เซ็นเซอร์วัดอุณหภูมิชนิดใดที่ใช้กันทั่วไป

เซ็นเซอร์วัดอุณหภูมิเป็นเครื่องมือสำคัญในงานวิศวกรรมสมัยใหม่ การวิจัยทางวิทยาศาสตร์ และชีวิตประจำวัน ช่วยให้คุณจับตาดูและควบคุมสภาวะความร้อนในการตั้งค่าที่หลากหลาย เทอร์โมคัปเปิล เครื่องตรวจจับอุณหภูมิความต้านทาน (RTD) เทอร์มิสเตอร์ (เวอร์ชัน NTC และ PTC) และเซ็นเซอร์อุณหภูมิวงจรรวม (IC) เป็นประเภทที่ได้รับความนิยมมากที่สุด เทอร์โมคัปเปิลและ RTD เป็นเซ็นเซอร์ประเภททั่วไปที่ใช้ในโรงงาน เนื่องจากมีความน่าเชื่อถือ ยืดหยุ่น และทำงานในสภาพแวดล้อมที่ยากลำบากได้ เซ็นเซอร์แต่ละประเภททำงานบนหลักการที่แตกต่างกัน ซึ่งหมายความว่ามีประโยชน์ที่แตกต่างกันในแง่ของช่วงอุณหภูมิ ความแม่นยำ เวลาตอบสนอง ต้นทุน และความสามารถในการปรับตัวให้เข้ากับสภาพแวดล้อมที่แตกต่างกัน ช่วยให้วิศวกรเลือกโซลูชันที่ดีที่สุดสำหรับสถานการณ์ที่กำหนด เช่น การควบคุมกระบวนการ ระบบ HVAC อุปกรณ์ทางการแพทย์ การใช้งานด้านยานยนต์ และอุปกรณ์ IoT




เทอร์โมคัปเปิล



เทอร์โมคัปเปิลทำงานได้เนื่องจากเอฟเฟกต์ Seebeck (เอฟเฟกต์เทอร์โมอิเล็กทริก) ซึ่งเกิดขึ้นเมื่อตัวนำโลหะสองตัวที่ต่างกันเชื่อมต่อกันที่ปลายด้านหนึ่งเพื่อสร้างจุดต่อการวัด แรงเคลื่อนไฟฟ้าเล็กน้อย (แรงดันไฟฟ้า) จะถูกสร้างขึ้นเมื่อมีความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างหัวต่อร้อน (การวัด) และหัวต่อเย็น (อ้างอิง) แรงดันไฟฟ้านี้เกี่ยวข้องโดยตรงกับความแตกต่าง สามารถค้นหาอุณหภูมิที่แน่นอนได้โดยการวัดแรงดันไฟฟ้านี้และทำการปรับอุณหภูมิของจุดเชื่อมต่ออ้างอิงให้เหมาะสม



เทอร์โมคัปเปิลสามารถวัดอุณหภูมิได้ในช่วงกว้างมาก ตั้งแต่ต่ำถึง -200 องศาไปจนถึงมากกว่า 2000 องศา ขึ้นอยู่กับวัสดุที่ใช้ ทำให้เหมาะสำหรับสถานที่ที่ร้อนจัดหรือเย็นจัด มีการออกแบบที่เรียบง่ายและแข็งแกร่ง ทำให้มีความทนทานและสามารถทนต่อแรงกระแทก แรงสั่นสะเทือน และสถานการณ์ที่รุนแรงได้ เทอร์โมคัปเปิลยังมีราคาถูก ไม่ต้องใช้แหล่งพลังงานภายนอกในการทำงาน และมีเวลาตอบสนองความร้อนที่รวดเร็ว ซึ่งเป็นสิ่งสำคัญในกระบวนการที่เปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็ว แต่สัญญาณเอาท์พุตค่อนข้างน้อย (โดยปกติจะอยู่ในช่วงไมโครโวลต์) ดังนั้นจึงจำเป็นต้องมีวงจรขยาย และจำเป็นต้องปรับจุดต่อเย็นเพื่อให้แม่นยำ หมวดหมู่ทั่วไปบางประเภท ได้แก่:



ประเภท K (นิกเกิล-โครเมียม/นิกเกิล-ซิลิคอน): ประเภทที่พบบ่อยที่สุด ทำงานได้ดีตั้งแต่ -200 องศาถึง +1260 องศา และมีราคาสมเหตุสมผลและทนทานต่อการเกิดออกซิเดชัน



ประเภท J (เหล็ก/ทองแดง-นิกเกิล): ทำงานได้ดีที่อุณหภูมิต่ำกว่า สูงถึงประมาณ 750 องศา และมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในการลดบรรยากาศ



ประเภท S (แพลตตินัม-โรเดียม/แพลตตินัม): นี่คือประเภทโลหะมีตระกูลที่ใช้ในงานอุณหภูมิสูง-แม่นยำสูง-ที่อุณหภูมิสูงถึง 1600 องศาขึ้นไป ใช้ในเตาเผาและเครื่องบิน



