มีอุปกรณ์และกลไกต่างๆ มากมายที่ช่วยให้คุณวัดอุณหภูมิได้ บางส่วนใช้ในชีวิตประจำวัน บางชนิดใช้สำหรับการวิจัยทางกายภาพต่างๆ ในกระบวนการผลิตและอุตสาหกรรมอื่นๆ
อุปกรณ์ดังกล่าวคือเทอร์โมคัปเปิล เราจะพิจารณาหลักการทำงานและโครงร่างของอุปกรณ์นี้ในหัวข้อต่อไปนี้
พื้นฐานทางกายภาพของการทำงานของเทอร์โมคัปเปิล
หลักการทำงานของเทอร์โมคัปเปิลขึ้นอยู่กับกระบวนการทางกายภาพทั่วไป เป็นครั้งแรกที่ Thomas Seebeck นักวิทยาศาสตร์ชาวเยอรมันศึกษาผลกระทบของอุปกรณ์นี้
สาระสำคัญของปรากฏการณ์ที่หลักการทำงานของเทอร์โมคัปเปิลวางอยู่มีดังนี้ ในวงจรไฟฟ้าแบบปิด ซึ่งประกอบด้วยตัวนำไฟฟ้า 2 ชนิดที่แตกต่างกัน เมื่อสัมผัสกับอุณหภูมิแวดล้อมที่กำหนด ไฟฟ้าจะเกิดขึ้น
กระแสไฟฟ้าที่เกิดขึ้นและอุณหภูมิแวดล้อมที่กระทำต่อตัวนำอยู่ในความสัมพันธ์เชิงเส้น กล่าวคือ ยิ่งอุณหภูมิสูงขึ้นเท่าใด กระแสไฟฟ้าที่ผลิตโดยเทอร์โมคัปเปิลก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น บนนี่คือหลักการทำงานของเทอร์โมคัปเปิลและเทอร์โมคัปเปิลความต้านทาน
ในกรณีนี้ หน้าสัมผัสเทอร์โมคัปเปิลหนึ่งตัวตั้งอยู่ที่จุดที่จำเป็นในการวัดอุณหภูมิ เรียกว่า "ร้อน" การติดต่อครั้งที่สองกล่าวอีกนัยหนึ่งคือ "เย็น" - ในทิศทางตรงกันข้าม อนุญาตให้ใช้เทอร์โมคัปเปิลในการวัดได้เฉพาะเมื่ออุณหภูมิของอากาศในห้องต่ำกว่าที่วัดเท่านั้น
นี่คือไดอะแกรมสั้น ๆ ของการทำงานของเทอร์โมคัปเปิล หลักการทำงาน ประเภทของเทอร์โมคัปเปิลจะกล่าวถึงในหัวข้อถัดไป
ประเภทของเทอร์โมคัปเปิล
ในทุกอุตสาหกรรมที่ต้องการการวัดอุณหภูมิ เทอร์โมคัปเปิลเป็นแอปพลิเคชั่นหลัก อุปกรณ์และหลักการทำงานของอุปกรณ์ประเภทต่างๆ นี้มีดังต่อไปนี้
เทอร์โมคัปเปิลโครเมียม-อะลูมิเนียม
วงจรเทอร์โมคัปเปิลเหล่านี้ใช้ในกรณีส่วนใหญ่สำหรับการผลิตเซ็นเซอร์และโพรบต่างๆ ที่ช่วยให้คุณสามารถควบคุมอุณหภูมิในการผลิตภาคอุตสาหกรรมได้
ลักษณะเด่นของพวกมันคือราคาค่อนข้างต่ำและอุณหภูมิที่วัดได้หลากหลาย สามารถปรับอุณหภูมิได้ตั้งแต่ -200 ถึง +13000 องศาเซลเซียส
ไม่แนะนำให้ใช้เทอร์โมคัปเปิลที่มีโลหะผสมที่คล้ายกันในร้านค้าและสิ่งอำนวยความสะดวกที่มีปริมาณกำมะถันสูงในอากาศ เนื่องจากองค์ประกอบทางเคมีนี้ส่งผลเสียต่อทั้งโครเมียมและอะลูมิเนียม ทำให้อุปกรณ์ทำงานผิดปกติ
เทอร์โมคัปเปิล Chrome-Kopel
หลักการทำงานของเทอร์โมคัปเปิล ซึ่งเป็นกลุ่มติดต่อที่ประกอบด้วยโลหะผสมเหล่านี้เหมือนกันแต่อุปกรณ์เหล่านี้ทำงานโดยส่วนใหญ่ในตัวกลางที่เป็นของเหลวหรือก๊าซ ซึ่งมีคุณสมบัติเป็นกลางและไม่ก้าวร้าว ดัชนีอุณหภูมิด้านบนไม่เกิน +8000 องศาเซลเซียส
