థర్మోఎలెక్ట్రిక్ కన్వర్టర్లు (థర్మోకపుల్స్)

థర్మోకపుల్ ఎలా పనిచేస్తుంది

ఇప్పటికే 1821లో, సీబెక్ అతని పేరు మీద ఒక దృగ్విషయాన్ని కనుగొన్నాడు, ఇందులో ఇ. విభిన్న వాహక పదార్థాలతో కూడిన క్లోజ్డ్ సర్క్యూట్‌లో కనిపిస్తుంది. మొదలైనవి (థర్మో-EMC అని పిలవబడేది) ఈ పదార్థాల సంప్రదింపు పాయింట్లు వేర్వేరు ఉష్ణోగ్రతల వద్ద నిర్వహించబడితే.

దాని సరళమైన రూపంలో, ఎలక్ట్రికల్ సర్క్యూట్ రెండు వేర్వేరు కండక్టర్లను కలిగి ఉన్నప్పుడు, దానిని థర్మోకపుల్ లేదా థర్మోకపుల్ అంటారు.

సీబెక్ దృగ్విషయం యొక్క సారాంశం ఏమిటంటే, వైర్లలో విద్యుత్ ప్రవాహం యొక్క రూపాన్ని కలిగించే ఉచిత ఎలక్ట్రాన్ల శక్తి భిన్నంగా ఉంటుంది మరియు ఉష్ణోగ్రతతో భిన్నంగా మారుతుంది. అందువల్ల, వైర్ వెంట ఉష్ణోగ్రత వ్యత్యాసం ఉన్నట్లయితే, దాని వేడి చివర ఉన్న ఎలక్ట్రాన్లు చల్లని ముగింపుతో పోలిస్తే అధిక శక్తులు మరియు వేగాలను కలిగి ఉంటాయి, దీని వలన వైర్‌లోని వేడి చివర నుండి చల్లని చివర వరకు ఎలక్ట్రాన్ ప్రవాహాన్ని కలిగిస్తుంది. ఫలితంగా, ఛార్జీలు రెండు చివర్లలో పేరుకుపోతాయి - చలిపై ప్రతికూలంగా మరియు వేడిపై సానుకూలంగా ఉంటాయి.

ఈ ఛార్జీలు వేర్వేరు వైర్‌లకు భిన్నంగా ఉంటాయి కాబట్టి, వాటిలో రెండు థర్మోకపుల్‌లో కనెక్ట్ అయినప్పుడు, అవకలన థర్మోకపుల్ కనిపిస్తుంది. మొదలైనవి c. థర్మోకపుల్‌లో సంభవించే దృగ్విషయాలను విశ్లేషించడానికి, థర్మోకపుల్ దానిలో ఉత్పత్తి చేయబడిందని భావించడం సౌకర్యంగా ఉంటుంది. మొదలైనవి c. E అనేది రెండు సంపర్క ఎలక్ట్రోమోటివ్ శక్తుల మొత్తం e, వారి సంపర్కం యొక్క ప్రదేశాలలో సంభవిస్తుంది మరియు ఈ పరిచయాల ఉష్ణోగ్రత యొక్క విధి (Fig. 1, a).

అన్నం. 1. రెండు మరియు మూడు-వైర్ థర్మోఎలెక్ట్రిక్ సర్క్యూట్ యొక్క రేఖాచిత్రం, ఒక విద్యుత్ కొలిచే పరికరాన్ని జంక్షన్ మరియు థర్మోకపుల్తో థర్మోఎలెక్ట్రోడ్కు కనెక్ట్ చేయడానికి ఒక రేఖాచిత్రం.

రెండు వేర్వేరు కండక్టర్ల సర్క్యూట్‌లో ఉత్పన్నమయ్యే థర్మోఎలెక్ట్రోమోటివ్ ఫోర్స్ వాటి చివర్లలోని ఎలక్ట్రోమోటివ్ శక్తుల వ్యత్యాసానికి సమానం.

