থার্মোকাপল যন্ত्र
সংজ্ঞা
থার্মোকাপল যন্ত্র হল এমন একটি পরিমাপ যন্ত্র যা থার্মোকাপল ব্যবহার করে তাপমাত্রা, বিদ্যুৎ প্রবাহ এবং ভোল্টেজ নির্ধারণ করে। এই বহুমুখী যন্ত্র বিকল্প ও সরল প্রবাহ (AC এবং DC) সার্কিটে পরিমাপ করতে সক্ষম, যা একটি বিস্তৃত পরিসরের অ্যাপ্লিকেশনে একটি মূল্যবান সরঞ্জাম হয়ে ওঠে।
থার্মোকাপলের মৌলিক বিষয়াবলী
থার্মোকাপল হল একটি বৈদ্যুতিক যন্ত্র যা দুটি বিভিন্ন ধাতুর তার দিয়ে গঠিত। এর ফাংশনালিটি একটি মৌলিক নীতির উপর ভিত্তি করে: যেখানে এই দুটি বিভিন্ন ধাতু মিলিত হয়, সেখানে তাপশক্তি বৈদ্যুতিক শক্তিতে রূপান্তরিত হয়। এই ঘটনাটি, যা সিবেক প্রভাব নামে পরিচিত, থার্মোকাপল যন্ত্রের কাজের ভিত্তি গঠন করে, যা ধাতু জাংশনে উৎপন্ন বৈদ্যুতিক সম্ভাবনা ব্যবহার করে তাপমাত্রা এবং অন্যান্য বৈদ্যুতিক প্যারামিটার নির্ভুলভাবে পরিমাপ করতে সক্ষম হয়।
অপারেশন মেকানিজম
একটি বৈদ্যুতিক প্রবাহের পরিমাণ পরিমাপ করতে, পরিমাপ করা প্রবাহটি থার্মোকাপলের জাংশন দিয়ে পাঠানো হয়। প্রবাহ প্রবাহিত হলে, এটি হিটার এলিমেন্টের মধ্যে তাপ উৎপাদন করে। এর প্রতিক্রিয়ায়, থার্মোকাপল তার আউটপুট টার্মিনালে একটি ইলেকট্রোমোটিভ বল (emf) উৎপাদন করে। এই উৎপন্ন emf-টি পরমাণু - চুম্বক চলন্ত - কয়েল (PMMC) যন্ত্র দিয়ে পরিমাপ করা হয়। এই emf-এর পরিমাণ থার্মোকাপল জাংশনের তাপমাত্রা এবং পরিমাপকৃত প্রবাহের মূল - গড় - বর্গ (RMS) মানের সাথে সরাসরি সমানুপাতিক।
গুরুত্বপূর্ণ সুবিধাসমূহ
থার্মোকাপল যন্ত্রের সবচেয়ে উল্লেখযোগ্য সুবিধাগুলির মধ্যে একটি হল উচ্চ - কম্পাঙ্ক প্রবাহ এবং ভোল্টেজ পরিমাপের জন্য তাদের উপযোগীতা। এই যন্ত্রগুলি 50Hz-এর উপরের কম্পাঙ্কের সাথে বিশেষভাবে সুনির্দিষ্ট হয়, যা উচ্চ - কম্পাঙ্ক বৈদ্যুতিক প্যারামিটার নির্ভুলভাবে নির্ধারণ করতে হলে এই অ্যাপ্লিকেশনের জন্য আদর্শ।
থার্মোইলেকট্রিক যন্ত্রের কাজের নীতি
থার্মাল emf-এর উৎপাদন দুটি বিভিন্ন ধাতুর সাথে গঠিত একটি সার্কিটের মধ্যে ঘটে। এই ধাতুগুলির মিলিত জাংশনের তাপমাত্রা মোট কাজ এবং যন্ত্রের কাজের বোঝার জন্য একটি গুরুত্বপূর্ণ প্যারামিটার হয়।
a এবং b হল ধ্রুবক, যাদের মান থার্মোকাপলে ব্যবহৃত ধাতুগুলির বৈশিষ্ট্য দ্বারা নির্ধারিত হয়। সাধারণত, a-এর মান 40 থেকে 50 মাইক্রোভোল্টের মধ্যে থাকে, যেখানে b-এর মান কয়েক দশমিক থেকে শত মাইক্রোভোল্ট প্রতি ডিগ্রি সেলসিয়াস বর্গ μV/C°2-এর পরিসরে থাকে।
