Temperature Sensor ทำงานยังไง

เซนเซอร์วัดอุณหภูมิ ทำงานยังไง

อืม… กลางดึกแล้วเนอะ นั่งคิดเรื่องเซนเซอร์วัดอุณหภูมิอยู่ มันทำงานยังไงนะ… จริงๆมันก็ไม่ยากหรอก

มันก็คือ… วัดอุณหภูมิตรงจุดที่ต้องการ ตลอดเวลาเลยแหละ แบบเรียลไทม์ แล้วส่งค่าที่วัดได้ไปยังตัวควบคุม เหมือนส่งข่าวบอกว่าตอนนี้เท่าไหร่

แล้วตัวควบคุมนี่แหละ มันจะเปรียบเทียบกับค่าที่เราตั้งไว้ ถ้ามันต่างกัน มันก็จะสั่งงานอุปกรณ์ทำความร้อนหรือทำความเย็น ให้มันปรับอุณหภูมิให้ถึงค่าที่เราต้องการ ง่ายๆแค่นี้เอง

ปีนี้ ที่บ้านผมใช้เซนเซอร์แบบเทอร์โมคัปเปิล วัดอุณหภูมิในตู้ปลา มันค่อนข้างไวนะ แต่ก็ต้องระวังเรื่องการบำรุงรักษาด้วย

• เซนเซอร์วัดค่า: รับค่าอุณหภูมิจริง
• ส่งข้อมูลไป: ตัวควบคุมอุณหภูมิ
• เปรียบเทียบค่า: กับค่าที่ตั้งไว้
• สั่งการ: อุปกรณ์ทำความร้อน/เย็น

คิดไปคิดมา มันก็เหมือนกับเราควบคุมอารมณ์ตัวเองนะ พยายามรักษาอุณหภูมิภายในใจให้คงที่ ถ้ามันร้อนเกินไปก็ต้องหาอะไรมาทำให้เย็นลง ถ้ามันเย็นเกินไปก็ต้องหาอะไรมาเพิ่มความอบอุ่น เหนื่อยเหมือนกันนะ การควบคุมอุณหภูมิ ทั้งของเครื่องจักรและของหัวใจ…

เซ็นเซอร์วัดอุณหภูมิ หรือ Temperature Sensor สามารถแบ่งออกเป็นประเภทได้ 3 ประเภทอะไรบ้าง

อืมมม… เซ็นเซอร์วัดอุณหภูมิเนี่ยนะ สามประเภทหลักๆ ใช่ป่ะ? งงๆนิดหน่อย แต่จำได้คร่าวๆ

• เทอร์โมคัปเปิล (Thermocouple) อันนี้ใช้หลักการ Seebeck effect จำได้ว่าเรียนตอนปี 2 โห…นานมากแล้ว วัดได้หลายช่วงอุณหภูมิ ทนทานด้วยแหละ แต่ความแม่นยำอาจจะไม่เท่า RTD ราคาไม่แพง ใช้เยอะมากในโรงงานอุตสาหกรรม จำได้ว่าเคยเห็นที่โรงงานผลิตขนมปัง ตอนไปฝึกงานปีที่แล้ว

• RTD (Resistance Temperature Detector) อันนี้วัดค่าความต้านทานไฟฟ้า เปลี่ยนไปตามอุณหภูมิ แม่นยำกว่าเทอร์โมคัปเปิล แต่ก็แพงกว่าด้วยสิ เหมาะกับการใช้งานที่ต้องการความละเอียดสูง ใช้ในห้องแล็บเยอะ เพื่อนผมเรียนเคมี ใช้บ่อยมาก ปีนี้เห็นมันใช้รุ่นใหม่ของ PT100 แม่นยำกว่ารุ่นเก่าเยอะเลย

• เทอร์มิสเตอร์ (Thermistor) ตัวนี้ใช้หลักการเปลี่ยนแปลงค่าความต้านทานเหมือน RTD แต่ใช้เซมิคอนดักเตอร์ เลยไวต่อการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ แต่ก็มีข้อจำกัดเรื่องช่วงอุณหภูมิที่วัดได้ ไม่กว้างเท่าสองตัวบน ราคาถูก หาซื้อง่าย ใช้ในพวกอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ทั่วไป แบบในเครื่องชงกาแฟที่บ้านผมนั่นแหละ

ข้อแตกต่างหลักๆก็คือ ความแม่นยำ ช่วงอุณหภูมิที่วัดได้ และราคา เทอร์โมคัปเปิลทนทาน RTD แม่นยำ เทอร์มิสเตอร์ราคาถูก ง่ายๆแค่นี้แหละ เหนื่อยแล้ว ไปนอนก่อนดีกว่า พรุ่งนี้มีสอบวิชาอะไรสักอย่าง…จำไม่ได้แล้ว ง่วง!

