ٹھرموسٹر کیا ہے؟

ٹھرمسٹر کیا ہے؟

ٹھرمسٹر کی تعریف

ٹھرمسٹر (یا ٹھرمی ریزسٹر) ایک ریزسٹر ہے جس کی الیکٹرکل ریزسٹنس درجہ حرارت کے تبدیل ہونے پر مینڈھا طور پر تبدیل ہوتی ہے۔

ٹھرمسٹرز کو سروس کے طور پر کارکردگی کے لئے استعمال کیا جاتا ہے۔ وہ درجہ حرارت کی پیمائش کے لئے صحیح، سستہ اور مضبوط طریقہ ہیں۔

اگرچہ ٹھرمسٹرز شدید درجات حرارت میں موثر نہیں ہوتے، لیکن ان کو کئی ایپلیکیشنز کے لئے پسند کیا جاتا ہے۔

ٹھرمسٹرز کو وقت کی صحت کی پیمائش کی ضرورت ہوتی ہے۔ نیچے ٹھرمسٹر کا سرس کرکٹ سمبول دکھایا گیا ہے:

ٹھرمسٹرز کے استعمال

ٹھرمسٹرز کو کئی مختلف مائع اور آس پاس کے ہوا کے ماحول میں درجہ حرارت کی پیمائش کے طور پر وسیع پیمانے پر استعمال کیا جاتا ہے۔ ٹھرمسٹرز کے کچھ عام استعمال یہ ہیں:

• ڈیجیٹل ٹھرمومیٹر (ٹھرمومیٹرز)

• موٹر کار کے ایپلیکیشن (کاروں اور ٹرکوں میں تیل اور کولنٹ کے درجہ حرارت کی پیمائش کے لئے)

• گھریلو آلات (مثل مائیکروویو، فریج، اور اوون)

• سرکٹ کی حفاظت (مثلاً سرجن کی حفاظت)

• دوبارہ چارج ہونے والے بیٹری (صحت کے درجہ حرارت کو برقرار رکھنے کے لئے)

• برقی مواد کی حرارتی موصليت کی پیمائش کرنے کے لئے

• کئی بنیادی برقی سرس کرکٹ میں مفید (مثال کے طور پر ایک بیگینر آرڈینو سٹارٹر کٹ کا حصہ کے طور پر)

• درجہ حرارت کی معاوضہ (یعنی سرس کرکٹ کے کسی دوسرے حصے میں درجہ حرارت کی تبدیلی کے باعث ہونے والے اثرات کو معاوضہ کرنے کے لئے ریزسٹنس کو برقرار رکھنا)

• ویٹسٹون برج کرکٹس میں استعمال کیا جاتا ہے

کام کا منصوبہ

ٹھرمسٹر کا کام کا منصوبہ یہ ہے کہ اس کی ریزسٹنس اس کے درجہ حرارت پر منحصر ہوتی ہے۔ ہم ایک اوہم میٹر کے ذریعے ٹھرمسٹر کی ریزسٹنس کی پیمائش کر سکتے ہیں۔

درجہ حرارت کی تبدیلی کے طریقے کو سمجھنے سے ہم اس کی ریزسٹنس کی پیمائش کرتے ہوئے درجہ حرارت کا تعین کر سکتے ہیں۔

ریزسٹنس کی تبدیلی کتنی ہوتی ہے یہ ٹھرمسٹر میں استعمال ہونے والے مواد کی قسم پر منحصر ہوتا ہے۔ ٹھرمسٹر کے درجہ حرارت اور ریزسٹنس کے درمیان تعلق غیر خطی ہوتا ہے۔ نیچے ایک عام ٹھرمسٹر گراف دکھایا گیا ہے:

اگر ہم کسی تھرمیسٹر کے ساتھ ہوتے ہوئے اوپر دی گئی درجہ حرارت کے گراف کو دیکھ رہے ہوں، تو ہم صرف آہم میٹر سے ناپی گئی پردانش کو گراف پر دکھائی گئی درجہ حرارت کے ساتھ لائن کر سکتے ہیں۔

y-محور پر پردانش کے ساتھ ایک افقی لائن کھینچ کر، اور جہاں یہ افقی لائن گراف سے ملتی ہے وہاں سے ایک عمودی لائن نیچے کھینچ کر، ہم تھرمیسٹر کے درجہ حرارت کو یقینی بناسکتے ہیں۔

