เซ็นเซอร์วัดอุณหภูมิ คืออะไร (RTD, Thermocouple)

เซ็นเซอร์วัดอุณหภูมิ คืออะไร คุณจะได้เรียนรู้ถึงหลักการทำงานและวิธีการใช้งานของเซ็นเซอร์ประเภทนี้ ซึ่งเป็นอุปกรณ์สำคัญในการวัดและควบคุมอุณหภูมิในหลายๆ ด้าน

เซ็นเซอร์วัดอุณหภูมิ คืออะไร ? เทคโนโลยีการวัดอุณหภูมิได้พัฒนาขึ้นหลากหลายรูปแบบเพื่อตอบสนองความต้องการในการใช้งานที่เฉพาะเจาะจง การมีเทคโนโลยีที่หลากหลายช่วยให้สามารถวัดอุณหภูมิได้อย่างแม่นยำในสภาพแวดล้อมและวัตถุที่ต่างกัน

การที่เทคนิคหนึ่งอาจดีกว่าเทคนิคอื่นนั้นเกิดจากการใช้งานที่หลากหลาย ซึ่งทำให้แต่ละกรณีมีความเหมาะสมที่แตกต่างกัน ดังนั้นจึงไม่มีวิธีการใดที่เป็นสากลสำหรับการใช้งานแอปพลิเคชันทุกประเภท

ก่อนที่เราจะไปถึงรายละเอียดของเรื่องนี้ มาทำความเข้าใจกันก่อนว่า “เซ็นเซอร์อุณหภูมิ” คืออะไร และ “เครื่องส่งสัญญาณอุณหภูมิ” มีความหมายอย่างไร โดยทั่วไปแล้ว เซ็นเซอร์หรือทรานสดิวเซอร์เป็นอุปกรณ์ทางกายภาพที่สามารถแปลงตัวแปรกระบวนการประเภทหนึ่งไปเป็นประเภทสัญญาณที่สามารถใช้งานได้

อุณหภูมิ, ความดัน, การไหล ฯลฯ เป็นตัวแปรสำคัญในกระบวนการต่างๆ และเป็นลักษณะทางกายภาพของโลกที่เราอาศัยอยู่

ด้วยเทคโนโลยีล่าสุดและความก้าวหน้าในวิศวกรรมไฟฟ้าในศตวรรษที่ผ่านมา มีความต้องการที่จะแปลงค่าที่วัดได้ทั้งหมดเป็นสัญญาณไฟฟ้า โดยเซ็นเซอร์อุณหภูมิเป็นอุปกรณ์ที่แปลงอุณหภูมิให้เป็นสัญญาณไฟฟ้า ไม่ว่าจะมีขนาดของสัญญาณเล็กน้อยเพียงใดก็ตาม

สัญญาณทางไฟฟ้ามีหลากหลายช่วงที่ใช้งานได้ แต่สำหรับการประยุกต์ใช้ในอุตสาหกรรม จำเป็นต้องกำหนดให้สัญญาณนั้นอยู่ใน “ช่วงสัญญาณ” ที่ได้รับการยอมรับและใช้กันอย่างแพร่หลายทั่วโลก

“เครื่องส่งสัญญาณอุณหภูมิ” คืออุปกรณ์ที่ใช้ในการแปลงสัญญาณขนาดเล็กจาก “ทรานสดิวเซอร์อุณหภูมิ” ให้เป็นสัญญาณมาตรฐานที่สามารถใช้งานได้กับอุปกรณ์ต่างๆ

ในโลกของเทคโนโลยีทรานสดิวเซอร์อุณหภูมิ หนึ่งในอุปกรณ์ที่น่าสนใจคือ RTD หรือเครื่องตรวจจับอุณหภูมิความต้านทาน ซึ่งความต้านทานของมันจะเปลี่ยนแปลงไปตามอุณหภูมิ RTD เป็นอุปกรณ์ประเภทพาสซีฟ ที่ต้องใช้กระแสไฟฟ้าจากภายนอกเพื่อทำการวัด และจากนั้นจึงวัดแรงดันไฟฟ้าที่ตกคร่อมอุปกรณ์ได้ ซึ่งแรงดันไฟฟ้านี้จะเป็นตัวบ่งชี้อุณหภูมิได้อย่างแม่นยำ การอ้างถึง RTD ว่าเป็นอุปกรณ์พาสซีฟหมายความว่ามันต้องการแหล่งกำเนิดกระแสหรือแรงดันไฟฟ้าจากภายนอกเพื่อทำงานได้

เพื่อความชัดเจน, กระแสภายนอกที่มีปริมาณมากอาจทำให้เกิดการกระจายพลังงานในตัวต้านทานของ RTD และนำไปสู่การสร้างความร้อนเกินขีดจำกัด ดังนั้น, เพื่อหลีกเลี่ยงข้อผิดพลาดประเภทนี้, ควรจำกัดกระแสให้อยู่ในระดับต่ำที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้

เทอร์โมคัปเปิลหรือ “TC” ประกอบด้วยสายไฟสองสายที่แตกต่างกันซึ่งเชื่อมต่อกัน โดยอาศัยลักษณะทางกายภาพที่เรียกว่า “เอฟเฟกต์เทอร์โมอิเล็กทริก” ทำให้เมื่อวางจุดเชื่อมต่อที่อุณหภูมิที่แตกต่างกัน จะเกิดสัญญาณมิลลิโวลต์ที่สามารถใช้เป็นตัวบ่งชี้อุณหภูมิได้

เมื่อเทียบกับ RTD, เทอร์โมคัปเปิลสามารถทำงานได้ด้วยตัวเองและไม่จำเป็นต้องใช้แหล่งกระแสภายนอกเพื่อกระตุ้นการทำงาน เทอร์โมคัปเปิลถูกนำไปใช้งานในหลายสถานการณ์ เช่น เตาเผา, ห้องเผาไหม้, กังหันก๊าซ, ท่อไอเสียที่มีอุณหภูมิสูง และอื่นๆ ข้อจำกัดหลักของเทอร์โมคัปเปิลคือ “ความแม่นยำ” ซึ่งอาจไม่เหมาะสมที่สุดสำหรับการใช้งานที่ต้องการความแม่นยำสูง

การทำงานของเทอร์โมคัปเปิลพึ่งพาเอฟเฟกต์เทอร์โมอิเล็กทริกของตัวนำหลายประเภท ดังนั้นเมื่อเทอร์โมคัปเปิลตั้งอยู่ห่างจากเครื่องมือวัด เช่น เครื่องส่งสัญญาณอิเล็กทรอนิกส์ จำเป็นต้องใช้ตัวนำที่เหมาะสมเพื่อขยายสัญญาณ หากไม่เช่นนั้น สัญญาณจากเทอร์โมคัปเปิลที่เล็กน้อยอาจถูกขยายพร้อมกับข้อผิดพลาดที่จุดเชื่อมต่อของสายเทอร์โมคัปเปิลกับสายต่อ