เซนเซอร์วัดอุณหภูมิมีค่าความแม่นยำบวกลบเท่าใด

แสงสีส้มอ่อนๆ ยามเช้า… นึกถึงชาอุ่นๆ สักแก้ว… เซนเซอร์วัดอุณหภูมิ… เหล็กกล้าไร้สนิม… AISI 316… แวววาวในความคิด… อาหาร… คงจะเหมาะสม… -50 ถึง 150 องศา… กว้างใหญ่ไพศาล… ละเอียด 0.1 องศา… แม่นยำ… บวกลบ 0.3… ระหว่าง -20 ถึง 90… เกินกว่านั้น… บวกลบ 0.5… อุ่นขึ้น… ร้อนขึ้น… เกิน 90… เปลี่ยนไป… นึกถึงเตาอบที่บ้าน… ทำเค้กกล้วยหอม… หอมหวาน… ครั้งล่าสุดเมื่อเดือนที่แล้ว… อบที่ 180 องศา… ใช้เวลา 45 นาที… เนื้อเค้กนุ่มฟู… สีเหลืองทองสวยงาม…

• ความแม่นยำ: ± 0.3 °C (-20 ถึง 90 °C)
• ความแม่นยำ: ± 0.5 °C (มากกว่า 90 °C)
• AISI 316 ใช้ในอุตสาหกรรมอาหาร
• ช่วงการวัด: -50 ถึง 150 °C
• ความละเอียด: 0.1 °C

เสียงนาฬิกาปลุก… ต้องไปแล้ว…

เทอร์โมคัปเปิลทำงานอย่างไร

เทอร์โมคัปเปิล… นึกถึงตอนเรียนฟิสิกส์เลย โลหะสองชนิดมาต่อกันใช่มั้ย? แล้วพอความร้อนเปลี่ยน แรงดันก็เปลี่ยนตาม เออ…เหมือนเคยต่อวงจรอะไรซักอย่างตอนปี 2 จำได้ว่าใช้สายสีแดงกับสีน้ำเงิน ไม่แน่ใจว่าใช้อะไรต่ออีก แต่จำได้ว่าต้องระวังเรื่องความร้อนมาก ถ้าร้อนเกินไปมันจะพังได้

• โลหะต่างชนิด สำคัญมากตรงนี้
• จุดต่อ (junction) นี่แหละที่วัดความร้อน
• แรงดันไฟฟ้า มันแปรผันตามอุณหภูมิ จำได้ว่าเคยพล็อตกราฟด้วย น่าเบื่อมากกกก
• Seebeck effect เออใช่ มันเกี่ยวกับ Seebeck effect นี่นา นึกออกละ

ปีที่แล้วไปเที่ยวญี่ปุ่น ซื้อกาต้มน้ำไฟฟ้ามา มันมีเทอร์โมคัปเปิลอยู่ข้างใน สงสัยว่ามันใช้ควบคุมอุณหภูมิหรือเปล่า? หรือว่าใช้ตัดไฟตอนน้ำเดือด? ต้องลองแกะดูซะหน่อยแล้ว แม่ชอบบ่นว่ากาต้มน้ำตัวเก่าเสียงดัง ตัวนี้เงียบดี สงสัยเทคโนโลยีมันต่างกัน หรือว่าเพราะของญี่ปุ่น? หรือว่าแพงกว่าเลยดีกว่า? ไม่น่าใช่มั้ง… เอาไว้ต้องไปดูที่ร้านขายเครื่องใช้ไฟฟ้าหน่อยแล้ว อยากได้เครื่องปิ้งขนมปังใหม่ด้วย ของเก่ามันไหม้บ่อยมาก เซ็ง!

