تھرمو الیکٹرک کنورٹرز (تھرموکپل)

تھرموکوپل کیسے کام کرتا ہے۔

پہلے سے ہی 1821 میں، Seebeck نے اپنے نام سے منسوب ایک رجحان دریافت کیا، جو اس حقیقت پر مشتمل ہے کہ e. ایک بند سرکٹ میں ظاہر ہوتا ہے جو مختلف کنڈکٹنگ مواد پر مشتمل ہوتا ہے۔ وغیرہ (نام نہاد تھرمو-EMC) اگر ان مواد کے رابطہ پوائنٹس کو مختلف درجہ حرارت پر برقرار رکھا جائے۔

اپنی سادہ ترین شکل میں، جب ایک برقی سرکٹ دو مختلف موصلوں پر مشتمل ہوتا ہے، تو اسے تھرموکوپل، یا تھرموکوپل کہا جاتا ہے۔

Seebeck رجحان کا نچوڑ اس حقیقت میں مضمر ہے کہ آزاد الیکٹران کی توانائی، جو تاروں میں برقی رو کی ظاہری شکل کا سبب بنتی ہے، مختلف ہوتی ہے اور درجہ حرارت کے ساتھ مختلف طریقے سے تبدیل ہوتی ہے۔ لہذا، اگر تار کے ساتھ درجہ حرارت کا فرق ہو تو، اس کے گرم سرے پر موجود الیکٹرانوں میں سرد سرے کے مقابلے میں زیادہ توانائیاں اور رفتار ہوتی ہے، جس کی وجہ سے تار میں گرم سرے سے سرد سرے تک الیکٹران کا بہاؤ ہوتا ہے۔ نتیجے کے طور پر، چارجز دونوں سروں پر جمع ہوں گے — سرد پر منفی اور گرم پر مثبت۔

چونکہ یہ چارجز مختلف تاروں کے لیے مختلف ہوتے ہیں، اس لیے جب ان میں سے دو تھرموکوپل میں جڑے ہوں گے تو ایک تفریق تھرموکوپل ظاہر ہوگا۔ وغیرہ c. تھرموکوپل میں رونما ہونے والے مظاہر کا تجزیہ کرنے کے لیے، یہ فرض کرنا آسان ہے کہ اس میں پیدا ہونے والا تھرموکوپل۔ وغیرہ c. E دو رابطہ الیکٹرو موٹیو قوتوں کا مجموعہ ہے جو ان کے رابطے کی جگہوں پر واقع ہوتے ہیں اور ان رابطوں کے درجہ حرارت کا ایک فنکشن ہیں (تصویر 1، اے)۔

چاول۔ 1. دو اور تین تاروں والے تھرمو الیکٹرک سرکٹ کا خاکہ، برقی پیمائش کرنے والے آلے کو جنکشن سے جوڑنے کا خاکہ اور تھرموکوپل کے ساتھ تھرمو الیکٹروڈ۔

دو مختلف موصلوں کے سرکٹ میں پیدا ہونے والی تھرمو الیکٹرو موٹیو قوت ان کے سروں پر موجود الیکٹرو موٹیو قوتوں میں فرق کے برابر ہے۔

اس تعریف سے یہ معلوم ہوتا ہے کہ تھرموکوپل کے سروں پر برابر درجہ حرارت پر، اس کی تھرمو الیکٹرک پاور۔ وغیرہ s صفر ہوگا۔ اس سے ایک انتہائی اہم نتیجہ اخذ کیا جا سکتا ہے، جس سے تھرموکوپل کو درجہ حرارت کے سینسر کے طور پر استعمال کرنا ممکن ہو جاتا ہے۔

تھرموکوپل کی برقی قوت اس کے سرکٹ میں تیسرے تار کے داخل ہونے سے تبدیل نہیں ہوگی اگر اس کے سروں کا درجہ حرارت ایک جیسا ہو۔

