تھرموکوپل پیمائش کی غلطیاں اور احتیاطی تدابیر

خلاصہ: تھرموکوپل سب سے آسان اور عام درجہ حرارت کے سینسر میں سے ایک ہیں۔ تاہم، اگر استعمال کے دوران سنجیدگی سے نہ لیا جائے تو یہ پیمائش کی بڑی غلطیوں کا باعث بن سکتا ہے۔ موجودہ مسائل پر غور کرتے ہوئے، پیمائش کی غلطیوں کو متاثر کرنے والے اہم عوامل میں تھرموکوپل داخل کرنے کی گہرائی، رسپانس ٹائم، تھرمل ریڈی ایشن، اور تھرمل مائبادی کے ساتھ ساتھ ناہموار تھرموکوپل تاریں، بکتر بند تھرموکوپلز میں بہاؤ کی خرابیاں، K قسم کے تھرموکوپلز کا سلیکٹیو آکسیڈیشن، ، آپریٹنگ ماحول، موصلیت کی مزاحمت، اور تھرموکوپلز کا انحطاط۔ استعمال کے دوران احتیاطی تدابیر اختیار کی جائیں۔ پیمائش کی درستگی کو بہتر بنانے اور تھرموکوپلز کی سروس لائف کو بڑھانے کے لیے، یہ کسی حد تک مددگار ہے۔
متعارف کروائیں
موجودہ درجہ حرارت کی پیمائش کے نظام میں، سب سے زیادہ استعمال ہونے والا درجہ حرارت سینسر - تھرموکوپل، اس کی سادہ ساخت کی وجہ سے، اکثر "کیبنٹ سے جڑے دو تاروں والا تھرموکوپل" سمجھ لیا جاتا ہے، لیکن حقیقت میں ایسا نہیں ہے۔ اگرچہ تھرموکوپل کی ساخت آسان ہے، لیکن پھر بھی استعمال کے دوران مختلف مسائل پیدا ہو سکتے ہیں۔ مثال کے طور پر، غلط تنصیب یا استعمال زیادہ پیمائش کی غلطیوں کا سبب بن سکتا ہے، اور یہاں تک کہ کوالیفائیڈ تھرموکوپل ٹیسٹنگ بھی نا مناسب آپریشن اور ناکامی کی وجہ سے ہو سکتی ہے، جیسے کم کرنے والی فضا میں کاربرائزیشن۔ اگر سنجیدگی سے نہ لیا جائے تو K- قسم کے تھرموکوپلز بھی سلیکٹیو آکسیکرن کی وجہ سے برداشت سے تجاوز کر سکتے ہیں۔
پیمائش کی درستگی کو بہتر بنانے، پیمائش کی غلطیوں کو کم کرنے، اور تھرموکوپلز کی سروس لائف کو بڑھانے کے لیے، صارفین کو نہ صرف آلات چلانے کی مہارت، بلکہ فزکس، کیمسٹری اور مواد میں بھی علم ہونا ضروری ہے۔ سالوں کی مشق اور متعلقہ معلومات کے مزید مفصل حوالہ کی بنیاد پر، تھرموکوپل کی پیمائش کی غلطیاں اور ان سے بچاؤ کے اقدامات۔
2. تھرموکوپل تاروں کا متفاوت اثر
(1) تھرموکوپل مواد خود ناہموار ہے۔
پیمائش کے کمرے میں تھرموکوپل کا تجربہ کیا جاتا ہے، اور قواعد کے مطابق، ٹیسٹنگ فرنس میں داخل کرنے کی گہرائی صرف 300 ملی میٹر ہے۔ لہذا، ہر تھرموکوپل کے ٹیسٹ کے نتائج صرف 300 ملی میٹر طویل تھرموکوپل تار کی پیمائش سے شروع ہونے والے رویے کی عکاسی یا عکاسی کر سکتے ہیں۔ تاہم، جب تھرموکوپل کی لمبائی لمبی ہوتی ہے، تو زیادہ تر ڈبل تاریں زیادہ درجہ حرارت والے علاقے میں ہوتی ہیں۔ اگر تھرموکوپل تار یکساں ہے، یکساں لوپ کے اصول کے مطابق، پیمائش کے نتائج لمبائی سے آزاد ہیں۔ تاہم، ناہموار تھرموکوپل تاریں، خاص طور پر کم درجے کی دھاتی تھرموکوپل تاریں، درجہ حرارت کے میلان کے تحت مقامی تھرمو الیکٹرک الیکٹرو موٹیو قوتیں پیدا کر سکتی ہیں، جنہیں طفیلی الیکٹرو موٹیو قوتیں کہا جاتا ہے۔ پرجیوی صلاحیت کی وجہ سے ہونے والی خرابی کو ہیٹروجنیٹی ایرر کہا جاتا ہے۔
قیمتی دھاتوں اور کم الائے تھرموکوپلز کے لیے موجودہ توثیق کے پروگراموں میں، تھرموکوپلز کی متفاوتیت ابھی تک فراہم نہیں کی گئی ہے، اور صرف تھرموکوپل وائر کے معیارات میں ہی تھرموکوپل تاروں میں کچھ غیر مساوی تقاضے ہوتے ہیں۔ ہیڈ ٹو ٹیل ٹیسٹنگ طریقہ استعمال کرتے ہوئے تھرمل الیکٹرو موٹیو فورس کا حساب لگائیں۔ روایتی تھرموکوپل وائر پروڈکشن پلانٹس مصنوعات کی ضروریات کو پورا کرنے کے لیے قومی معیار کے مطابق غیر مساوی تھرمو الیکٹرک الیکٹرو موٹیو قوت پیدا کرتے ہیں۔
(2) تھرموکوپل تاریں مختلف مواد سے بنی ہیں۔
نئے نظام کے تھرموکوپلز کے لیے، یہاں تک کہ اگر غیر مساوی تھرمل EMF ضروریات کو پورا کر سکتا ہے، بار بار پروسیسنگ کرنے سے پروسیس شدہ جھکے ہوئے تھرموکوپلز کو مسخ کیا جا سکتا ہے، جس سے یکسانیت ختم ہو جائے گی۔ مزید برآں، زیادہ درجہ حرارت پر یکساں نمبر والی تاروں کے طویل مدتی استعمال کی وجہ سے، جیسے کہ صنعتی بھٹیوں میں تھرموکوپل ڈالے جاتے ہیں، وہ لمبے تار کی سمت کے ساتھ ساتھ انحطاط یا تار بھی لگ جاتے ہیں۔ جیسے جیسے درجہ حرارت بڑھے گا، تنزلی بڑھے گی۔ جب جزو کسی ایسی جگہ پر ہوتا ہے جہاں درجہ حرارت کا میلان کم ہوتا ہے، تو یہ طفیلی پیمائش کی غلطیوں کی وجہ سے کل تھرمل EMF پر الیکٹرو موٹیو قوت بھی پیدا کر سکتا ہے۔

3. بکتر بند تھرموکوپل کی شنٹ کی خرابی۔
(1) موڑ کی غلطی
ہواجو گروپ کی بکتر بند تھرموکوپل سے لیس کاربرائزنگ فرنس کو صرف ایک ہفتے کے لیے اجازت ہے۔ وجوہات کو دریافت کرنے کے لیے، مصنف معائنہ کے لیے سائٹ پر گیا اور وہاں کوئی غیر معمولی بات نہیں پائی، اس لیے انھیں پیمائش کے کمرے سے ٹیسٹ کے نتائج لینے پڑے اور انھیں اہل پایا۔ تو کیا مسئلہ ہے؟ آخر میں، نصب تھرموکوپلز کی سائٹ پر موجود خصوصیات کی بنیاد پر، یہ پایا گیا کہ یہ مسئلہ بکتر بند تھرموکوپلز کے غلط موڑ کی وجہ سے ہوا تھا۔
