Thermocouple มีหลักการวัดอุณหภูมิอย่างไร?

จากในหน้าหลักที่ผ่านมาคงทำให้ท่านผู้อ่านได้ทราบแล้วว่า Thermocouple คือ อะไร? ซึ่งเป็นเพียงความเข้าใจเบื้องต้นเท่านนั้น แต่ถ้าหากท่านผู้อ่านมีความประสงค์ที่จะใช้งานเทอร์โมคัปเปิลให้มีประสิทธิภาพ ก็จำเป็นที่จะต้องรู้ถึงหลักการและส่วนต่างๆที่มีผลต่อทำงานของเทอร์โมคัปเปิล

โดยในบทความนี้จะเป็นส่วนหนึ่งที่จะส่งเสริมการใช้งาน Thermocouple ของท่านให้ได้มีประสิธิภาพ และ สามารถเลือกใช้ กลุ่มสินค้าของ Thermocouple ได้อย่างเหมาะสม โดยเราจะเล่าถึง หลักการทำงานที่จำเป็นต้องรู้ และ หลักการเสริมต่างๆ ที่จะมาช่วยเติมเต็ม ความเข้าใจในเรื่องหลักการทำงานให้กับท่านผู้อ่านได้อย่างเต็มที่ โดยรายละเอียดจะเป็นอย่างไรนั้นติดตามกันได้จากบทความนี้ครับ

Thermocouple มีหลักการวัดอุณหภูมิอย่างไร?

ในปี ค.ศ.1821 นักฟิสิกส์ชาวเยอรมัน Thomas Johann Seebeck ได้ค้นพบว่า Thermocouple อาศัยหลักการทำงานThermoelectric Effect เมื่อโลหะตัวนำสองชนิดที่เชื่อมกันเกิดความแตกต่างของอุณหภูมิทั้งสองด้าน จะทำให้เกิดสนามแม่เหล็ก และ เมื่อมีสนามแม่เหล็กก็ทำให้เกิดกระแสไหลผ่านตัวนำ และ เกิดแรงดันไฟฟ้าตามมา ซึ่งแรงดันไฟฟ้านี้จะมีจะสามารถวัดแอมฟลิจูดได้มากหรือน้อยนั้น ขึ้นอยู่กับชนิดของตัวนำทั้งสอง และ ค่าความแตกต่างของอุณหภูมิทั้ง 2 ด้าน Tsense, Tref

รูปที่ 1 ปรากฎการณ์ซีเบ็คของ K-type thermocouple เมื่อต่อกับเครื่องมือวัด

 

จากรูปการเกิดปรากฎการณ์ ซีเบ็ค ของ K-type thermocouple chromel–alumel สามารถอธิบายได้ว่าถ้าต้องการหาค่าของอุณหภูมิ Tsense นั้นจะต้องรู้ค่าตัวแปร 3 ส่วน และสามารถคำนวณได้จาก

หลักการอื่นๆที่เกี่ยวข้องกับ Thermocouple

หลักการฟิสิกส์พื้นฐานที่เกี่ยวข้องกับ Thermocouple นั้น นอกจากการคำนวณหาค่าอุณหภูมิแล้ว ยังมีส่วนต่างๆ อีกซึ่งได้แก่

Seebeck Effect

จะพูดถึงแรงเคลื่อนไฟฟ้าที่เกิดขึ้นที่ปลายของวงจรเทอร์โมคัปเปิล ในกรณีที่เป็นวงจรเปิด โดยสามารถหาค่าแรงดันไฟฟ้าได้จาก

รูปที่ 2 วงจรเทอร์โมคัปเปิลแบบปิดทำให้เกิดกระแสไฟฟ้า I ไหลวน

รูปที่ 3 วงจรเทอร์โมคัปเปิลแบบเปิดทำให้เกิดแรงดันไฟฟ้า V ตกคร่อม

Thermoelectric Laws หรือ การเคลื่อนแรงไฟฟ้าจากความร้อน

ได้พูดถึงกฏที่นำมาใช้กับเทอร์โมคัปเปิลอยู่ 3 ส่วนคือ

 

  1. Law of homogeneous materials หรือ กฏโลหะเดียวกัน คือ เมื่อเกิดความแตกต่างของอุณหภูมิที่ปลายทั้งสองข้างของโลหะ จะไม่ทำให้เกิดกระแสไหลในวงจร

รูปที่ 4 วงจรของ Law of homogeneous materials

 

