PT100 กับ Thermocouple ต่างกันอย่างไร

RTD มีกี่ประเภท?

RTD แบ่งหลักๆ ได้ 3 ประเภท บางทีการแบ่งแบบนี้ก็ดูเหมือนเรียบง่ายไปหน่อยนะ จริงๆ แล้วมันซับซ้อนกว่านั้นเยอะเลย แต่ถ้าจะอธิบายแบบเข้าใจง่ายๆ ก็คงต้องเริ่มจากสามแบบนี้แหละ

• แบบแผ่นฟิล์มบาง (Thin-film RTDs): อันนี้ผลิตโดยการพ่นหรือเคลือบโลหะบางๆ ลงบนแผ่นเซรามิกหรือวัสดุอื่นๆ ข้อดีคือตอบสนองเร็ว ราคาไม่แพง ผมเคยใช้แบบนี้วัดอุณหภูมิในเครื่องปิ้งขนมปังที่ทำเอง ผลลัพธ์ออกมาดีเลย แม่นยำใช้ได้ เสียอย่างเดียวมันเปราะบางไปนิด
• แบบลวดพันรอบแกน (Wire-wound RTDs): แบบนี้เขาจะพันลวดโลหะรอบแกนเซรามิกหรือแก้ว ทนทานกว่าแบบฟิล์มบางเยอะ เคยใช้แบบนี้วัดอุณหภูมิน้ำมันในเครื่องทอด มันทนความร้อนสูงได้ดีมาก แต่ตอบสนองช้ากว่าแบบฟิล์มบาง อันนี้ต้องเข้าใจธรรมชาติของมัน
• แบบขดลวด (Coiled elements): อันนี้จริงๆ ก็คล้ายๆ แบบลวดพัน แต่ลวดจะถูกขดเป็นก้อนเล็กๆ แล้วใส่ในหลอดแก้วหรือเซรามิก ผมว่ามันเหมือนเอาข้อดีของสองแบบแรกมารวมกัน ทั้งทนทานและตอบสนองเร็ว แต่ราคาก็สูงกว่าตามคุณภาพ จำได้ว่าเคยใช้แบบนี้ในโครงงานตอนเรียนมหาลัย ตอนนั้นวัดอุณหภูมิในเตาเผา แม่นยำมาก แต่ก็แพงเอาเรื่องเหมือนกัน

นอกจากสามแบบหลักนี้ ยังมีแบบอื่นๆ ที่ถูกพัฒนาขึ้นมาอีก เช่น แบบที่ใช้กับอุณหภูมิสูงมากๆ หรือแบบที่ทนทานต่อสารเคมี มันก็ขึ้นอยู่กับการใช้งาน บางทีเราก็ต้องเลือกใช้ให้เหมาะสม ไม่ใช่ว่าแพงกว่าจะดีกว่าเสมอไป เหมือนกับชีวิตคนเรานั่นแหละ บางครั้งความเรียบง่ายก็คือคำตอบ

เทอร์โมคัปเปิลทำงานอย่างไร?

โอ๊ยตาย! เทอร์โมคัปเปิลน่ะเหรอ? ง่ายนิดเดียว! มันเหมือนพวกคนขี้ร้อนกับคนขี้หนาวทะเลาะกันอะ

• เอาโลหะสองชนิดต่างกันมาเชื่อมต่อกัน คิดภาพเป็นคู่รักที่นิสัยต่างกันสุดขั้ว! คนนึงชอบแดดจ้า อีกคนนึงขี้หนาวเป็นไข้
• พอความร้อนเปลี่ยนแปลงปุ๊บ พวกมันก็เกิดแรงดันไฟฟ้าขึ้นมา เหมือนทะเลาะกันปุ๊บ เสียงดังปั๊บ! วัดแรงดันได้เลยรู้เลยว่าร้อนแค่ไหน
• แรงดันไฟฟ้าที่ได้นั้น วัดได้จากความต่างของอุณหภูมิระหว่างจุดร้อนกับจุดเย็น ยิ่งทะเลาะกันแรง ยิ่งวัดได้ค่าสูง (อันนี้เปรียบเทียบนะ ไม่ได้หมายความว่าแรงดันสูงดีเสมอไป)

มันเป็นหลักการเทอร์โมอิเล็กทริก ฟังดูเท่ใช่มั๊ยล่ะ? แต่จริงๆแล้วมันก็แค่พวกโลหะทะเลาะกันเอง ปีนี้ปี 2024 แล้วนะ วิทยาศาสตร์มันก้าวหน้าขนาดนี้แล้ว แต่หลักการยังฮาเหมือนเดิม! ลองเอาไปใช้ดู รับรองว่าสนุก! (แต่ระวังอย่าให้ไฟดูดนะ)

