พิมพ์คำที่ต้องการค้นหา ทั้งภาษาไทยและอังกฤษ

  1. หน้าแรก
  2. คลังความรู้
  3. เซนเซอร์และทรานส์ดิวเซอร์
  4. 20.7 การวัดอุณหภูมิ

// บทที่ 20.7 · Sensors & Transducers · Temperature Measurement

การวัดอุณหภูมิ: RTD Pt100 เทอร์โมคัปเปิล เทอร์มิสเตอร์ IC และอินฟราเรด

อุณหภูมิเป็นปริมาณที่วัดบ่อยที่สุดในโรงงาน หน้านี้อธิบายเซนเซอร์ห้าตระกูลจากฟิสิกส์ของมัน ไปจนถึงสมการในมาตรฐานที่ทรานสมิตเตอร์ใช้จริง ตัวเลขทุกตัวในตัวอย่างคำนวณจากสมการ IEC 60751 และตารางอ้างอิง NIST ITS-90 แบบเดียวกับเครื่องคำนวณในหน้านี้

เขียนโดย อาจารย์มดอัปเดต
สรุปใน 30 วินาที
  • Pt100: R(t)=R0(1+At+Bt2)R(t) = R_0(1 + At + Bt^2) สำหรับ t≥0t \ge 0 · ≈ 0.385 Ω/°C · เกรด A ±(0.15 + 0.002|t|) °C
  • ต่อ 2 สายแล้วสายรวม 3.5 Ω → อ่านสูงไป ≈ 9 °C · ใช้ 3 สายหรือ 4 สาย หรือ Pt1000
  • เทอร์โมคัปเปิลวัด ผลต่าง อุณหภูมิ: E(Th)=Eวัด+E(Tcj)E(T_h) = E_\text{วัด} + E(T_{cj}) แล้วจึงแปลงเป็น °C
  • NTC ไวมาก (≈ −4 %/°C) แต่ไม่เชิงเส้น · IR ต้องตั้ง emissivity ให้ถูก

เลือกเซนเซอร์อุณหภูมิ: ห้าตระกูลหลัก พื้นฐาน

ทุกตระกูลอาศัยปรากฏการณ์ต่างกัน จึงเด่นคนละด้าน คำถามแรกของการเลือกไม่ใช่ "ตัวไหนแม่นที่สุด" แต่คือ ช่วงอุณหภูมิ ความแม่นที่ต้องการจริง และ สภาพติดตั้ง (สัมผัสได้หรือไม่ ต้องตอบสนองเร็วแค่ไหน)

ชนิดหลักการช่วงใช้งานโดยทั่วไปความแม่นทั่วไปจุดเด่น · ข้อจำกัดมาตรฐาน
RTD (Pt100, Pt1000)ความต้านทานโลหะเพิ่มตามอุณหภูมิ−200 … 600 °C±0.1 … ±0.5 °Cแม่น เสถียร ใกล้เชิงเส้น · ต้องมีกระแสกระตุ้น ระวังสายต่อIEC 60751
เทอร์โมคัปเปิลแรงเคลื่อนไฟฟ้า Seebeck−200 … 1700 °C (ตามชนิด)±1 … ±2.5 °C หรือ 0.4–0.75 % ของค่าทนร้อน เร็ว ถูก ไม่ต้องกระตุ้น · สัญญาณ µV ต้อง CJCIEC 60584
เทอร์มิสเตอร์ NTCความต้านทานเซรามิกลดลงแบบเอกซ์โพเนนเชียล−50 … 150 °C±0.1 … ±1 °Cไวมาก ถูก เล็ก · ไม่เชิงเส้น ช่วงแคบสเปกผู้ผลิต
เซนเซอร์ ICแรงดัน VBE ของรอยต่อ PN (PTAT)−55 … 150 °C±0.1 … ±2 °Cเอาต์พุตแอนะล็อก/ดิจิทัลพร้อมใช้ · ช่วงจำกัด วัดอุณหภูมิของตัวชิปเองสเปกผู้ผลิต
อินฟราเรด (ไพโรมิเตอร์)รังสีความร้อน (Stefan–Boltzmann)−50 … 3000 °C±1 … ±2 % ของค่าไม่สัมผัส วัดของเคลื่อนที่ · ขึ้นกับ emissivity และพื้นผิวVDI/VDE 3511, ASTM E1256
RTD Pt100 (IEC 60751)1001401802202600100200300400°CR (Ω)NTC 10 kΩ, β = 39502001k10k100k-202060100°CR (Ω) สเกลล็อกเทอร์โมคัปเปิล K (NIST)0102030405004008001200°Cemf (mV)Pt100: เกือบเชิงเส้น ~0.385 Ω/°C · NTC: ไวมาก (≈ −4 %/°C) แต่ไม่เชิงเส้น · K: ~41 µV/°C ช่วงกว้างถึง 1260 °C
รูป 1 · เส้นโค้งจริงของสามตระกูล คำนวณจาก IEC 60751, สมการ β และตาราง NIST ชนิด K