เทอร์โมคัปเปิลมีความสำคัญมากในอุตสาหกรรมที่ทำงานในอุณหภูมิสูง เช่น โลหะวิทยา (การถลุงเหล็ก) กระบวนการทางเคมี การผลิตไฟฟ้า (หม้อไอน้ำและกังหัน) และการผลิตแก้ว







ครั้งที่สอง เครื่องตรวจจับอุณหภูมิความต้านทาน (RTD)



RTD ขึ้นอยู่กับข้อเท็จจริงที่ว่าความต้านทานไฟฟ้าของโลหะบริสุทธิ์ เช่น แพลตตินัม จะเปลี่ยนแปลงในลักษณะที่คาดเดาได้เมื่ออุณหภูมิเปลี่ยนแปลง ความต้านทานจะเพิ่มขึ้นเป็นเส้นตรงเมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น ตามกฎอย่างเช่นสมการคัลเลนดาร์-แวน ดูเซน เซ็นเซอร์ Pt100 (100 โอห์ม ที่ 0 องศา ) และ Pt1000 เป็นเซ็นเซอร์สองประเภทที่พบบ่อยที่สุด



RTD ใช้งานได้ดีเนื่องจากมีความแม่นยำมาก (ปกติ ±0.1 องศาหรือดีกว่า) มีความเสถียรเมื่อเวลาผ่านไป และมีการตอบสนองเชิงเส้นในช่วงอุณหภูมิที่หลากหลาย (ปกติคือ -200 องศาถึง +660 องศา แต่การออกแบบบางอย่างสามารถไปได้สูงกว่ามาก) ด้วยเหตุนี้ จึงเหมาะสำหรับงานที่ต้องการความแม่นยำมาก เช่น การสอบเทียบห้องปฏิบัติการ การแปรรูปอาหาร การผลิตยา และการควบคุมระบบ HVAC ปัญหาหลักของพวกเขาคือใช้เวลาตอบสนองนานกว่าเนื่องจากมีมวลความร้อนมากกว่า มีราคาสูงกว่าเทอร์โมคัปเปิ้ล และพวกเขาต้องการกระแสกระตุ้นภายนอก (แหล่งกระแสคงที่) เพื่อวัดความต้านทานโดยไม่เกิดข้อผิดพลาดจาก-การให้ความร้อนด้วยตนเอง การใช้การตั้งค่าสายไฟแบบสาม-หรือแบบสี่สายถือเป็นข้อดีอย่างมาก เนื่องจากจะชดเชยความต้านทานของลวดตะกั่วและปรับปรุงความแม่นยำโดยรวมของระบบได้อย่างมาก โดยเฉพาะอย่างยิ่งในระยะทางไกล







III. เทอร์มิสเตอร์



เทอร์มิสเตอร์เป็นเซ็นเซอร์ที่ทำจากเซมิคอนดักเตอร์ที่เปลี่ยนความต้านทานได้มากเมื่ออุณหภูมิเปลี่ยนแปลง โดยแบ่งออกเป็น NTC (ค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิลบ ซึ่งหมายความว่าความต้านทานจะลดลงเมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น) และ PTC (ค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิบวก ซึ่งหมายความว่าความต้านทานจะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วเหนือจุดหนึ่ง)



เทอร์มิสเตอร์ NTC มีความไวสูง (มากกว่า RTD หรือเทอร์โมคัปเปิ้ลมาก) ตอบสนองได้รวดเร็ว มีขนาดเล็ก และราคาถูก ทำงานได้ดีในช่วง -50 ถึง +150 องศาเซลเซียส (สำหรับบางรุ่นขยาย) มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในระบบการจัดการแบตเตอรี่ ระบบควบคุมสภาพอากาศในรถยนต์ เครื่องใช้ไฟฟ้าภายในบ้าน (เช่น ตู้เย็นและเตาอบ) และอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับผู้บริโภค ปัญหาหลักคือกราฟความต้านทาน-ของอุณหภูมิค่อนข้างไม่เป็น-เชิงเส้น ซึ่งหมายความว่าคุณต้องใช้คณิตศาสตร์หรือตารางค้นหาเพื่อให้ได้ค่าที่อ่านได้อย่างแม่นยำ นอกจากนี้ ยังมีปัญหาเกี่ยวกับความสามารถในการใช้แทนกันได้หากไม่ได้ปรับเทียบ ในทางกลับกัน เทอร์มิสเตอร์ PTC ส่วนใหญ่จะใช้สำหรับการป้องกันอุณหภูมิที่เกิน- การจำกัดกระแสไฟกระชาก และองค์ประกอบความร้อนที่ควบคุมตัวเอง แทนที่จะวัดค่าต่อเนื่องที่แน่นอน







