થર્મોઇલેક્ટ્રિક કન્વર્ટર (થર્મોકોપલ્સ)

થર્મોકોલ કેવી રીતે કામ કરે છે

પહેલેથી જ 1821 માં, સીબેકે તેમના નામની એક ઘટના શોધી કાઢી હતી, જેમાં એ હકીકતનો સમાવેશ થાય છે કે e. વિવિધ વાહક સામગ્રી ધરાવતા બંધ સર્કિટમાં દેખાય છે. વગેરે (કહેવાતા થર્મો-ઈએમસી) જો આ સામગ્રીઓના સંપર્ક બિંદુઓને જુદા જુદા તાપમાને જાળવવામાં આવે છે.

તેના સરળ સ્વરૂપમાં, જ્યારે વિદ્યુત સર્કિટમાં બે અલગ-અલગ વાહક હોય છે, ત્યારે તેને થર્મોકોપલ અથવા થર્મોકોપલ કહેવામાં આવે છે.

સીબેક ઘટનાનો સાર એ હકીકતમાં રહેલો છે કે મુક્ત ઇલેક્ટ્રોનની ઊર્જા, જે વાયરમાં ઇલેક્ટ્રિક પ્રવાહના દેખાવનું કારણ બને છે, તે અલગ છે અને તાપમાન સાથે અલગ રીતે બદલાય છે. તેથી, જો વાયરની સાથે તાપમાનનો તફાવત હોય, તો તેના ગરમ છેડા પરના ઇલેક્ટ્રોનમાં ઠંડા છેડાની તુલનામાં વધુ ઉર્જા અને વેગ હશે, જેના કારણે વાયરમાં ગરમ ​​છેડાથી ઠંડા છેડા સુધી ઇલેક્ટ્રોનનો પ્રવાહ થાય છે. પરિણામે, શુલ્ક બંને છેડે એકઠા થશે - ઠંડા પર નકારાત્મક અને ગરમ પર હકારાત્મક.

આ ચાર્જ અલગ-અલગ વાયર માટે અલગ-અલગ હોવાથી, જ્યારે તેમાંથી બે થર્મોકોલમાં જોડાયેલા હોય, ત્યારે ડિફરન્સિયલ થર્મોકોલ દેખાશે. વગેરે c. થર્મોકોલમાં બનતી ઘટનાઓનું પૃથ્થકરણ કરવા માટે, એ માની લેવું અનુકૂળ છે કે તેમાં ઉત્પન્ન થર્મોકોલ છે. વગેરે c. E એ બે સંપર્ક ઇલેક્ટ્રોમોટિવ દળો eનો સરવાળો છે, જે તેમના સંપર્કના સ્થળોએ થાય છે અને આ સંપર્કોના તાપમાનનું કાર્ય છે (ફિગ. 1, a).

ચોખા. 1. બે- અને ત્રણ-વાયર થર્મોઇલેક્ટ્રિક સર્કિટનો ડાયાગ્રામ, ઇલેક્ટ્રિકલ મેઝરિંગ ડિવાઇસને જંકશન સાથે જોડવા માટેનો ડાયાગ્રામ અને થર્મોકોપલ સાથે થર્મોઇલેક્ટ્રોડ.

બે અલગ-અલગ વાહકના સર્કિટમાં ઉદભવતું થર્મોઈલેક્ટ્રોમોટિવ ફોર્સ તેમના છેડા પરના ઈલેક્ટ્રોમોટિવ ફોર્સના તફાવત જેટલું છે.

આ વ્યાખ્યા પરથી તે અનુસરે છે કે થર્મોકોપલના છેડા પર સમાન તાપમાને, તેની થર્મોઇલેક્ટ્રિક શક્તિ. વગેરે s શૂન્ય હશે. આમાંથી એક અત્યંત મહત્વપૂર્ણ નિષ્કર્ષ કાઢી શકાય છે, જે તાપમાન સેન્સર તરીકે થર્મોકોલનો ઉપયોગ કરવાનું શક્ય બનાવે છે.

થર્મોકોલનું ઇલેક્ટ્રોમોટિવ બળ તેના સર્કિટમાં ત્રીજા વાયરની રજૂઆત દ્વારા બદલાશે નહીં જો તેના છેડા પરનું તાપમાન સમાન હોય.