ఈ నిర్వచనం నుండి ఇది థర్మోకపుల్ యొక్క చివర్లలో సమాన ఉష్ణోగ్రతల వద్ద, దాని థర్మోఎలెక్ట్రిక్ శక్తిని అనుసరిస్తుంది. మొదలైనవి లు సున్నా అవుతుంది. దీని నుండి చాలా ముఖ్యమైన ముగింపును తీసుకోవచ్చు, ఇది థర్మోకపుల్‌ను ఉష్ణోగ్రత సెన్సార్‌గా ఉపయోగించడం సాధ్యపడుతుంది.

థర్మోకపుల్ యొక్క ఎలెక్ట్రోమోటివ్ ఫోర్స్ దాని చివర్లలో ఉష్ణోగ్రతలు ఒకే విధంగా ఉంటే దాని సర్క్యూట్‌లో మూడవ వైర్‌ను ప్రవేశపెట్టడం ద్వారా మార్చబడదు.

ఈ మూడవ వైర్ జంక్షన్లలో ఒకదానిలో మరియు వైర్లలో ఒకదాని విభాగంలో (Fig. 1.6, c) రెండింటినీ చేర్చవచ్చు. ఈ ముగింపును థర్మోకపుల్ సర్క్యూట్‌లో ప్రవేశపెట్టిన అనేక వైర్‌లకు విస్తరించవచ్చు, వాటి చివర్లలో ఉష్ణోగ్రతలు ఒకే విధంగా ఉంటాయి.

అందువల్ల, కొలిచే పరికరం (వైర్లను కూడా కలిగి ఉంటుంది) మరియు దానికి దారితీసే తీగలను కనెక్ట్ చేయడం ద్వారా అభివృద్ధి చేయబడిన థర్మోఎలెక్ట్రిక్ శక్తిలో మార్పు లేకుండా థర్మోకపుల్ సర్క్యూట్లో చేర్చవచ్చు. ఇ.c, పాయింట్లు 1 మరియు 2 లేదా 3 మరియు 4 (Fig. 1, d మరియు e) యొక్క ఉష్ణోగ్రతలు సమానంగా ఉంటే మాత్రమే. ఈ సందర్భంలో, ఈ పాయింట్ల ఉష్ణోగ్రత పరికరం యొక్క టెర్మినల్స్ యొక్క ఉష్ణోగ్రత నుండి భిన్నంగా ఉండవచ్చు, కానీ రెండు టెర్మినల్స్ యొక్క ఉష్ణోగ్రత ఒకే విధంగా ఉండాలి.

థర్మోకపుల్ సర్క్యూట్ యొక్క ప్రతిఘటన మారకుండా ఉంటే, దాని ద్వారా ప్రవహించే కరెంట్ (అందువలన పరికరం యొక్క పఠనం) అది అభివృద్ధి చేసిన థర్మోఎలెక్ట్రిక్ శక్తిపై మాత్రమే ఆధారపడి ఉంటుంది. d. నుండి, అంటే, పని (వేడి) మరియు ఉచిత (చల్లని) చివరల ఉష్ణోగ్రతల నుండి.

అలాగే, థర్మోకపుల్ యొక్క ఉచిత ముగింపు యొక్క ఉష్ణోగ్రత స్థిరంగా ఉంచబడినట్లయితే, మీటర్ రీడింగ్ అనేది థర్మోకపుల్ యొక్క పని ముగింపు యొక్క ఉష్ణోగ్రతపై మాత్రమే ఆధారపడి ఉంటుంది. ఇటువంటి పరికరం నేరుగా థర్మోకపుల్ యొక్క పని జంక్షన్ యొక్క ఉష్ణోగ్రతను సూచిస్తుంది.

అందువల్ల, థర్మోఎలెక్ట్రిక్ పైరోమీటర్‌లో థర్మోకపుల్ (థర్మోఎలెక్ట్రోడ్స్), డైరెక్ట్ కరెంట్ మీటర్ మరియు కనెక్ట్ చేసే వైర్లు ఉంటాయి.