RTD Pt100: สมการ Callendar–Van Dusen และ IEC 60751 พื้นฐาน

แพลตตินัมถูกเลือกเพราะเฉื่อยทางเคมี เส้นโค้งทำซ้ำได้ดีมาก และใช้เป็นเครื่องมือประมาณค่าใน ITS-90 เอง ค.ศ. 1871 William Siemens เสนอเทอร์โมมิเตอร์ความต้านทานแพลตตินัม ต่อมา H. L. Callendar (1887) และ M. S. Van Dusen (1925) ได้สมการที่ใช้กันจนถึงปัจจุบัน IEC 60751 กำหนดค่าคงตัวสำหรับเซนเซอร์อุตสาหกรรมไว้ชุดเดียวกันทั่วโลก

T1 Callendar–Van Dusen (IEC 60751) ความต้านทานของ Pt100

R(t)=R0[1+At+Bt2+C(t−100) t3]C=0 เมื่อ t≥0 ∘CR(t) = R_0\left[1 + At + Bt^2 + C(t-100)\,t^3\right] \qquad C = 0 \text{ เมื่อ } t \ge 0\,^\circ\text{C} A=3.9083×10−3,B=−5.775×10−7,C=−4.183×10−12A = 3.9083\times10^{-3},\quad B = -5.775\times10^{-7},\quad C = -4.183\times10^{-12}

T2 Mean temperature coefficient สัมประสิทธิ์อุณหภูมิเฉลี่ย α

α=R100−R0100 R0=0.003 85 ∘C−1(R100=138.5055 Ω)\alpha = \frac{R_{100} - R_0}{100\,R_0} = 0.003\,85\ ^\circ\text{C}^{-1} \quad (R_{100} = 138.5055\ \Omega)

T3 Inverse for t ≥ 0 °C แปลงความต้านทานกลับเป็นอุณหภูมิ

t=−A+A2−4B(1−R/R0)2Bt = \frac{-A + \sqrt{A^2 - 4B\left(1 - R/R_0\right)}}{2B}

ต่ำกว่า 0 °C ต้องแก้สมการกำลังสี่ด้วยวิธีเชิงตัวเลข (Newton) ซึ่งเป็นสิ่งที่ทรานสมิตเตอร์ทำ ส่วนเครื่องวัดราคาถูกบางรุ่นใช้ตารางหรือ "α = 0.00385 เชิงเส้น" แทน ซึ่งคลาดได้หลายองศาที่ปลายช่วง

ตัวอย่าง T-1

Pt100 ที่ 150 °C ต่อสองสาย สาย 0.5 mm² ยาว 50 m

  1. T1: R=100[1+3.9083×10−3(150)−5.775×10−7(150)2]=157.325 ΩR = 100[1 + 3.9083\times10^{-3}(150) - 5.775\times10^{-7}(150)^2] = 157.325\ \Omega

  2. ความต้านทานสายต่อเส้น RL=ρL/A=0.0175×50/0.5=1.75 ΩR_L = \rho L/A = 0.0175 \times 50 / 0.5 = 1.75\ \Omega ต่อสองสายรวม 3.5 Ω3.5\ \Omega → เครื่องเห็น 160.825 Ω160.825\ \Omega

  3. T3 กลับเป็นอุณหภูมิ: t=159.38 ∘Ct = 159.38\ ^\circ\text{C} — อ่านสูงไป 9.4 °C (ความไว ณ จุดนี้ 0.3735 Ω/°C)

  4. ถ้าเปลี่ยนเป็น Pt1000 สายเท่าเดิมคลาดเพียง 0.94 °C เพราะความต้านทานของเซนเซอร์สูงขึ้น 10 เท่า ขณะที่สายเท่าเดิม

