સેરામિક થર્મોકપલ ટ્યૂબ: ઉચ્ચ તાપમાન માપનમાં થર્મોકપલનું રક્ષણ કરવું

ઉચ્ચ-તાપમાન માપન માટે વિશ્વસનીયતા માટે સેરામિક થર્મોકપલ ટ્યુબ કેમ જરૂરી છે

1000°C ઉપર થર્મલ અને રાસાયણિક નિમ્નકૃતિના જોખમો

જ્યારે તાપમાન 1000 ડિગ્રી સેલ્સિયસથી વધુ થાય છે, ત્યારે થર્મોકપલ્સ ઉષ્માકીય અને રાસાયણિક બંને રીતે ઝડપથી નષ્ટ થવા લાગે છે, જેના કારણે તેમની ચોકસી અને જીવનકાળ પર ગંભીર અસર પડે છે. ધાતુનો આવરણ ખૂબ જ ઝડપથી ઓક્સિડાઇઝ થાય છે, અને સલ્ફર ડાયોક્સાઇડ અને ક્લોરાઇડ્સ જેવી હાનિકારક એસિડિક વાયુઓ સામાન્ય ઇન્સુલેશનમાંથી પસાર થઈ જાય છે, જેના કારણે કેલિબ્રેશન દર અઠવાડિયે 5 ડિગ્રી સેલ્સિયસથી વધુ ડ્રિફ્ટ થાય છે. સતત ગરમ અને ઠંડા થવાના ચક્રોને કારણે માનક સામગ્રીમાં નાના નાના ફાટલો પડે છે, જે નિષ્ફળતાની પ્રક્રિયાને પ્રવેગિત કરે છે. ઉદ્યોગિક ભટ્ટીઓ અથવા કિલ્ન્સમાં સ્થાપિત કરેલા મોટાભાગના અરક્ષિત સેન્સર્સ ત્રણ મહિનાથી વધુ સમય સુધી ચાલતા નથી અને તેમને બદલવાની જરૂર પડે છે. આ વિઘટન દરમિયાન શું થાય છે? દૂષિત તારોને કારણે સિગ્નલ ડ્રિફ્ટ થાય છે, ઇન્સુલેશન પ્રતિકાર એક મેગાઓહ્મના માપદંડની નીચે ઘટે છે, અને અંતે શોર્ટ સર્કિટ વિકસિત થતાં સંપૂર્ણ સેન્સર નિષ્ફળ થાય છે.

કેરામિક થર્મોકપલ ટ્યુબ્સ સિગ્નલ ઇન્ટેગ્રિટી અને કેલિબ્રેશન સ્થિરતા કેવી રીતે જાળવે છે

થર્મોકપલ માટેની સેરામિક ટ્યૂબ તીવ્ર ગરમી અને ખરાબ રસાયણો બંને સામે એક મજબૂત ઢાલ તરીકે કામ કરે છે, જે ઘણા મહત્વપૂર્ણ લક્ષણોને કારણે માપનને ચોકસાઈપૂર્વક જાળવી રાખે છે. ઉચ્ચ શુદ્ધતાવાળા એલ્યુમિના અથવા ઝિરકોનિયામાંથી બનેલો આ સામગ્રી ઔદ્યોગિક વાતાવરણમાં જોવા મળતી પિગળેલી ધાતુઓ અને ક્ષારક માધ્યમ સામે સારી રીતે ટકી શકે છે. આ સેરામિક્સમાં કુદરતી રીતે ઓછી થર્મલ વાહકતા હોય છે, જેનો અર્થ એ થાય છે કે તેઓ તેમની દીવાલોમાં ગરમીને સરળતાથી વાહતી કરતા નથી. આ ગુણધર્મ ટ્યૂબની અંદર તાપમાનના તફાવતને કારણે થતી કંટાળાજનક કેલિબ્રેશનની સમસ્યાઓને ਰોકવામાં મદદ કરે છે. વળી, યોગ્ય રીતે સીલ કરેલી સ્થિતિમાં, આ ટ્યૂબ થર્મોકપલને સુસંગત વિદ્યુત સંકેતો ઉત્પન્ન કરવાની ક્ષમતાને ખરાબ કરે તેવા તમામ પ્રકારના દૂષણથી બચાવે છે. વ્યવહારમાં, સેરામિક દ્વારા રક્ષિત થર્મોકપલ 1600 ડિગ્રી સેલ્સિયસ સુધીના તાપમાને પણ લગભગ 1 ડિગ્રી સેલ્સિયસની અંદર તેમની ચોકસાઈ જાળવી રાખે છે. ઘણા સિમેન્ટ કિલ્નોમાં અત્યંત કઠિન પરિસ્થિતિઓમાં લગભગ 18 મહિના કરતાં વધુ સમય સુધી ચાલે છે, જ્યાં તેઓ ગરમ કરવાના ચક્રોને કારણે અને અવિરત રાસાયણિક હુમલાને કારણે પણ કામગીરી ગુમાવ્યા વિના ટકી રહે છે.

