Thermocouples का Response Heat Conduction में कैसे होता है? | हिंदी Guide

Thermocouples temperature measurement के लिए सबसे ज्यादा इस्तेमाल होने वाले sensors हैं। Heat transfer और conduction की studies में thermocouples का response time और accuracy बहुत important factor होते हैं। इस ब्लॉग में हम समझेंगे कि thermocouple का response heat conduction में कैसे depend करता है।

Thermocouple क्या होता है?

Thermocouple एक temperature sensor है, जो दो अलग-अलग metals को join करके बनाया जाता है। जब इन metals के junction पर temperature difference होता है, तो voltage generate होती है, जिसे Seebeck Effect कहते हैं। इसी voltage से हम temperature measure करते हैं।

Heat Conduction में Thermocouple का Role

जब thermocouple किसी hot या cold body के contact में आता है, तो heat conduction के जरिए उसका junction temperature change होता है। Thermocouple का response इस बात पर depend करता है कि heat कितनी तेजी से junction तक पहुँच रही है और junction का thermal equilibrium कितनी जल्दी establish हो रहा है।

Thermocouple Response को Affect करने वाले Factors

1. Thermal Conductivity (k): Thermocouple material की conductivity जितनी ज्यादा होगी, heat उतनी जल्दी transfer होगी और response उतना fast होगा।

2. Wire Diameter: Thermocouple के wires जितने पतले होंगे, thermal mass उतना कम होगा, जिससे response fast होगा।

3. Biot Number: अगर Biot number < 0.1 है, तो thermocouple के अंदर temperature gradient negligible होता है, और junction जल्दी steady state पर पहुँचता है।

4. Surrounding Medium: Air, liquid, या solid contact के अनुसार conduction, convection और radiation heat transfer rates बदलते हैं।

5. Thermal Capacitance: Thermocouple की heat storing capacity जितनी कम होगी, response उतना तेज होगा।

Thermocouple Time Constant

Thermocouple का response time calculate करने के लिए Time Constant (τ) use होता है। यह बताता है कि thermocouple को applied temperature change के 63.2% तक पहुँचने में कितना समय लगता है।

Formula:

τ = (ρ × c × V) / (h × A)

जहाँ:

τ = Time constant (seconds)

ρ = Thermocouple material की density (kg/m³)

c = Specific heat capacity (J/kg·K)

V = Volume of thermocouple junction (m³)

h = Convective heat transfer coefficient (W/m²·K)

A = Surface area of thermocouple junction (m²)

Lumped Capacitance Model और Thermocouple Response

अगर thermocouple का Biot number बहुत छोटा है (Bi << 1), तो हम मान सकते हैं कि thermocouple internally uniform temperature maintain करता है। इस case में Lumped Capacitance Model लागू होता है, और thermocouple का response बहुत fast होता है।

Formula:

T(t) = T_∞ + (T_i − T_∞) × e^−t/τ

जहाँ T(t) thermocouple का temperature समय t पर है।

Practical Applications

- High-speed temperature measurements

- Heat exchangers में instant temperature sensing

- Combustion chambers में fast thermal monitoring

- Electronics cooling systems में response analysis

निष्कर्ष

Thermocouples का response heat conduction में thermal conductivity, wire diameter, Biot number और thermal capacitance जैसे factors पर depend करता है। अगर thermocouple का size छोटा हो और conductivity ज्यादा हो, तो उसका response बहुत fast होता है। Heat transfer की accurate study के लिए thermocouple का सही selection बहुत जरूरी है।