IV. เซ็นเซอร์อุณหภูมิสำหรับวงจรรวม (IC) เซ็นเซอร์ IC จะรวมองค์ประกอบการตรวจจับ การปรับสภาพสัญญาณ และบางครั้งการแปลงแอนะล็อกเป็น-ดิจิทัลเป็นชิปซิลิคอนตัวเดียว พวกเขาสามารถส่งสัญญาณแรงดันไฟฟ้าแบบอะนาล็อก (เช่น 10 mV/ องศา ) หรือสัญญาณดิจิทัลผ่านโปรโตคอล เช่น I²C, SPI หรือ 1-Wire แบรนด์ที่มีชื่อเสียงบางยี่ห้อ ได้แก่ อุปกรณ์ซีรีส์ LM35, DS18B20 และ TMP



มีอัตราข้อผิดพลาดต่ำ (ปกติ ±0.5 องศา) ตอบสนองอย่างรวดเร็ว ต้องการชิ้นส่วนภายนอกเพียงไม่กี่ชิ้น และเชื่อมต่อกับไมโครคอนโทรลเลอร์ได้ง่าย ทำให้สมบูรณ์แบบสำหรับระบบฝังตัว อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับผู้บริโภค โหนด IoT พีซี และอุปกรณ์พกพา ช่วงอุณหภูมิ -55 ถึง +150 องศาเซลเซียส จำกัดการใช้งานในสถานที่ร้อนหรือเย็นจัด แต่ความสะดวกในการใช้งานและความสามารถในการทำงานร่วมกับอุปกรณ์อื่น ๆ ชดเชยสิ่งนี้ในแอปพลิเคชันปัจจุบันจำนวนมาก







V. อาหารเสริมประเภทอื่นๆ นอกเหนือจากเซ็นเซอร์สัมผัสหลักแล้ว ยังมีตัวเลือกพิเศษอีกมากมายที่ตรงตามวัตถุประสงค์เฉพาะ



เซ็นเซอร์วัดอุณหภูมิแบบอินฟราเรด (ไม่-สัมผัส) สามารถวัดอุณหภูมิได้โดยไม่ต้องสัมผัสวัตถุ เนื่องจากสามารถมองเห็นการแผ่รังสีความร้อนออกมาได้ เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการตรวจสอบอุณหภูมิสูง (เช่น โลหะหลอมเหลว) เป้าหมายที่กำลังเคลื่อนที่ หรือสถานที่อันตราย คุณสามารถพบสิ่งเหล่านี้ได้ในเครื่องวัดอุณหภูมิทางหูทางการแพทย์ ไพโรมิเตอร์ทางอุตสาหกรรม และการตรวจสอบความปลอดภัยของอาหาร



เทอร์โมมิเตอร์แบบไบเมทัลลิกใช้การขยายตัวทางความร้อนที่แตกต่างกันของโลหะที่ถูกพันธะสองชนิดเพื่อเคลื่อนตัวชี้ ช่วยให้อ่านค่าได้ง่ายและเชื่อถือได้โดยไม่ต้องใช้พลังงาน ทำงานได้ดีกับเทอร์โมสตัท เตาอบ และเกจอุตสาหกรรมทั่วไปที่ใช้ในบ้านซึ่งไม่แม่นยำมากนัก



เซนเซอร์วัดอุณหภูมิแบบไฟเบอร์ออปติกทนทานต่อการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้า ทนทานต่อการกัดกร่อน และสามารถตรวจจับได้ในระยะไกล เนื่องจากใช้คุณสมบัติทางแสง เช่น การสลายของแสงฟลูออเรสเซนต์หรืออินเทอร์เฟอโรเมท สิ่งเหล่านี้มีความสำคัญมากในสถานที่เช่น-สถานีไฟฟ้าแรงสูง หม้อแปลงไฟฟ้า เครื่อง MRI และสถานที่ที่มีวัตถุระเบิดหรือวัสดุนิวเคลียร์



กล่าวโดยสรุป ในขณะที่เลือกเซ็นเซอร์อุณหภูมิ คุณต้องคำนึงถึงสิ่งต่างๆ เช่น ต้องมีความแม่นยำเพียงใด ช่วงอุณหภูมิกว้างแค่ไหน ตอบสนองได้เร็วแค่ไหน มีค่าใช้จ่ายเท่าไร ต้องอยู่ในสภาพแวดล้อมที่ทนทานเพียงใด และติดตั้งง่ายเพียงใด เทอร์โมคัปเปิลเป็นตัวเลือกที่ดีที่สุดสำหรับการดำเนินงานทางอุตสาหกรรมที่มีอุณหภูมิสูงมาก- RTD มีความแม่นยำมากที่สุดในสภาพแวดล้อมที่มีการควบคุม เทอร์มิสเตอร์เป็นตัวเลือกที่ดีที่สุดสำหรับช่วงกลางที่มีต้นทุนต่ำ และเซ็นเซอร์ IC ทำให้ง่ายต่อการเชื่อมต่ออุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์แบบดิจิทัล อินฟราเรดและไฟเบอร์ออปติกเป็นอีกสองตัวอย่างหนึ่งของประเภทอื่นๆ ที่ทำให้ครอบคลุมทุกอุตสาหกรรม แม้แต่อุตสาหกรรมที่ไม่สามารถเข้าถึงได้ผ่านการสัมผัสโดยตรงหรือ EMI ก็ตาม