تھرمیسٹرز کی قسمیں

تھرمیسٹروں کی دو قسمیں ہیں:

• منفی درجہ حرارت کا ضریب (NTC) تھرمیسٹر

• مثبت درجہ حرارت کا ضریب (PTC) تھرمیسٹر

NTC تھرمیسٹر

NTC تھرمیسٹر میں، پردانش درجہ حرارت کے بڑھنے کے ساتھ کم ہوتا ہے، اور اس کے عکس میں بڑھتا ہے۔ یہ معکوس تعلق NTC تھرمیسٹروں کو سب سے عام قسم بناتا ہے۔

NTC تھرمیسٹر میں پردانش اور درجہ حرارت کے درمیان تعلق نیچے دی گئی تعبیر کے ذریعے حکمران ہے:

• RT درجہ حرارت T (K) پر پردانش ہے

• R0 درجہ حرارت T0 (K) پر پردانش ہے

• T0 مرجعی درجہ حرارت ہے (عام طور پر 25oC)

• β ایک دائمی عدد ہے، جس کی قدر مواد کے خصوصیات پر منحصر ہے۔ نامی قدر 4000 لی جاتی ہے۔

اگر β کی قدر زیادہ ہو، تو مقاوم–درجہ حرارت کا تعلق بہت اچھا ہوگا۔ β کی زیادہ قدر کا مطلب یہ ہے کہ ایک ہی درجہ حرارت کے اضافے کے لیے پردانش میں زیادہ تغیر ہوگا – اس طرح آپ نے تھرمیسٹر کی حساسیت (اور یقینی طور پر صحت) کو بڑھا دیا ہے۔

معادلہ سے ہم پردانش درجہ حرارت کے ضریب کو تعین کر سکتے ہیں، جو تھرمیسٹر کی حساسیت کو ظاہر کرتا ہے۔

اوپر ہم واضح طور پر دیکھ سکتے ہیں کہ αT کے ساتھ منفی نشان ہے۔ یہ منفی نشان NTC تھرمیسٹر کے منفی پردانش-درجہ حرارت کے خصوصیات کو ظاہر کرتا ہے۔

اگر β = 4000 K اور T = 298 K، تو αT = –0.0045/oK ہوگا۔ یہ پلاتینم RTD کی حساسیت سے بہت زیادہ ہے۔ یہ بہت چھوٹے درجہ حرارت کے تبدیلیوں کو ناپنے میں قابل ہوگا۔

لیکن، اب مختلف شکل کے سنگین طور پر ڈوپ کردہ تھرمیسٹروں کی دستیابی ہے (زیادہ قیمت پر) جن کا مثبت درجہ حرارت کا ضریب ہوتا ہے۔

معادلہ (1) ایسا ہے کہ بھی چھوٹے درجہ حرارت کے رنج پر خطی تخمین کو بنانے کا امکان نہیں ہے، اور اس لیے تھرمیسٹر کو قطعی طور پر غیر خطی سینسر سمجھا جاتا ہے۔

پی ایسی ٹھرمسٹر

پی ایسی ٹھرمسٹر کا درجہ حرارت اور مقاومت کے درمیان معکوس تعلق ہوتا ہے۔ جب درجہ حرارت میں اضافہ ہوتا ہے، تو مقاومت بھی بڑھ جاتی ہے۔

اور جب درجہ حرارت میں کمی آتی ہے، تو مقاومت بھی کم ہو جاتی ہے۔ اس لیے پی ایسی ٹھرمسٹر میں درجہ حرارت اور مقاومت معکوس طور پر تناسب یاب ہوتے ہیں۔

اگرچہ پی ایسی ٹھرمسٹرز ان ایسی ٹھرمسٹروں کے مقابلے میں اتنے عام نہیں ہوتے، لیکن وہ اکثر سرکٹ کی حفاظت کے طور پر استعمال ہوتے ہیں۔ فیوزز کے مشابہ کام کرتے ہوئے، پی ایسی ٹھرمسٹرز کارنٹ لیمیٹنگ ڈیوائس کے طور پر کام کر سکتے ہیں۔

جب کارنٹ کسی ڈیوائس کے ذریعے گزرتا ہے تو یہ کچھ مقدار میں ریزسٹو میں گرمی کا باعث بنتا ہے۔ اگر کارنٹ کی مقدار کافی زیادہ ہو کہ یہ ڈیوائس کے آس پاس کی سطح سے زیادہ گرمی پیدا کر دے تو ڈیوائس گرم ہو جاتا ہے۔

