Thermocouple: के कार्य सिद्धांत, प्रकार और उपयोग (in Hindi)

आज के आधुनिक उद्योगों में Temperature की सही माप अत्यंत महत्वपूर्ण है। चाहे वह पावर प्लांट हो, स्टील प्लांट, सीमेंट फैक्ट्री, ऑयल एंड गैस उद्योग, केमिकल प्लांट या फूड प्रोसेसिंग इंडस्ट्री—हर जगह तापमान की निगरानी के लिए थर्मोकपल का व्यापक उपयोग किया जाता है।

थर्मोकपल एक ऐसा Temperature Sensor है जो दो अलग-अलग धातुओं (Different Metals) के संपर्क से उत्पन्न होने वाले छोटे विद्युत वोल्टेज (Millivolt) के आधार पर तापमान मापता है। इसकी सरल बनावट, कम कीमत, उच्च तापमान सहने की क्षमता और तेज प्रतिक्रिया के कारण यह दुनिया का सबसे अधिक उपयोग होने वाला तापमान सेंसर है। https://mentorversehub.com/wp-admin/post.php?post=2631&action=edit

Thermocouple क्या है? 

थर्मोकपल दो अलग-अलग धातुओं से बना एक तापमान मापक सेंसर है। जब इन दोनों धातुओं को एक सिरे पर जोड़ दिया जाता है और उस जोड़ का तापमान बदलता है, तब एक छोटा विद्युत वोल्टेज (voltage) उत्पन्न होता है। इसी वोल्टेज (Voltage) को मापकर तापमान ज्ञात किया जाता है। सरल शब्दों में,  

Heat → Millivolt → Temperature

थर्मोकपल का इतिहास:

सन 1821 में जर्मन वैज्ञानिक Thomas Johann Seebeck ने खोज की कि यदि दो अलग-अलग धातुओं को जोड़कर उनके दोनों सिरों के तापमान में अंतर रखा जाए, तो एक विद्युत विभव (Voltage) उत्पन्न होता है। इसी खोज को Seebeck Effect कहा जाता है। आज सभी थर्मोकपल इसी सिद्धांत पर कार्य करते हैं। 

Thermocouple का कार्य सिद्धांत (Working Principle):

Thermocouple Seebeck Effect पर कार्य करता है। जब दो अलग-अलग धातुओं को जोड़कर उनके दोनों Junction का तापमान अलग-अलग रखा जाता है, तब उनके बीच Millivolt उत्पन्न होता है। Temperature Difference जितना अधिक होगा, उतना ही अधिक Voltage उत्पन्न होगा। यही Voltage Temperature Indicator या Temperature Transmitter द्वारा पढ़ा जाता है।

Seebeck Effect – Seebeck Effect वह प्रक्रिया है जिसमें Different Metals + Temperature Difference = Voltage

यदि पहला Junction गर्म है , दूसरा Junction ठंडा है  तो उनके बीच EMF उत्पन्न होता है। यह EMF सामान्यतः

• 1 mV
• 10 mV
• 20 mV
• 50 mV  के बीच होता है।

Thermocouple की संरचना:

एक Thermocouple मुख्यतः निम्न भागों से मिलकर बना होता है।

1. Hot Junction जहाँ तापमान मापा जाता है।
2. Cold Junction Reference Junction कहलाता है।
3. Different Metal Wires: जैसे

• Iron
• Copper
• Nickel
• Chromel
• Alumel

4. Insulation: वायरों को अलग रखने के लिए।
5. Metal Sheath: Mechanical Protection देता है।
6. Terminal Head Connection के लिए।

Thermocouple कैसे कार्य करता है?

मान लीजिए एक भट्टी (Furnace) का तापमान मापना है। Thermocouple का Hot Junction Furnace के अंदर रहेगा। Cold Junction बाहर रहेगा। जैसे-जैसे Furnace गर्म होगी, वैसे-वैसे Millivolt बढ़ेगा। Temperature Transmitter इस Millivolt को Temperature में बदल देता है।

उदाहरण: 500°C = लगभग 20 mV, 1000°C = लगभग 41 mV

Thermocouple के प्रमुख प्रकार:

1.Type K Thermocouple – सबसे अधिक उपयोग होने वाला Metal

• Chromel
• Alumel

Temperature Range

-200°C से +1260°C

Applications

• Boiler
• Furnace
• Kiln
• Turbine

2. Type J थर्मोकपल –

Metal – Iron

Constantan Temperature -40°C से 750°C

3. Type T थर्मोकपल –

Metal- Copper

Constantan Temperature -200°C से 350°C

Food Industry में लोकप्रिय।

4. Type E थर्मोकपल –

उच्च Accuracy देता है।

Temperature -200°C से 900°C

5. Type N –

High Stability

Power Plant में उपयोग।

6. Type R –

Platinum आधारित |

High Temperature 1600°C तक |

7. Type S थर्मोकपल  –

Laboratory

Calibration

Glass Industry

8. Type B थर्मोकपल  –

सबसे अधिक तापमान 1800°C तक |

use in Steel Industry.

