Temperature sensor และ Transmitter ของการวัดอุณหภูมิในงานอุตสาหกรรม

หลังจากที่ได้ทำความรู้จักกับ local gauge มาแล้ว วันนี้เราจะมาทำความรู้จักกับเครื่องมือวัดอุณหภูมิอีกรูปแบบหนึ่ง ที่สามารถส่งค่าที่วัดออกไปยังศูนย์ควบคุมได้ โดยเราจะแยกส่วนประกอบหลักๆออกเป็น 3 ส่วนด้วยกันคือ 1. Sensor 2. Transmitter และ 3. Thermowell

กลับไปอ่านบทความ การวัดอุณหภูมิแบบ Local Gauge

เรามาเริ่มกันที่ Sensor กันก่อนครับ ในปัจจุบัน ตามโรงงานอุตสาหกรรมส่วนใหญ่จะมีการใช้ sensor อยู่ 2 ประเภทด้วยกันคือ
1. RTD (Resistance Temperature Detector)
2. Thermocouple

ส่วนประกอบหลักที่ 1 : Sensor

(1) RTD (Resistance Temperature Detector)

RTD (Resistance Temperature Detector) คือเซนเซอร์วัดอุณหภูมิที่วัดอุณหภูมิโดยใช้หลักการที่ความต้านทานของโลหะเปลี่ยนแปลงไปตามอุณหภูมิ โดย RTD ทำงานบนความสัมพันธ์พื้นฐานระหว่างโลหะและอุณหภูมิ เมื่ออุณหภูมิของโลหะเพิ่มขึ้นความต้านทานของโลหะต่อการไหลของกระแสไฟฟ้าจะเพิ่มขึ้น ในทำนองเดียวกันเมื่ออุณหภูมิของ RTD เพิ่มขึ้น ความต้านทานไฟฟ้า(Ω) จะเพิ่มขึ้นด้วย

สำหรับวัสดุที่นำมาใช้สำหรับทำ RTD element นั้น หลักๆจะมีอยู่ 3 อย่างด้วยกัน ได้แก่ Platinum, Nickle, Copper โดยวัสดุที่เรามักพบบ่อยสำหรับ RTD element ในโรงงานอุตสาหกรรมคือ Platinum

สิ่งที่ควรจะต้องทำความรู้จักสำหรับ RTD อีกอย่างคือ Sensor wire สำหรับ RTD จะมี 3 แบบคือ 2 wire, 3 wire และ 4 wire โดย แบบ 2 wire จะใช้งานง่ายที่สุด แต่สิ่งที่จะเกิดขึ้นจากการใช้ sensor 2 wire คือ ความแม่นยำในการวัดจะไม่ค่อยดีเนื่องจากค่าความต้านทานที่เกิดขึ้นจากสายไฟของตัว  sensor เอง ด้วยเหตุนี้ จึงมีการพัฒนา RTD แบบ 3 wire และ 4 wire ขึ้นมา เพื่อทำการชดเชยค่าความต้านทานของสายไฟ ทำให้ Accuracy ดีขึ้น

สำหรับค่าความแม่นยำ (Accuracy) ตามมาตรฐาน IEC-60751 จะมีอยู่ 2 class ด้วยกันคือ Class A (+ /- 0.15°C at 0°C) และ class B (+ /- 0.3°C at 0°C)

(2) Thermocouple

Thermocouple โดย Thermocouple จะประกอบด้วยโลหะสองชนิดที่แตกต่างกันนำมาเชื่อมต่อกันที่ปลาย เมื่อเกิดอุณหภูมิที่แตกต่างกันระหว่างจุดเชื่อมทั้งสอง จะทำให้เกิดแรงดันทางไฟฟ้าขนาดเล็กขึ้น โครงสร้างของ Thermocouple จะแบ่งตามลักษณะการเชื่อมต่อกันที่ปลายจุดวัด โดยมี 3 ลักษณะคือ

1. Ungrounded Junction จุดเชื่อมของโลหะตัวนำตัวนำถูกแยกออกจาก sensor sheath ทั้งหมด ใช้สำหรับงานแรงดันสูง

2. Grounded Junction จุดเชื่อมของโลหะตัวนำและ sensor sheath จะเชื่อมเข้าด้วยกัน ใช้สำหรับวัดอุณหภูมิในสภาพแวดล้อมที่มีฤทธิ์กัดกร่อน

3. Exposed Junction จุดเชื่อมของโลหะตัวนำจะยื่นออกมานอก sensor sheath ใช้ในสถานที่ที่ต้องการการตอบสนองอย่างรวดเร็ว

โดยชนิดของ Thermocouple แต่ละชนิดจะทำจากวัสดุที่ต่างกัน และแต่ละชนิดก็จะมีช่วงใช้งาน (Range) ที่แตกต่างกันตามตารางด้านล่างได้เลยนะครับ