2 สาย: R_วัด = R_t + 2R_LPt100 (R_t)เครื่องวัดR_LΩ3 สาย: ชดเชยเมื่อ R_L เท่ากันPt100 (R_t)เครื่องวัดR_Lบริดจ์/ADC4 สาย: ไม่มีกระแสในสายวัดPt100 (R_t)เครื่องวัดR_LI →VZ สูงตัวอย่าง: สาย 0.5 mm² ยาว 50 m มี R_L ≈ 1.75 Ω ต่อเส้น → ต่อ 2 สาย คลาด ≈ 3.5 Ω ≈ +9 °C
รูป 2 · การต่อ RTD สามแบบ งานกระบวนการนิยม 3 สาย งานห้องแล็บและการสอบเทียบใช้ 4 สาย

T4 IEC 60751 tolerance classes พิกัดความคลาดเคลื่อน

AA: ±(0.1+0.0017∣t∣)A: ±(0.15+0.002∣t∣)B: ±(0.3+0.005∣t∣)C: ±(0.6+0.01∣t∣) ∘C\begin{aligned} \text{AA: }& \pm(0.1 + 0.0017|t|) & \text{A: }& \pm(0.15 + 0.002|t|) \\ \text{B: }& \pm(0.3 + 0.005|t|) & \text{C: }& \pm(0.6 + 0.01|t|)\ ^\circ\text{C} \end{aligned}

ช่วงอุณหภูมิที่แต่ละเกรดใช้ได้ต่างกันระหว่างแบบขดลวด (wire-wound) กับแบบฟิล์มบาง (thin film) ให้ดูจากดาต้าชีตของเซนเซอร์จริง เกรดคือ "ความคลาดที่ยอมได้ของเซนเซอร์เปล่า" ยังไม่รวมทรานสมิตเตอร์และสายต่อ ที่ 150 °C เกรด A ยอม ±0.45 °C ขณะที่ความผิดพลาดจากสองสายในตัวอย่าง T-1 ใหญ่กว่าถึง 20 เท่า

T5 Self-heating ความคลาดจากการร้อนตัวเอง

ΔT=PE=I2REE=ค่าคงตัวการระบายความร้อน (mW/°C)\Delta T = \frac{P}{E} = \frac{I^2 R}{E} \qquad E = \text{ค่าคงตัวการระบายความร้อน (mW/°C)}

กระแสกระตุ้น 1 mA ใน Pt100 ที่ 157 Ω สร้างความร้อน 0.157 mW ถ้าเซนเซอร์อยู่ในอากาศนิ่งซึ่ง E อาจเหลือไม่กี่ mW/°C ความคลาดจะเป็นหลักสิบขององศา ในของเหลวไหลผลนี้เล็กลงมาก — เหตุที่ทรานสมิตเตอร์ใช้กระแสเพียงระดับ 0.1–1 mA หรือกระแสแบบพัลส์

เทอร์โมคัปเปิล: ปรากฏการณ์ Seebeck และตาราง NIST ITS-90 กลาง

ค.ศ. 1821 Thomas Johann Seebeck ในเบอร์ลินพบว่าวงจรของโลหะสองชนิดที่รอยต่อทั้งสองมีอุณหภูมิต่างกันจะเกิดแรงเคลื่อนไฟฟ้า ความเข้าใจที่ถูกคือ แรงดันเกิดตามความยาวของลวดที่มีเกรเดียนต์อุณหภูมิ ไม่ได้เกิดที่จุดรอยต่อ ผลที่ตามมาคือส่วนของลวดที่ผ่านบริเวณร้อน–เย็นต้องเป็นวัสดุเนื้อเดียวและไม่เสื่อม ไม่เช่นนั้นค่าจะเพี้ยนแม้รอยต่อจะดี

T6 Seebeck emf แรงเคลื่อนไฟฟ้าของเทอร์โมคัปเปิล

E=∫TcjTh[SA(T)−SB(T)]dT  ≈  SAB (Th−Tcj)E = \int_{T_{cj}}^{T_h} \left[S_A(T) - S_B(T)\right] dT \;\approx\; S_{AB}\,(T_h - T_{cj})