આ ત્રીજા વાયરને જંકશનમાંના એકમાં અને વાયરમાંથી એકના વિભાગમાં (ફિગ. 1.6, c) એમ બંનેનો સમાવેશ કરી શકાય છે. આ નિષ્કર્ષને થર્મોકોપલ સર્કિટમાં દાખલ કરાયેલા કેટલાક વાયરો સુધી વિસ્તૃત કરી શકાય છે, જ્યાં સુધી તેમના છેડા પરનું તાપમાન સમાન હોય.

તેથી, તેના દ્વારા વિકસિત થર્મોઇલેક્ટ્રિક પાવરમાં ફેરફાર કર્યા વિના માપન ઉપકરણ (તેમાં વાયરનો સમાવેશ થાય છે) અને તેને જોડતા વાયરને થર્મોકોપલ સર્કિટમાં સમાવી શકાય છે. ઇ.c, માત્ર જો પોઈન્ટ 1 અને 2 અથવા 3 અને 4 (ફિગ. 1, d અને e) નું તાપમાન સમાન હોય. આ કિસ્સામાં, આ બિંદુઓનું તાપમાન ઉપકરણના ટર્મિનલ્સના તાપમાનથી અલગ હોઈ શકે છે, પરંતુ બંને ટર્મિનલ્સનું તાપમાન સમાન હોવું જોઈએ.

જો થર્મોકોપલ સર્કિટનો પ્રતિકાર યથાવત રહે છે, તો તેમાંથી વહેતો પ્રવાહ (અને તેથી ઉપકરણનું વાંચન) ફક્ત તેના દ્વારા વિકસિત થર્મોઇલેક્ટ્રિક પાવર પર આધારિત રહેશે. d. થી, એટલે કે, કાર્યકારી (ગરમ) અને મુક્ત (ઠંડા) અંતના તાપમાનમાંથી.

ઉપરાંત, જો થર્મોકોલના ફ્રી એન્ડનું તાપમાન સતત રાખવામાં આવે, તો મીટર રીડિંગ માત્ર થર્મોકોલના કાર્યકારી છેડાના તાપમાન પર આધારિત રહેશે. આવા ઉપકરણ થર્મોકોપલના કાર્યકારી જંકશનનું તાપમાન સીધું સૂચવે છે.

તેથી, થર્મોઇલેક્ટ્રિક પાયરોમીટરમાં થર્મોકોપલ (થર્મોઇલેક્ટ્રોડ્સ), ડાયરેક્ટ કરંટ મીટર અને કનેક્ટિંગ વાયરનો સમાવેશ થાય છે.

ઉપરોક્તમાંથી નીચેના તારણો કાઢી શકાય છે.

1. થર્મોકોપલ (વેલ્ડિંગ, સોલ્ડરિંગ, ટ્વિસ્ટિંગ, વગેરે) ના કાર્યકારી અંતના ઉત્પાદનની પદ્ધતિ તેના દ્વારા વિકસિત થર્મોઇલેક્ટ્રિક પાવરને અસર કરતી નથી. વગેરે સાથે, જો માત્ર કાર્યકારી અંતના પરિમાણો એવા હોય કે તેના તમામ બિંદુઓ પરનું તાપમાન સમાન હોય.

2. કારણ કે ઉપકરણ દ્વારા માપવામાં આવેલ પરિમાણ થર્મોઇલેક્ટ્રિક નથી. અને થર્મોકોપલ સર્કિટ વર્તમાન સાથે, તે જરૂરી છે કે ઓપરેટિંગ સર્કિટનો પ્રતિકાર યથાવત રહે અને માપાંકન દરમિયાન તેના મૂલ્યની સમાન હોય.પરંતુ આ કરવું વ્યવહારીક રીતે અશક્ય હોવાથી, થર્મોઈલેક્ટ્રોડ્સ અને કનેક્ટિંગ વાયરનો પ્રતિકાર તાપમાન સાથે બદલાતો હોવાથી, પદ્ધતિની મુખ્ય ભૂલોમાંની એક ઊભી થાય છે: માપાંકન દરમિયાન સર્કિટના પ્રતિકાર અને તેના પ્રતિકાર વચ્ચેના મેળ ખાતી ભૂલ.