نام نہاد شنٹ کی خرابی کو بکتر بند تھرموکوپل کا استعمال کرتے ہوئے ماپا جاتا ہے۔ جب تھرموکوپل کے درمیانی حصے کا درجہ حرارت 800 ڈگری سینٹی گریڈ سے تجاوز کر جاتا ہے، تو موصلیت کی مزاحمت میں کمی کی وجہ سے، تھرموکوپل ایک غیر معمولی رجحان کی طرف اشارہ کرتا ہے، جسے شنٹ ایرر کہا جاتا ہے۔ یکساں سرکٹ کے اصول کے مطابق، تھرموکوپل درجہ حرارت کی پیمائش کا تعلق صرف پیمائش اور حوالہ کے دونوں سروں کے درجہ حرارت سے ہے، اور درمیان میں درجہ حرارت کی تقسیم سے آزاد ہے۔ تاہم، اس حقیقت کی وجہ سے کہ بکتر بند تھرموکوپلز کی موصلیت MgO پاؤڈر ہے، درجہ حرارت 100 ڈگری سینٹی گریڈ تک بڑھ جاتا ہے، اور موصلیت کی مزاحمت شدت کے حکم سے کم ہو جاتی ہے۔ جب درمیانی حصہ زیادہ درجہ حرارت پر ہوتا ہے، تو وہاں ایک رساو کرنٹ ہونا چاہیے، جس کے نتیجے میں تھرموکوپل کے آؤٹ پٹ پوٹینشل میں برانچنگ کی خرابی ہوتی ہے۔
(2) موڑ کی خرابی کی شرائط
بکتر بند تھرموکوپل کو فرنس میں داخل کیا گیا، وضاحتیں اور تجرباتی حالات: قطر ф 4.8 ملی میٹر، 25 میٹر لمبا، مرکزی حرارتی زون کی لمبائی 20 میٹر اور درجہ حرارت 1000 ڈگری کے ساتھ۔ اس تجربے میں، تھرموکوپل کی پیمائش اور درمیانی حصے کے درمیان درجہ حرارت کا فرق 200 ڈگری ہے۔ اگر پیمائش کے اختتام پر درجہ حرارت درمیانی حصے سے زیادہ ہے تو، ایک منفی خرابی واقع ہوگی؛ اس کے برعکس، ایک مثبت غلطی پیدا ہوتی ہے۔ اگر دونوں کے درمیان درجہ حرارت کا فرق 200 ڈگری سینٹی گریڈ ہے تو ڈائیورشن کی خرابی تقریباً 100 ڈگری سینٹی گریڈ ہے۔ اسے نظر انداز نہیں کیا جا سکتا، جیسا کہ شنٹ ایرر حالات اور بکتر بند تھرموکوپلز کی قسم اور قطر [2]۔
موڑ کی خرابی کو متاثر کرنے والے عوامل اور انسدادی اقدامات
ڈائیورشن کی غلطیوں کے متاثر کن عوامل کو سمجھنا اور ڈائیورشن کی غلطیوں کے اثرات کو کم یا ختم کرنے کے لیے مناسب اقدامات کرنا ضروری ہے۔ نتائج بتاتے ہیں کہ بکتر بند تھرموکوپل کی شنٹ کی خرابی زیادہ درجہ حرارت کی وجہ سے ہوتی ہے۔
(1) بکتر بند تھرموکوپل قطر
9m (MgO موصلیت) کی لمبائی والے K-قسم کے بکتر بند تھرموکوپل کے لیے، تھرموکوپل کا صرف درمیانی حصہ ہی گرم کیا جاتا ہے۔ تجرباتی نتائج سے پتہ چلتا ہے کہ ڈائیورشن کی غلطی کی شدت اس کے قطر کے مربع جڑ کے الٹا متناسب ہے (اس اصول کی تعمیل کرنے کے لیے قطر بہت چھوٹا ہے)، جس کا مطلب ہے کہ قطر جتنا چھوٹا ہوگا، ڈائیورشن کی غلطی اتنی ہی زیادہ ہوگی۔