સેરામિક થર્મોકપલ ટ્યુબની સામગ્રીઓ: એલ્યુમિના અને ઝિર્કોનિયા વચ્ચેની કામગીરીની તુલના

એલ્યુમિના (Al₂O₃) — 1650°C સુધીની ઉત્તમ ઉષ્મીય સ્થિરતા અને ખર્ચ-કાર્યક્ષમતા

ઉચ્ચ તાપમાનની એપ્લિકેશન્સ માટે આશરે 1650 ડિગ્રી સેલ્સિયસ સુધી પહોંચતી એલ્યુમિના મુખ્ય સામગ્રી તરીકે ઉભરી છે. તે થર્મલ સ્થિરતા, સારી યાંત્રિક મજબૂતી અને જે કંઈ પૂરું પાડે છે તેની સામે યોગ્ય કિંમતનો સરસ મિશ્રણ પૂરો પાડે છે. આ સામગ્રીનો થર્મલ પ્રસરણ ગુણાંક લગભગ 8.1 વખત 10 માઇનસ છઠ્ઠા પ્રતિ ડિગ્રી સેલ્સિયસ માપવામાં આવે છે, જેનો અર્થ એ છે કે તાપમાનમાં ઝડપી ફેરફાર હોય તોપણ તે પોતાનો આકાર જાળવી રાખે છે. જ્યારે આપણે 99.5% શુદ્ધતાવાળી સામગ્રીને જોઈએ, તો તેઓ 170 મેગાપાસ્કલ જેટલા વળાંક તણાવને તોડાયા વિના સહન કરી શકે છે, ઉપરાંત તે ઑક્સિડેશન અને પિગળેલા મીઠાના હુમલા સામે પણ સારી રીતે ટકી શકે છે. એલ્યુમિનાને ખરેખર મૂલ્યવાન બનાવતું એ છે કે તે ઓપરેશન દરમિયાન થર્મોકપલ્સ પર ખૂબ ઓછી અસર કરે છે. 1500 ડિગ્રી સેલ્સિયસના તાપમાને, ASTM E230 અને E988 જેવા ઉદ્યોગ ધોરણ પરીક્ષણો મુજબ ડ્રિફ્ટ 0.1% કરતાં ઓછી રહે છે. અને આપણે નાણાકીય બાબતો વિશે પણ ભૂલવું ન જોઈએ. ઝિરકોનિયા ઉત્પાદનો બનાવવાની સરખામણીમાં એલ્યુમિનાના ઉત્પાદનની કિંમત સામાન્ય રીતે 40% ઓછી હોય છે. આ કિંમત લાભ બૉક્સાઇટની પૂરતી ઉપલબ્ધતા અને અન્ય સેરામિક્સની સરખામણીમાં ઉત્પાદન પ્રક્રિયાઓ સામાન્ય રીતે સરળ હોવાને કારણે છે.