આ ભૂલને ઘટાડવા માટે, થર્મલ માપન માટેના ઉપકરણો ઉચ્ચ પ્રતિકાર (ખરબચડી માપ માટે 50-100 ઓહ્મ, વધુ સચોટ માપ માટે 200-500 ઓહ્મ) અને ઓછા તાપમાનના વિદ્યુત ગુણાંક સાથે બનાવવામાં આવે છે, જેથી સર્કિટનો કુલ પ્રતિકાર (અને , તેથી, વર્તમાન અને — e. d. s.) વચ્ચેનો સંબંધ આસપાસના તાપમાનમાં વધઘટ સાથે ન્યૂનતમ સુધી બદલાય છે.

3. થર્મોઇલેક્ટ્રિક પાયરોમીટર હંમેશા થર્મોકોલના ફ્રી એન્ડના સારી રીતે વ્યાખ્યાયિત તાપમાને માપાંકિત થાય છે — 0 ° સે. સામાન્ય રીતે આ તાપમાન ઓપરેશનમાં કેલિબ્રેશન તાપમાન કરતા અલગ હોય છે, પરિણામે પદ્ધતિની બીજી મુખ્ય ભૂલ થાય છે. : ફ્રી થર્મોકોલ એન્ડના તાપમાનમાં ભૂલ.

આ ભૂલ દસ ડિગ્રી સુધી પહોંચી શકે છે, તેથી ઉપકરણના રીડિંગ્સમાં યોગ્ય સુધારો કરવો જરૂરી છે. જો રાઇઝર્સનું તાપમાન જાણીતું હોય તો આ કરેક્શનની ગણતરી કરી શકાય છે.

કારણ કે કેલિબ્રેશન દરમિયાન થર્મોકોલના મુક્ત છેડાનું તાપમાન 0 ° સે જેટલું હોય છે, અને ઓપરેશનમાં તે સામાન્ય રીતે 0 ° સે કરતા વધારે હોય છે (મુક્ત છેડા સામાન્ય રીતે ઓરડામાં હોય છે, તે ઘણીવાર પકાવવાની નાની ભઠ્ઠીની નજીક સ્થિત હોય છે જેનું તાપમાન માપવામાં આવે છે. ), પિરોમીટર વાસ્તવિક માપેલા તાપમાનની તુલનામાં ઓછો અંદાજ આપે છે, બાદમાંના સંકેત અને મૂલ્ય સુધારણા મૂલ્ય દ્વારા વધારવું આવશ્યક છે.

આ સામાન્ય રીતે ગ્રાફિકલી રીતે કરવામાં આવે છે. આ એ હકીકતને કારણે છે કે થર્મોસેટ્સ વચ્ચે સામાન્ય રીતે કોઈ પ્રમાણ નથી.વગેરે pp. અને તાપમાન. જો તેમની વચ્ચેનો સંબંધ પ્રમાણસર હોય, તો કેલિબ્રેશન વળાંક એક સીધી રેખા છે અને આ કિસ્સામાં થર્મોકોલના મુક્ત અંતના તાપમાન માટે કરેક્શન તેના તાપમાનની સીધી સમાન હશે.

થર્મોકોપલ્સની ડિઝાઇન અને પ્રકારો

નીચેની આવશ્યકતાઓ થર્મોઈલેક્ટ્રોડ સામગ્રી પર લાગુ થાય છે:

1) ઉચ્ચ થર્મોઇલેક્ટ્રીસીટી. વગેરે v. અને તાપમાનથી તેના ફેરફારની પ્રમાણસર પ્રકૃતિની નજીક;

2) ગરમી પ્રતિકાર (ઉચ્ચ તાપમાને બિન-ઓક્સિડાઇઝેશન);

3) માપેલા તાપમાનમાં સમય જતાં ભૌતિક ગુણધર્મોની સ્થિરતા;

4) ઉચ્ચ વિદ્યુત વાહકતા;

5) પ્રતિકારના નીચા-તાપમાન ગુણાંક;

6) સતત ભૌતિક ગુણધર્મો સાથે મોટી માત્રામાં ઉત્પાદનની શક્યતા.

ઇન્ટરનેશનલ ઇલેક્ટ્રોટેક્નિકલ કમિશન (IEC) એ કેટલાક પ્રમાણભૂત પ્રકારના થર્મોકોપલ્સ (સ્ટાન્ડર્ડ IEC 584-1) વ્યાખ્યાયિત કર્યા છે. માપવામાં આવેલા તાપમાનની શ્રેણી અનુસાર તત્વોમાં સૂચકાંકો R, S, B, K, J, E, T હોય છે.