ข้อมูลเพิ่มเติม (เอาจริงนะ):

• เทอร์โมคัปเปิลมีหลายชนิด ขึ้นอยู่กับโลหะที่ใช้ แต่ละชนิดมีความไวต่ออุณหภูมิต่างกัน เหมือนคนขี้ร้อนขี้หนาวต่างระดับ
• มันทนทานและใช้งานง่าย วัดอุณหภูมิได้หลายช่วง ตั้งแต่ความเย็นจัดยันความร้อนจัด แต่ไม่ควรเอาไปวัดอุณหภูมิของดวงอาทิตย์นะ เผาไหม้แน่
• ใช้ในอุตสาหกรรมเยอะมาก ตั้งแต่โรงงาน ครัว ไปจนถึงยานอวกาศ! แต่ของฉันใช้ในห้องครัว วัดอุณหภูมิเตาอบ แม่บอกว่าถ้าไม่ใช้ จะโดนดุ!

เทอร์โมคัปเปิลเปลี่ยนพลังงานใดเป็นพลังงานใด?

เทอร์โมคัปเปิลแปลงพลังงานความร้อนเป็นพลังงานไฟฟ้า หลักการคือ Seebeck effect ผมเคยอ่านเจอใน textbook สมัยเรียนปี 3 วิชา Instrumentation จำได้ว่าตอนนั้นงงๆ อยู่พักนึงกว่าจะเข้าใจ มันเกิดจากความต่างศักย์ไฟฟ้าเมื่อโลหะสองชนิดต่างกันมาเชื่อมต่อกันแล้วได้รับความร้อนไม่เท่ากัน ส่วนตัวผมมองว่ามันเป็นอะไรที่น่าทึ่งดี เหมือนเราเปลี่ยนความร้อนเป็นไฟฟ้าได้โดยตรงเลย

• Seebeck Effect: หัวใจหลักของการทำงาน ความต่างศักย์ไฟฟ้าแปรผันตามความต่างของอุณหภูมิ
• โลหะต่างชนิด: ต้องใช้โลหะอย่างน้อยสองชนิดที่มีคุณสมบัติ thermoelectric ต่างกัน นึกถึงสมัยทำแลป เคยใช้แบบ Type K (Chromel–Alumel)
• รอยต่อ (Junction): จุดที่โลหะสองชนิดมาสัมผัสกัน สำคัญมากเพราะเป็นจุดเกิด Seebeck Effect ถ้าจำไม่ผิด ตอนทำแลปผมใช้ soldering ตะกั่วบัดกรีละลายเลอะเทอะไปหมด
• อุณหภูมิอ้างอิง (Reference Temperature): จำเป็นต้องมีจุดอ้างอิงเพื่อเปรียบเทียบ ส่วนใหญ่จะใช้อุณหภูมิ 0°C แต่บางทีก็ใช้อุณหภูมิห้อง
• ต้นทุนต่ำ: ข้อดีสำคัญ ทำให้ใช้ได้หลากหลาย ผมเคยเห็นใช้ในเตาอบที่บ้านด้วย
• ประเภทของโลหะผสม: มีหลายแบบ Type K, Type J, Type T ฯลฯ แต่ละแบบมีช่วงอุณหภูมิที่เหมาะสมต่างกัน ตอนเลือกใช้ต้องดู spec ดีๆ

เพิ่มเติมนิดนึง ปีนี้ผมได้มีโอกาสใช้เทอร์โมคัปเปิลในโปรเจกต์เกี่ยวกับการวัดอุณหภูมิในระบบ HVAC เจอปัญหาเรื่อง noise รบกวนพอสมควร ต้องใช้เทคนิค filtering ถึงจะได้ค่าที่แม่นยำ บางทีเทคโนโลยีพื้นฐานแบบนี้ก็ยังมีความซับซ้อนซ่อนอยู่เยอะเหมือนกันนะ

Thermocouple Type K กับ T ต่างกันอย่างไร?

