เทอร์โมคัปเปิล: เซ็นเซอร์วัดอุณหภูมิที่ง่ายและหลากหลาย
อะไรคือเทอร์โมคัปเปิล?
เทอร์โมคัปเปิลคืออุปกรณ์ที่แปลงความแตกต่างของอุณหภูมิเป็นแรงดันไฟฟ้าบนหลักการของผลเทอร์โมอิเล็กทริก มันเป็นประเภทหนึ่งของเซนเซอร์ที่สามารถวัดอุณหภูมิที่จุดหรือตำแหน่งเฉพาะ เทอร์โมคัปเปิลถูกใช้อย่างกว้างขวางในหลากหลายสาขา เช่น อุตสาหกรรม ภาคครัวเรือน ภาคพาณิชย์ และการประยุกต์ใช้ทางวิทยาศาสตร์ เนื่องจากความง่ายในการใช้งาน ความทนทาน ราคาถูก และช่วงอุณหภูมิที่กว้าง
อะไรคือผลเทอร์โมอิเล็กทริก?
ผลเทอร์โมอิเล็กทริกคือปรากฏการณ์ของการสร้างแรงดันไฟฟ้าเนื่องจากความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างสองโลหะหรือโลหะผสมที่แตกต่างกัน ปรากฏการณ์นี้ถูกค้นพบโดยนักฟิสิกส์ชาวเยอรมัน โทมัส เซเบ็ค ในปี ค.ศ. 1821 ซึ่งเขาสังเกตเห็นว่าสนามแม่เหล็กถูกสร้างขึ้นรอบวงจรป้อนกลับที่ปิดของสองโลหะที่แตกต่างกันเมื่อหนึ่งจุดเชื่อมต่อถูกทำความร้อนและอีกจุดเชื่อมต่อถูกทำให้เย็นลง
ผลเทอร์โมอิเล็กทริกสามารถอธิบายได้จากการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนเสรีในโลหะ เมื่อหนึ่งจุดเชื่อมต่อถูกทำความร้อน อิเล็กตรอนจะได้รับพลังงานจลน์และเคลื่อนที่เร็วขึ้นไปยังจุดเชื่อมต่อที่เย็นลง ซึ่งสร้างความต่างศักย์ระหว่างสองจุดเชื่อมต่อ ซึ่งสามารถวัดได้โดยเครื่องวัดแรงดันไฟฟ้าหรือแอมมิเตอร์ขนาดของแรงดันขึ้นอยู่กับประเภทของโลหะที่ใช้และความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างจุดเชื่อมต่อ
เทอร์โมคัปเปิลทำงานอย่างไร?
เทอร์โมคัปเปิลประกอบด้วยสายไฟสองเส้นที่ทำจากโลหะหรือโลหะผสมที่แตกต่างกัน ที่เชื่อมต่อเข้าด้วยกันทั้งสองปลายเพื่อสร้างจุดเชื่อมต่อสองจุด หนึ่งจุดเรียกว่าจุดร้อนหรือจุดวัด ถูกวางไว้ที่ตำแหน่งที่ต้องการวัดอุณหภูมิ จุดเชื่อมต่ออื่นเรียกว่าจุดเย็นหรือจุดอ้างอิง ถูกเก็บไว้ที่อุณหภูมิคงที่และทราบแน่นอน ปกติที่อุณหภูมิห้องหรือในอ่างน้ำแข็ง
เมื่อมีความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างสองจุดเชื่อมต่อ แรงดันไฟฟ้าจะถูกสร้างขึ้นในวงจรเทอร์โมคัปเปิลเนื่องจากผลเทอร์โมอิเล็กทริก แรงดันนี้สามารถวัดได้โดยเครื่องวัดแรงดันไฟฟ้าหรือแอมมิเตอร์ที่เชื่อมต่อเข้ากับวงจร โดยใช้ตารางสอบเทียบหรือสูตรที่แสดงความสัมพันธ์ระหว่างแรงดันกับอุณหภูมิสำหรับประเภทของเทอร์โมคัปเปิลที่กำหนด อุณหภูมิของจุดร้อนสามารถคำนวณได้
แผนภาพต่อไปนี้แสดงหลักการทำงานพื้นฐานของเทอร์โมคัปเปิล:
วิดีโอต่อไปนี้อธิบายว่าเทอร์โมคัปเปิลทำงานอย่างไรอย่างละเอียด:
ประเภทของเทอร์โมคัปเปิลคืออะไร?