ઉદ્યોગમાં, થર્મોકોપલ્સનો ઉપયોગ 600 - 1000 - 1500˚C સુધીના ઊંચા તાપમાનને માપવા માટે થાય છે. ઔદ્યોગિક થર્મોકોપલમાં બે પ્રત્યાવર્તન ધાતુઓ અથવા એલોય હોય છે. ગરમ જંકશન ("G" અક્ષરથી ચિહ્નિત થયેલ) તે જગ્યાએ મૂકવામાં આવે છે જ્યાં તાપમાન માપવામાં આવે છે, અને કોલ્ડ જંકશન ("X") તે વિસ્તારમાં સ્થિત છે જ્યાં માપન ઉપકરણ સ્થિત છે.

નીચેના પ્રમાણભૂત થર્મોકોલ હાલમાં ઉપયોગમાં છે.

પ્લેટિનમ-રોડિયમ-પ્લેટિનમ થર્મોકોપલ. આ થર્મોકોલનો ઉપયોગ લાંબા ગાળાના ઉપયોગ માટે 1300 °C સુધી અને ટૂંકા ગાળાના ઉપયોગ માટે 1600 °C સુધીના તાપમાનને માપવા માટે કરી શકાય છે, જો કે તેનો ઉપયોગ ઓક્સિડાઇઝિંગ વાતાવરણમાં થતો હોય.મધ્યમ તાપમાને, પ્લેટિનમ-રોડિયમ-પ્લેટિનમ થર્મોકોપલ ખૂબ જ વિશ્વસનીય અને સ્થિર સાબિત થયું છે, તેથી જ તેનો ઉપયોગ 630-1064 ° સેની રેન્જમાં ઉદાહરણ તરીકે થાય છે.

ક્રોમ-એલ્યુમેલ થર્મોકોપલ. આ થર્મોકોપલ્સ લાંબા ગાળાના ઉપયોગ માટે 1000 ° સે સુધી અને ટૂંકા ગાળાના ઉપયોગ માટે 1300 ° સે સુધીના તાપમાનને માપવા માટે ડિઝાઇન કરવામાં આવ્યા છે. તેઓ ઓક્સિડાઇઝિંગ વાતાવરણમાં આ મર્યાદાઓની અંદર વિશ્વસનીય રીતે કામ કરે છે (જો ત્યાં કોઈ કાટ લાગતા વાયુઓ ન હોય), કારણ કે જ્યારે ઇલેક્ટ્રોડ્સની સપાટી પર ગરમ થાય છે, એક પાતળી રક્ષણાત્મક ઓક્સાઇડ ફિલ્મ જે ઓક્સિજનને ધાતુમાં પ્રવેશતા અટકાવે છે.

Chromel-Copel Thermocouple... આ થર્મોકોપલ્સ લાંબા સમય માટે 600°C સુધી અને થોડા સમય માટે 800°C સુધીનું તાપમાન માપી શકે છે. તેઓ ઓક્સિડાઇઝિંગ અને ઘટાડતા વાતાવરણ તેમજ શૂન્યાવકાશ બંનેમાં સફળતાપૂર્વક કાર્ય કરે છે.

આયર્ન કોપલ થર્મોકોપલ... માપની મર્યાદાઓ ક્રોમેલ-કોપલ થર્મોકોપલ્સ જેવી જ છે, ઓપરેટિંગ શરતો સમાન છે. તે ઓછી થર્મો આપે છે. વગેરે વિ. XK થર્મોકોપલની તુલનામાં: 500 ° સે પર 30.9 mV, પરંતુ તાપમાન પર તેની અવલંબન પ્રમાણસરની નજીક છે. એલસી થર્મોકોપલની નોંધપાત્ર ખામી તેના આયર્ન ઇલેક્ટ્રોડનો કાટ છે.

કોપર-કોપર થર્મોકોપલ... ઓક્સિડાઇઝિંગ વાતાવરણમાં તાંબુ પહેલેથી જ 350 ° સે પર સઘન રીતે ઓક્સિડાઇઝ કરવાનું શરૂ કરે છે, આ થર્મોકોલના ઉપયોગની શ્રેણી લાંબા સમય માટે 350 ° સે અને ટૂંકા સમય માટે 500 ° સે છે. શૂન્યાવકાશમાં, આ થર્મોકોપલ્સનો ઉપયોગ 600 °C સુધી કરી શકાય છે.

