے۔
نقصانات: خراب تولیدی صلاحیت اور تھرمل EMF کی حساسیت، قطبیت کا الٹ جانا، اعلی درجہ حرارت پر کنکریاں۔
تھرموکوپلس پلاٹینم روڈیم پلاٹینم (ٹی پی پی)
مثبت الیکٹروڈ: پلاٹینم روڈیم (Pt c 10% یا 13% Rh)۔
منفی الیکٹروڈ: پلاٹینم۔
موصلیت: کوارٹج، چینی مٹی کے برتن (سادہ اور ریفریکٹری)۔ 1400 ° C تک - سیرامکس جس میں ال کے اعلی مواد ہیں۔2اے3، 1400 ° C سے زیادہ - کیمیائی طور پر خالص Al سے سیرامکس2اے3.
زیادہ سے زیادہ آپریٹنگ درجہ حرارت 1400 ° C طویل مدتی، 1600 ° C مختصر مدت۔ کم درجہ حرارت کی پیمائش عام طور پر نہیں کی جاتی ہے۔
کام کرنے کا ماحول: آکسائڈائزنگ اور غیر فعال، تحفظ کی موجودگی میں کم کرنا.
نقصانات: زیادہ لاگت، شعاع ریزی کے دوران عدم استحکام، آلودگی کے لیے زیادہ حساسیت (خاص طور پر پلاٹینم الیکٹروڈ)، اعلی درجہ حرارت پر دھاتی اناج کی نشوونما۔
تھرموکوپلز پلاٹینم روڈیم پلاٹینم روڈیم (ٹی پی آر)
مثبت الیکٹروڈ: 30% Rh کے ساتھ Pt مرکب۔
منفی الیکٹروڈ: Pt مرکب 6% Rh کے ساتھ۔
میڈیم: آکسیڈائزنگ، نیوٹرل اور ویکیوم۔ تحفظ کی موجودگی میں دھاتوں یا غیر دھاتوں کے بخارات کو کم کرنے اور رکھنے میں استعمال کریں۔
زیادہ سے زیادہ آپریٹنگ درجہ حرارت 1600 ° C طویل مدتی، 1800 ° C مختصر مدت۔
موصلیت: سیرامک2اے3 اعلی طہارت
پلاٹینم-روڈیم-پلاٹینم تھرموکوپل سے کیمیائی آلودگی اور اناج کی افزائش کے لیے کم حساس۔
تھرموکوپل وائرنگ ڈایاگرام
- potentiometer یا galvanometer کو براہ راست کنڈکٹرز سے جوڑنا۔
- معاوضہ دینے والی تاروں کے ساتھ کنکشن؛
- روایتی تانبے کی تاروں کے ساتھ ایک متحد پیداوار کے ساتھ تھرموکوپل سے کنکشن۔
تھرموکوپل کنڈکٹر رنگ کے معیارات
رنگین موصل کی موصلیت ٹرمینلز سے مناسب کنکشن کے لیے تھرمو الیکٹروڈز کو ایک دوسرے سے ممتاز کرنے میں مدد کرتی ہے۔ معیارات ملک کے لحاظ سے مختلف ہیں، کنڈکٹرز کے لیے کوئی مخصوص رنگ کے کوڈ نہیں ہیں۔
اہم: غلطیوں کو روکنے کے لیے انٹرپرائز میں استعمال ہونے والے معیار کو جاننا ضروری ہے۔
پیمائش کی درستگی
درستگی کا انحصار تھرموکوپل کی قسم، درجہ حرارت کی حد، مواد کی پاکیزگی، برقی شور، سنکنرن، جنکشن کی خصوصیات، اور مینوفیکچرنگ کے عمل پر ہے۔
تھرموکوپلز کو رواداری کی کلاس (معیاری یا خصوصی) تفویض کی جاتی ہے جو پیمائش کے اعتماد کا وقفہ قائم کرتی ہے۔
اہم: آپریشن کے دوران تیاری کے وقت کی خصوصیات میں تبدیلی۔
پیمائش کی رفتار
رفتار کا تعین پرائمری کنورٹر کی درجہ حرارت کی چھلانگوں کا فوری جواب دینے کی صلاحیت اور ماپنے والے آلے کے ان پٹ سگنلز کے بہاؤ سے ہوتا ہے جو ان کے پیچھے آتا ہے۔
کارکردگی کو بڑھانے والے عوامل:
- بنیادی کنورٹر کی لمبائی کی درست تنصیب اور حساب۔
- حفاظتی آستین کے ساتھ ٹرانس ڈوسر کا استعمال کرتے وقت، آستین کے چھوٹے قطر کو منتخب کرکے یونٹ کے بڑے پیمانے کو کم کرنا ضروری ہے؛
- بنیادی کنورٹر اور حفاظتی آستین کے درمیان ہوا کے فرق کو کم کرنا؛
- بہار سے بھرے پرائمری کنورٹر کا استعمال اور ہیٹ کنڈکٹنگ فلر سے آستین میں خالی جگہوں کو بھرنا؛
- تیز چلنے والا یا گھنا میڈیم (مائع)۔
تھرموکوپل پرفارمنس چیک
کارکردگی کو جانچنے کے لیے، ایک خاص پیمائشی آلہ (ٹیسٹر، گیلوانومیٹر یا پوٹینشیومیٹر) کو جوڑیں یا ملی وولٹ میٹر سے آؤٹ پٹ وولٹیج کی پیمائش کریں۔ اگر تیر یا ڈیجیٹل اشارے میں اتار چڑھاؤ ہو تو تھرموکوپل قابل استعمال ہے، بصورت دیگر ڈیوائس کو تبدیل کرنا ضروری ہے۔
تھرموکوپل کی ناکامی کی وجوہات:
- حفاظتی شیلڈنگ ڈیوائس استعمال کرنے میں ناکامی؛
- الیکٹروڈ کی کیمیائی ساخت میں تبدیلی؛
- اعلی درجہ حرارت پر ترقی پذیر آکسیڈیٹیو عمل؛
- کنٹرول اور ماپنے والے آلے کا ٹوٹ جانا وغیرہ۔
تھرموکوپل کے استعمال کے فائدے اور نقصانات
اس ڈیوائس کو استعمال کرنے کے فوائد یہ ہیں:
- درجہ حرارت کی پیمائش کی بڑی حد؛
- اعلی درستگی؛
- سادگی اور وشوسنییتا.
نقصانات میں شامل ہیں:
- کولڈ جنکشن کی مسلسل نگرانی کا نفاذ، کنٹرول آلات کی تصدیق اور انشانکن؛
- ڈیوائس کی تیاری کے دوران دھاتوں میں ساختی تبدیلیاں؛
- ماحول کی ساخت پر انحصار، سگ ماہی کی قیمت؛
- برقی مقناطیسی لہروں کی وجہ سے پیمائش کی غلطی۔