Thermocouple Color Coding:

Type	Positive	Negative
K	Green	White
J	Black	White
T	Brown	White
E	Violet	White
N	Pink	White

ध्यान दें: अलग-अलग देशों (IEC, ANSI आदि) के अनुसार रंग कोड में अंतर हो सकता है।

Temperature Range:

Type	Range
K	-200°C से 1260°C
J	-40°C से 750°C
T	-200°C से 350°C
E	-200°C से 900°C
N	-200°C से 1300°C
R	1600°C
S	1600°C
B	1800°C

Thermocouple के Advantages:

कम कीमत, High Temperature Measurement, मजबूत निर्माण, Fast Response, Maintenance कम, लंबी दूरी तक सिग्नल भेज सकता है (Transmitter के साथ), Vibration सहन कर सकता है, Power Supply की आवश्यकता नहीं, छोटे आकार में उपलब्ध, लगभग सभी उद्योगों में उपयोगी 

https://www.youtube.com/watch?v=9COvd-yNOaY

Thermocouple के Disadvantages:

Accuracy, RTD से कम, Millivolt Signal बहुत छोटा होता है, Electrical Noise का प्रभाव, Cold Junction Compensation आवश्यक, समय के साथ Drift हो सकता है https://www.youtube.com/watch?v=9COvd-yNOaY&t=1s

Thermocouple के उपयोग (Applications):

Power Plant –

• Boiler Temperature
• Superheater
• Reheater
• Steam Temperature
• Turbine Bearing

Steel Plant –

• Furnace
• Molten Metal

Cement Industry –

• Kiln
• Clinker Cooler

Chemical Plant –

• Reactor
• Heat Exchanger

Food Industry –

• Oven
• Dryer 

Pharmaceutical –

• Sterilizer

Automobile –

• Exhaust Gas Temperature

Aerospace –

• Jet Engine

Plastic Industry –

• Extruder

Glass Industry –

• Furnace Temperature

Installation Tips:

• सही Thermocouple Type चुनें।
• उचित Thermowell का उपयोग करें।
• Hot Junction को Process में पर्याप्त गहराई तक डालें।
• Sensor Cable को Power Cable से दूर रखें।
• सही Polarity बनाए रखें।
• Shielded Cable का उपयोग करें जहाँ आवश्यक हो।

Calibration –

Thermocouple की Calibration समय-समय पर आवश्यक है।

सामान्यतः

• Dry Block Calibrator
• Temperature Bath
• Standard Thermometer का उपयोग किया जाता है।

Maintenance –

• नियमित Visual Inspection करें।
• Oxidation की जाँच करें।
• Loose Connections ठीक करें।
• Broken Cable बदलें।
• Calibration रिकॉर्ड बनाए रखें।
• High Temperature Damage की निगरानी करें।

Thermocouple और RTD में अंतर :

विशेषता	Thermocouple	RTD
Accuracy	मध्यम	अधिक
Cost	कम	अधिक
Temperature Range	बहुत अधिक	मध्यम
Response	तेज	अपेक्षाकृत धीमा
Output	Millivolt	Resistance
Durability	अधिक	मध्यम

 

Thermocouple चुनते समय ध्यान देने योग्य बातें –

• तापमान की सीमा (Temperature Range)
• आवश्यक Accuracy
• Process Environment
• Corrosive या Oxidizing वातावरण
• Response Time
• Sensor Length
• Sheath Material
• Thermowell Compatibility
• Installation Location
• बजट

Thermocouple में होने वाली सामान्य समस्याएँ (Troubleshooting):

1. Open Circuit – वायर टूट जाने से तापमान रीडिंग असामान्य या बहुत अधिक दिखाई दे सकती है।
2. Short Circuit – इंसुलेशन खराब होने पर गलत तापमान प्राप्त हो सकता है।
3. Drift – लंबे समय तक उच्च तापमान पर रहने से रीडिंग धीरे-धीरे बदल सकती है।
4. Electrical Noise – पावर केबल के पास होने पर सिग्नल प्रभावित हो सकता है।
5. Incorrect Polarity – पॉजिटिव और नेगेटिव तार उल्टे जुड़ने पर गलत रीडिंग मिलती है।