Articles

หลักการของเทอร์โมคับเปิล

เทอร์โมคับเปิลเป็นเครื่องมือวัดอุณหภูมิที่อาศัยหลักการเชิงไฟฟ้า โดยนักวิทยาศาสตร์ชาวเยอรมัน Thomas See back พบว่าเมื่อนำลวดโลหะ2 เส้นที่ทำด้วยโลหะต่างชนิดกันมาเชื่อมปลายทั้งสองเข้าด้วยกัน ถ้าปลายจุดต่อทั้งสองมีอุณหภูมิต่างกัน จะเกิดกระแสไฟฟ้าไหลในวงจรเส้นลวดทั้งสอง ปริมาณการไหลของกระแสไฟฟ้านี้จะเปลี่ยนแปลงไปตามผลต่างของอุณหภูมิที่ปลายจุดต่อทั้งสองและถ้าเปิดปลายจุดต่อด้านหนึ่งออก จะทำให้เกิดแรงเคลื่อนไฟฟ้าขึ้นที่ปลายด้านที่เปิด โดยแรงเคลื่อนไฟฟ้าที่เกิดขึ้นที่ปลายด้านเปิด จะเป็นสัดส่วนกับผลต่างของอุณหภูมิที่จุดต่างทั้งสอง จากหลักการดังกล่าวได้เกิดเทอร์โมคับเปิลแบบมาตรฐานขึ้นหลายชนิด เพื่อให้เหมาะสมกับการใช้งานในลักษณะต่างๆ

ลักษณะของการเชื่อมจุด (Measuring Junction)

1. จุดเชื่อมต่อแบบเปลือย (Exposed Junction) เหมาะสำหรับงานแบบสแตติคหรือวัดอุณหภูมิของอากาศหรือก๊าซที่ไม่กัดกร่อนให้ผลการวัดเร็วที่สุด มีข้อเสีย คือ ชำรุดง่าย ไม่เหมาะกับสภาพความดันสูง, ก๊าซกัดกร่อน
2. จุดเชื่อมต่อแบบไม่เชื่อมต่ออยู่กับตัวยึด (Ungrounded Junction) เหมาะสำหรับงานแบบ สแตติคหรือของเหลวที่เป็นสารกัดกร่อนลักษณะของจุดเชื่อมแบบนี้จะให้แรงเคลื่อนไฟฟ้าได้ถูกต้อง, สามารถทนต่อสภาพที่มีความดันสูง ๆ มีอายุการใช้งานนานกว่าแบบอื่น ๆ มีข้อเสียคือ ให้ผลการวัดช้า
3. จุดเชื่อมต่อแบบเชื่อมต่อลงบนส่วนปลาย (Grounded Junction) เหมาะสำหรับงานแบบสแตติคหรือของเหลวที่เป็นสารกัดกร่อนให้ผลการวัดเร็วกว่าลักษณะที่ 2 ประมาณ 2 ใน 3 ของแบบ Ungrounded Junction ทนสภาพงานที่มีความดันสูงได้

Resistance Temperature Detectors (RTD/PT)

RTD เป็นเครื่องมือวัดอุณหภูมิที่อาศัยหลักการเชิงไฟฟ้าเช่นกัน โดยเซอร์ฮัมฟรีย์ เดวี พบว่าค่าความต้านทานของลวดที่เป็นโลหะจะเปลี่ยนแปลงตามอุณหภูมิที่เปลี่ยนไป ต่อมา เซอร์วิลเลี่ยม ซีเมนส์ ได้ทำการทดลองและพบว่า เส้นลวดพลาตินัมสามารถใช้เป็นตัวกลางวัดอุณหภูมิได้ เราจึงนำหลักการดังกล่าวนี้มาทำเป็นตัวตรวจจับเพื่อใช้วัดอุณหภูมิโดยมีชื่อเรียกว่า“Resistance Temperature Detectors” หรือ “RTD” และความถูกต้องที่ได้จากการวัดโดยวิธีนี้มีความถูกต้องมากกว่าการใช้ตัวตรวจวัดอุณหภูมิชนิดอื่น ๆ