جب مرکزی درجہ حرارت 800 ڈگری سے زیادہ ہو جائے تو، 3.2 ملی میٹر بکتر بند تھرموکول شنٹ کی خرابیاں پیدا کر سکتے ہیں۔ تاہم، ф 6.4mm اور ф جب 8mm بکتر بند تھرموکوپل کا درمیانی درجہ حرارت 900 ڈگری ہے، شنٹ کی غلطی کا ابھی تک پتہ نہیں چل سکا ہے۔ تقریباً ф 6.4mm (Φ 1.4mm کا ہاٹ لائن قطر) اور ф 8mm (ہیٹنگ وائر کا قطر ہے ф A 2.0mm بکتر بند تھرموکوپل ایک قطر پیدا کرتا ہے جب درمیانی حصے میں درجہ حرارت 1100 ڈگری ф 8 ملی میٹر بکتر بند تھرموکوپل ہے۔ ڈائیورژن صرف ф ہے 6.4 ملی میٹر کا نصف۔ قدر (50%) دو بکتر بند تھرموکوپل (1.42/2.02) کے تار قطر کے مربع کے قریب ہے، اور ساتھ ہی الیکٹروڈ تار قطر کا مربع تناسب، جو تار الیکٹروڈ کا مزاحمتی تناسب ہے۔ لہذا، موڑ کی غلطیوں کو کم کرنے کے لیے، بکتر بند تھرموکوپل کا قطر منتخب کیا جانا چاہیے۔

(2) درمیانی حصے کا درجہ حرارت
اگر درمیانی حصے کا درجہ حرارت 800 ڈگری سے زیادہ ہو جائے تو موڑ کی خرابی ہو سکتی ہے، اور درجہ حرارت میں اضافے کے ساتھ اس کا سائز تیزی سے بڑھ جائے گا۔ لہذا، ماپنے کے اختتام کے علاوہ، دوسرے حصوں کو 800 ڈگری سے زیادہ سے زیادہ گریز کرنا چاہئے.
1) درمیانی حصے میں ہیٹنگ زون کی لمبائی اور پوزیشن
جب ہیٹنگ زون کے وسط میں درجہ حرارت 800 ڈگری سے زیادہ ہوتا ہے، حرارتی زون جتنا لمبا ہوتا ہے اور پیمائش کے اختتام سے جتنا دور ہوتا ہے، ڈائیورشن کی غلطی اتنی ہی زیادہ ہوتی ہے۔ لہٰذا، حرارتی پٹی کی لمبائی ممکنہ حد تک مختصر ہونی چاہیے اور موڑ کی غلطیوں کو کم کرنے کے لیے اسے ماپنے والے سرے سے گرم نہیں کیا جانا چاہیے۔
(3) تھرموکوپل تاروں کی مزاحمت
جب شیتھڈ تھرموکوپل کا قطر ایک جیسا ہو تو تھرموکوپل تار کی مزاحمت بڑھنے کے ساتھ ہی شنٹ کی خرابی بڑھ جائے گی۔ لہذا، چھوٹے مزاحمتی تھرموکوپل تاروں کا استعمال کرنا بہتر ہے۔ مثال کے طور پر، K-قسم کے تھرموکوپلز کے مقابلے، ایک ہی قطر کے ساتھ S-قسم کے بکتر بند تھرموکولز شنٹ کی غلطی کو 40% تک کم کر دیں گے۔ اس لیے، S-قسم کے تھرموکوپلز کو فرنس کے درجہ حرارت کے میدان کی تقسیم کی پیمائش کے لیے استعمال کیا جا سکتا ہے، جو کہ مہنگا ہے لیکن زیادہ درست ہے۔
(4) موصلیت مزاحمت
اعلی درجہ حرارت پر، بڑھتے ہوئے درجہ حرارت کے ساتھ آکسائیڈ کی مزاحمتی صلاحیت تیزی سے کم ہو جاتی ہے۔ شنٹ کی خرابی بنیادی طور پر اعلی درجہ حرارت کے اجزاء کی موصلیت کی خصوصیات پر منحصر ہے۔ موصلیت کی مزاحمت جتنی کم ہوگی، شنٹ کی غلطی اتنی ہی آسان ہوگی۔ جب موصلیت کی مزاحمت 10 گنا بڑھ جاتی ہے یا 1/10 تک کم ہو جاتی ہے، تو شنٹ کی خرابی 1/10 یا 10 گنا کم ہو جائے گی۔ ڈائیورشن کی غلطیوں کو کم کرنے کے لیے، بکتر بند تھرموکوپلز کو زیادہ سے زیادہ استعمال کیا جانا چاہیے تاکہ موصلیت کی موٹائی میں اضافہ ہو۔ اگر مندرجہ بالا اقدامات غیر موثر ہیں، جمع شدہ تھرموکوپل استعمال کرنا ضروری ہے.