ઝિર્કોનિયા (ZrO₂) — 1700°C+ પર વધારેલી થર્મલ શોક પ્રતિરોધકતા અને કોરોઝન ટોલેરન્સ

જ્યારે તાપમાન 1700 ડિગ્રી સેલ્સિયસથી વધુ થાય છે, ખાસ કરીને જ્યારે ઝડપી શીતન અથવા હેલોજનની વધુ માત્રા હોય, ત્યારે જિર્કોનિયાને હરાવવો અશક્ય છે. ઉદાહરણ તરીકે, યિટ્રિયા-સ્ટેબિલાઇઝ્ડ જિર્કોનિયા (YSZ) લો. આ સામગ્રીમાં 'ટ્રાન્સફોર્મેશન ટફનિંગ' નામનો એક ઉત્તમ ગુણધર્મ છે. સરળ ભાષામાં કહીએ તો, તેનો ટેટ્રાગોનલ ફેઝ થર્મલ તણાવ લાગતાં સુધી અસ્થિર જ રહે છે, અને પછી તે ફેટિંગને સામે લડવાને બદલે તે તણાવને સોસી લે છે. આપણે આવી સામગ્રીઓને 1000 ડિગ્રી સેલ્સિયસથી ઓરડાના તાપમાન સુધીના ઘણા ચક્રો પસાર કરતાં જોયા છે, જેમાં પરિમાણમાં ફેરફાર એક દશાંશના અડધાથી પણ ઓછો હતો. અને હવે કોરોઝન રેઝિસ્ટન્સ (ક્ષય પ્રતિકારકતા) વિશે વાત કરીએ. હેલોજનથી ભરપૂર વાતાવરણમાં, જિર્કોનિયા સામાન્ય એલ્યુમિના કરતાં લગભગ દસ ગણો વધુ સારો પ્રતિકાર આપે છે. તેથી જ ઉદ્યોગિક ક્ષેત્રે હાઇડ્રોજન સલ્ફાઇડ અને સલ્ફર ડાયોક્સાઇડનું સંસાધન કરતી સલ્ફર રિકવરી સિસ્ટમ્સ, રિએક્ટિવ ધાતુઓ સાથે કામ કરતાં વેક્યુમ ફર્નેસ, અથવા એલ્કલાઇ વેપર્સ (ક્ષારીય વાયુઓ) સામે લડતાં કોલ ગેસિફિકેશન પ્લાન્ટ્સમાં જિર્કોનિયાનો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે.

ઇષ્ટતમ સિરામિક થર્મોકપલ ટ્યૂબ કાર્યક્ષમતા માટે ડિઝાઇન અને પસંદગીના માપદંડ

પ્રક્રિયા પરિસ્થિતિઓને અનુરૂપ શુદ્ધતા ગ્રેડ, દિવાલની જાડાઈ અને ભૂમિતિને ગોઠવવી

સારા પરિણામો મેળવવા એ ખરેખર, ત્રણ મુખ્ય ડિઝાઇન પરિબળોને ઑપરેશનની વાસ્તવિક જરૂરિયાતો સાથે જોડવા પર આધારિત છે. જ્યારે આપણે એલ્યુમિના શુદ્ધતા વિશે વાત કરીએ છીએ, ત્યારે 99.5% થી વધુ શુદ્ધતા 1650 ડિગ્રી સેલ્સિયસના ચરમ તાપમાને પણ વધુ સારી રચનાત્મક મજબૂતી આપે છે. પરંતુ આમાં એક આછો પણ છે, કારણ કે આ ઉચ્ચ શુદ્ધતા વાળી સામગ્રી લાંબા સમય સુધી તીવ્ર ઉષ્ણતામાં ફેરફાર થવાથી વધુ સરળતાથી તિરાડો પાડે છે. દીવાલની જાડાઈની બાબતમાં, ઉત્પાદકો ટકાઉપણું અને પ્રતિક્રિયાની ઝડપ વચ્ચેની આ ક્લાસિક મુશ્કેલીનો સામનો કરે છે. 6 થી 10 મિલિમીટરની જાડી દીવાલો સિમેન્ટ કિલ્ન જેવા કઠોર વાતાવરણમાં ઘસારા સામે વધુ સારી રીતે ટકી રહે છે. બીજી બાજુ, માત્ર 3 થી 5 મીમી જેટલી પાતળી દીવાલો ઉષ્ણતામાં ફેરફાર સામે ઝડપથી પ્રતિક્રિયા આપે છે, જે ઝડપી ગરમ કરવાની જરૂરિયાત ધરાવતી પ્રક્રિયાઓમાં ખૂબ મહત્વપૂર્ણ છે. આકાર પણ એટલો જ મહત્વપૂર્ણ છે. સીધી નળીઓ ઊર્ધ્વાધર ભઠ્ઠીમાં મૂકવા માટે ખૂબ સારી કામ કરે છે, પરંતુ જ્યારે ગળિત ધાતુઓ સાથે કામ કરવાનું હોય છે જ્યાં સ્લેગ એકત્રિત થવાની વ tendે હોય છે, ત્યારે એન્જિનિયર્સ ઘણીવાર બ્લોકેજ બનાવ્યા વિના સુચારુ રીતે કામ ચાલુ રાખવા માટે ટેપર અથવા સ્ટેપ્ડ ડિઝાઇનનો ઉપયોગ કરે છે.