ใช้เทอร์โมคัปเปิลที่คล้ายกัน หลักการนี้ทำให้ใช้เพื่อกำหนดระดับความร้อนของพื้นผิวใดๆ เช่น เพื่อกำหนดอุณหภูมิของเตาเผาแบบเปิดหรือโครงสร้างอื่นๆ ที่คล้ายคลึงกัน
เทอร์โมคัปเปิลเหล็ก-คอนสแตนแทน
การสัมผัสรวมกันในเทอร์โมคัปเปิลนี้ไม่ธรรมดาเหมือนกับพันธุ์แรกที่พิจารณา หลักการทำงานของเทอร์โมคัปเปิลเหมือนกัน แต่การรวมกันนี้แสดงให้เห็นเป็นอย่างดีในบรรยากาศที่หายาก ระดับสูงสุดของอุณหภูมิที่วัดได้ไม่ควรเกิน +12500 องศาเซลเซียส
อย่างไรก็ตาม หากอุณหภูมิเริ่มสูงกว่า +7000 องศา อาจเกิดการละเมิดความแม่นยำในการวัดเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติทางกายภาพและเคมีของเหล็ก มีแม้กระทั่งกรณีของการกัดกร่อนของการสัมผัสเหล็กของเทอร์โมคัปเปิลเมื่อมีไอน้ำในอากาศแวดล้อม
เทอร์โมคัปเปิลแพลตตินัม-แพลตตินั่ม
เทอร์โมคัปเปิลที่แพงที่สุดในการผลิต หลักการทำงานเหมือนกัน แต่แตกต่างจากการอ่านค่าอุณหภูมิที่เสถียรและเชื่อถือได้ มีความไวลดลง
แอปพลิเคชั่นหลักของอุปกรณ์เหล่านี้คือการวัดอุณหภูมิที่สูง
เทอร์โมคัปเปิลทังสเตน-รีเนียม
ใช้วัดอุณหภูมิสูงพิเศษเช่นกันขีดจำกัดสูงสุดที่สามารถแก้ไขได้โดยใช้รูปแบบนี้ถึง 25,000 องศาเซลเซียส
การสมัครต้องปฏิบัติตามเงื่อนไขบางประการ ดังนั้น ในกระบวนการวัดอุณหภูมิ จึงจำเป็นต้องกำจัดบรรยากาศโดยรอบให้หมดไป ซึ่งส่งผลเสียต่อการสัมผัสอันเป็นผลมาจากกระบวนการออกซิเดชัน
สำหรับสิ่งนี้ เทอร์โมคัปเปิลทังสเตน-รีเนียมมักจะใส่ในกล่องป้องกันที่เต็มไปด้วยก๊าซเฉื่อยเพื่อปกป้ององค์ประกอบของพวกเขา
ด้านบน พิจารณาเทอร์โมคัปเปิลที่มีอยู่ อุปกรณ์ หลักการทำงาน ขึ้นอยู่กับโลหะผสมที่ใช้ พิจารณาคุณสมบัติการออกแบบบางอย่าง
แบบเทอร์โมคัปเปิล
เทอร์โมคัปเปิลมีสองประเภทหลัก
-
มีชั้นฉนวน. การออกแบบเทอร์โมคัปเปิลนี้ใช้สำหรับแยกชั้นการทำงานของอุปกรณ์ออกจากกระแสไฟฟ้า การจัดเรียงนี้อนุญาตให้ใช้เทอร์โมคัปเปิลในกระบวนการโดยไม่ต้องแยกอินพุตออกจากกราวด์
- โดยไม่ต้องใช้ชั้นฉนวน เทอร์โมคัปเปิลดังกล่าวสามารถเชื่อมต่อกับวงจรการวัดที่อินพุตไม่ได้สัมผัสกับพื้นเท่านั้น หากไม่เป็นไปตามเงื่อนไข อุปกรณ์จะพัฒนาวงจรปิดอิสระสองวงจร ส่งผลให้อ่านค่าเทอร์โมคัปเปิลไม่ถูกต้อง
การเดินทางเทอร์โมคัปเปิลและการใช้งาน
มีแยกอุปกรณ์ชนิดนี้เรียกว่า "กำลังวิ่ง" ตอนนี้เราจะพิจารณาหลักการทำงานของเทอร์โมคัปเปิลที่ทำงานอยู่โดยละเอียดมากขึ้น
การออกแบบนี้ใช้เป็นหลักในการตรวจจับอุณหภูมิของแท่งเหล็กในระหว่างกระบวนการกลึง กัด และเครื่องจักรอื่นๆ ที่คล้ายคลึงกัน