วัสดุของ Thermocouple

วัสดุที่นำมาใช้งานเป็นโลหะตัวนำสามารถแบ่งเป็น 4 กลุ่มหลักๆ ได้แก่

1. Nickel-alloy thermocouples

• Type E ทำมาจากวัสดุ Chromel – Constantan)
• Type J ทำมาจากวัสดุ Iron–Constantan
• Type K ทำมาจากวัสดุ Chromel–Alumel
• Type M (82%Ni/18%Mo–99.2%Ni/0.8%Co, by weight)
• Type N ทำมาจากวัสดุ Nicrosil–Nisil
• Type T ทำมาจากวัสดุ Copper–Constantan

2. Platinum/rhodium-alloy thermocouples

• Type B ทำมาจากวัสดุ 70%Pt/30%Rh–94%Pt/6%Rh, by weight
• Type R ทำมาจากวัสดุ 87%Pt/13%Rh–Pt, by weight
• Type S ทำมาจากวัสดุ 90%Pt/10%Rh–Pt, by weight

3. Tungsten/rhenium-alloy thermocouples

• Type C (95%W/5%Re–74%W/26%Re, by weight)
• Type D (97%W/3%Re–75%W/25%Re, by weight)
• Type G (W–74%W/26%Re, by weight)

4. Chromel–gold/iron-alloy thermocouples

• Type P (55%Pd/31%Pt/14%Au–65%Au/35%Pd, by weight)

นอกเหนือจาก Thermocouple ชนิดต่างๆด้านบนแล้ว ยังมี Thermocouple ที่ทำมาจากกลุ่มโลหะ Tungsten/rhenium-alloy thermocouples เพื่อที่จะใช้งานสำหรับย่านการวัดที่มีอุณหภูมิสูงมากจำพวก Vacuum Furnace ได้แก้ Type C (95%W/5%Re–74%W/26%Re, by weight), Type D (97%W/3%Re–75%W/25%Re, by weight) และ Type G (W–74%W/26%Re, by weight)

ส่วนประกอบหลักอย่างที่ 2 : Temperature Transmitter

               ส่วนประกอบหลักอย่างที่ 2 คือ Temperature Transmitter ซึ่ง Transmitter ในปัจจุบัน จะใช้เป็นตัวแปลงสัญญาณที่ตัว Sensor วัดออกมาและส่งค่าไปยังศูนย์ควบคุม โดยที่ค่า Output จาก Transmitter สามารถเลือกได้ทั้งแบบ 4-20 mA และ Foundation Fieldbus ขึ้นอยู่กับระบบควบคุบของเราว่าต้องการใช้แบบไหน

ส่วนประกอบหลักอย่างที่ 3 : Thermowell

อีกหนึ่งส่วนประกอบที่สำคัญสำหรับการใช้งาน Temperature Gauge ในโรงงานคือตัว “Thermowell ครับ” โดยหน้าที่หลักของ thermowell คือการป้องกันการเสียหายที่อาจจะเกิดขึ้นกับตัว temperature sensor จากสภาวะการใช้งาน ไม่ว่าจะเป็นการสั่นที่เกิดจากความเร็วในการไหลของสารที่วัดหรือแรงดันภายในระบบที่วัด เป็นต้น โดยตัว thermowell ยังใช้เป็นตัวแยก (isolate) ระหว่าง temperature sensor กับตัวสารในระบบ

ในกรณีที่มีการถอดตัว Sensor ออกมาซ่อมบำรุงหรือเปลี่ยน เราจะได้ไม่ต้อง shutdown ระบบ

อีกสิ่งหนึ่งที่สำคัญมากในการเลือกใช้ thermowell คือ wake frequency calculation โดยค่า frequency calculation ที่ได้จะต้องไม่เกินจากที่กำหนดไว้ ตามมาตรฐาน ASME PTC 19.3

สุดท้ายสำหรับข้อพิจารณาในการเลือกใช้งาน Temperature Sensor/Transmitter นั้น หลักๆเราจะพิจารณาตามหัวข้อด่นล่างนี้

1.            ย่านใช้งาน (Rage)

2.            ความแม่นยำ (Accuracy)

3.            การต่อใช้งานกับระบบ (Process Connection)

4.            ค่าความยาวที่ยื่นลงไปในระบบท่อหรือถัง (ความยาวของ Thermowell / Temperature Sensor)

5.            สัญญาณ Output ที่จะออกจาก Transmitter

6.            การติดตั้ง Transmitter เข้ากับ Sensor เป็นแบบไหน (Remote / Integral)

7.            วัสดุที่ใช้ (Material ของตัวเกจและ Thermowell)

จบกับไปแล้วนะครับ สำหรับการวัดอุณหภูมิแบบที่สามารถส่งค่าที่วัดออกไปยังศูนย์ควบคุม แล้วพบกับสาระความรู้ทางด้านงานช่าง และงานวิศวกรรมได้ในโพสต์ถัดๆไปนะครับ หรือสามารถตามสื่อตามๆของเราด้านล่างเลยนะครับ

Website: www.naichangmashare.com
Facebook: https://www.facebook.com/naichangmashare/
Blockdit :  https://www.blockdit.com/naichangmashare
Instragram: https://www.instagram.com/naichangmashare/
Twitter: https://twitter.com/naichangmashare
Youtube: https://www.youtube.com/channel/UCmIPiSeg-uy4k8JYSmknp_g

#นายช่างมาแชร์ #temperaturtransmitter #Sensor #Transmitter #instrument #Engineering