  1. Law of intermediate materials หรือ กฏของโลหะแทรก เมื่อมีโลหะชนิดที่ 3 แทรกเข้ามาในวงจรเทอร์โมคัปเปิล และอุณหภูมิที่ปลายทั้งสองของโลหะแทรกเท่ากัน โลหะแทรกเหล่านี้จะไม่มีผลต่อการวัดอุณหภูมิ ซึ่งเราจะใช้กฎนี้ในการทำจุดเชื่อมต่อของเทอร์โมคัปเปิล

รูปที่ 5 วงจรของ Law of intermediate materials

 

  1. Law of intermediate temperature หรือ กฎของอุณหภูมิแทรก ซึ่งอธิบายได้ว่าเมื่อมีอุณหภูมิ เกิดขึ้นที่ตัว Thermocouple หลายๆ จุด จะต้องนำแรงดันไฟฟ้าที่เกิดขึ้นทั้งหมดมารวมกัน

รูปที่ 6 วงจรของ Law of intermediate temperature                    

 

Reference Junction หรือ Cold Junction

คือจุดที่ใช้ในอ้างอิงอุณหภูมิ เนื่องจากถ้าไม่มีจุดนี้ก็จะไม่สามารถทราบค่าอุณหภูมิที่ต้องการวัดที่จุด Tsense Junction ได้โดยเราสามารถสร้างจุดอ้างอิงนี้ได้ 2 วิธี

  1. การใช้งานตัว Ice Bath หรือ อ่างที่ทำอุณหภูมิ 0°C โดยการแช่จุดอ้างอิงนี้ไว้ในอ่างเพื่อทำให้อุณหภูมิอ้างอิง Tref = 0°C ก็จะสามารถหาค่าอุณหภูมิที่จุด Tsense ได้

  2. การใช้ Electronics Circuit เป็นการใช้วงจรอิเล็กทรอนิกส์ในการวัดอุณหภูมิตรงจุดอ้างอิงที่ตัวเครื่องมือวัดเลย ดังนั้น Tref ก็จะไม่เท่ากับ 0°C แต่จะเป็นอุณหภูมิสภาวะแวดล้อมบริเวณเครื่องมือวัดเอง ที่ทำแบบนี้เพราะต้องการลดความยุ่งยากในการใช้งาน Ice Bath ที่ไม่สามารถหิ้วไปใช้งานจริงได้

เพื่อให้สามารถทำความเข้าใจเกี่ยวกับ Thermocouple ได้อย่างดีมากขึ้นสามารถดูหลักการทำงานของเทอร์โมคัปเปิลได้จากวีดีโอด้านล่างเพิ่มเติมได้

VDO หลักการทำงานของ Thermocouple

ที่มา : https://www.youtube.com/watch?v=gtO0kQ-PT_0

ในการใช้งานจริงสำหรับการวัดอุณหภูมิโดยใช้ Thermocouple นั้น เราไม่จำเป็นต้องคำนวณหาค่าให้ยุ่งยาก เนื่องจากเครื่องมือวัดอุณหภูมิในปัจจุบัน ไม่ว่าจะเป็น Thermometer, Temperature Indicator หรือ Termperature Controller ล้วนแล้วแต่ได้รวมวงจรเหล่านี้เข้าไปในเครื่องมือวัดและควบคุมเรียบร้อยแล้ว อีกทั้งยังสามารถใส่ค่าแก้ Correction error ของอุณหภูมิส่งไปได้ ทำให้ความเที่ยงตรงในการวัดมีค่าที่สูงขึ้นอีกด้วย

และทั้งหมดนี้ก็คือหลักการทั้งหมดที่ทาง Factomart.com ได้จัดเตรียมมาเพื่อที่จะช่วยเพิ่มความเข้าใจในการใช้งานThermocouple ให้กับทุกท่านได้อย่างดียิ่งขึ้น ซึ่งถ้าหากท่านมีข้อสังสัยเพิ่มเติมว่า Thermocouple คือ อะไร? หรือต้องการแนะนำในส่วนใด ท่านสามารถส่งข้อความของท่านได้ในกล่องเสนอความคิดเห็นที่อยู่ทางด่านล่าง หรือ ถ้ามีความสนใจใน กลุ่มสินค้าของ Thermocouple ก็สามารถติดต่อเราได้โดยตรงในทุกช่องทางการติดต่อของเรานะครับ   

Facebook Comments

Share this post