Δθ-কে থার্মোকাপলের গরম এবং ঠাণ্ডা জাংশনের মধ্যে তাপমাত্রার পার্থক্য হিসাবে নির্দিষ্ট করা হয়। এর উপর ভিত্তি করে, সম্পর্কিত তাপমাত্রা-সংক্রান্ত প্রকাশগুলি নিম্নলিখিত ভাবে প্রাপ্ত হয়।
হিটার তাপ উৎপাদন করে, এবং উৎপাদিত তাপের পরিমাণ প্রবাহ (I) এবং হিটার এলিমেন্টের রোধ (R) এর বর্গের গুণফলের সাথে সরাসরি সমানুপাতিক, I2R দ্বারা প্রকাশ করা হয়। ফলস্বরূপ, তাপমাত্রার বৃদ্ধি হিটার এলিমেন্ট দ্বারা উৎপাদিত তাপের সাথেও সরাসরি সমানুপাতিক। এই সম্পর্কটি হিটারের কাজ এবং তার প্রভাব বোঝার জন্য মৌলিক, যা বৈদ্যুতিক ইনপুট এবং তাপীয় আউটপুটের মধ্যে একটি স্পষ্ট সংযোগ স্থাপন করে।
থার্মোকাপল যন্ত্রে দুটি জাংশন রয়েছে: ঠাণ্ডা এবং গরম। এই দুটি জাংশনের মধ্যে পার্থক্য নিম্নলিখিতভাবে প্রকাশ করা হয়:
b-এর মান a-এর তুলনায় খুব ছোট, তাই এটি উপেক্ষা করা হয়। জাংশনের তাপমাত্রা নিম্নলিখিতভাবে প্রকাশ করা হয়:
পারমাণবিক - চুম্বক চলন্ত - কয়েল (PMMC) যন্ত্রের দোলন তার টার্মিনালে উৎপন্ন ইলেকট্রোমোটিভ বল (emf)-এর সাথে সরাসরি সমানুপাতিক। এই সম্পর্কটি বোঝায় যে, উৎপন্ন emf-এর বৃদ্ধি বা হ্রাস হলে, যন্ত্রের চলন্ত কয়েলের দোলন সম্পর্কিত পরিবর্তন ঘটে। গাণিতিকভাবে, এই ধরনের যন্ত্রের চলন্ত কয়েলের দোলন নিম্নলিখিত সমীকরণ দ্বারা প্রকাশ করা যায়, যা যন্ত্রের বৈদ্যুতিক ইনপুটের প্রতিক্রিয়া নিয়ন্ত্রণ করে যা প্রদান করে।
এখানে, K3 - aK1K2R-এর প্রকাশ একটি ধ্রুবক মান দেয়। এই বৈশিষ্ট্য যন্ত্রকে বর্গ সূত্র প্রতিক্রিয়া দেয়, যার অর্থ যন্ত্রের আউটপুট ইনপুট পরিমাণ (যেমন প্রবাহ বা ভোল্টেজ) এর বর্গের সাথে পরিবর্তিত হয়।
থার্মোইলেকট্রিক যন্ত্রের নির্মাণ
একটি থার্মোইলেকট্রিক যন্ত্র মূলত দুটি প্রধান উপাদান দিয়ে গঠিত: থার্মোইলেকট্রিক উপাদান এবং নির্দেশক যন্ত্র। এই দুটি অংশ একসাথে কাজ করে বৈদ্যুতিক এবং তাপীয় পরিমাণ নির্ভুলভাবে পরিমাপ করতে সক্ষম হয়।
থার্মোইলেকট্রিক উপাদানসমূহ
থার্মোকাপল যন্ত্রে চারটি পৃথক ধরনের থার্মোইলেকট্রিক উপাদান সাধারণত ব্যবহৃত হয়। প্রতিটি ধরনের নিজস্ব বৈশিষ্ট্য এবং কাজের নীতি রয়েছে, যা নিম্নে বিস্তারিত দেওয়া হল।
সংযোগ ধরন
সংযোগ-ধরনের থার্মোইলেকট্রিক উপাদান একটি পৃথক হিটার ব্যবহার করে। নিম্নে দেওয়া চিত্রে দেখানো হয়েছে, থার্মোকাপলের জাংশন হিটারের সাথে সরাসরি শারীরিক সংযোগে আনা হয়। এই সরাসরি সংযোগ হিটার থেকে থার্মোকাপল জাংশনে তাপ স্থানান্তরের জন্য কার্যকর করে, যা হিটার দ্বারা উৎপাদিত তাপশক্তিকে বৈদ্যুতিক সংকেত (ইলেকট্রোমোটিভ বল বা emf) এ রূপান্তর করতে এবং নির্দেশক যন্ত্র দ্বারা পরিমাপ করতে অপরিহার্য।
