หลักการทำงานของเทอร์โมคัปเปิล และประวัติความเป็นมา

หลักการทำงานของ เทอร์โมคัปเปิล และประวัติความเป็นมา

            เทอร์โมคัปเปิล ทำงานโดยอาศัยคุณสมบัติทางไฟฟ้าของโลหะ 2 ชนิดที่ว่า  เมื่อปลายลวดโลหะหรือโลหะผสม 2 ชิ้นที่ไม่เหมือนกันเชื่อมติดกัน ถ้าอุณหภูมิที่ปลายลวดด้านที่เชื่อมกัน แตกต่างกับปลายลวดด้านที่เหลือ จะเกิดความต่างศักดิ์ มีหน่วยเป็น ไมโครโวลท์ (µV)  หรือ มิลลิโวลท์ (mV) เรียกปรากฏการณ์นี้ว่า Seebeck Effect ตามชื่อ Mr. Thomas Johann Seebeck ซึ่งเป็นผู้ค้นพบปรากฏการณ์นี้ โดยลวดโลหะที่กล่าวถึงก็คือ เทอร์โมคัปเปิล หรือ เซนเซอร์วัดอุณหภูมินั่นเอง

ภาพของ Mr.Thomasu Johann Seebeck 

นักฟิสิกส์ชาวเยอรมันผู้ค้นพบ Seebeck Effect ในปี ค.ศ.1821

seebeck seebeck-effect

รูป ปรากฏการณ์ซ๊เบค "Seebeck Effect"

            ระบบย้อนกลับของ Seebeck Effect คือ เมื่อจ่ายไฟฟ้าเข้าไปในวงจร เทอร์โมคัปเปิล จะได้อุณหภูมิที่เย็นที่ cold junction และร้อนที่ hot junction เรียกผลแบบนี้ว่า “Peltier Effect”


peltier effect

รูป ปรากฏการณ์ เพลเทียร์ “Peltier Effect”

คุณสมบัติของ เทอร์โมคัปเปิล แบบมาตรฐาน (Characteristic of Standard Thermocouples)

              เทอร์โมคัปเปิล มีคุณสมบัติพื้นฐานที่ ควรนำมาพิจารณาว่าเทอร์โมคัปเปิล (Thermocouple) นั้นๆ ดีหรือไม่อย่างไร โดยมี 5 คุณสมบัติเบื้องต้นที่ควรคำนึงถึง ดังนี้

ความไว (Sensitivity) จากตารางแรงเคลื่อนของ NBS แสดงว่าย่านของแรงเคลื่อนจาก เทอร์โมคัปเปิลจะมีค่าน้อยกว่า 100 mV แต่ความไวที่แท้จริงในการใช้งานจะขึ้นอยู่กับการใช้วงจรปรับสภาพสัญญาณและตัว เทอร์โมคัปเปิล เอง


โครงสร้าง (Construction) โครงสร้างของ เทอร์โมคัปเปิล มีลักษณดังรูปที่5 โดยต้องมีลักษณะดังนี้คือ: มีความต้านทานต่ำ ให้สัมประสิทธิ์อุณหภูมิสูง ต้านทานต่อการเกิดออกไซด์ที่อุณหภูมิสูงๆ ทนต่อสภาวะแวดล้อมที่นำไปใช้วัดค่า และเป็นเชิงเส้นสูงที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ ตัวฝักหรือท่อป้องกันส่วนมากจะทำจากแสตนเลส ความไวของเทอร์โมคัปเปิลขึ้นอยู่กับความหนาของท่อป้องกันทั้งเยอรมันเนียมและซิลิคอนจะทำให้คุณสมบัติการเกิดเทอโมอิเล็กทริกจึงใช้กันมากในอุปกรณ์ทำความเย็น (peltier element) มากกว่าที่จะใช้เป็นเทอร์โมคัปเปิลวัดอุณหภูมิ ขนาดของสายเทอร์โมคัปเปิลกำหนดได้จากการใช้งานแต่ละอย่าง และมีขนาดจาก #10 ในสภาวะแวดล้อมที่ไม่คงที่ จนถึงขนาด # 30 หรือแม้กระทั่ง 0.02 mm ซึ่งเป็นสายแบบไมโครไวร์(microwire) ที่ใช้กับการวัดอุณหภูมิการกลั่นในงานทางชีววิทยา

ช่วงการวัด (Range) ช่วงอุณหภูมิการใช้งานและความไวในการวัดของ เทอร์โมคัปเปิล แต่ละตัว จะแตกต่างกันตามแต่ละสมาคมจะกำหนด ในส่วนที่สำคัญคือค่าแรงเคลื่อนที่ออกมาจากแต่ละอุณหภูมิ จะต้องอ้างอิงกับตารางค่ามาตรฐานของแต่ละสมาคมที่ใช้ให้ถูกต้องเป็นเอกภาพเดียวกันหมดทั้งระบบ

เวลาตอบสนอง (Time Response) เวลาตอบสนองของ เทอร์โมคัปเปิล ขึ้นอยู่กับประเภทของเทอร์โมคัปเปิล เช่น ประเภทกราวด์ (Grounded Thermocouple) จะมีเวลาตอบสนองรวดเร็วกว่าประเภท Ungrounded Thermocouple

การปรับสภาพสัญญาณ (Signal Conditioning) ปกติแรงเคลื่อนของ เทอร์โมคัปเปิล จะมีขนาดน้อยมากจึงจำเป็นต้องมีการขยายสัญญาณโดยใช้ออปแอมป์ขยายความแตกต่างที่มีอัตราขยายสูงๆ

Thermocouple Probe Type K WRNM-106

โพรบวัดอุณหภูมิ  รุ่น WRNM-106 แบรนด์ Nicety

Thermocouple Probe  Type K (CA)

Application: Best suited for measuring food, oil and other liquid materials. Many kinds of stainless steel sheath. Because of the construction and design, model Nr-81530 elements are not replaceable.

• อุณหภูมิใช้งานสูงสุด 500 องศาC
• Connector ของ Thermocouple รุ่น DP-50
• โพรบปลายแหลม ยาว 20 ซม.
• เส้นผ่าศูนย์กลางโพรบ 4 มม.