T7 Law of intermediate temperatures กฎอุณหภูมิกลาง

E(T1,T3)=E(T1,T2)+E(T2,T3)E(T_1, T_3) = E(T_1, T_2) + E(T_2, T_3)

กฎข้อนี้คือเหตุผลที่ตารางอ้างอิงทุกฉบับใช้จุดอ้างอิง 0 °C ได้ และคือพื้นฐานของการชดเชยจุดเย็น อีกกฎที่สำคัญคือ กฎโลหะกลาง: แทรกโลหะชนิดที่สาม (เช่น ขั้วทองแดง) ได้โดยไม่เปลี่ยนแรงดัน ถ้ารอยต่อทั้งสองข้างของโลหะนั้นอุณหภูมิเท่ากัน

ชนิดเทอร์โมคัปเปิลตาม IEC 60584-1 (ความไวคำนวณจากตาราง NIST ที่ 100 °C, สีตาม IEC 60584-3: ขาลบเป็นสีขาว)
ชนิดวัสดุ (+/−)ช่วงตาราง (°C)ความไวที่ 100 °Cสีขาบวกใช้งาน
KNiCr / NiAl−270 … 137241.4 µV/°Cเขียวทั่วไป ใช้มากที่สุด ระวัง green rot และ short-range order 250–550 °C
JFe / CuNi−210 … 120054.4 µV/°Cดำบรรยากาศรีดิวซ์ ไม่เกินราว 750 °C (เหล็กเกิดสนิม)
TCu / CuNi−270 … 40046.8 µV/°Cน้ำตาลอุณหภูมิต่ำ ห้องเย็น อาหาร
NNiCrSi / NiSi−270 … 130029.6 µV/°Cชมพูทดแทน K ที่อุณหภูมิสูง เสถียรกว่า
ENiCr / CuNi−270 … 100067.5 µV/°Cม่วงความไวสูงสุด อุณหภูมิต่ำ–ปานกลาง
R · SPtRh / Pt−50 … 17687.5 · 7.3 µV/°Cส้มโลหะมีค่า เตาหลอม แก้ว ห้องแล็บ
BPt30Rh / Pt6Rh0 … 18200.9 µV/°Cเทาสูงถึงราว 1700 °C แรงดันเกือบศูนย์ใต้ 50 °C จึงไม่ต้อง CJC มากนัก

มาตรฐานสหรัฐฯ (ANSI/ASTM) ใช้รหัสสีต่างออกไป ขาลบเป็นสีแดงเสมอ เช่น ชนิด K ขาบวกสีเหลือง — ดูรหัสสีบนสายก่อนต่อเสมอ ไม่ควรเดาจากประเทศของผู้ผลิต

T8 IEC 60584-1 tolerance, types K and N พิกัดความคลาดชนิด K, N

Class 1: ±max⁡(1.5 ∘C, 0.004∣t∣)Class 2: ±max⁡(2.5 ∘C, 0.0075∣t∣)\text{Class 1: } \pm\max(1.5\ ^\circ\text{C},\ 0.004|t|) \qquad \text{Class 2: } \pm\max(2.5\ ^\circ\text{C},\ 0.0075|t|)

การชดเชยจุดเย็น (CJC) กลาง

รอยต่อร้อน T_hขา + (เช่น NiCr)ขา − (เช่น NiAl)สายชดเชย/สายต่อชนิดเดียวกัน (extension) ไม่สร้างรอยต่อใหม่ขั้วต่อทองแดงTรอยต่อเย็น T_cjวัดด้วย Pt100/ICทรานสมิตเตอร์/การ์ด TCE_วัด = E(T_h) − E(T_cj)E(T_h) = E_วัด + E(T_cj)→ T_h จากตาราง NIST
รูป 3 · จุดที่ลวดเทอร์โมคัปเปิลพบขั้วทองแดงคือรอยต่อเย็น ทรานสมิตเตอร์วัดอุณหภูมิตรงนั้นด้วยเซนเซอร์อีกตัว