વાતાવરણ સાથે સંગતતા: ઓક્સિડાઇઝિંગ, રિડ્યુસિંગ અને હેલોજન-સમૃદ્ધ વાતાવરણ

औद्योगिक अनुप्रयोगों के लिए सामग्री चुनते समय, तापमान पर विचार करने से अधिक महत्व वायुमंडलीय रसायन शास्त्र का होता है। हाइड्रोजन युक्त ऊष्मा उपचार प्रक्रियाओं में पाए जाने वाले अपचयन वातावरण जैसी परिस्थितियों में ज़िरकोनिया खास तौर पर उभरता है। यह लगभग 1700 डिग्री सेल्सियस तक के तापमान पर कार्बुरीकरण का प्रतिरोध कर सकता है, जबकि ऐलुमिना ऐसी ही परिस्थितियों में टूटने लगता है। दूसरी ओर, उच्च शुद्धता वाला ऐलुमिना ऑक्सीकरण परिस्थितियों में अच्छा प्रदर्शन करता है, लेकिन क्लोरीन के संपर्क या सल्फर डाइऑक्साइड वातावरण में तेजी से विफल हो जाता है। यहीं पर आयट्रिया स्थिरीकृत ज़िरकोनिया अपनी अद्वितीय आयनिक संरचना के कारण वास्तव में उत्कृष्ट प्रदर्शन करता है, जो हैलाइड को सामग्री में प्रवेश करने से रोकता है। फ्लोराइड यौगिकों से निपटने वाले ग्लास गलन भट्ठों को भी ज़िरकोनिया से बहुत लाभ मिलता है। इसकी लगभग अशून्य संरचना के कारण क्षरणकारी तत्वों को अंदर प्रवेश करने से रोका जाता है, जिसका अर्थ है कि हाल के उद्योग परीक्षण परिणामों के आधार पर अन्य सिरेमिक विकल्पों की तुलना में इन भट्ठों में अपने कैलिब्रेशन स्थिरता को लगभग 40% अधिक समय तक बनाए रखने की क्षमता होती है।

વાસ્તવિક-વિશ્વની માન્યતા: અત્યંત કઠિન ઉદ્યોગોમાં સેરામિક થર્મોકપલ ટ્યુબનો ઉપયોગ

સિમેન્ટ કિલ્ન મોનિટરિંગ: SO₂/Cl₂ ના સંપર્કમાં 1600°C પર સંચાલન

સિમેન્ટ કિલ્નસની અંદરનું વાતાવરણ ઉદ્યોગમાં ક્યાંય પણ ચોકસાઈપૂર્વક માપન મેળવવાની સૌથી મુશ્કેલ જગ્યાઓમાંથી એક છે. આ વિશાળ ભઠ્ઠીઓ તેમના કાચા માલની પ્રક્રિયા દરમિયાન ખરાબ કરતા સલ્ફર ડાયોક્સાઇડ અને ક્લોરાઇડ સંયોજનો ઉત્પન્ન કરતા 1600 ડિગ્રી સેલ્સિયસના તાપમાને અવિરતપણે ચાલે છે. માનક થર્મોકપલ્સ આ પ્રકારના દુરુપયોગને સહન કરી શકતા નથી. રક્ષણ વિના, આ સેન્સર્સ સામાન્ય રીતે જંકશનના નુકસાન અને કેલિબ્રેશનના વિચલનને કારણે માત્ર થોડા અઠવાડિયામાં જ સંપૂર્ણપણે નિષ્ફળ જાય છે. ત્યાં ઝિરકોનિયા આધારિત સેરામિક ટ્યૂબ્સની ભૂમિકા આવે છે. આ કઠોર પરિસ્થિતિમાં તેઓએ સમયની પરીક્ષા પાસ કરી છે કારણ કે તેઓ થર્મલ શોકને પ્રતિકાર કરે છે અને હાનિકારક હેલાઇડ્સને અવરોધે છે, જેથી સિગ્નલ્સ છ થી બાર મહિના સુધી સ્થિર રહે છે. આ ટ્યૂબ્સની ઓછી થર્મલ વાહકતા કિલ્નની લંબાઈ સાથે ઊંચા તાપમાનના તફાવતને કારણે થતી માપન ભૂલોને ઘટાડવામાં પણ મદદ કરે છે. તેમની હર્મેટિક સીલ્સ પ્રતિક્રિયાશીલ વાયુઓને અંદર પ્રવેશવાથી રોકે છે. આ બધી લાક્ષણિકતાઓને કારણે ઑપરેટર્સ મહત્વપૂર્ણ પરિમાણોનું ચાલુ રહેતું મોનિટરિંગ જાળવી શકે છે. ક્લિન્કરની ગુણવત્તાને નિયંત્રિત કરવા અને અણધારી બંધ બેસવાને અટકાવવા માટે આ વિશ્વસનીયતા ખૂબ મહત્વની છે, જેના કારણે ઉત્પાદનમાં માત્ર એક દિવસમાં જ અડધા મિલિયન ડોલરથી વધુનું નુકસાન થઈ શકે છે.

