Basic Temperature measurement – การวัดอุณหภูมิในอุตสาหกรรม

ตัวแปรที่นิยมใช้วัดกันแทบจะเรียกได้ว่าเป็นส่วนหนึ่งในชีวิตประจำวันของเราเลย คงจะหนีไม่พ้นการวัดอุณหภูมิ (Temperature) การวัดอุณหภูมิมีอรรถประโยชน์มากมายหลายอย่างด้วยกัน เช่น การวัดอุณหภูมิร่างกายเพื่อให้ทราบว่ามีสภาวะป่วยเป็นไข้หรือไม่ ประกอบจนวัดอุณหภูมิเพื่อนำไปพยากรณ์อากาศ หรือวัดอุณหภูมิในการควบคุมกระบวนการผลิตทางด้านอุตสาหกรรม

เรียกได้ว่าเป็นพระเอกในตัวแปรที่มีความใกล้ชิดกับทุกท่านอย่างแน่นอน แล้วอุณหภูมิจริงๆแล้วมันคือะไรกันแน่ แอดขอตอบเชิงวิชาการเลยครับว่า อุณหภูมิคือปริมาณทางฟิสิกส์อย่างหนึ่งซึ่งบ่งชี้ระดับพลังงานจลน์เฉลี่ยของโมโลกุลอันเนื่องมาจากการเคลื่อนที่ของโมเลกุลในสลารนั้นๆ

แล้วเราจะวัดอุณหภูมิได้อย่างไร ?

แอดขอแบ่งตามลักษณะใหญ่ๆเลยแอดได้จัดกลุ่มมาให้เป็น 4 คุณสมบัติต่างๆดังนี้

1.การขยายตัวของของไหล (Fluid Expansion)

การอาศัยคุณสมบัติการขยายตัวของของไหล (Fluid Expansion) หลักการนี้เรียบง่ายมากๆถ้าใคนึกไม่ออก แอดขอยกตัวอย่าง Thermometer ชนิดปรอท หรือ ชนิดเติมของเหลวภายใน (Liquid in glass) โดยอาศัยการขยายตัวของของไหลที่อยู่ภายใน เมื่ออุณหภูมิสูงขึ้นจะทำให้ของไหลเกิดการขยายตัว ซึ่งถ้าหากมี scale อยู่ด้านข้างจะทำให้เราอ่านค่าอุณหภูมิที่เราวัดได้

2.การขยายตัวของโลหะ (Metal Expansion)

การอาศัยการขยายตัวของโลหะ หลักการนี้จะอาศัยการนำโลหะ 2 ชนิดที่มีการขยายตัวต่ออุณหภูมิที่ต่างกันมาเชื่อมติดกัน เมื่ออุณหภูมิสูงขึ้นหรือต่ำลง โลหะดังกล่าวจะเกิดการบิดตัวหรือโค้งงอขึ้น ซึ่งเมื่อนำไปต่อกับตัวปรับแต่งสัญญาณและใส่ Scale เราสามารถอ่านค่าอุณหภูมิได้ หลักการชนิดนี้มักพบกับตัววัดอุณหภูมิแบบเกจวัดเป็นหลัก

3.อาศัยคุณสมบัติของการเปลี่ยนแปลงค่าสัญญาณทางไฟฟ้า

การอาศัยคุณสมบัติของการเปลี่ยนแปลงค่าสัญญาณทางไฟฟ้า ซึ่งหลักการนี้นิยมมากในโรงงานอุตสาหกรรมซึ่งที่นิยมมี 2 ชนิดคือ

3.1 Thermocouple

Thermocouple อาศัยปรากฎการณ์ Seebeck effect โดยตัว Sensor จะประกอบด้วยลวดโลหะที่แตกต่างกันสองเส้นต่อเข้าที่ปลายด้านหนึ่งและอีกด้านหนึ่งจะเชื่อมต่อกับเครื่องมือวัด ซึ่งเมื่อ Sensor ได้รับอุณหภูมิจะเกิดแรงเคลื่อนไฟฟ้าขึ้น ดังรูปด้านล่าง การเลือกใช้งานวัสดุที่นำมาทำ Themocouple จะต้องพิจารณาถึงความสามารถในการเกิด Oxidation(ทำปฏิกริยากับออกซิเจน) และความสอดคล้องกันกับสิ่งแวดล้อมด้วย เช่น Thermocouple type J จะมีขาด้านหนึ่งเป็นองค์ประกอบของเหล็กซึ่งเมื่อใช้งานในสภาพแวดล้อมที่มีความชื้น ก็อาจทำให้เกิดสนิมได้

ซึ่งโลหะที่ใช้ทำ Themocouple มีหลายชนิด และแต่ละชนิดให้แรงเคลื่อนไฟฟ้าต่างกัน และย่านการวัดอุณหภูมิต่างกัน

3.2 RTD (Resistance temperature detector)

RTD (Resistance temperature detector) อาศัยหลักการเปลี่ยนแปลงความต้านทานของเส้นลวด ซึ่งโดยปกติแล้วจะนิยมใช้โลหะ platinum โดยมีโครงสร้างภายในเป็นเส้นลวดขนาดเล็กพันรอบแกนกลางที่เป็นเซรามิกแก้ว ซึ่งโลหะเหล่านี้จะมีค่าความต้านทานไฟฟ้าที่มีความสัมพันธ์กับอุณหภูมิที่แน่นอน ด้วยคุณสมบัติดังกล่าวจึงทำให้เซ็นเซอร์สามารถตรวจวัดอุณหภูมิได้อย่างแม่นยำเหมาะสำหรับใช้งานวัดอุณหภูมิที่มีความร้อนไม่เกิน 450 องศาเซลเซียส เมื่ออุณหภูมิสูงขึ้นจะส่งผลให้ค่าความต้านทานของขดลวดสูงขึ้น

4.อาศัยคุณสมบัติสารกึ่งตัวนำ (Semi-Conductor)

การอาศัยคุณสมบัติสารกึ่งตัวนำ เช่น IC (Integrated circuit) หลักการวัดชนิดนี้จะอาศัย ช่องว่างของ P และ N และเมื่ออุณหภูมเปลี่ยนไปจะทำให้ช่องว่างของ P และ N เปลี่ยนตาม ซึ่งการวัดชนิดดนี้ค่อนข้างให้ความแม่นยำสูง และความไวต่อการเปลี่ยนแปลงที่ดี และที่สำคัญมีค่าความเป็นเชิงเส้นที่ดี (Linearity) แต่ผลที่ตามมาคือตัวถังของ IC ไม่สามารถทนอุณหภูมิสูงๆได้

แล้วพบกับสาระดีๆแบบนี้ทางด้านงานช่าง งานวิศวกรรม และอุตสาหกรรมได้ที่ นายช่างมาแชร์ นะครับ

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 #Instrument #Temperature #Control