اس تیسرے تار کو جنکشن میں سے ایک میں اور تاروں میں سے ایک کے حصے میں شامل کیا جا سکتا ہے (تصویر 1.6، c)۔ اس نتیجے کو تھرموکوپل سرکٹ میں متعارف کرائے گئے کئی تاروں تک بڑھایا جا سکتا ہے، جب تک کہ ان کے سروں کا درجہ حرارت ایک جیسا ہو۔

لہذا، پیمائش کرنے والا آلہ (جس میں تاریں بھی شامل ہیں) اور اس کی طرف جانے والی تاروں کو جوڑنے والی تاروں کو تھرموکول سرکٹ میں شامل کیا جا سکتا ہے بغیر اس کے تیار کردہ تھرمو الیکٹرک پاور میں تبدیلی۔ ec، صرف اس صورت میں جب پوائنٹس 1 اور 2 یا 3 اور 4 (تصویر 1، d اور e) کا درجہ حرارت برابر ہو۔ اس صورت میں، ان پوائنٹس کا درجہ حرارت ڈیوائس کے ٹرمینلز کے درجہ حرارت سے مختلف ہو سکتا ہے، لیکن دونوں ٹرمینلز کا درجہ حرارت ایک جیسا ہونا چاہیے۔

اگر تھرموکوپل سرکٹ کی مزاحمت میں کوئی تبدیلی نہیں ہوتی ہے، تو اس میں سے بہنے والا کرنٹ (اور اس وجہ سے ڈیوائس کی ریڈنگ) صرف اس کی تیار کردہ تھرمو الیکٹرک پاور پر منحصر ہوگی۔ d. سے، یعنی کام کرنے والے (گرم) اور آزاد (سرد) سروں کے درجہ حرارت سے۔

اس کے علاوہ، اگر تھرموکوپل کے فری اینڈ کا درجہ حرارت مستقل رکھا جائے تو میٹر ریڈنگ صرف تھرموکوپل کے ورکنگ اینڈ کے درجہ حرارت پر منحصر ہوگی۔ اس طرح کا آلہ تھرموکوپل کے کام کرنے والے جنکشن کے درجہ حرارت کی براہ راست نشاندہی کرے گا۔

لہذا، تھرمو الیکٹرک پائرومیٹر تھرموکوپل (تھرمو الیکٹروڈز)، ایک براہ راست کرنٹ میٹر اور منسلک تاروں پر مشتمل ہوتا ہے۔

مندرجہ بالا سے مندرجہ ذیل نتائج اخذ کیے جا سکتے ہیں۔

1. تھرموکوپل کے ورکنگ اینڈ کو تیار کرنے کا طریقہ (ویلڈنگ، سولڈرنگ، ٹوئسٹنگ وغیرہ) اس کی تیار کردہ تھرمو الیکٹرک پاور کو متاثر نہیں کرتا ہے۔ وغیرہ کے ساتھ، اگر صرف کام کرنے والے اختتام کے طول و عرض ایسے ہوں کہ اس کے تمام مقامات پر درجہ حرارت ایک جیسا ہو۔

2. کیونکہ آلہ کے ذریعہ ماپنے والا پیرامیٹر تھرمو الیکٹرک نہیں ہے۔ اور تھرموکوپل سرکٹ کرنٹ کے ساتھ، یہ ضروری ہے کہ آپریٹنگ سرکٹ کی مزاحمت غیر تبدیل شدہ رہے اور انشانکن کے دوران اس کی قدر کے برابر ہو۔لیکن چونکہ ایسا کرنا عملی طور پر ناممکن ہے، چونکہ تھرمو الیکٹروڈز اور کنیکٹنگ تاروں کی مزاحمت درجہ حرارت کے ساتھ تبدیل ہوتی ہے، اس لیے طریقہ کار کی ایک اہم خامی پیدا ہوتی ہے: سرکٹ کی مزاحمت اور انشانکن کے دوران اس کی مزاحمت کے درمیان مماثلت کی غلطی۔