పైన పేర్కొన్న వాటి నుండి క్రింది తీర్మానాలను తీసుకోవచ్చు.

1. థర్మోకపుల్ (వెల్డింగ్, టంకం, ట్విస్టింగ్, మొదలైనవి) యొక్క పని ముగింపును తయారు చేసే పద్ధతి దాని ద్వారా అభివృద్ధి చేయబడిన థర్మోఎలెక్ట్రిక్ శక్తిని ప్రభావితం చేయదు. మొదలైనవి పని ముగింపు యొక్క కొలతలు మాత్రమే ఉంటే, దాని అన్ని పాయింట్ల వద్ద ఉష్ణోగ్రత ఒకే విధంగా ఉంటుంది.

2. ఎందుకంటే పరికరం ద్వారా కొలవబడిన పరామితి థర్మోఎలెక్ట్రిక్ కాదు. తో మరియు థర్మోకపుల్ సర్క్యూట్ కరెంట్, ఆపరేటింగ్ సర్క్యూట్ నిరోధకత మారకుండా మరియు క్రమాంకనం సమయంలో దాని విలువకు సమానంగా ఉండటం అవసరం.కానీ దీన్ని చేయడం ఆచరణాత్మకంగా అసాధ్యం కాబట్టి, థర్మోఎలెక్ట్రోడ్లు మరియు కనెక్ట్ చేసే వైర్ల నిరోధకత ఉష్ణోగ్రతతో మారుతుంది కాబట్టి, పద్ధతి యొక్క ప్రధాన లోపాలలో ఒకటి తలెత్తుతుంది: సర్క్యూట్ యొక్క నిరోధకత మరియు క్రమాంకనం సమయంలో దాని నిరోధకత మధ్య అసమతుల్యత యొక్క లోపం.

ఈ లోపాన్ని తగ్గించడానికి, థర్మల్ కొలతల కోసం పరికరాలు అధిక నిరోధకతతో (కఠినమైన కొలతలకు 50-100 ఓం, మరింత ఖచ్చితమైన కొలతల కోసం 200-500 ఓం) మరియు తక్కువ ఉష్ణోగ్రత విద్యుత్ గుణకంతో తయారు చేయబడతాయి, తద్వారా సర్క్యూట్ యొక్క మొత్తం నిరోధకత (మరియు , కాబట్టి, ప్రస్తుత మరియు — e. d. s.) మధ్య సంబంధం పరిసర ఉష్ణోగ్రతలో హెచ్చుతగ్గులతో కనిష్ట స్థాయికి మారుతుంది.

3. థర్మోఎలెక్ట్రిక్ పైరోమీటర్లు ఎల్లప్పుడూ థర్మోకపుల్ యొక్క ఉచిత ముగింపు యొక్క బాగా నిర్వచించబడిన ఉష్ణోగ్రత వద్ద క్రమాంకనం చేయబడతాయి - 0 ° C. సాధారణంగా ఈ ఉష్ణోగ్రత ఆపరేషన్లో అమరిక ఉష్ణోగ్రత నుండి భిన్నంగా ఉంటుంది, దీని ఫలితంగా పద్ధతి యొక్క రెండవ ప్రధాన లోపం ఏర్పడుతుంది. : ఉచిత థర్మోకపుల్ ముగింపు ఉష్ణోగ్రతలో లోపం.

ఈ లోపం పదుల డిగ్రీలకు చేరుకోగలదు కాబట్టి, పరికరం యొక్క రీడింగుల యొక్క సరైన దిద్దుబాటు చేయడం అవసరం. రైజర్స్ యొక్క ఉష్ణోగ్రత తెలిసినట్లయితే ఈ దిద్దుబాటును లెక్కించవచ్చు.