T9 Cold-junction compensation ชดเชยจุดเย็น

E(Th,0)=Eวัด(Th,Tcj)+E(Tcj,0)    ⇒    Th=E−1 ⁣[Eวัด+E(Tcj)]E(T_h, 0) = E_\text{วัด}(T_h, T_{cj}) + E(T_{cj}, 0) \;\;\Rightarrow\;\; T_h = E^{-1}\!\left[E_\text{วัด} + E(T_{cj})\right]
ตัวอย่าง T-2

ชนิด K วัดได้ 18.516 mV ขั้วต่ออยู่ที่ 30 °C

  1. จากตาราง NIST: E(30 ∘C)=1.2033 mVE(30\ ^\circ\text{C}) = 1.2033\ \text{mV}

  2. T9: E(Th)=18.516+1.2033=19.7193 mVE(T_h) = 18.516 + 1.2033 = 19.7193\ \text{mV}

  3. แปลงกลับ: Th=478.3 ∘CT_h = 478.3\ ^\circ\text{C}

  4. เทียบความผิดสองแบบ: ลืมชดเชยได้ 450.0 °C (ต่ำไป 28 °C) · บวก 30 °C เข้าไปตรง ๆ ได้ 480.0 °C (สูงไป 1.7 °C เพราะความไวที่ 30 °C ไม่เท่ากับที่ 478 °C)

ข้อผิดพลาดที่พบบ่อยในหน้างาน: ใช้สายทองแดงธรรมดาต่อจากหัวเซนเซอร์มาที่ตู้ ทำให้ "รอยต่อเย็น" ย้ายไปอยู่ที่หัวเซนเซอร์ซึ่งร้อน แต่ CJC วัดที่ตู้ ผลคือค่าคลาดเท่ากับผลต่างอุณหภูมิระหว่างสองจุดนั้น วิธีแก้คือใช้ สายต่อ (extension) หรือสายชดเชย (compensating) ชนิดตรงกับเทอร์โมคัปเปิล ตลอดเส้นทาง หรือติดทรานสมิตเตอร์ที่หัวเซนเซอร์แล้วส่ง 4–20 mA

เทอร์มิสเตอร์ NTC: สมการ β และ Steinhart–Hart กลาง

NTC ทำจากออกไซด์โลหะ (Mn, Ni, Co) ซึ่งเป็นสารกึ่งตัวนำ จำนวนพาหะประจุเพิ่มแบบเอกซ์โพเนนเชียลตามอุณหภูมิ ความต้านทานจึงลดลงเร็วมาก ใช้แพร่หลายในแบตเตอรี่ แอร์ ตู้เย็น อุปกรณ์การแพทย์ และวงจรป้องกันความร้อนของคอนเวอร์เตอร์ ส่วน PTC แบบสวิตชิ่งใช้เป็นตัวตัดกระแสเกินและป้องกันความร้อนในขดลวดมอเตอร์

T10 β model แบบจำลองบีตา

R(T)=R25 exp⁡ ⁣[β(1T−1298.15)]T เป็นเคลวินα=−βT2R(T) = R_{25}\,\exp\!\left[\beta\left(\frac{1}{T} - \frac{1}{298.15}\right)\right] \qquad T \text{ เป็นเคลวิน} \qquad \alpha = -\frac{\beta}{T^2}

T11 Steinhart–Hart (1968) สมการสามพารามิเตอร์

1T=a+bln⁡R+c (ln⁡R)3\frac{1}{T} = a + b\ln R + c\,(\ln R)^3

แบบ β ใช้ได้ดีในช่วงแคบ ส่วน Steinhart–Hart หาค่า a, b, c จากการวัดสามจุดและแม่นระดับ ±0.01–0.02 °C ตลอดช่วงกว้างหลายสิบองศา

ตัวอย่าง T-3

NTC 10 kΩ β = 3950 ในวงจรแบ่งแรงดัน 3.3 V กับ 10 kΩ ที่ 60 °C

  1. T10: R=10 000exp⁡[3950(1/333.15−1/298.15)]=2486 ΩR = 10\,000\exp[3950(1/333.15 - 1/298.15)] = 2486\ \Omega

  2. Vout=3.3×2486/(2486+10 000)=0.657 VV_\text{out} = 3.3 \times 2486/(2486 + 10\,000) = 0.657\ \text{V} → ADC 12 บิตอ่านได้ 815