پی ایسی ٹھرمسٹر میں، یہ گرم ہونا اس کی مقاومت کو بڑھانے کا باعث بنتا ہے۔ یہ خود کو تقویت دینے والا اثر بناتا ہے جس کی وجہ سے مقاومت بڑھتی ہے، اس طرح کارنٹ کو محدود کرتا ہے۔ اس طرح، یہ کارنٹ لیمیٹنگ ڈیوائس کے طور پر کام کرتا ہے – سرکٹ کی حفاظت کرتا ہے۔

ٹھرمسٹر کی خصوصیات

ٹھرمسٹر کی خصوصیات کو حکم دینے والے تعلق کو نیچے دیا گیا ہے:

• R1 = درجہ حرارت T1[^oK] پر ٹھرمسٹر کی مقاومت

• R2 = درجہ حرارت T2 [^oK] پر ٹھرمسٹر کی مقاومت

• β = ٹرانسڈیوسر (مثال کے طور پر ایک آسیلیٹر ٹرانسڈیوسر) کے مادے پر منحصر ثابت

اوپر دی گئی مساوات میں ہم دیکھ سکتے ہیں کہ درجہ حرارت اور مقاومت کے درمیان تعلق بہت غیر خطی ہوتا ہے۔ ایک معیاری ان ایسی ٹھرمسٹر عام طور پر 0.05/^oC کے قریب منفی گرمائشی مقاومت درجہ حرارت کا عدد ظاہر کرتا ہے۔

ٹھرمسٹر کی تعمیر

ٹھرمسٹر بنانے کے لیے، دو یا زیادہ میٹالک آکسائڈ کے سیمی کنڈکٹر پاؤڈر کو ملا کر ایک بائنڈر کے ساتھ مکس کر کے ایک سلری کی شکل دی جاتی ہے۔

اس سلری کے چھوٹے قطرے لیڈ واائرز پر بنائے جاتے ہیں۔ خشک کرنے کے لیے، ہمیں اسے سنٹر فرن میں ڈالنا ہوتا ہے۔

اس عمل کے دوران، سلری لیڈ واائرز پر چھوٹ جاتی ہے تاکہ الیکٹرکل کنکشن بنایا جا سکے۔

پروسیس شدہ میٹالک آکسائڈ کو گلاس کوٹنگ سے محفوظ کیا جاتا ہے۔ یہ گلاس کوٹنگ ٹھرمسٹروں کو پانی سے محفوظ کرتا ہے - جس سے ان کی استحکام میں بہتری آتی ہے۔

بازار میں مختلف شکل اور سائز کے ٹھرمسٹروں کی دستیابی ہوتی ہے۔ چھوٹے ٹھرمسٹروں کا قطر 0.15 ملی میٹر سے لے کر 1.5 ملی میٹر تک ہوتا ہے۔

تھرمیسٹرز کو ڈسکز اور واشر کی شکل میں بھی دیا جاسکتا ہے، جن کو تھرمیسٹر مواد کو زبردست دباؤ کے تحت پٹلا سلنڈر کی شکل میں پرس کر کے بنایا جاتا ہے جس کا قطر 3 ملی میٹر سے لے کر 25 ملی میٹر تک ہوتا ہے۔

تھرمیسٹرز کا معمولی سائز 0.125 ملی میٹر سے لے کر 1.5 ملی میٹر تک ہوتا ہے۔ بازار میں دستیاب تھرمیسٹرز کی نامی مقادیر 1K، 2K، 10K، 20K، 100K وغیرہ ہوتی ہیں۔ یہ قدر 25oC کے درجے حرارت پر مقاومت کی قدر کو ظاہر کرتی ہے۔

تھرمیسٹرز مختلف مودلز میں دستیاب ہیں: گیند کی شکل، راڈ کی شکل، ڈسک کی شکل وغیرہ۔ تھرمیسٹرز کے اہم فوائد ان کا چھوٹا سائز اور نسبتاً کم قیمت ہیں۔

