Thermo Couple

Automation Instrument

บริษัท เอส.ซี.เอ. คอร์ปอเรชั่น จำกัด

ผู้นำเข้า และตัวแทนจำหน่าย

อุปกรณ์ และเครื่องจักรโรงงาน
มีคุณภาพ และมาตรฐานสูง

››› ดูรายละเอียด

Toshiba Inverter , Inverter Toshiba , S.C.A. Corporation Co., Ltd.
THERMO COUPLE

ในปี ค.ศ.1821 โธมัส  ซีเบ็ค (Thomas Seebeck) นักวิทยาศาสตร์ชาวเยอรมันได้ทำการทดลองและค้นพบว่าเมื่อทำการเชื่อมปลายโลหะ 2 เส้นที่เป็นโลหะต่างชนิดเข้าด้วยกัน ถ้าอุณหภูมิที่ปลายทั้ง 2 ด้านไม่เท่ากันจะเกิดกระแสไหลในโลหะทั้ง 2 เส้น นั่นแสดงว่า ถ้าเปิดปลายจุดต่อด้านหนึ่งออกแล้วนำ Voltmeter ไปวัด จะได้แรงเคลื่อนไฟฟ้าระหว่างโลหะ 2 เส้นค่าหนึ่ง (ค่านี้มีปริมาณน้อย หน่วยเป็น mV) เรียกแรงเคลื่อนไฟฟ้านี้ว่า Seebeck Voltage

 

 

ปริมาณของแรงเคลื่อนไฟฟ้าจะแปรผันโดยตรงกับผลต่างอุณหภูมิของปลายจุดต่อทั้งสองโดยมีความสัมพันธ์ดังนี้

 

eAB           =         aDT

eAB           :          Seebeck Voltage

a            :            ค่าสัมประสิทธิ์ของ Seebeck มีหน่วยเป็น Volt/K

DT         :             ผลต่างอุณหภูมิของปลายจุดต่อทั้งสอง

เทอร์โมคัปเปิ้ลแบบมาตรฐานthermo couple

                เทอร์โมคัปเปิ้ลมีหลาย Type ให้เลือก แล้วแต่ย่านอุณหภูมิและลักษณะการใช้งาน โดยความแตกต่างของแต่ละ Type นี้ เกิดจากการเลือกใช้คู่ของวัสดุ (Element) ของโลหะ ที่นำโลหะชนิดต่าง ๆ กันมาจับคู่เชื่อมเข้าด้วยกัน จะทำให้คุณสมบัติของเทอร์โมคัปเปิ้ลที่ได้แตกต่างกันไป นอกจากนี้ ได้มีการทดลองผสมโลหะต่างชนิดเข้าด้วยกัน เพื่อปรับปรุงคุณสมบัติของโลหะเดิมให้ดีขึ้น หรือเพื่อใช้แทนโลหะบางชนิดที่ใช้ทำอยู่เดิม เช่น แพลตินัม เนื่องจากมีราคาสูง ตัวอย่างโลหะผสมที่เกิดขึ้น เช่น โครเมล (Cromel) คือ โลหะผสมของ นิกเกิ้ล 90% และ โครเมี่ยม 10% , อลูเมล (Alumel) คือ โลหะผสมของ นิกเกิ้ล 95% อลูมิเนียม 2% แมงกานิส 2% และ ซิลิคอน 1%, คอนสแตนแตน (Constantan) คือ โลหะผสมของ ทองแดง 60% และ นิกเกิ้ล 40% เป็นต้น

การใช้งานเทอร์โมคัปเปิ้ล ควรเลือกใช้ให้ถูกต้องและเหมาะสมกับงานนั้น ๆ โดยสิ่งที่ควรพิจารณามีหลายข้อ เช่น ค่าอุณหภูมิสูงสุดที่ใช้งาน, ราคา , ความกัดกร่อนของสารที่เทอร์โมคัปเปิ้ลสัมผัส, ต้องใช้ Thermowell หรือไม่ , ลักษณะบรรยากาศที่เป็น Oxidizing, Reducing, Inert หรือ Vacuum เป็นต้น

