เทอร์โมคัปเปิล (Thermocouple) คืออะไร ประเภท การใช้งาน และคุณประโยชน์

เทอร์โมคัปเปิล (Thermocouple) คืออุปกรณ์สำหรับวัดอุณหภูมิ ประกอบด้วยลวดโลหะที่แตกต่างกันสองเส้นที่เชื่อมต่อกันเพื่อสร้างจุดเชื่อมต่อ เมื่อจุดเชื่อมต่อถูกทำให้ร้อนหรือเย็นลง จุดเชื่อมต่อที่ทำมาจากโลหะ 2 ชนิดที่แตกต่างกันจะสร้างแรงดันไฟฟ้าในปริมาณน้อยๆ ในระดับมิลลิโวลท์ (mV) ขึ้นมา (เรียกปรกกฎการณ์นี้ว่า Seebeck) ซึ่งแรงดันไฟฟ้าจะแปรผันโดยตรงกับอุณหภูมิ

หลักการทำงาน

เทอร์โมคัปเปิลเป็นส่วนประกอบของเทอร์โมมิเตอร์ที่ใช้กันทั่วไปในการวัดอุณหภูมิ สามารถวัดอุณหภูมิโดยตรงบริเวณปลายโพรบวัดจะเป็นจุดเชื่อมต่อของโลหะ 2 ชนิด ซึ่งเป็นจุดรับรู้อุณหภูมิโดยเปลี่ยนเป็นสัญญาณแรงดันไฟฟ้าที่วัดได้ผ่านเทอร์โมมิเตอร์

ตามทฤษฎีแล้วโลหะสองชนิดใดๆ ก็สามารถนำมาใช้สร้างเทอร์โมคัปเปิลได้ แต่ในทางปฏิบัติจำเป็นต้องใช้โลหะชนิดพิเศษ มีหลายประเภทที่มักใช้กันโดยทั่วไป ได้รับการพัฒนาเพื่อให้ความเป็นเชิงเส้นและความแม่นยำดีขึ้น และประกอบด้วยโลหะผสมที่พัฒนาขึ้นเป็นพิเศษ

โลหะพิเศษที่นิยมใช้รู้จักกันในชื่อประเภท J, K, T, E และ N ดังจะได้กล่าวในรายละเอียดต่อไป ซึ่งสามารถออกแบบให้เหมาะกับการใช้งานเกือบทุกประเภท สามารถทำให้มีความทนทาน ตอบสนองรวดเร็ว และวัดช่วงอุณหภูมิที่กว้างมากได้

เป็นเซ็นเซอร์วัดอุณหภูมิที่เรียบง่าย ทนทาน และคุ้มค่า ซึ่งใช้ในกระบวนการวัดอุณหภูมิที่หลากหลาย เป็นเครื่องมือที่เหมาะสำหรับภาคอุตสาหกรรม

ประเภทของเทอร์โมคัปเปิ้ล

โลหะสองชนิดที่แตกต่างกันที่ใช้สร้างเทอร์โมคัปเปิลอาจมีหลายประเภท โลหะที่แตกต่างกันแสดงคุณสมบัติที่แตกต่างกัน และจุดเชื่อมต่อร้อนที่เกิดขึ้นระหว่างสายโลหะทั้งสองนี้กำหนดเทอร์โมคัปเปิล

เพื่อให้ได้ผลลัพธ์ที่ดีขึ้น นักวิทยาศาสตร์และนักวิจัยได้กำหนดมาตรฐานการผสมโลหะบางชนิดและแยกออกเป็นประเภทเทอร์โมคัปเปิล โดยทั่วไปเทอร์โมคัปเปิลมีอยู่แปดประเภท: ประเภท B, E, J, N, K, R, T และ S

เทอร์โมคัปเปิ้ลต่างๆ ผลิตขึ้นเพื่อวัตถุประสงค์ที่แตกต่างกันโดยใช้โลหะหลากหลายชนิด ชนิดยอดนิยมประเภทต่างๆ ได้แก่:

Type K: ทำมาจากโลหะ Chromel และ Alumel ช่วงอุณหภูมิที่สามารถใช้งานได้อยู่ระหว่าง 95 ถึง 1260 °C สร้างการเปลี่ยนแปลงของ EMF ที่ 41µV/°C (41 ไมโครโวลท์ต่อองศาเซลเซียส) เป็นชนิดที่พบบ่อยที่สุด มีราคาไม่แพง เชื่อถือได้ และแม่นยำ

Type J: ใช้โลหะได้แก่เหล็ก (Iron) และคอนสแตนตัน (Constantan) ช่วงอุณหภูมิใช้งานได้ 0 ถึง 760 °C ชนิด J เหมาะที่สุดสำหรับสภาพแวดล้อมสุญญากาศและเฉื่อย มีช่วงอุณหภูมิที่น้อยกว่าและมีอายุการใช้งานสั้นกว่าที่อุณหภูมิสูงกว่า สร้างการเปลี่ยนแปลงของแรงดันไฟฟ้า 50µV/°C

Type T: ทำมาจากโลหะทองแดง (Copper) และคอนสแตนตัน (Constantan) ช่วงอุณหภูมิใช้งานอยู่ระหว่าง -200 ถึง 370°C เหมาะสำหรับวัดอุณหภูมิในอากาศ มีการใช้กันอย่างแพร่หลายเนื่องจากโดยทั่วไปต้านทานการสลายตัวแม้ในสภาพแวดล้อมที่ชื้น มักใช้ในการผลิตอาหารและไครโอเจนิกส์ สร้างการเปลี่ยนแปลงของแรงดันไฟฟ้า 43µV/°C

Type E: ทำมาจากโลหะโครเมล (Chromel) และคอนสแตนตัน (Constantan) ช่วงอุณหภูมิอยู่ระหว่าง 0 ถึง 870 °C สร้างแรงดันไฟฟ้าที่ 68µV/°C เหมาะสำหรับงานวัดอุณหภูมิด้านต่ำๆ เช่น การแช่แข็ง

Type N: เทอร์โมคัปเปิลนี้เป็นส่วนผสมของโลหะผสม Nicrosil และ Nisil ช่วงอุณหภูมิอยู่ระหว่าง 650 ถึง 1260 °C เทอร์โมคัปเปิลชนิด N ต่างจากเทอร์โมคัปเปิลชนิด K นิยมใช้ในโรงกลั่นและอุตสาหกรรมปิโตรเคมี สร้างแรงดันไฟฟ้าที่ 39µV/°C

Type S: เป็นส่วนผสมของแพลตตินัม (Platinum) ที่มีโรเดียม (Rhodium) 10% ผสมอยู่และแพลตตินัม (Platinum) ช่วงอุณหภูมิอยู่ระหว่าง 980 ถึง 1,450 °C เทอร์โมคัปเปิลชนิด S ใช้ในงานที่เกี่ยวข้องกับอุณหภูมิที่สูงมาก ประเภทนี้ใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมต่างๆ และใช้ในอุตสาหกรรมยาเป็นหลัก

Type R: การรวมกันของแพลตตินัม (Platinum) ที่มีโรเดียม (Rhodium) 13% ผสมอยู่และแพลตตินัม (Platinum) ช่วงอุณหภูมิอยู่ระหว่าง 870 ถึง 1,450 °C มีราคาแพงกว่าเทอร์โมคัปเปิลชนิด S เนื่องจากมีเปอร์เซ็นต์โรเดียมสูงกว่า ความแม่นยำและความเสถียรสูงทำให้เหมาะอย่างยิ่งสำหรับใช้ในด้านอุณหภูมิด้านสูง เช่นเตาหลอมโลหะ เตาเผาเซรามิก และอื่นๆ

Type B: ส่วนผสมของโลหะผสมคือแพลตตินัมที่มีโรเดียม 6% และแพลตตินัมที่มีโรเดียม 30% มีช่วงอุณหภูมิระหว่าง 1370 ถึง 1700 °C ส่วนใหญ่จะใช้ในการใช้งานที่ดำเนินการที่อุณหภูมิสูงมาก เช่น การผลิตแก้ว มีช่วงอุณหภูมิสูงสุดจากเทอร์โมคัปเปิ้ลทั้งหมด

ตารางสรุปชนิดของ Thermocouple

ตัวอย่างเครื่องมือวัดเทอร์โมคัปเปิ้ล