มีเทอร์โมคัปเปิลหลายประเภทที่มีคุณสมบัติและแอปพลิเคชันที่แตกต่างกัน ประเภทของเทอร์โมคัปเปิลถูกกำหนดโดยการรวมโลหะหรือโลหะผสมที่ใช้สำหรับสายไฟ ประเภทของเทอร์โมคัปเปิลที่พบมากที่สุดถูกกำหนดโดยตัวอักษร (เช่น K, J, T, E ฯลฯ) ตามมาตรฐานสากล
ตารางต่อไปนี้สรุปประเภทหลักของเทอร์โมคัปเปิลและคุณสมบัติของมัน:
| ประเภท | สายไฟบวก | สายไฟลบ | รหัสสี | ช่วงอุณหภูมิ | ความไว | ความแม่นยำ | การประยุกต์ใช้ |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| K | นิกเกิล-โครเมียม (90% Ni, 10% Cr) | นิกเกิล-อะลูมิเนียม (95% Ni, 2% Al, 2% Mn, 1% Si) | เหลือง (+), แดง (-), เหลือง (รวม) | -200°C ถึง +1260°C (-328°F ถึง +2300°F) | 41 µV/°C | ±2.2°C (0.75%) | ทั่วไป, ช่วงกว้าง, ราคาถูก |
| J | เหล็ก (99.5% Fe) | คอนสแตนแทน (55% Cu, 45% Ni) | ขาว (+), แดง (-), ดำ (รวม) | -210°C ถึง +750°C (-346°F ถึง +1400°F) | 50 µV/°C | ±2.2°C (0.75%) | บรรยากาศออกซิเดชัน, ช่วงจำกัด |
| T | ทองแดง (99.9% Cu) | คอนสแตนแทน (55% Cu, 45% Ni) | น้ำเงิน (+), แดง (-), น้ำตาล (รวม) | -200°C ถึง +350°C (-328°F ถึง +662°F) | 43 µV/°C | ±1°C (0.75%) | อุณหภูมิต่ำ, บรรยากาศออกซิเดชัน |
| E | นิกเกิล-โครเมียม (90% Ni, 10% Cr) | คอนสแตนแทน (55% Cu, 45% Ni) | ม่วง (+), แดง (-), ม่วง (รวม) |
| E | นิกเกิล-โครเมียม (90% Ni, 10% Cr) | คอนสแตนแทน (55% Cu, 45% Ni) | ม่วง (+), แดง (-), ม่วง (รวม) | -200°C ถึง +870°C (-328°F ถึง +1598°F) | 68 µV/°C | ±1.7°C (0.5%) | ความแม่นยำสูง, ช่วงกลาง, ราคาถูก | | N | นิโครซิล (84.1% Ni, 14.4% Cr, 1.4% Si, 0.1% Mg) | นิซิล (95.5% Ni, 4.4% Si, 0.1% Mg) | ส้ม (+), แดง (-), ส้ม (รวม) | -200°C ถึง +1300°C (-328°F ถึง +2372°F) | 39 µV/°C | ±2.2°C (0.75%) | ทั่วไป, ช่วงกว้าง, คงที่ | | S | พลาทินัม-โรเดียม (90% Pt, 10% Rh) | พลาทินัม (100% Pt) | ดำ (+), แดง (-), เขียว (รวม) | 0°C ถึง +1600°C (+32°F ถึง +2912°F) | 10 µV/°C | ±1.