RTD ที่ทำจากลวดพลาตินั่มนั้นสามารถใช้เป็นตัวกลางวัดอุณหภูมิได้ตั้งแต่ จุดแข็งตัวของออกซิเจน (-182.96°C) ไปจนถึงจุดแข็งตัวของแอนติโนมี (630.74°C) ในปัจจุบันนอกจากใช้ลวดพลาตินัมแล้วยังใช้ลวดทังสแตน, ลวดนิเกิล, ลวดทองแดง ซึ่งค่าความต้านทานของลวดที่เปลี่ยนแปลงไปก็ไม่เท่ากัน

คุณสมบัตินี้ทำให้ RTD ที่ทำด้วยลวดพลาตินัม ถูกนำมาใช้ในอุตสาหกรรมกันอย่างแพร่หลายซึ่ง คุณลักษณะที่ดีก็คือ

1. ให้ผลการวัดที่ไวมาก (Good Sensitivity)
2. มี Stability and Reproducibility ดีมาก
3. ให้ความถูกต้องแม่นยำสูง (High Accuracy)

Pt100Ω จะวัดค่าได้ 100Ω ที่ 0°C อุณหภูมิเปลี่ยน ทำให้ค่าความต้านทานเปลี่ยนตามตารางมาตรฐาน

ลักษณะวงจรต่อใช้งานของ RTD

2 WIRE การต่อวงจรแบบนี้เหมาะกับการวัดที่ไม่ต้องการความถูกต้องสูงนักเนื่องจาก ค่าผิดพลาด ขึ้นอยู่กับความยาวของสายตัวนำจาก RTD และอุณหภูมิของสายตัวนำนี้ ถ้ามีค่ามากขึ้นค่าผิดพลาดก็จะสูงขึ้น

3 WIRE การต่อวงจรแบบนี้เป็นมาตรฐานที่นิยมใช้กันมากที่สุดในวงการอุตสาหกรรมทั่วไป เนื่องจากเป็นการชดเชยความผิดพลาดอันเกิดจากการลากสายตัวนำ ดังนั้นค่าอุณหภูมิของการวัดจึงขึ้นอยู่กับค่าความต้านทานของ RTD การต่อวงจรแบบนี้จึงให้ค่าความถูกต้องสูง

4 WIRE การต่อแบบนี้จึงให้ค่าการวัดที่ถูกต้องสูงที่สุดโดยสายที่ต่อจาก RTD ทั้ง 4 เส้น จะต้องมีขนาด, ความยาว และ อยู่ในบรรยากาศที่มีอุณหภูมิเดียวกันตลอด

SENSOR RTDs คลาสพิเศษ มี จำหน่าย DIN 1/3, DIN 1/5 and DIN 1/10

1. Metalic Protection Tube (Maximum Temperature 1,000°C)
Material of Tubes:
Stainless steel 304 Operating Temp.980°C
Stainless steel 316 Operating Temp.980°C
Stainless steel 253 Operating Temp.1,000°C
Stainless steel 446 Operating Temp.980°C
Stainless steel 310S Operating Temp.1,000°C
Inconel 600 Operating Temp.1,150°C
Cast Iron (เหล็กหล่อ) เหมาะสำหรับใช้วัดในน้ำ
อลูมิเนียม

2. Non-metalic Protection Tube (Temperature over 1,100°C)
Material of Tubes : Ceramic Tube (PT2) Silimantin (73-75% Alumina)
Operating Temp.1,600°C : Ceramic Tube (PT1) 610 (60% Alumina)
Operating Temp.1,500°C : Ceramic Tube (PT0) AL7,AL23 (99.5%Alumina)
Operating Temp.1,700°C : Silicon Carbide Tubes (Clay Bonded, Y3)
Operating Temp.1,500°C : Silicon Nitride(SN) (Aluminum Foundry & Casting)
Operating Temp.1,350°C เหมาะสำหรับการใช้งานในอลูมิเนียมหลอมเหลว