เทอร์โมคัปเปิลวัดอุณหภูมิอย่างไร? อธิบายหลักการทำงานและการใช้งานของเทอร์โมคัปเปิลในงานวิศวกรรมความร้อนและอุตสาหกรรม
เทอร์โมคัปเปิลวัดอุณหภูมิอย่างไร?
เทอร์โมคัปเปิล (thermocouple) เป็นอุปกรณ์ที่ใช้ในการวัดอุณหภูมิโดยใช้หลักการของเทอร์โมอิเล็กทริกเอฟเฟกต์ (thermoelectric effect) ซึ่งหลักการนี้เกี่ยวข้องกับการผลิตแรงดันไฟฟ้าซึ่งเกิดจากการเปลี่ยนอุณหภูมิ
หลักการทำงานของเทอร์โมคัปเปิล
เทอร์โมคัปเปิลประกอบด้วยลวดสองชนิดหรือสายโลหะต่างชนิดกันเชื่อมต่อที่ปลายหนึ่งของทั้งสองสาย ทำให้เกิดจุดร่วม (junction) ทันทีที่จุดนี้อุณหภูมิเปลี่ยนไป จะเกิดการสร้างแรงดันไฟฟ้าขึ้นมา โดยแรงดันไฟฟ้าที่เกิดขึ้นจะขึ้นอยู่กับความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างจุดร่วม (junction) และจุดอ้างอิง (reference junction)
ประเภทของเทอร์โมคัปเปิล
- ประเภท K (Type K): ใช้ลวดนิกเกิล-โครเมียมและนิกเกิล-อะลูมิเนียม เหมาะสำหรับการวัดอุณหภูมิช่วงกว้างและทนทาน
- ประเภท J (Type J): ใช้ลวดเหล็กและคอนสแตนทัน เหมาะสำหรับการวัดอุณหภูมิในช่วงที่ต่ำกว่าแกนแข็ง
- ประเภท T (Type T): ใช้ลวดทองแดงและคอนสแตนทัน เหมาะสำหรับการวัดอุณหภูมิต่ำและมีค่าคงที่สูง
การคำนวณอุณหภูมิจากเทอร์โมคัปเปิล
เมื่อเราวัดแรงดันไฟฟ้าที่เกิดขึ้นจากเทอร์โมคัปเปิล จะต้องใช้สมการหรือแผนภูมิที่เกี่ยวข้องในการแปลงแรงดันไฟฟ้าไปเป็นค่าอุณหภูมิ ตามสมการของ Seebeck Effect ที่มีลักษณะดังนี้:
\( V = a(T_{hot} – T_{cold}) \)
โดยที่:
- \( V \) คือ แรงดันไฟฟ้าที่เกิดขึ้น (voltage)
- \( a \) คือค่าคงที่ของวัสดุที่ใช้ (Seebeck coefficient)
- \( T_{hot} \) คืออุณหภูมิที่จุดร่วม (hot junction)
- \( T_{cold} \) คืออุณหภูมิที่จุดอ้างอิง (cold junction)
การประยุกต์ใช้เทอร์โมคัปเปิล
เทอร์โมคัปเปิลมีการประยุกต์ใช้ในหลากหลายอุตสาหกรรม เช่น:
- การผลิตไฟฟ้า: ใช้ในการตรวจสอบอุณหภูมิของกังหันไอน้ำและหม้อไอน้ำ
- การผลิตรถยนต์: ใช้ในการตรวจสอบอุณหภูมิของเครื่องยนต์และระบบท่อไอเสีย
- อุตสาหกรรมการผลิต: ใช้ในการควบคุมและตรวจสอบวัตถุดิบในกระบวนการผลิต
เทอร์โมคัปเปิลเป็นเครื่องมือที่สำคัญและใช้กันอย่างแพร่หลายในงานวิศวกรรมความร้อน ด้วยการใช้งานที่หลากหลายและความแม่นยำในการวัดอุณหภูมิ เครื่องมือนี้จึงเป็นหนึ่งในเครื่องมือที่ขาดไม่ได้ในหลายๆ อุตสาหกรรม