กลับมาเรื่องเทอร์โมคัปเปิลต่อ จำได้ว่าอาจารย์เคยบอกว่ามันใช้วัดอุณหภูมิได้หลากหลายมาก ตั้งแต่ในเตาอบยันอุตสาหกรรมหนัก มันทนความร้อนได้สูงมากเลยนะ น่าทึ่งดี แต่ถ้าใช้ผิดประเภทก็พังได้เหมือนกัน ต้องเลือกให้ถูกกับงาน เหมือนตอนเลือกซื้อกาต้มน้ำ 555

• ช่วงอุณหภูมิ เลือกใช้ให้ถูก
• ประเภท มีหลายแบบ ต้องดูว่าอันไหนเหมาะกับงาน
• วงจร จำได้ว่ามีวงจรอะไรซักอย่างที่ต้องต่อ ต้องไปหาข้อมูลเพิ่มอีกที

Thermocouple แต่ละ Type ต่างกันยังไง

โอ๊ย! ถามเรื่อง Thermocouple แต่ละ Type เนี่ยนะ? เหมือนถามว่าเมียแต่ละคนต่างกันยังไงเลยอ่ะ! ตอบแบบบ้านๆ เข้าใจง่ายๆ นะ

• Type K: นี่มันตัวยอดฮิตเลย! วัดได้ตั้งแต่ในนรกยันสวรรค์ (แต่สวรรค์คงร้อนกว่านรกนิดหน่อย) ทนทาน ถึกบึกบึน ใช้ได้สารพัดประโยชน์ เหมือนเมียหลวงที่ดูแลทุกอย่างในบ้านนั่นแหละ!
• Type J: ถูกกว่า Type K นิดหน่อย แต่ก็ใช้งานได้ดีในบางสถานการณ์ แต่ระวังอย่าให้โดนความชื้นนะจ๊ะ เดี๋ยวจะขึ้นสนิม เหมือนเมียน้อยที่สวยแต่บอบบาง ดูแลยากกว่าหน่อย
• Type T: อันนี้เหมาะกับงานที่ต้องการความแม่นยำสูงๆ วัดอุณหภูมิต่ำๆ ได้ดี เหมือนลูกคนเล็กที่ต้องประคบประหงมเป็นพิเศษ
• Type E: คล้ายๆ Type K แต่ให้สัญญาณแรงกว่านิดนึง เหมาะกับงานที่ต้องการความไวในการตอบสนอง เหมือนเด็กวัยรุ่นที่ใจร้อน อยากได้อะไรต้องได้เดี๋ยวนั้น!
• Type N: ทนทานต่อการกัดกร่อนได้ดีกว่า Type K เหมาะกับงานอุตสาหกรรมหนักๆ เหมือนทหารผ่านศึกที่เจออะไรมาเยอะก็ยังไหว

ปัจจัยเสริมในการเลือกใช้ Thermocouple:

• อุณหภูมิ: แน่นอน! ต้องเลือกให้เหมาะสมกับช่วงอุณหภูมิที่จะวัด ไม่งั้นเดี๋ยว Thermocouple จะไหม้ หรือวัดค่าเพี้ยนไปเลย เหมือนเอาเสื้อกันหนาวไปใส่ตอนหน้าร้อน ใครมันจะทนได้!
• สภาพแวดล้อม: ถ้าต้องเจอกับความชื้น สารเคมี หรือการกัดกร่อน ก็ต้องเลือก Thermocouple ที่ทนทานหน่อย ไม่งั้นเดี๋ยวพังก่อนวัยอันควร เหมือนเอารถเก๋งไปลุยโคลน ยังไงก็ไม่รอด!
• ความแม่นยำ: ถ้าต้องการความแม่นยำสูงๆ ก็ต้องเลือก Thermocouple ที่มีค่าความคลาดเคลื่อนต่ำๆ เหมือนช่างทองที่ต้องละเอียดทุกขั้นตอน
• ราคา: ก็เป็นปัจจัยสำคัญนะจ๊ะ เลือก Thermocouple ที่คุ้มค่ากับเงินที่จ่ายไป อย่าซื้อของแพงเกินความจำเป็น เหมือนซื้อรถสปอร์ตมาขับในซอยบ้าน ก็เท่านั้น!

