การวัดอุณหภูมิ

เรื่อง Semi-conductor Temperature Sensor

จุดประสงค์

1.       เพื่อศึกษาหลักการวัดอุณหภูมิในอุตสาหกรรม

2.       เพื่อศึกษาหลักวิธีการควบคุมอุณหภูมิในอุตสาหกรรมเบื้องต้น

3.       เพื่อเข้าใจวิธีการวัดอุณหภูมิด้วยเทอร์โมคัพเปิลและอาร์ทีดี

หลักการวัดอุณหภูมิ

                อุณหภูมิมีหน่วยวัดเป็นองศา C (Degree Celsius), องศา F (Degree Fahrenheit) และ K (Kelvin)

โดยมีความสัมพันธ์ดังนี้

C/5 = (F-32)/9  และ K =273+องศา C (ค่าจริง 273.15)

เช่น อุณหภูมิร่างกายคนที่ 37 องศา  C หรือ เทียบเท่า องศา F คือ F=9x37/5+32=98.6

                                                                       หรือ องศา C = 273.15 องศา K    เป็นต้น

                หลักการวัดอุณหภูมิแบ่งตามลักษณะของตัวตรวจวัดเป็น แบบแท่งแก้วปรอท แบบเทอร์โมคัพเปิลและแบบอาร์ที่ดี ดังนี้

-          แบบแท่งแก้วปรอท เป็นเครื่องมือวัดอุณหภูมิแบบเดิม ๆ ที่นิยมใช้มานานแล้วคือเทอร์โมมิเตอร์แบบปรอท (Liquid in glass thermometer: LIG) โดยอาศัยหลักการขยายตัวของของเหลวคือ ปรอท และมีโครงสร้างดังรูป

-          แบบหลักการ Thermo-Electric โดยจะได้จากปรากฏการณ์ทางฟิสิกส์ เมื่อโลหะ 2 ชนิดประกบติดกันที่ปลายด้านหนึ่ง ซึ่งเมื่อได้รับอุณหภูมิจะเกิดแรงดันไฟฟ้าที่ปลายทั้งสอง เรียกว่า ซีเบคโวลเตอร์ (Seebeck Voltage) ดังนั้นจึงประยุกต์มาใช้ในการวัดและควบคุมอุณหภูมิ โดยเทอร์โมคัพปิลมีหลายชนิด ขึ้นอยู่โลหะที่ใช้ เช่น Type K ใช้โลหะโครเมล (Chromel) คู่กับ อะโลเมล (Alomel)

-          Resolution คือค่าแยกชัด หรือขีดแบ่ง โดยจะเป็นค่าที่น้อยที่สุดที่จะอ่านค่าได้ เช่นดังรูป ขีดแบ่งหรือ Resolution ของเทอร์โมมิเตอร์แบบกระเปาะแก้ว คือ  5 องศา C , 5 องศา F หรือ 5 Kelvin เป็นต้น ถ้าเป็นดิจิตอลหมายถึงตัวเลขที่แสดงผลที่ค่าน้อยที่สุด เช่น 0.001 V , 0.1 A หรือ 1 W  เป็นต้น

Type K (Chromel / Alumel)

Type K เป็นแบบทั่วไป ราคาถูก และนิยมใช้ทั่วไปซึ่งจะมีใช้ใน Probe ทั่วไป ในช่วงอุณหภูมิ -200 °C ถึง +1200 °C

มีความไว (Sensitivity) ประมาณ 41 µV/°C

Type J (Iron / Constantan) ใช้งานที่ช่วงอุณหภูมิ-40 ถึง +750 °C เป็นแบบนิยมรองมาจาก type K มักใช้งานในเครื่องมือวัดแบบเก่าที่ไม่สามารถใช้เทอร์โมคัพเปิลแบบทันสมัย ห้ามใช้งานเกินย่าน 760 °C

Type S (Platinum / Rhodium) เหมาะสำหรับย่านวัดสูง ๆ ถึง 1600 °C แต่มีความไวต่ำ (10 µV/°C) และมีราคาแพง ข้อดีคือมีเสถียรภาพที่ดี (high stability)

ตัวอย่างการควบคุมอุณหภูมิ

             

กาต้มน้ำร้อนไฟฟ้า ชนิดที่มีใช้ในบ้านหรือสำนักงานทั่วไปมักจะเป็นแบบที่มีการอุ่นน้ำอยู่ตลอดเวลาโดยมีวงจรไฟฟ้าดังรูป