ตารางแสดงคุณสมบัติเปรียบเทียบเทอร์โมคัปเปิ้ลแบบมาตรฐาน Type ต่าง ๆ

Type ส่วนผสม ย่านอุณหภูมิใช้งาน แรงเคลื่อนไฟฟ้าที่ได้
mV
◦C ◦F
B

R

S

J
K
T
E
แพลทินัม - 30% โรเดียม
แพลทินัม - 6
% โรเดียม
แพลทินัม - 13
% โรเดียม
แพลทินัม
แพลทินัม-10
% โรเดียม
แพลทินัม
เหล็ก/คอนสแตนแตน
โครเมล/อะลูเมล
ทองแดง/คอนสแตนแตน
โครเมล/คอนสแตนแตน


0 ถึง 1820

-50 ถึง 1768

-50 ถึง 1768
-210 ถึง 760
-270 ถึง 1372
-270 ถึง 400
-270 ถึง 1000


32 ถึง 3310

-60 ถึง 3210

-60 ถึง 3210
-350 ถึง 1400
-450 ถึง 2500
- 450 ถึง 750
- 450 ถึง 1830


0 ถึง 13.814

-02.26 ถึง 21.108

-0.236 ถึง 18.698
-8.096 ถึง 42.922
-6.458 ถึง 54.875
-6.258 ถึง 20.865
-9.835 ถึง 76.358

- แรงเคลื่อนไฟฟ้าที่ได้จากการเปรียบเทียบอุณหภูมิที่วัดกับจุดเยือกแข็งของน้ำ

ตารางแสดงสภาวะแวดล้อมในการใช้งานเทอร์โมคัปเปิลแบบมาตรฐานโดยไม่ต้องใช้ Protecting Tube

ความเหมาะสมในการใช้งาน

TC
Type
บรรยากาศ
Oxidizing
บรรยากาศ
Reducing
บรรยากาศ
Inert
Vacuum บรรยากาศ
Sulferous
อุณหภูมิ
< 0-◦C
มีไอของโลหะ
B ได้ ไม่ได้ ได้ ได้ในช่วงสั้น ๆ ไม่ได้ ไม่ได้ ไม่ได้
R ได้ ไม่ได้ ได้ ไม่ได้ ไม่ได้ ไม่ได้ ไม่ได้
S ได้ ไม่ได้ ได้ ไม่ได้ ไม่ได้ ไม่ได้ ไม่ได้
J ได้ ได้ ได้ ได้ ไม่ได้ถ้า > 500 ◦C ไม่ได้ ได้
K ได้* ไม่ได้ ได้ ไม่ได้ ไม่ได้ ได้ ได้
T# ได้ ได้ ได้ ได้ ไม่ได้ ได้ ได้
E ได้ ไม่ได้ ได้ ไม่ได้ ไม่ได้ ได้ ได้

* ใช้งานได้ดีกว่าแบบ E,J และ T เมื่ออุณหภูมิ > 550 ◦C
# โดยเฉพาะกับอุณหภูมิ < 0 ◦C
Oxidizing : กระบวนการทางเคมีที่ดึงออกซิเจนจากภายนอกเข้าไปทำปฏิกิริยากับสารนั้น
Reducing : กระบวนการทางเคมีที่ออกซิเจนถูกดึงออกจากสารนั้นเพื่อไปทำปฏิกิริยากับสารภายนอก
Vacuum : ค่าความดันที่ต่ำกว่าบรรยากาศจนถึงสภาวะสูญญากาศ
Inert      : สภาวะเฉื่อยที่ไม่เกิดปฏิกิริยาเคมี