اس خرابی کو کم کرنے کے لیے، تھرمل پیمائش کے لیے آلات اعلی مزاحمت کے ساتھ بنائے جاتے ہیں (50-100 اوہم کھردری پیمائش کے لیے، 200-500 اوہم زیادہ درست پیمائش کے لیے) اور کم درجہ حرارت کے برقی گتانک کے ساتھ، تاکہ سرکٹ کی کل مزاحمت (اور لہذا، موجودہ اور — e. d. s.) کے درمیان تعلق محیطی درجہ حرارت میں اتار چڑھاو کے ساتھ کم از کم مختلف ہوتا ہے۔

3. تھرمو الیکٹرک پائرومیٹر ہمیشہ تھرموکوپل کے آزاد سرے کے ایک اچھی طرح سے متعین درجہ حرارت پر کیلیبریٹ ہوتے ہیں — 0 ° C پر۔ عام طور پر یہ درجہ حرارت عمل میں کیلیبریشن درجہ حرارت سے مختلف ہوتا ہے، جس کے نتیجے میں طریقہ کار کی دوسری اہم خرابی ہوتی ہے۔ : مفت تھرموکوپل سرے کے درجہ حرارت میں خرابی۔

چونکہ یہ خرابی دسیوں ڈگریوں تک پہنچ سکتی ہے، اس لیے ضروری ہے کہ ڈیوائس کی ریڈنگ کی مناسب اصلاح کی جائے۔ اس اصلاح کا اندازہ لگایا جا سکتا ہے اگر رائزرز کا درجہ حرارت معلوم ہو۔

چونکہ انشانکن کے دوران تھرموکوپل کے آزاد سرے کا درجہ حرارت 0 ° C کے برابر ہوتا ہے، اور آپریشن میں یہ عام طور پر 0 ° C سے اوپر ہوتا ہے (آزاد سرے عام طور پر کمرے میں ہوتے ہیں، وہ اکثر تندور کے قریب ہوتے ہیں جن کا درجہ حرارت ناپا جاتا ہے۔ )، پائرومیٹر اصل ناپے گئے درجہ حرارت کے مقابلے میں ایک کم تخمینہ دیتا ہے، بعد کے اشارے اور قدر کو اصلاحی قدر سے بڑھانا ضروری ہے۔

یہ عام طور پر گرافک طریقے سے کیا جاتا ہے۔ یہ اس حقیقت کی وجہ سے ہے کہ عام طور پر تھرموسیٹس کے درمیان کوئی تناسب نہیں ہوتا ہے۔وغیرہ پی پی اور درجہ حرارت اگر ان کے درمیان تعلق متناسب ہے، تو انشانکن وکر ایک سیدھی لکیر ہے اور اس صورت میں تھرموکوپل کے آزاد سرے کے درجہ حرارت کے لیے درستگی براہ راست اس کے درجہ حرارت کے برابر ہوگی۔

تھرموکوپل کے ڈیزائن اور اقسام

تھرمو الیکٹروڈ مواد پر درج ذیل تقاضے لاگو ہوتے ہیں:

1) ہائی تھرمو الیکٹرسٹی۔ وغیرہ v. اور درجہ حرارت سے اس کی تبدیلی کی متناسب نوعیت کے قریب؛

2) گرمی کی مزاحمت (اعلی درجہ حرارت پر غیر آکسیکرن)؛

3) ماپا درجہ حرارت کے اندر وقت کے ساتھ جسمانی خصوصیات کی مستقل مزاجی؛

4) اعلی برقی چالکتا؛

5) مزاحمت کا کم درجہ حرارت گتانک؛

6) مستقل جسمانی خصوصیات کے ساتھ بڑی مقدار میں پیداوار کا امکان۔

بین الاقوامی الیکٹرو ٹیکنیکل کمیشن (IEC) نے تھرموکوپل کی کچھ معیاری اقسام کی تعریف کی ہے (معیاری IEC 584-1)۔ ماپا درجہ حرارت کی حد کے مطابق عناصر کے اشارے R, S, B, K, J, E, T ہوتے ہیں۔