થર્મો-ઇ અવલંબન વણાંકો. વગેરે સૌથી સામાન્ય થર્મોકોલ માટે તાપમાન. 1 - ક્રોમેલ-બાસ્ટર્ડ; 2 - આયર્ન-બસ્ટર્ડ; 3 - કોપર-બસ્ટર્ડ; 4 — TGBC -350M; 5 — TGKT-360M; 6 — ક્રોમેલ-એલ્યુમેલ; 7-પ્લેટિનમ-રોડિયમ-પ્લેટિનમ; 8 — TMSV-340M; 9 — PR -30/6.

બેઝ મેટલ્સથી બનેલા પ્રમાણભૂત થર્મોકોપલ્સના થર્મોઈલેક્ટ્રોડ્સનો પ્રતિકાર 0.13-0.18 ઓહ્મ પ્રતિ 1 મીટર લંબાઈ (બંને છેડા) છે, પ્લેટિનમ-રોડિયમ-પ્લેટિનમ થર્મોકોપલ્સ માટે 1.5-1.6 ઓહ્મ પ્રતિ 1 મીટર. મંજૂરીપાત્ર થર્મોઈલેક્ટ્રિક પાવર વિચલન વગેરે બિન-ઉમદા થર્મોકોપલ્સ માટે કેલિબ્રેશનમાંથી ± 1% છે, પ્લેટિનમ-રોડિયમ-પ્લેટિનમ માટે ± 0.3-0.35% છે.

પ્રમાણભૂત થર્મોકોપલ એ 21-29 મીમીના વ્યાસ અને 500-3000 મીમીની લંબાઈ સાથેનો સળિયો છે. રક્ષણાત્મક ટ્યુબની ટોચ પર કાર્બોલાઇટ અથવા બેકલાઇટ પ્લેટ સાથે સ્ટેમ્પ્ડ અથવા કાસ્ટ (સામાન્ય રીતે એલ્યુમિનિયમ) હેડ મૂકવામાં આવે છે, જેમાં જોડીમાં જોડાયેલા સ્ક્રુ ક્લેમ્પ્સ સાથે બે જોડી વાયર દબાવવામાં આવે છે. થર્મોઈલેક્ટ્રોડ એક ટર્મિનલ સાથે જોડાયેલ છે, અને બીજા સાથે કનેક્ટિંગ વાયર જોડાયેલ છે જે માપન ઉપકરણ તરફ દોરી જાય છે. કેટલીકવાર કનેક્ટિંગ વાયર લવચીક રક્ષણાત્મક નળીમાં બંધ હોય છે. જો તે છિદ્રને સીલ કરવું જરૂરી છે જેમાં થર્મોકોપલ ઇન્સ્ટોલ કરેલું છે, તો બાદમાં થ્રેડેડ ફિટિંગ સાથે પ્રદાન કરવામાં આવે છે. બાથટબ માટે, થર્મોકોપલ્સ પણ કોણીના આકાર સાથે બનાવવામાં આવે છે.

થર્મોકોલ્સના નિયમો

આંતરિક તાપમાનનો કાયદો: સજાતીય વાહકમાં તાપમાનના ઢાળની હાજરી ઇલેક્ટ્રિક પ્રવાહના દેખાવ તરફ દોરી જતી નથી (કોઈ વધારાનું EMF થતું નથી).

મધ્યવર્તી વાહકનો નિયમ: A અને B ધાતુઓના બે સજાતીય વાહકને T1 (ગરમ જંકશન) અને T2 (ઠંડા જંકશન) તાપમાને સંપર્કો સાથે થર્મોઇલેક્ટ્રિક સર્કિટ બનાવવા દો. વાયર A ના ફાટવામાં મેટલ X નો વાયર શામેલ છે અને બે નવા સંપર્કો રચાય છે. "જો વાયર X નું તાપમાન તેની લંબાઈ દરમિયાન સમાન હોય, તો થર્મોકોલનું પરિણામી EMF બદલાશે નહીં (કોઈ EMF વધારાના જંકશનથી ઉદભવતું નથી).»