క్రమాంకనం సమయంలో థర్మోకపుల్ యొక్క ఉచిత ముగింపు యొక్క ఉష్ణోగ్రత 0 ° Cకి సమానం, మరియు ఆపరేషన్‌లో ఇది సాధారణంగా 0 ° C కంటే ఎక్కువగా ఉంటుంది (ఉచిత చివరలు సాధారణంగా గదిలో ఉంటాయి, అవి తరచుగా ఉష్ణోగ్రత కొలవబడే ఓవెన్ సమీపంలో ఉంటాయి. ), పైరోమీటర్ వాస్తవ కొలిచిన ఉష్ణోగ్రతతో పోల్చితే తక్కువ అంచనాను ఇస్తుంది, తరువాతి యొక్క సూచన మరియు విలువను తప్పనిసరిగా దిద్దుబాటు విలువ ద్వారా పెంచాలి.

ఇది సాధారణంగా గ్రాఫికల్‌గా జరుగుతుంది. సాధారణంగా థర్మోసెట్ల మధ్య అనుపాతం ఉండకపోవడమే దీనికి కారణం.మొదలైనవి pp. మరియు ఉష్ణోగ్రత. వాటి మధ్య సంబంధం అనుపాతంలో ఉంటే, అప్పుడు అమరిక వక్రరేఖ ఒక సరళ రేఖ మరియు ఈ సందర్భంలో థర్మోకపుల్ యొక్క ఉచిత ముగింపు యొక్క ఉష్ణోగ్రత కోసం దిద్దుబాటు నేరుగా దాని ఉష్ణోగ్రతకు సమానంగా ఉంటుంది.

డిజైన్ మరియు థర్మోకపుల్స్ రకాలు

కింది అవసరాలు థర్మోఎలెక్ట్రోడ్ పదార్థాలకు వర్తిస్తాయి:

1) అధిక థర్మోఎలెక్ట్రిసిటీ. మొదలైనవి v. మరియు ఉష్ణోగ్రత నుండి దాని మార్పు యొక్క అనుపాత స్వభావానికి దగ్గరగా ఉంటుంది;

2) వేడి నిరోధకత (అధిక ఉష్ణోగ్రతల వద్ద ఆక్సీకరణం కానిది);

3) కొలిచిన ఉష్ణోగ్రతలలో కాలక్రమేణా భౌతిక లక్షణాల స్థిరత్వం;

4) అధిక విద్యుత్ వాహకత;

5) నిరోధకత యొక్క తక్కువ-ఉష్ణోగ్రత గుణకం;

6) స్థిరమైన భౌతిక లక్షణాలతో పెద్ద పరిమాణంలో ఉత్పత్తి చేసే అవకాశం.

ఇంటర్నేషనల్ ఎలక్ట్రోటెక్నికల్ కమీషన్ (IEC) కొన్ని ప్రామాణిక రకాల థర్మోకపుల్‌లను నిర్వచించింది (ప్రామాణిక IEC 584-1). మూలకాలు కొలవబడిన ఉష్ణోగ్రతల పరిధి ప్రకారం R, S, B, K, J, E, T సూచికలను కలిగి ఉంటాయి.

పరిశ్రమలో, థర్మోకపుల్స్ 600 — 1000 — 1500˚C వరకు అధిక ఉష్ణోగ్రతలను కొలవడానికి ఉపయోగిస్తారు. పారిశ్రామిక థర్మోకపుల్‌లో రెండు వక్రీభవన లోహాలు లేదా మిశ్రమాలు ఉంటాయి. వేడి జంక్షన్ ("G" అక్షరంతో గుర్తించబడింది) ఉష్ణోగ్రత కొలిచే ప్రదేశంలో ఉంచబడుతుంది మరియు కోల్డ్ జంక్షన్ ("X") కొలిచే పరికరం ఉన్న ప్రదేశంలో ఉంది.

కింది ప్రామాణిక థర్మోకపుల్‌లు ప్రస్తుతం వాడుకలో ఉన్నాయి.

