ตัวแปลงสัญญาณอุณหภูมิ: คืออะไร? (ประเภทและตัวอย่าง)

เครื่องวัดอุณหภูมิคืออะไร

เครื่องวัดอุณหภูมิ คือ เครื่องมือที่แปลงปริมาณความร้อนเป็นปริมาณทางกายภาพอื่น ๆ เช่น พลังงานกล แรงดัน และสัญญาณไฟฟ้า เป็นต้น ตัวอย่างเช่น ใน เทอร์โมคัปเปิล ความต่างศักย์ไฟฟ้าจะเกิดขึ้นเนื่องจากความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างปลายของมัน ดังนั้น เทอร์โมคัปเปิลจึงเป็นเครื่องวัดอุณหภูมิ

คุณสมบัติหลักของเครื่องวัดอุณหภูมิ

• อินพุตของเครื่องวัดอุณหภูมิคือปริมาณความร้อนเสมอ

• โดยทั่วไปแล้วเครื่องวัดอุณหภูมิจะแปลงปริมาณความร้อนเป็นปริมาณทางไฟฟ้า

• เครื่องวัดอุณหภูมิมักใช้สำหรับการวัดอุณหภูมิและกระแสความร้อน

แผนพื้นฐานของเครื่องวัดอุณหภูมิ

แผนพื้นฐานของเครื่องวัดอุณหภูมิได้แสดงไว้ด้านล่างในขั้นตอนต่อไปนี้
องค์ประกอบตรวจจับ

องค์ประกอบตรวจจับใน เครื่องวัดอุณหภูมิ คือองค์ประกอบที่คุณสมบัติเปลี่ยนแปลงตามการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ เมื่ออุณหภูมิเปลี่ยนแปลง คุณสมบัติบางอย่างขององค์ประกอบก็จะเปลี่ยนแปลงตามไปด้วย

ตัวอย่าง – ใน RTD (Resistance Temperature Detector) องค์ประกอบตรวจจับคือโลหะแพลทินัม

เงื่อนไขที่ต้องการในการเลือกองค์ประกอบตรวจจับคือ

• การเปลี่ยนแปลงต่อหน่วยความต้านทานของวัสดุต่อการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิควรสูง

• วัสดุควรมีความต้านทานสูงเพื่อให้ใช้วัสดุปริมาณน้อยในการสร้าง

• วัสดุควรมีความสัมพันธ์ที่ต่อเนื่องและเสถียรกับอุณหภูมิ

• องค์ประกอบแปลงสัญญาณ
  เป็นองค์ประกอบที่แปลงเอาต์พุตขององค์ประกอบตรวจจับเป็นปริมาณทางไฟฟ้า การเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติขององค์ประกอบตรวจจับจะเป็นเอาต์พุตสำหรับมัน มันวัดการเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติขององค์ประกอบตรวจจับ เอาต์พุตขององค์ประกอบแปลงสัญญาณจะถูกปรับเทียบเพื่อให้ได้เอาต์พุตที่แสดงการเปลี่ยนแปลงของปริมาณความร้อน

ตัวอย่าง - ในเทอร์โมคัปเปิล ความต่างศักย์ ที่เกิดขึ้นระหว่างสองปลายจะถูกวัดโดย โวลต์มิเตอร์ และขนาดของ โวลต์ ที่ผลิตหลังจากการปรับเทียบจะให้ความคิดเห็นเกี่ยวกับการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ

ประเภทของเครื่องวัดอุณหภูมิ

ประเภทของเซ็นเซอร์วัดอุณหภูมิแบบสัมผัส

ในกรณีเหล่านี้ องค์ประกอบตรวจจับอยู่ในสัมผัสโดยตรงกับแหล่งความร้อน เซ็นเซอร์เหล่านี้ใช้การนำความร้อนเพื่อถ่ายทอดพลังงานความร้อน