اس سائز کے فائدے کا مطلب یہ ہے کہ سیٹھز میں کام کرنے والے تھرمیسٹرز کا وقت کا دائم چھوٹا ہوتا ہے، حالانکہ سائز کی کمی ان کی گرمی کے منتشر کرنے کی صلاحیت کو کم کرتی ہے اور اس طرح خود گرمی کا اثر زیادہ ہوجاتا ہے۔ یہ اثر تھرمیسٹر کو مستقل طور پر نقصان پہنچا سکتا ہے۔

اس کو روکنے کے لئے، تھرمیسٹرز کو مقاومت ٹھرمومیٹر کے مقابلے میں کم سطح کے برقی کرنٹ پر چلانا چاہئے - جس کے نتیجے میں پیمائش کی حساسیت کم ہوجاتی ہے۔

تھرمیسٹر کے مقابلے میں تھرموکپل

تھرمیسٹر اور تھرموکپل کے درمیان کے اہم فرق یہ ہیں:

تھرمیسٹر

• سمجھنے کا محدود علاقہ (55 سے +150oC - یہ برند کے معاملے پر منحصر ہے)

• سمجھنے کا پیرامیٹر = مقاومت

• سمجھنے کے پیرامیٹر (مقاومت) اور درجہ حرارت کے درمیان غیر خطی تعلق

• NTC تھرمیسٹرز میں درجہ حرارت کے بڑھنے کے ساتھ مقاومت کی تقریباً اسپونینشل کمی ہوتی ہے

• درجہ حرارت کی چھوٹی تبدیلیوں کو سمھرنے کے لئے اچھا ہے (تھرمیسٹر کو صحت سے اور بالکل حلقوں کے ساتھ 50oC کے علاقے سے زیادہ کے لئے استعمال کرنا مشکل ہے)۔

• سمجھنے کا سرکٹ آسان ہے اور اس کو افزائش کی ضرورت نہیں ہوتی اور یہ بہت آسان ہے

• معمولی طور پر کیلیبریشن کے بغیر 1oC سے بہتر صحت حاصل کرنا مشکل ہے

تھرموکپل

• درجہ حرارت کے بڑے علاقے کو شامل کرتا ہے (ٹائپ T = -200-350oC؛ ٹائپ J = 95-760°C؛ ٹائپ K = 95-1260°C؛ دیگر ٹائپز بلند ترین درجات حرارت تک جاتے ہیں)

• بہت صحیح ہوسکتا ہے

• سمجھنے کا پیرامیٹر = مختلف درجات حرارت پر جنکشن کی جانب سے تولید کردہ ولٹیج

• تھرموکپل کی ولٹیج نسبتاً کم ہوتی ہے

• سینسر پیرامیٹر (ولٹیج) اور درجہ حرارت کے درمیان خطی تعلق ہو۔

تھرمیسٹر کے مقابلے میں آآر ٹی ڈی

درجہ حرارت کے مطابق مقاومت کے ناظم (جسے آآر ٹی ڈی سینسر بھی کہا جاتا ہے) تھرمیسٹروں کے بہت مشابہ ہوتے ہیں۔ دونوں آآر ٹی ڈیز اور تھرمیسٹروں کی مقاومت درجہ حرارت کے مطابق متغیر ہوتی ہے۔

دونوں کے درمیان اصل فرق وہ مادہ ہے جس سے وہ بنائے جاتے ہیں۔ تھرمیسٹروں کو عام طور پر سرامک یا پالیمر مواد سے بنایا جاتا ہے جبکہ آآر ٹی ڈیز خالص دھاتوں سے بنے ہوتے ہیں۔ کارکردگی کے لحاظ سے، تھرمیسٹروں کی تقریباً تمام جہتوں میں بہتر کارکردگی ہوتی ہے۔

تھرمیسٹروں کی صحت بہتر ہوتی ہے، وہ کم قیمتی ہوتے ہیں اور آآر ٹی ڈیز کے مقابلے میں تیز رفتار جواب دہی کرتے ہیں۔ تھرمیسٹر کے مقابلے میں آآر ٹی ڈی کا واحد حقیقی نقصان درجہ حرارت کا محدود رینج ہے۔ آآر ٹی ڈیز تھرمیسٹروں کے مقابلے میں وسیع تر درجہ حرارت کا مطالعہ کرتے ہیں۔

اس کے علاوہ، تھرمیسٹر کو آآر ٹی ڈی کے مقابلے میں استعمال کرنے کا کوئی وجہ نہیں ہے۔