ควรสังเกตว่าในกรณีนี้ สามารถใช้เทอร์โมคัปเปิลแบบธรรมดาได้เช่นกัน อย่างไรก็ตาม หากกระบวนการผลิตต้องการความแม่นยำของอุณหภูมิที่สูง เป็นการยากที่จะประเมินค่าเทอร์โมคัปเปิลที่ทำงานอยู่สูงเกินไป
เมื่อใช้วิธีนี้ องค์ประกอบสัมผัสจะถูกบัดกรีในชิ้นงานล่วงหน้า จากนั้นในระหว่างการประมวลผลช่องว่างหน้าสัมผัสเหล่านี้จะสัมผัสกับการทำงานของเครื่องตัดหรือเครื่องมือทำงานอื่น ๆ ของเครื่องอย่างต่อเนื่องอันเป็นผลมาจากการที่จุดเชื่อมต่อ (ซึ่งเป็นองค์ประกอบหลักเมื่ออ่านค่าอุณหภูมิ) ดูเหมือนว่าจะ ทำงาน” ตามรายชื่อผู้ติดต่อ
เอฟเฟกต์นี้ใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมโลหะการ
คุณสมบัติทางเทคโนโลยีของการออกแบบเทอร์โมคัปเปิล
เมื่อทำการผลิตวงจรเทอร์โมคัปเปิลที่ใช้งานได้ หน้าสัมผัสโลหะสองอันถูกบัดกรี ซึ่งอย่างที่ทราบกันว่าทำจากวัสดุที่แตกต่างกัน ทางแยกเรียกว่าทางแยก
ควรสังเกตว่าไม่จำเป็นต้องทำการเชื่อมต่อโดยใช้การบัดกรี เพียงแค่บิดหน้าสัมผัสสองอันเข้าด้วยกัน แต่วิธีการผลิตดังกล่าวจะไม่มีระดับความน่าเชื่อถือเพียงพอ และอาจทำให้เกิดข้อผิดพลาดเมื่ออ่านค่าอุณหภูมิ
ถ้าต้องวัดสูงอุณหภูมิการบัดกรีโลหะจะถูกแทนที่ด้วยการเชื่อม นี่เป็นเพราะว่าในกรณีส่วนใหญ่ประสานที่ใช้ในการเชื่อมต่อมีจุดหลอมเหลวต่ำและแตกออกเมื่อเกิน
วงจรที่เชื่อมแล้วสามารถทนต่อช่วงอุณหภูมิที่กว้างขึ้นได้ แต่วิธีการเชื่อมต่อนี้ก็มีข้อเสียเช่นกัน โครงสร้างภายในของโลหะเมื่อสัมผัสกับอุณหภูมิสูงระหว่างกระบวนการเชื่อมอาจเปลี่ยนแปลง ซึ่งจะส่งผลต่อคุณภาพของข้อมูลที่ได้รับ
นอกจากนี้ ควรตรวจสอบสภาพของหน้าสัมผัสเทอร์โมคัปเปิลระหว่างการทำงาน ดังนั้นจึงเป็นไปได้ที่จะเปลี่ยนคุณสมบัติของโลหะในวงจรเนื่องจากผลกระทบของสภาพแวดล้อมที่ก้าวร้าว การเกิดออกซิเดชันหรือการแพร่กระจายของวัสดุอาจเกิดขึ้น ในสถานการณ์เช่นนี้ ควรเปลี่ยนวงจรการทำงานของเทอร์โมคัปเปิล
ประเภทของหัวต่อเทอร์โมคัปเปิล
อุตสาหกรรมสมัยใหม่ผลิตแบบต่างๆ ที่ใช้ในการผลิตเทอร์โมคัปเปิล:
- ทางแยก
- มีทางแยกหุ้มฉนวน
- มีทางแยกลงดิน
คุณสมบัติของเทอร์โมคัปเปิลแบบจุดต่อเปิดคือความต้านทานต่ำต่ออิทธิพลภายนอก
การออกแบบสองประเภทต่อไปนี้สามารถใช้เมื่อวัดอุณหภูมิในสภาพแวดล้อมที่รุนแรงซึ่งส่งผลเสียต่อคู่สัมผัส
นอกจากนี้ อุตสาหกรรมนี้กำลังควบคุมแผนการผลิตเทอร์โมคัปเปิลโดยใช้เทคโนโลยีเซมิคอนดักเตอร์
ข้อผิดพลาดในการวัด