صنعت میں، 600 - 1000 - 1500˚C تک اعلی درجہ حرارت کی پیمائش کرنے کے لیے تھرموکوپل استعمال کیے جاتے ہیں۔ ایک صنعتی تھرموکوپل دو ریفریکٹری دھاتوں یا مرکب دھاتوں پر مشتمل ہوتا ہے۔ گرم جنکشن (حروف «G» سے نشان زد) اس جگہ پر رکھا جاتا ہے جہاں درجہ حرارت کی پیمائش کی جاتی ہے، اور سرد جنکشن («X») اس جگہ پر واقع ہوتا ہے جہاں ماپنے کا آلہ واقع ہوتا ہے۔

درج ذیل معیاری تھرموکوپل اس وقت استعمال میں ہیں۔

پلاٹینم-روڈیم-پلاٹینم تھرموکوپل۔ یہ تھرموکوپل طویل مدتی استعمال کے لیے 1300 ° C تک اور قلیل مدتی استعمال کے لیے 1600 ° C تک درجہ حرارت کی پیمائش کے لیے استعمال کیے جا سکتے ہیں، بشرطیکہ وہ آکسیڈائزنگ ماحول میں استعمال ہوں۔درمیانے درجے کے درجہ حرارت پر، پلاٹینم-روڈیم-پلاٹینم تھرموکوپل بہت قابل اعتماد اور مستحکم ثابت ہوا ہے، یہی وجہ ہے کہ اسے 630-1064 ° C کی حد میں مثال کے طور پر استعمال کیا جاتا ہے۔

کروم ایلومیل تھرموکوپل۔ یہ تھرموکوپلز 1000 ° C تک طویل مدتی استعمال اور 1300 ° C تک قلیل مدتی استعمال کے لیے درجہ حرارت کی پیمائش کرنے کے لیے ڈیزائن کیے گئے ہیں۔ یہ آکسائڈائزنگ ماحول میں ان حدود کے اندر قابل اعتماد طریقے سے کام کرتے ہیں (اگر کوئی سنکنرن گیسیں نہ ہوں)، کیونکہ جب الیکٹروڈ کی سطح پر گرم، ایک پتلی حفاظتی آکسائیڈ فلم جو آکسیجن کو دھات میں گھسنے سے روکتی ہے۔

Chromel-Copel Thermocouple… یہ تھرموکوپل لمبے وقت کے لیے 600 ° C تک اور مختصر وقت کے لیے 800 ° C تک درجہ حرارت کی پیمائش کر سکتے ہیں۔ وہ آکسائڈائزنگ اور ماحول کو کم کرنے کے ساتھ ساتھ خلا میں بھی کامیابی سے کام کرتے ہیں۔

Iron Copel thermocouple... پیمائش کی حدیں وہی ہیں جو chromel-copel thermocouples کے لیے ہیں، آپریٹنگ حالات وہی ہیں۔ یہ کم تھرمو دیتا ہے۔ وغیرہ بمقابلہ XK تھرموکوپل کے مقابلے: 500 ° C پر 30.9 mV، لیکن درجہ حرارت پر اس کا انحصار متناسب کے قریب ہے۔ ایل سی تھرموکوپل کی ایک اہم خرابی اس کے آئرن الیکٹروڈ کا سنکنرن ہے۔