5. مختصر رینج آرڈر شدہ ساختی تبدیلیاں (K ریاست)
K قسم کے تھرموکول، 250 ڈگری -600 ڈگری درجہ حرارت کی حد میں، اپنے مائیکرو اسٹرکچر میں تبدیلیوں کی وجہ سے مختصر فاصلے کے ترتیب والے ڈھانچے بناتے ہیں، جو تھرمو الیکٹرک صلاحیت اور خرابی کو متاثر کر سکتے ہیں، جسے K-state [3] کہا جاتا ہے۔ یہ Ni Cr الائے کی ایک منفرد جالی تبدیلی ہے۔ جب Cr کا مواد 5-30% کی حد میں ہوتا ہے، تو جوہری جالی میں ایک ترتیب شدہ خرابی کی منتقلی ہوتی ہے۔ Cr مواد اور درجہ حرارت میں تبدیلیوں کی وجہ سے خرابیاں۔ K قسم کے تھرموکوپل کو 300 ڈگری سے 800 ڈگری تک گرم کریں اور پوٹینشل کی پیمائش کے لیے اسے 50 ڈگری کے مقام پر ہٹا دیں۔ 450 ڈگری پر، زیادہ سے زیادہ انحراف 4 ڈگری تک پہنچ جاتا ہے، اور 350-600 ڈگری کی حد کے اندر، یہ ایک مثبت انحراف ہے۔ K-state کی موجودگی کی وجہ سے، K-type thermocouples کے درجہ حرارت میں اضافہ یا کولنگ ٹیسٹ کے نتائج متضاد ہیں۔ لہذا، کم لاگت والے تھرموکوپل تصدیقی پروگرام میں یہ واضح طور پر بیان کیا گیا ہے کہ ٹیسٹ کی ترتیب یہ ہے: کم درجہ حرارت سے اعلی درجہ حرارت تک درجہ حرارت ٹیسٹ پوائنٹ بہ پوائنٹ۔ اس کے علاوہ، 400 ڈگری ٹیسٹ پوائنٹ پر، نہ صرف گرمی کی منتقلی کا اثر خراب ہوتا ہے اور تھرمل توازن حاصل کرنا مشکل ہوتا ہے، بلکہ یہ K حالت کی خرابی کی زیادہ سے زیادہ حد کے اندر بھی ہوتا ہے۔ لہذا، احتیاط سے فیصلہ کریں کہ آیا نقطہ قابل ہے.
نی سی آر ایلوائیز میں مختصر رینج آرڈرڈ ساختی تبدیلیوں کا رجحان نہ صرف K-قسم میں موجود ہے بلکہ E-قسم کے تھرموکوپلز کے مثبت الیکٹروڈ میں بھی موجود ہے۔ تاہم، ای قسم کا تھرموکوپل تغیر کے طور پر K-قسم کا صرف 2/3 ہے۔ مختصراً، K حالت کا تعلق درجہ حرارت اور وقت سے ہے، اور درجہ حرارت کی تقسیم یا تھرموکوپل کی پوزیشن میں تبدیلی آنے پر انحراف بہت زیادہ بدل جائے گا۔ انحراف کی شدت کا درست اندازہ لگانا مشکل ہے۔