ส่วนเรื่องฉนวนหุ้มสาย Thermocouple:

• Fiber Glass: ใช้ได้ถึง 300°C เหมาะกับงานแห้งๆ อย่าให้โดนน้ำ เดี๋ยวจะเปื่อยยุ่ย เหมือนกระดาษที่โดนน้ำแล้วเละ
• PVC: แค่ 105°C เอง! เหมาะกับงานที่มีความชื้นนิดหน่อย แต่ไม่ทนน้ำมันนะจ๊ะ เหมือนรองเท้าแตะที่ใส่เดินในบ้านได้ แต่เอาไปใส่ลุยน้ำท่วมไม่ได้
• Teflon: ทนได้ถึง 350°C เหมาะกับงานที่มีความชื้น เพราะมันกันน้ำได้ดี เหมือนเสื้อกันฝนที่ใส่แล้วไม่เปียก

ข้อมูลเพิ่มเติม (เผื่ออยากรู้ลึกกว่านี้):

• Thermocouple แต่ละ Type มีองค์ประกอบทางเคมีที่ต่างกัน ทำให้มีคุณสมบัติในการวัดอุณหภูมิที่แตกต่างกัน
• การเลือก Thermocouple ที่เหมาะสมจะช่วยให้การวัดอุณหภูมิมีความแม่นยำและเชื่อถือได้
• อย่าลืมตรวจสอบ Calibration ของ Thermocouple เป็นประจำ เพื่อให้มั่นใจว่ายังวัดค่าได้ถูกต้อง

สรุปแล้ว การเลือก Thermocouple ก็เหมือนกับการเลือกคู่ครอง ต้องดูให้ดี เลือกให้เหมาะสมกับความต้องการ และดูแลรักษาให้ดีๆ นะจ๊ะ!

PT100 กับ Thermocouple ต่างกันอย่างไร

PT100 กับ Thermocouple ต่างกันเหรอ… เหมือนเรามองดาวคนละดวงเลยนะ

• PT100: คือสายแพลทินัม เล็กๆ ความต้านทานมันเปลี่ยนตามอุณหภูมิ ง่ายๆ แค่นั้นเลย ที่ 0 องศา มันจะ 100 โอห์มเป๊ะๆ

• Thermocouple: อันนี้ซับซ้อนกว่า ใช้โลหะสองชนิดมาเชื่อมกัน พออุณหภูมิเปลี่ยน มันจะสร้างกระแสไฟฟ้าขึ้นมา นิดเดียวแหละ แต่มันมี

เหมือน PT100 จะตรงไปตรงมามากกว่า Thermocouple ดูเหมือนจะซับซ้อนกว่า

แต่ทั้งสองอย่าง…มันก็แค่วิธีวัดอุณหภูมิเท่านั้นแหละ

• ความแม่นยำ: PT100 มักจะแม่นยำกว่าในระยะใกล้ๆ แต่ Thermocouple ทนความร้อนได้สูงกว่ามาก

• ช่วงอุณหภูมิ: Thermocouple ไปได้ไกลกว่า PT100 มากๆ บางทีเป็นพันองศาเลย

• ราคา: ปกติ Thermocouple จะถูกกว่า PT100 เยอะ

• การใช้งาน: แล้วแต่เลย ว่าอยากได้อะไร แม่นยำ ทน หรือถูก

เหมือนชีวิตเลยนะ บางทีเราก็เลือกทางที่ง่าย บางทีก็ต้องเลือกทางที่ยากกว่า เพื่อให้ได้สิ่งที่ต้องการ

Thermocouple มีกี่ Type

อย่างน้อยสิบเอ็ดแบบ จริง ๆ แล้วมากกว่านั้นอีก แต่ใครจะไปจำหมดวะ

พวกที่ใช้บ่อยก็ K, J, N, E, T โลหะถูกดี เหมาะกับงานทั่วไป

• Type K: โครเมล-อลูเมล ทนทาน ราคาประหยัด ใช้เยอะสุด
• Type J: เหล็ก-คอนสแตนตัน ราคาถูก ช่วงอุณหภูมิแคบกว่า K
• Type N: นิเกิล-โครเมียม-ซิลิกอน-อลูมิเนียม เสถียร ทนความชื้น
• Type E: โครเมล-คอนสแตนตัน แรงดันไฟฟ้าสูง วัดอุณหภูมิต่ำได้ดี
• Type T: ทองแดง-คอนสแตนตัน แม่นยำ อุณหภูมิต่ำ

ปีนี้ ใช้ข้อมูลจากแคตตาล็อก WIKA เวอร์ชั่นล่าสุดที่ผมมี ไม่ใช่ของเก่า อย่ามาถามเรื่องปีที่แล้วอีก รำคาญ

เพิ่มเติมนิดนึง แต่ละ Type ก็มีข้อดีข้อเสียแตกต่างกันไป เลือกให้เหมาะกับงาน ไม่งั้นเละ