ความถูกต้องของการอ่านอุณหภูมิที่ได้รับโดยใช้เทอร์โมคัปเปิลนั้นขึ้นอยู่กับวัสดุของกลุ่มสัมผัส เช่นเดียวกับปัจจัยภายนอก หลังรวมถึงความดัน พื้นหลังการแผ่รังสี หรือสาเหตุอื่นๆ ที่อาจส่งผลต่อพารามิเตอร์ทางกายภาพและเคมีของโลหะที่ทำการสัมผัส
ข้อผิดพลาดในการวัดประกอบด้วยองค์ประกอบต่อไปนี้:
- สุ่มข้อผิดพลาดที่เกิดจากกระบวนการผลิตของเทอร์โมคัปเปิล
- ข้อผิดพลาดที่เกิดจากการละเมิดระบอบอุณหภูมิของการสัมผัส "เย็น"
- ข้อผิดพลาดที่เกิดจากการรบกวนจากภายนอก
- ผิดพลาดของอุปกรณ์ควบคุม
ประโยชน์ของการใช้เทอร์โมคัปเปิล
ประโยชน์ของการใช้อุปกรณ์ควบคุมอุณหภูมิเหล่านี้ รวมถึง:
- ตัวชี้วัดขนาดใหญ่ที่สามารถบันทึกได้โดยใช้เทอร์โมคัปเปิล
- จุดต่อของเทอร์โมคัปเปิลซึ่งเกี่ยวข้องโดยตรงกับการอ่านค่า สามารถสัมผัสโดยตรงกับจุดตรวจวัด
- เทอร์โมคัปเปิลผลิตง่าย ทนทาน และใช้งานได้ยาวนาน
ข้อเสียของการวัดอุณหภูมิด้วยเทอร์โมคัปเปิล
ข้อเสียของการใช้เทอร์โมคัปเปิล ได้แก่:
- ความจำเป็นในการตรวจสอบอุณหภูมิของหน้าสัมผัส "เย็น" ของเทอร์โมคัปเปิลอย่างต่อเนื่อง นี่คือความโดดเด่นคุณสมบัติการออกแบบของเครื่องมือวัดซึ่งใช้เทอร์โมคัปเปิล หลักการทำงานของโครงการนี้ทำให้ขอบเขตการใช้งานแคบลง สามารถใช้ได้เฉพาะเมื่ออุณหภูมิแวดล้อมต่ำกว่าอุณหภูมิที่จุดวัดเท่านั้น
- การละเมิดโครงสร้างภายในของโลหะที่ใช้ในการผลิตเทอร์โมคัปเปิล ความจริงก็คือเป็นผลมาจากการสัมผัสกับสภาพแวดล้อมภายนอก หน้าสัมผัสสูญเสียความสม่ำเสมอซึ่งทำให้เกิดข้อผิดพลาดในตัวบ่งชี้อุณหภูมิที่ได้รับ
- ในระหว่างกระบวนการวัด ปกติกลุ่มสัมผัสเทอร์โมคัปเปิลจะได้รับผลกระทบจากสภาพแวดล้อมเชิงลบ ซึ่งทำให้เกิดการรบกวนในกระบวนการ สิ่งนี้จำเป็นต้องปิดผนึกหน้าสัมผัสอีกครั้ง ซึ่งทำให้ค่าบำรุงรักษาเพิ่มเติมสำหรับเซ็นเซอร์ดังกล่าว
- มีความเสี่ยงที่จะสัมผัสกับคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าบนเทอร์โมคัปเปิล ซึ่งการออกแบบนี้มีไว้สำหรับกลุ่มผู้ติดต่อที่ยาว ซึ่งอาจส่งผลต่อผลการวัดด้วย
- ในบางกรณี มีการละเมิดความสัมพันธ์เชิงเส้นระหว่างกระแสไฟฟ้าที่เกิดขึ้นในเทอร์โมคัปเปิลกับอุณหภูมิที่ไซต์การวัด สถานการณ์นี้ต้องมีการสอบเทียบอุปกรณ์ควบคุม
สรุป
แม้จะมีจุดอ่อน แต่วิธีการวัดอุณหภูมิโดยใช้เทอร์โมคัปเปิลซึ่งคิดค้นและทดสอบครั้งแรกในศตวรรษที่ 19 พบว่ามีการนำไปใช้อย่างกว้างขวางในอุตสาหกรรมสมัยใหม่ทุกสาขา
นอกจากนี้ยังมีแอพพลิเคชั่นที่ใช้เทอร์โมคัปเปิลเป็นวิธีเดียวที่จะได้รับข้อมูลอุณหภูมิ และหลังจากอ่านเนื้อหานี้ คุณก็เข้าใจหลักการพื้นฐานของงานเป็นอย่างดีแล้ว