કાચની પીગળાવની ભટ્ટીઓ અને ધાતુની ઉષ્ણતા-સારવારની લાઇનો

ગ્લાસ મેલ્ટિંગ ફર્નેસ (કાચ પિગાળવાના ભટ્ટીઓ) 1500 ડિગ્રી સેલ્સિયસથી વધુના તાપમાને કાર્યરત હોય છે, જેથી તેમના થર્મોકપલ્સ માટે વિશેષ સુરક્ષાની જરૂર પડે છે. આ સંદર્ભે સેરામિક ટ્યુબ્સ અત્યંત મહત્વપૂર્ણ છે, કારણ કે તેઓ પિગાળેલા કાચને ચિપકવા નથી દેતા અને સોડિયમ વાયુઓના નુકસાનને રોકે છે, જે અન્યથા માત્ર કેટલાક દિવસો પછી જ તાપમાનના માપનોમાં ખોટાં પરિણામો આપે. મોટાભાગના ઉત્પાદકો 99.5% એલ્યુમિનાની ટ્યુબ્સનો ઉપયોગ કરે છે, કારણ કે તેઓ એવી સપાટીઓ બનાવે છે જેને કાચ ચિપકતો નથી અને ક્ષારીય પદાર્થો પ્રત્યે સ્થિરતા જાળવે છે. જ્યારે એનીલિંગ, હાર્ડનિંગ અને ક્વેન્ચિંગ જેવી ધાતુઓની ઉષ્મા સાથેની સારવારની પ્રક્રિયાઓનો પ્રસંગ આવે છે, ત્યારે પરિસ્થિતિ વધુ જટિલ બને છે. આ પ્રક્રિયાઓ સેન્સર્સને ઓક્સિડાઇઝિંગ અને રિડ્યુસિંગ વાતાવરણ વચ્ચે લગાતાર બદલાતી વાતાવરણીય પરિસ્થિતિઓને સામનો કરવો પડે છે. આ સ્થિતિમાં સેરામિક ટ્યુબ્સ સંપૂર્ણપણે સીલ કરેલી, અપોરસ (બંધ રચનાવાળી) અવરોધક તરીકે ખૂબ જ કાર્યક્ષમ બને છે. તેઓ કાર્બુરાઇઝિંગ વાયુઓ અને તેલના અવશેષો જેવા દૂષકોને અવરોધે છે, જે પુનરાવર્તિત ગરમ કરવાના ચક્રો પછી સેન્સરની કેલિબ્રેશનને ખરાબ કરી શકે. આ વિશ્વસનીયતાનું મહત્વ અતિશય છે. વિમાન નિર્માણમાં ઉપયોગમાં લેવાતા ભાગોમાં સાંકડા સહનશીલતાની જરૂરિયાત હોવાથી, મહત્વપૂર્ણ ટેમ્પરિંગ તબક્કા દરમિયાન થતા નાના તાપમાનના ફેરફારો પણ ભાગોમાં ગંભીર રચનાત્મક સમસ્યાઓનું કારણ બની શકે.