বৈদ্যুতিক হিটার উপাদানের কাজসমূহ
থার্মোইলেকট্রিক যন্ত্রের মধ্যে বৈদ্যুতিক হিটার উপাদান নিম্নলিখিত গুরুত্বপূর্ণ কাজগুলি পরিচালনা করে:
শক্তি রূপান্তর: এটি বৈদ্যুতিক শক্তিকে তাপীয় শক্তিতে রূপান্তরের মূল উপাদান হিসাবে কাজ করে। এই রূপান্তর হল প্রক্রিয়ার প্রথম ধাপ, যা থার্মাল প্রভাব ব্যবহার করে বৈদ্যুতিক পরিমাণ পরিমাপ করতে সক্ষম করে।
থার্মোইলেকট্রিক রূপান্তর: সিবেক প্রভাব ব্যবহার করে, হিটার উপাদান দ্বারা উৎপাদিত তাপশক্তি বৈদ্যুতিক শক্তিতে রূপান্তরিত হয়। এই রূপান্তর থার্মোকাপলের জাংশনে ঘটে, যেখানে গরম এবং ঠাণ্ডা জাংশনের মধ্যে তাপমাত্রার পার্থক্য একটি ইলেকট্রোমোটিভ বল (emf) উৎপাদন করে।
যন্ত্রের কাজ: থার্মোকাপলের আউটপুট টার্মিনাল একটি পারমাণবিক - চুম্বক চলন্ত - কয়েল (PMMC) যন্ত্রের সাথে সংযুক্ত হয়। উৎপন্ন বৈদ্যুতিক শক্তির খুব কম পরিমাণ প্রয়োগ করা হয় PMMC যন্ত্রের পয়েন্টার দোলনের জন্য। এই শক্তি যন্ত্রের স্প্রিংয়ে সংরক্ষিত হয়, যা পয়েন্টারের অবস্থান বজায় রাখতে এবং পরিমাপকৃত মান নির্দেশ করতে সাহায্য করে।
থার্মোইলেকট্রিক উপাদানের প্রকারভেদ
নন-কন্টাক্ট ধরনের যন্ত্র
নন-কন্টাক্ট ধরনের থার্মোইলেকট্রিক যন্ত্রে, হিটার উপাদান এবং থার্মোকাপলের মধ্যে কোন সরাসরি বৈদ্যুতিক সংযোগ নেই। বরং, দুটি উপাদান একটি বৈদ্যুতিক বিচ্ছিন্নকারী স্তর দ্বারা পৃথক হয়। যদিও এই বিচ্ছিন্নকারী বৈদ্যুতিক বিচ্ছিন্নতা প্রদান করে, এটি যন্ত্রের পারফরমেন্সের উপর উল্লেখযোগ্য প্রভাব ফেলে। সংযোগ-ধরনের যন্ত্রের তুলনায়, নন-কন্টাক্ট ডিজাইন যন্ত্রটিকে পরিমাপকৃত পরিমাণের পরিবর্তনের জন্য কম সংবেদনশীল করে এবং ধীর প্রতিক্রিয়া সময় দেয়। এটি কারণ হিটার থেকে থার্মোকাপলে তাপ স্থানান্তর বিচ্ছিন্নকারী বাধার কারণে কম কার্যকর হয়।
ভ্যাকুয়াম থার্মো-উপাদান
ভ্যাকুয়াম টিউব-ভিত্তিক থার্মোইলেকট্রিক যন্ত্রে, হিটার এবং থার্মোকাপল উভয়ই একটি ভ্যাকুয়ামিত কাঁচের টিউবের মধ্যে অবস্থিত। এই ভ্যাকুয়াম পরিবেশ যন্ত্রের দক্ষতাকে উল্লেখযোগ্যভাবে বাড়ায়। বায়ুর অনুপস্থিতিতে, তাপ হারানোর মাধ্যমে সঞ্চালন এবং সংক্রমণ হ্রাস পায়। ফলস্বরূপ, হিটার দীর্ঘ সময়ের জন্য তাপ ধরে রাখতে পারে, যা থার্মোকাপলের জন্য একটি স্থিতিশীল এবং সঙ্গতিপূর্ণ তাপ উৎস নিশ্চিত করে। এই তাপ উৎপাদনের স্থিতিশীলতা সময়ের সাথে সাথে আরও নির্ভুল এবং বিশ্বস্ত পরিমাপ দেয়।
ব্রিজ ধরন
ব্রিজ-ধরনের থার্মোইলেকট্রিক যন্ত্রে, বৈদ্যুতিক প্রবাহ থার্মোকাপল দিয