ప్లాటినం-రోడియం-ప్లాటినం థర్మోకపుల్. ఈ థర్మోకపుల్స్‌ను ఆక్సీకరణ వాతావరణంలో ఉపయోగించినట్లయితే, దీర్ఘకాలిక ఉపయోగం కోసం 1300 °C వరకు మరియు స్వల్పకాలిక ఉపయోగం కోసం 1600 °C వరకు ఉష్ణోగ్రతలను కొలవడానికి ఉపయోగించవచ్చు.మధ్యస్థ ఉష్ణోగ్రతల వద్ద, ప్లాటినం-రోడియం-ప్లాటినం థర్మోకపుల్ చాలా నమ్మదగినది మరియు స్థిరంగా ఉందని నిరూపించబడింది, అందుకే ఇది 630-1064 ° C పరిధిలో ఉదాహరణగా ఉపయోగించబడుతుంది.

క్రోమ్-అలుమెల్ థర్మోకపుల్. ఈ థర్మోకపుల్స్ 1000 ° C వరకు దీర్ఘకాలిక ఉపయోగం కోసం మరియు 1300 ° C వరకు స్వల్పకాలిక ఉపయోగం కోసం ఉష్ణోగ్రతలను కొలవడానికి రూపొందించబడ్డాయి. అవి ఆక్సీకరణ వాతావరణంలో (ఏ విధమైన తినివేయు వాయువులు లేనట్లయితే) ఈ పరిమితుల్లో విశ్వసనీయంగా పని చేస్తాయి. ఎలక్ట్రోడ్ల ఉపరితలంపై వేడి చేయబడుతుంది, ఇది ఒక సన్నని రక్షిత ఆక్సైడ్ ఫిల్మ్, ఇది ఆక్సిజన్‌ను మెటల్‌లోకి చొచ్చుకుపోకుండా నిరోధిస్తుంది.

క్రోమ్-కోపెల్ థర్మోకపుల్… ఈ థర్మోకపుల్స్ ఉష్ణోగ్రతను ఎక్కువ కాలం 600°C వరకు మరియు తక్కువ సమయం వరకు 800°C వరకు కొలవగలవు. వారు ఆక్సీకరణం మరియు తగ్గించే వాతావరణంలో, అలాగే వాక్యూమ్‌లో విజయవంతంగా పని చేస్తారు.

ఐరన్ కోపెల్ థర్మోకపుల్... కొలత పరిమితులు క్రోమెల్-కోపెల్ థర్మోకపుల్‌ల మాదిరిగానే ఉంటాయి, ఆపరేటింగ్ పరిస్థితులు ఒకే విధంగా ఉంటాయి. ఇది తక్కువ థర్మోను ఇస్తుంది. మొదలైనవి XK థర్మోకపుల్‌తో పోలిస్తే వర్సెస్: 500 ° C వద్ద 30.9 mV, కానీ ఉష్ణోగ్రతపై దాని ఆధారపడటం అనుపాతానికి దగ్గరగా ఉంటుంది. LC థర్మోకపుల్ యొక్క ముఖ్యమైన లోపం దాని ఇనుము ఎలక్ట్రోడ్ యొక్క తుప్పు.

రాగి-రాగి థర్మోకపుల్... ఆక్సీకరణ వాతావరణంలో రాగి ఇప్పటికే 350 ° C వద్ద తీవ్రంగా ఆక్సీకరణం చెందడం ప్రారంభించినందున, ఈ థర్మోకపుల్స్ యొక్క అప్లికేషన్ పరిధి చాలా కాలం పాటు 350 ° C మరియు తక్కువ సమయం వరకు 500 ° C. వాక్యూమ్‌లో, ఈ థర్మోకపుల్స్‌ను 600 °C వరకు ఉపయోగించవచ్చు.