  3. α=−3950/333.152=−3.56 %/∘C\alpha = -3950/333.15^2 = -3.56\ \%/^\circ\text{C} — เมื่อเทียบเป็นเปอร์เซ็นต์ต่อองศา ไวกว่า Pt100 ราว 10 เท่า

เซนเซอร์ IC และเซนเซอร์ดิจิทัล กลาง

ทรานซิสเตอร์สองตัวที่ทำงานที่ความหนาแน่นกระแสต่างกันให้ผลต่างแรงดัน VBE ที่แปรตรงกับอุณหภูมิสัมบูรณ์ (PTAT) อย่างแม่นยำ หลักการเดียวกันนี้อยู่ในเซนเซอร์อุณหภูมิของไมโครคอนโทรลเลอร์ แบตเตอรี่แพ็ก และชิปวัดอุณหภูมิแบบดิจิทัล

T12 PTAT voltage แรงดันแปรตามอุณหภูมิสัมบูรณ์

ΔVBE=kTqln⁡NN=อัตราส่วนความหนาแน่นกระแส\Delta V_{BE} = \frac{kT}{q}\ln N \qquad N = \text{อัตราส่วนความหนาแน่นกระแส}

ที่ 300 K กับ N = 8 ได้ ΔVBE=25.85 mV×ln⁡8=53.8 mV\Delta V_{BE} = 25.85\ \text{mV} \times \ln 8 = 53.8\ \text{mV} วงจรภายในขยายและชดเชยแล้วส่งออกเป็นแรงดันเชิงเส้น เช่น 10 mV/°C หรือส่งค่าดิจิทัลผ่าน I²C, SPI, 1-Wire ข้อควรระวังคือชิปวัด อุณหภูมิของตัวเอง การจับยึดความร้อนกับวัตถุและความร้อนจากแผงวงจรจึงสำคัญกว่าตัวเลขความแม่นในดาต้าชีต

วัดแบบไม่สัมผัส: อินฟราเรดและ emissivity ขั้นสูง

T13 Stefan–Boltzmann รังสีจากพื้นผิว

M=ε σ T4σ=5.670×10−8 W m−2K−4M = \varepsilon\,\sigma\,T^4 \qquad \sigma = 5.670\times10^{-8}\ \text{W m}^{-2}\text{K}^{-4}

T14 Wien's displacement law ความยาวคลื่นที่รังสีสูงสุด

λmax=2898 μm⋅KT\lambda_\text{max} = \frac{2898\ \mu\text{m}\cdot\text{K}}{T}

วัตถุ 100 °C ให้รังสีสูงสุดที่ 7.8 µm ไพโรมิเตอร์และกล้องถ่ายภาพความร้อนสำหรับอุณหภูมิต่ำจึงทำงานในแถบ 8–14 µm ซึ่งบรรยากาศโปร่งใส ส่วนโลหะร้อนจัดวัดที่ความยาวคลื่นสั้น (เช่น 1 µm) ซึ่งผลของ emissivity ต่ออุณหภูมิที่อ่านได้น้อยกว่า

ตัวอย่าง T-4

วัตถุ 100 °C ε = 0.95 แต่ตั้งเครื่องไว้ ε = 1.00 ห้อง 25 °C

  1. ถ้าไม่มีรังสีสะท้อน: Tm=Tε1/4=373.15×0.951/4=368.4 K=95.2 ∘CT_m = T\varepsilon^{1/4} = 373.15 \times 0.95^{1/4} = 368.4\ \text{K} = 95.2\ ^\circ\text{C}

  2. รวมรังสีจากห้องที่สะท้อนออกมา (1−ε)(1-\varepsilon): Tm4=0.95(373.15)4+0.05(298.15)4T_m^4 = 0.95(373.15)^4 + 0.05(298.15)^4 → Tm=97.2 ∘CT_m = 97.2\ ^\circ\text{C}

  3. สรุป: ตั้ง ε ผิดเพียง 5 % ทำให้อ่านต่ำไป ≈ 3 °C และโลหะเงาซึ่ง ε อาจต่ำกว่า 0.2 อ่านผิดหลายสิบองศา ทางแก้คือติดเทปหรือพ่นสีที่รู้ค่า ε ก่อนวัด