ส่วนประกอบของเทอร์โมคัปเปิ้ล

ตัวเทอร์โมคัปเปิ้ล

การเชื่อมหัวเทอร์โมคัปเปิ้ล ที่ด้าน T1  มีความสำคัญมาก ต้องเชื่อมให้ถูกต้องตามหลักการ เพื่อให้ได้การวัดแม่นยำ และมีอายุการใช้งานยาว การเชื่อมหัวเทอร์โมคัปเปิ้ล มีการแบ่งตามขนาดของลวดดังนี้

      1. ลวดโตที่มีขนาดพื้นที่หน้าตัดตั้งแต่ประมาณ 2 Sq.mm. ขึ้น ไป ใช้เครื่องเชื่อมแบบใช้มือธรรมดาโดยมีก๊าซอาร์กอนซึ่งเป็นก๊าซเฉื่อยไม่ทำ ปฏิกิริยาเคมีกับสารใดฉีดปกคลุมบริเวณเชื่อมเพื่อไม่ให้เกิด Oxide ขึ้นตรงรอยต่อของลวด เรียกว่า การเชื่อมแบบ Butt ซึ่งง่ายกว่าการเชื่อมลวดขนาดเล็ก ดังรูปข้างล่าง

 thermo couplethermp couple

2.        ลวดที่มีขนาดพื้นที่หน้าตัดเล็กกว่า 2 Sq.mm. การเชื่อมด้วยมือจะมี Human Error (ความผิดพลาดจากคนทำ) ได้มาก เพราะขึ้นอยู่กับทักษะและสมาธิ ซึ่งต้องผ่านการฝึกฝนมาอย่างดี จึงควรใช้เครื่องจักรอัตโนมัติเชื่อม เพื่อให้เกิดรอยต่อที่สนิท, สมมาตร และ ไม่มีค่าความผิดพลาดเกิดขึ้นได้ การเชื่อมลวดขนาดเล็ก เรียกว่า การเชื่อมแบบ Bead Welding ซึ่งเครื่องจักรอัตโนมัติจะเชื่อมให้เกิดรอยต่อที่เป็นลูกบอลครึ่งลูก 2 ชิ้น เชื่อมต่อกันสนิทตลอดรอยต่อ ดังรูปข้างล่าง

thermo couple thermo couple

(a) การเชื่อมโดยใช้เครื่องจักรอัตโนมัติ ระยะห่างระหว่างลวดทั้งสองและระยะจากหัวเชื่อมเท่ากันทุกครั้ง ทำให้รอยเชื่อมเกิดลูกบอลติดสนิทและสมมาตรกันทำให้วัดได้แม่นยำและอายุการใช้งานนานกว่า

(b) การเชื่อมโดยใช้มือ ไม่แน่นอน รอยต่อเชื่อมอาจจะไม่ติดสนิท ไม่สามาตร อายุการใช้งานสั้นและค่าผิดพลาดมากกว่า

หมายเหตุ  เทอร์โมคัปเปิ้ลของ .................. ที่มีลวดขนาดเล็ก จะเชื่อมด้วยเทคโนโลยีเครื่องจักรอัตโนมัติเสมอ

 Metal Sheath

เพื่อให้เทอร์โมคัปเปิ้ลมีความเรียบร้อยแข็งแรง พร้อมในการใช้งาน คู่สายของเทอร์โมคัปเปิ้ลจะประกอบอยู่ใน Metal Sheath  โดยลักษณะการประกอบตัวเทอร์โมคัปเปิ้ลเข้ากับ Metal Sheath มี 3 วิธี ดังนี้

thermo couple

1.    แบบเปลือย (Exposed Junction) ให้ผลการวัดที่ไวที่สุด (Minimum Response Time) จุดต่อสำหรับวัดสัมผัสกับของเหลว (Fluid) ที่ต้องการวัดโดยตรง ผลเสียของแบบเปลือย คือ ชำรุดเสียหายง่ายและอายุการใช้งานสั้น ไม่เหมาะสำหรับงานความดันสูงหรือ Fluid ที่มีการกลั่นตัว