థర్మో-ఇ డిపెండెన్స్ వక్రతలు. మొదలైనవి అత్యంత సాధారణ థర్మోకపుల్స్ కోసం ఉష్ణోగ్రత. 1 - క్రోమెల్-బాస్టర్డ్; 2 - ఇనుము-బాస్టర్డ్; 3 - రాగి-బాస్టర్డ్; 4 — TGBC -350M; 5 - TGKT-360M; 6 - క్రోమెల్-అలుమెల్; 7-ప్లాటినం-రోడియం-ప్లాటినం; 8 - TMSV-340M; 9 — PR -30/6.

బేస్ లోహాలతో తయారు చేయబడిన ప్రామాణిక థర్మోకపుల్స్ యొక్క థర్మోఎలెక్ట్రోడ్ల ప్రతిఘటన 1 మీ పొడవుకు (రెండు చివరలు) 0.13-0.18 ఓంలు, ప్లాటినం-రోడియం-ప్లాటినం థర్మోకపుల్స్ కోసం 1 మీ.కి 1.5-1.6 ఓంలు అనుమతించదగిన థర్మోఎలెక్ట్రిక్ పవర్ విచలనాలు. మొదలైనవి నాన్-నోబుల్ థర్మోకపుల్స్ కోసం అమరిక నుండి ± 1%, ప్లాటినం-రోడియం-ప్లాటినం ± 0.3-0.35%.

ప్రామాణిక థర్మోకపుల్ అనేది 21-29 మిమీ వ్యాసం మరియు 500-3000 మిమీ పొడవు కలిగిన రాడ్. రక్షిత గొట్టం పైభాగంలో కార్బోలైట్ లేదా బేకలైట్ ప్లేట్‌తో స్టాంప్ చేయబడిన లేదా తారాగణం (సాధారణంగా అల్యూమినియం) తల ఉంచబడుతుంది, దీనిలో రెండు జతల వైర్లు జతలలో అనుసంధానించబడిన స్క్రూ క్లాంప్‌లతో ఒత్తిడి చేయబడతాయి. థర్మోఎలెక్ట్రోడ్ ఒక టెర్మినల్కు జోడించబడి ఉంటుంది, మరియు మరొకదానికి కొలిచే పరికరానికి దారితీసే కనెక్ట్ చేసే వైర్ కనెక్ట్ చేయబడింది. కొన్నిసార్లు కనెక్ట్ చేసే వైర్లు సౌకర్యవంతమైన రక్షిత గొట్టంలో జతచేయబడతాయి. థర్మోకపుల్ను ఇన్స్టాల్ చేసిన రంధ్రం మూసివేయడం అవసరమైతే, రెండోది థ్రెడ్ ఫిట్టింగ్తో అందించబడుతుంది. స్నానపు తొట్టెల కోసం, థర్మోకపుల్స్ కూడా మోచేయి ఆకారంతో తయారు చేయబడతాయి.

థర్మోకపుల్స్ యొక్క చట్టాలు

అంతర్గత ఉష్ణోగ్రత చట్టం: ఒక సజాతీయ కండక్టర్లో ఉష్ణోగ్రత ప్రవణత ఉనికిని విద్యుత్ ప్రవాహం (అదనపు EMF జరగదు) రూపానికి దారితీయదు.

ఇంటర్మీడియట్ కండక్టర్ల చట్టం: A మరియు B లోహాల యొక్క రెండు సజాతీయ కండక్టర్లు T1 (హాట్ జంక్షన్) మరియు T2 (చల్లని జంక్షన్) ఉష్ణోగ్రతల వద్ద పరిచయాలతో థర్మోఎలెక్ట్రిక్ సర్క్యూట్‌ను ఏర్పరచనివ్వండి. వైర్ A యొక్క చీలికలో మెటల్ X యొక్క వైర్ చేర్చబడింది మరియు రెండు కొత్త పరిచయాలు ఏర్పడతాయి. "వైర్ X యొక్క ఉష్ణోగ్రత దాని పొడవు అంతటా ఒకే విధంగా ఉంటే, ఫలితంగా థర్మోకపుల్ యొక్క EMF మారదు (అదనపు జంక్షన్ల నుండి EMF ఏర్పడదు)."