ติดตั้งให้วัดได้จริง: ปลอก thermowell เวลาตอบสนอง และทรานสมิตเตอร์ กลาง

  • ความลึกการจุ่ม: ความร้อนรั่วตามปลอกขึ้นสู่หัว (stem conduction) ทำให้ปลายอุ่นน้อยกว่าของเหลว แนวทางทั่วไปคือจุ่มอย่างน้อยประมาณ 10 เท่าของเส้นผ่านศูนย์กลางปลอกบวกความยาวส่วนรับรู้ ทดสอบได้ด้วยการดึงขึ้นทีละน้อยแล้วดูว่าค่าเปลี่ยนหรือไม่
  • เวลาตอบสนอง: เซนเซอร์ในปลอกเป็นระบบอันดับหนึ่งโดยประมาณ ค่าคงตัวเวลาหลายวินาทีถึงหลายสิบวินาที ลูปควบคุมอุณหภูมิต้องรวม τ นี้ในการจูน (ดู หลักการเบื้องต้น และ ระบบอันดับหนึ่ง) ปลอกยังต้องตรวจความแข็งแรงต่อการสั่นจากกระแสวนตามแนวทาง ASME PTC 19.3 TW
  • ทรานสมิตเตอร์หัวเซนเซอร์: แปลง RTD/TC เป็น 4–20 mA ที่หัวเซนเซอร์ ตัดปัญหาสายต่อและสัญญาณรบกวน รุ่นใหม่รับค่าคงตัว CVD เฉพาะตัวจากใบสอบเทียบ (sensor matching) ทำให้ความแม่นทั้งระบบดีกว่าเกรดของเซนเซอร์มาก
  • เซนเซอร์คู่ (dual element): ใช้เปรียบเทียบกันเพื่อตรวจการ drift และสลับไปตัวสำรองเมื่อตัวหลักขาด ซึ่งพบในงานที่ต้องการความพร้อมใช้สูง

ต่อไป: การวัดความดัน · ทบทวนสัญญาณที่ทรานสมิตเตอร์ส่งออกที่ 4–20 mA และ HART

แหล่งอ้างอิง

คำถามที่พบบ่อย

Pt100 กับเทอร์โมคัปเปิลต่างกันอย่างไร ควรเลือกแบบไหน?

Pt100 (RTD) เปลี่ยนความต้านทานตามอุณหภูมิ แม่นและเสถียรกว่า (เกรด A ±0.15 °C ที่ 0 °C) เหมาะกับช่วงประมาณ −200 ถึง 600 °C ส่วนเทอร์โมคัปเปิลสร้างแรงดันเองจากปรากฏการณ์ Seebeck ทนอุณหภูมิสูงกว่า (ชนิด K ถึงราว 1260 °C, ชนิด B ถึง 1700 °C) ตอบสนองเร็วและถูกกว่า แต่แม่นน้อยกว่าและต้องชดเชยจุดเย็น งานกระบวนการทั่วไปต่ำกว่า 400 °C นิยม Pt100 งานเตาและเผาไหม้ใช้เทอร์โมคัปเปิล

ทำไม Pt100 ต้องต่อ 3 สายหรือ 4 สาย?

เพราะความต้านทานของสายต่อบวกเข้าไปในค่าที่วัด Pt100 เปลี่ยนเพียงประมาณ 0.385 Ω ต่อ °C สายที่มีความต้านทานรวม 3.5 Ω จะทำให้อ่านสูงไปราว 9 °C การต่อ 3 สายชดเชยได้เมื่อสายทุกเส้นมีความต้านทานเท่ากัน ส่วน 4 สายตัดผลของสายออกทั้งหมดเพราะสายวัดแรงดันไม่มีกระแสไหล

การชดเชยจุดเย็น (CJC) คืออะไร?

เทอร์โมคัปเปิลวัดผลต่างอุณหภูมิระหว่างรอยต่อร้อนกับจุดที่สายต่อเข้ากับขั้วทองแดง (รอยต่อเย็น) เครื่องวัดจึงต้องวัดอุณหภูมิที่ขั้วต่อ แปลงเป็นแรงดันจากตาราง แล้วบวกกับแรงดันที่วัดได้ก่อนแปลงกลับเป็นอุณหภูมิ ต้องบวกในโดเมนแรงดัน ไม่ใช่บวกอุณหภูมิตรง ๆ