ประเภทของเซ็นเซอร์วัดอุณหภูมิแบบไม่สัมผัส

ในเซ็นเซอร์วัดอุณหภูมิแบบไม่สัมผัส องค์ประกอบไม่ได้อยู่ในสัมผัสโดยตรงกับแหล่งความร้อน (คล้ายกับ เครื่องทดสอบแรงดันไฟฟ้าแบบไม่สัมผัส หรือปากกาวัดแรงดันไฟฟ้า) เซ็นเซอร์วัดอุณหภูมิแบบไม่สัมผัสใช้หลักการของการพาความร้อน ตัวอย่างของเครื่องวัดอุณหภูมิที่ใช้ทั่วไปมีดังนี้:

เทอร์มิสเตอร์

คำว่า เทอร์มิสเตอร์ สามารถเรียกว่า Thermal Resistor ดังนั้น ตามชื่อที่ระบุไว้ เทอร์มิสเตอร์คืออุปกรณ์ที่ความต้านทานเปลี่ยนแปลงตามการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ ด้วยความไวสูง เทอร์มิสเตอร์จึงถูกใช้แพร่หลายในการวัดอุณหภูมิ โดยทั่วไปแล้วเรียกว่าเครื่องวัดอุณหภูมิที่เหมาะที่สุด เทอร์มิสเตอร์มักประกอบด้วยส่วนผสมของออกไซด์โลหะ

คุณสมบัติของเทอร์มิสเตอร์

• มีค่าสัมประสิทธิ์ความร้อนลบ คือ ความต้านทานของเทอร์มิสเตอร์ลดลงเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น

• ทำจากวัสดุกึ่งตัวนำ

• มีความไวมากกว่า RTD (Resistance Thermometers) และเทอร์โมคัปเปิล

• ความต้านทานอยู่ระหว่าง 0.5Ω ถึง 0.75 MΩ

• มักใช้ในแอปพลิเคชันที่มีช่วงการวัดอุณหภูมิ -60°C ถึง 15°C

เทอร์โมมิเตอร์ความต้านทาน

ประเภทหนึ่งของ เครื่องวัดอุณหภูมิ คือ RTD (Resistance Temperature Detector) หรือ RTD เป็นเครื่องวัดอุณหภูมิที่มีความแม่นยำทำจากโลหะบริสุทธิ์สูง เช่น แพลทินัม ทองแดง หรือนิกเกิล ที่ม้วนเป็นวงจรและ ความต้านทานไฟฟ้า ของมันเปลี่ยนแปลงตามการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ คล้ายกับเทอร์มิสเตอร์

ความต้านทานเปลี่ยนแปลงตามความสัมพันธ์ดังนี้

R = ความต้านทานขององค์ประกอบที่อุณหภูมิที่กำหนด
α = สัมประสิทธิ์ความร้อนขององค์ประกอบ
Ro = ความต้านทานขององค์ประกอบที่ 0°C

คุณสมบัติหลักของ RTD’s

• มีความไวสูงและราคาถูกมากเมื่อเทียบกับเทอร์มิสเตอร์และเทอร์โมคัปเปิล

• สามารถวัดอุณหภูมิได้ตั้งแต่ -182.96°C ถึง 630.74°C

เทอร์โมคัปเปิล

เทอร์โมคัปเปิลคือเครื่องวัดอุณหภูมิที่มีสองจุดต่อของโลหะที่แตกต่างกัน เช่น ทองแดงและคอนสแตนแทนที่เชื่อมต่อเข้าด้วยกัน จุดต่อหนึ่งถูกเก็บไว้ที่อุณหภูมิคงที่เรียกว่าจุดต่ออ้างอิง (Cold Junction) ในขณะที่จุดต่ออื่นเรียกว่าจุดต่อวัด (Hot Junction) เมื่อสองจุดต่อยู่ที่อุณหภูมิที่แตกต่างกัน แรงดันไฟฟ้าจะเกิดขึ้นระหว่างจุดต่อซึ่งใช้เพื่อวัดอุณหภูมิ

หลักการทำงานของเทอร์โมคัปเปิล