      2.   แบบ Grounded Junction สายทั้งคู่ของเทอร์โมคัปเปิ้ลที่เชื่อมติดกัน จะถูกเชื่อมต่อลงบนส่วนปลายท่อโลหะของ Metal Sheath อีกทีหนึ่ง สามารถใช้ได้กับ Fluid ที่เป็นสารกัดกร่อน  ให้ผลการตอบสนองต่ออุณหภูมิไวกว่าแบบ Ungrounded Junction  แต่มีข้อเสียคือ ถ้ามีกระแสไฟรั่วจากอุปกรณ์อื่นมาที่ Metal Sheath จะทำให้ค่าวัดอุณหภูมิผิดพลาดได้

      3.    แบบ Ungrounded Junction ใช้ได้กับ Fluid ที่เป็นสารกัดกร่อน มีอายุการใช้งานยืนยาวที่สุด แต่มีข้อเสียคือ ให้ผลการวัดช้า เหมาะกับงานที่อุณหภูมิไม่ค่อยเปลี่ยนแปลง ในอุตสาหกรรมใช้แบบนี้เกือบทั้งหมด

สำหรับ Metal Sheath ที่เป็น Ceramic นั้นมักจะใช้ในกรณีที่อุณหภูมิใช้งานสูง เช่น 800 °C ขึ้นไป  หรือในบรรยากาศที่มีการกัดกร่อนสูง

ชีทเทอร์โมคัปเปิล (Sheath  Thermocouple) คือ เทอร์โมคัปเปิ้ลที่ตัว Metal Sheath  ผลิตสำเร็จรูปมาพร้อมกับตัวสายเทอร์โมคัปเปิ้ลเลย จึงทนอุณหภูมิได้สูงกว่าแบบธรรมดามาก เพราะฉนวนไฟฟ้าที่อยู่ระหว่างลวดเทอร์โมคัปเปิ้ล กับ Metal Sheath จะถูกบีบอัดแน่นกว่าปกติหลายเท่า ท่อ Metal Sheath มักทำจากโลหะเหนียวและยืดหยุ่น สามารถดัดท่องอได้ตามความเหมาะสมกับงาน

ฉนวนของเทอร์โมคัปเปิ้ล

  เป็นฉนวนที่ใช้กั้นระหว่างตัวเทอร์โมคัปเปิ้ล กับ Metal  Sheath ส่วนใหญ่จะเป็นสารประเภทแมกนีเซียมออกไซด์, อะลูมิเนียมออกไซด์ หรือเบอรีลเลียมออกไซด์

Thermowell

เป็นอุปกรณ์เสริม (Accessory) ใช้ป้องกันไม่ให้เทอร์โมคัปเปิ้ลสัมผัสกับสารที่ต้องการวัดอุณหภูมิโดยตรง เช่น สารที่กัดกร่อน, มีความดันสูง หรือในบางกรณีที่ต้องการถอดตัวเทอร์โมคัปเปิ้ลเพื่อซ่อมบำรุงโดยไม่รบกวนการทำงานของระบบ จำเป็นต้องใช้ Thermowell เป็นตัวกลางด้วยเช่นกัน

Extension Wire

คือ สายที่ใช้ในการเชื่อมต่อ หรือต่อเพิ่มจากตัวเทอโมคัปเปิ้ลมีอยู่แล้ว ในกรณีจุดที่วัดอุณหภูมิและจุดที่ต้องการรับสัญญาณจากเทอร์โมคัปเปิ้ลอยู่ห่างกัน มี 2 แบบ คือ แบบที่ทำจากสารประเภทเดียวกับเทอร์โมคัปเปิ้ล (เช่น Type E, J, K, T) และแบบที่ทำจากโลหะต่างชนิดกับเทอร์โมคัปเปิ้ล (เช่น Type R, S, B) เนื่องจาก วัสดุที่ใช้ทำสาย คือ Platinum มีราคาแพง