تانبے-تانبے کا تھرموکوپل... چونکہ ایک آکسیڈائزنگ ماحول میں تانبا پہلے سے ہی 350 ° C پر شدت سے آکسائڈائز ہونا شروع کر دیتا ہے، اس لیے ان تھرموکلز کے استعمال کی حد لمبے عرصے کے لیے 350 ° C اور مختصر وقت کے لیے 500 ° C ہے۔ ویکیوم میں، یہ تھرموکوپل 600 °C تک استعمال کیے جا سکتے ہیں۔

تھرمو ای انحصار کے منحنی خطوط۔ وغیرہ سب سے زیادہ عام تھرموکوپل کے لیے درجہ حرارت۔ 1 - کرومیل کمینے؛ 2 - لوہے کی کمینے؛ 3 - تانبے کی کمینے؛ 4 — TGBC -350M; 5 — TGKT-360M؛ 6 - کرومیل ایلومیل؛ 7-پلاٹینم-روڈیم-پلاٹینم؛ 8 — TMSV-340M; 9 — PR -30/6۔

بنیادی دھاتوں سے بنے معیاری تھرموکوپلز کے تھرمو الیکٹروڈس کی مزاحمت 0.13-0.18 اوہم فی 1 میٹر لمبائی (دونوں سروں) پر ہے، پلاٹینم-روڈیم-پلاٹینم تھرموکولز کے لیے 1.5-1.6 اوہم فی 1 میٹر۔ قابل اجازت تھرمو الیکٹرک پاور انحراف۔ وغیرہ غیر نوبل تھرموکوپل کے لیے انشانکن سے ± 1% ہیں، پلاٹینم-روڈیم-پلاٹینم کے لیے ± 0.3-0.35%۔

معیاری تھرموکوپل ایک چھڑی ہے جس کا قطر 21-29 ملی میٹر اور لمبائی 500-3000 ملی میٹر ہے۔ حفاظتی ٹیوب کے اوپر کاربولائٹ یا بیکلائٹ پلیٹ کے ساتھ ایک مہر یا کاسٹ (عام طور پر ایلومینیم) کا سر رکھا جاتا ہے، جس میں تاروں کے دو جوڑے جوڑے میں جڑے ہوئے سکرو کلیمپ کے ساتھ دبائے جاتے ہیں۔ تھرمو الیکٹروڈ ایک ٹرمینل سے منسلک ہوتا ہے، اور دوسرے سے منسلک تار جڑا ہوتا ہے جو ماپنے والے آلے کی طرف جاتا ہے۔ بعض اوقات جوڑنے والی تاریں ایک لچکدار حفاظتی نلی میں بند ہوتی ہیں۔ اگر اس سوراخ کو سیل کرنا ضروری ہے جس میں تھرموکوپل نصب ہے، تو بعد میں ایک تھریڈڈ فٹنگ فراہم کی جاتی ہے۔ باتھ ٹب کے لیے تھرموکوپل بھی کہنی کی شکل کے ساتھ بنائے جاتے ہیں۔

تھرموکوپل کے قوانین

اندرونی درجہ حرارت کا قانون: یکساں موصل میں درجہ حرارت کے میلان کی موجودگی برقی رو کی ظاہری شکل کا باعث نہیں بنتی ہے (کوئی اضافی EMF نہیں ہوتا ہے)۔

انٹرمیڈیٹ کنڈکٹرز کا قانون: دھاتوں کے دو یکساں کنڈکٹرز A اور B کو درجہ حرارت T1 (ہاٹ جنکشن) اور T2 (کولڈ جنکشن) پر رابطوں کے ساتھ تھرمو الیکٹرک سرکٹ بنانے دیں۔ تار A کے ٹوٹنے میں دھاتی X کا ایک تار شامل ہے اور دو نئے رابطے بنتے ہیں۔ "اگر تار X کا درجہ حرارت پوری لمبائی میں یکساں ہے، تو تھرموکوپل کے نتیجے میں آنے والا EMF تبدیل نہیں ہوگا (اضافی جنکشن سے کوئی EMF پیدا نہیں ہوتا ہے)۔"