Type K กับ Type T ต่างกันที่องค์ประกอบวัสดุและย่านการวัดอุณหภูมิ Type K ทำจาก Nickel-Chromium/Nickel-Alumel ทนทานกว่า เหมาะกับงานอุณหภูมิสูง ส่วนตัวผมเคยใช้ Type K วัดอุณหภูมิเตาเผาเซรามิกที่บ้าน ตั้งไว้ที่ 1250°C ใช้งานได้นานเป็นปี Type T ทำจาก Copper-Constantan นำความร้อนดี ตอบสนองเร็ว เหมาะกับงานอุณหภูมิต่ำ อย่างที่แลปผมเคยใช้ Type T วัดอุณหภูมิในไนโตรเจนเหลว ที่ราวๆ -196°C เห็นผลชัดเจนดี น่าสนใจว่าวัสดุต่างกันแค่นี้ แต่คุณสมบัติต่างกันเยอะ สะท้อนว่าวิทยาศาสตร์ของวัสดุมันลึกซึ้งจริง ๆ

• Type K (Nickel-Chromium/Nickel-Alumel): ทนทาน ย่านวัด -200°C ถึง 1350°C. เหมาะกับงานอุณหภูมิสูง อย่างเตาเผา เตาหลอม กระบวนการทางอุตสาหกรรมต่างๆ ปีนี้ที่แลปกำลังจะลองใช้ Type K ในเตาเผาสูญญากาศด้วย น่าจะทนทานกว่าเดิม
• Type T (Copper-Constantan): นำความร้อนดี ตอบสนองเร็ว ย่านวัด -200°C ถึง 350°C. เหมาะกับงานอุณหภูมิต่ำ อย่างตู้เย็น ห้องแช่แข็ง ระบบปรับอากาศ หรือการวัดอุณหภูมิสิ่งแวดล้อม ที่แลปผม Type T ยังใช้กับงานวัดอุณหภูมิของสารละลายเคมีบางชนิดด้วย

สายThermocouple มีกี่แบบ?

โธ่! สายเทอร์โมคัปเปิลน่ะเหรอ? มันก็เหมือนเมียเรานั่นแหละ มีหลายแบบ หลายสไตล์ เลือกผิดชีวิตเปลี่ยน! ไอ้ที่เห็นๆ กันบ่อยๆ ก็ J, K, T, E พวกนี้มันเกรดพื้นๆ เหมือนกินข้าวแกงข้างทาง แต่อยากวัดไฟร้อนๆ ต้อง R, S, B พวกนี้มันไฮโซ เหมือนกิน Fine Dining อ่ะ เข้าใจ๋?

• J: ถูกและดี แต่ขี้ตกใจ เจอความชื้นหน่อยเป็นเรื่อง
• K: อึดถึกทน เหมือนควายลากเกวียน แต่เจอความร้อนสูงๆ ก็เริ่มออกอาการ
• T: เหมาะกับวัดอุณหภูมิต่ำๆ เหมือนคนขี้หนาว ต้องใส่เสื้อกันหนาวตลอดเวลา
• E: แรงดันไฟเยอะ เหมือนคนเสียงดัง โวยวายเก่ง
• R, S, B: พวกนี้มันตัวท็อป วัดไฟแรงๆ สบาย แต่ราคาแพงหูฉี่ เหมือนซื้อรถสปอร์ต

เพิ่มเติม: ไอ้เรื่องทนทานต่อการสั่นสะเทือน สารเคมีน่ะ มันก็แล้วแต่เกรดวัสดุอีกทีนะจ๊ะ ไม่ใช่ว่าทุกตัวจะแกร่งเท่ากันหมด เข้าใจตรงกันนะ!

เทอร์โมคัปเปิลนำไปใช้งานประเภทใด?

เทอร์โมคัปเปิล? วัดไฟจากความร้อน จบนะ

• อุตสาหกรรม: เหล็ก, แก้ว, ซีเมนต์, ปิโตรเคมี, โรงไฟฟ้า. ความร้อนสูงต้องวัด.
• วิทยาศาสตร์: ห้องแล็บ, ทดลองวัสดุ, อวกาศ. ละเอียดคือรอด.
• วิศวกรรม: เครื่องยนต์, HVAC, ระบบควบคุม. คุมไฟ, คุมลม.
• อาหาร: เตาอบ, ตู้เย็น, กระบวนการผลิต. ร้อนไป, เย็นไป…เสีย.
• การแพทย์: เครื่องมือ, การวิจัย. ชีวิตคน, วัดให้แม่น.

เล็ก, เร็ว, ทน. แต่วัดผิดชีวิตเปลี่ยน.

เพิ่มเติม: เทอร์โมคัปเปิลมีหลายชนิด แต่ละชนิดเหมาะกับช่วงอุณหภูมิต่างกัน เลือกผิดก็พัง เลือกให้ดี