เทอร์โมคัปเปิ้ล, หนึ่งในเซ็นเซอร์อุณหภูมิ

เซ็นเซอร์วัดอุณหภูมิมีการใช้กันอย่างแพร่หลายและมีหลายประเภท, แต่ประเภททั่วไปที่สำคัญคือ: เทอร์โมคัปเปิล (PT100/PT1000), เทอร์โมพีล, เทอร์มิสเตอร์, เครื่องตรวจจับอุณหภูมิความต้านทาน, และเซ็นเซอร์วัดอุณหภูมิไอซี. เซ็นเซอร์วัดอุณหภูมิไอซีมีสองประเภท: เซ็นเซอร์เอาต์พุตแบบอะนาล็อกและเซ็นเซอร์เอาต์พุตแบบดิจิทัล. ตามลักษณะวัสดุและส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์ของเซ็นเซอร์อุณหภูมิ, แบ่งออกเป็นสองประเภท: ตัวต้านทานความร้อนและเทอร์โมคัปเปิ้ล. เทอร์โมคัปเปิลกลายเป็นวิธีการมาตรฐานอุตสาหกรรมสำหรับการวัดอุณหภูมิช่วงต่างๆ ที่คุ้มค่าและมีความแม่นยำพอสมควร. ใช้ในการใช้งานที่หลากหลายจนถึงอุณหภูมิประมาณ +2500°C ในหม้อไอน้ำ, เครื่องทำน้ำอุ่น, เตาอบ, และเครื่องยนต์อากาศยาน—และอื่นๆ อีกมากมาย.

ชนิดเทอร์โมคัปเปิ้ลแพลทินัม-โรเดียม ทนอุณหภูมิสูง 1600 ท่อคอรันดัมองศา

PT100 หัววัดอุณหภูมิแบบเข็ม เทอร์โมคัปเปิล

3-ลวด PT100 เทอร์โมคัปเปิ้ลต้านทานแพลทินัมพร้อมสายเคเบิลหุ้มฉนวน

(1) คำจำกัดความพื้นฐานของเทอร์โมคัปเปิ้ล
เทอร์โมคัปเปิ้ลเป็นหนึ่งในองค์ประกอบการตรวจจับอุณหภูมิที่ใช้บ่อยที่สุดในอุตสาหกรรม. หลักการทำงานของเทอร์โมคัปเปิ้ลขึ้นอยู่กับผลของ Seebeck, ซึ่งเป็นปรากฏการณ์ทางกายภาพซึ่งมีตัวนำสองตัวที่มีส่วนประกอบต่างกันเชื่อมต่อกันที่ปลายทั้งสองข้างจนเกิดเป็นวง. หากอุณหภูมิของปลายเชื่อมต่อทั้งสองแตกต่างกัน, กระแสความร้อนจะถูกสร้างขึ้นในลูป.

เป็นหนึ่งในเซ็นเซอร์วัดอุณหภูมิที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในการวัดอุณหภูมิทางอุตสาหกรรม, เทอร์โมคัปเปิล, ร่วมกับตัวต้านทานความร้อนแพลตตินัม, บัญชีเกี่ยวกับ 60% ของจำนวนเซ็นเซอร์อุณหภูมิทั้งหมด. โดยปกติเทอร์โมคัปเปิลจะใช้ร่วมกับอุปกรณ์แสดงผลเพื่อวัดอุณหภูมิพื้นผิวของของเหลวโดยตรง, ไอระเหย, ตัวกลางก๊าซและของแข็งในช่วง -40 ถึง 1800°C ในกระบวนการผลิตต่างๆ. ข้อดี ได้แก่ ความแม่นยำในการวัดสูง, ช่วงการวัดที่กว้าง, โครงสร้างเรียบง่ายและใช้งานง่าย.

(2) หลักการพื้นฐานของการวัดอุณหภูมิเทอร์โมคัปเปิล
เทอร์โมคัปเปิลเป็นองค์ประกอบตรวจจับอุณหภูมิที่สามารถวัดอุณหภูมิได้โดยตรงและแปลงเป็นสัญญาณศักย์เทอร์โมอิเล็กทริก. สัญญาณจะถูกแปลงเป็นอุณหภูมิของตัวกลางที่วัดได้ผ่านเครื่องมือไฟฟ้า. หลักการทำงานของเทอร์โมคัปเปิลคือตัวนำสองตัวที่มีส่วนประกอบต่างกันจะรวมตัวกันเป็นวงปิด. เมื่อมีการไล่ระดับอุณหภูมิ, กระแสจะไหลผ่านลูปและสร้างศักย์เทอร์โมอิเล็กทริก, ซึ่งเป็นเอฟเฟ็กต์ซีเบค. ตัวนำทั้งสองของเทอร์โมคัปเปิลเรียกว่าเทอร์โมคัปเปิล, ปลายด้านหนึ่งคือส่วนท้ายของการทำงาน (อุณหภูมิที่สูงขึ้น) และอีกปลายหนึ่งคือปลายที่ว่าง (มักจะอยู่ที่อุณหภูมิคงที่). ตามความสัมพันธ์ระหว่างศักย์เทอร์โมอิเล็กทริกกับอุณหภูมิ, มีการสร้างสเกลเทอร์โมคัปเปิล. เทอร์โมคัปเปิลต่างกันมีสเกลต่างกัน.

เมื่อวัสดุโลหะชิ้นที่สามเชื่อมต่อกับห่วงเทอร์โมคัปเปิล, ตราบใดที่อุณหภูมิของหน้าสัมผัสทั้งสองของวัสดุเท่ากัน, ศักย์เทอร์โมอิเล็กทริกที่สร้างโดยเทอร์โมคัปเปิลจะยังคงไม่เปลี่ยนแปลงและจะไม่ได้รับผลกระทบจากโลหะตัวที่สาม. ดังนั้น, เมื่อทำการวัดอุณหภูมิของเทอร์โมคัปเปิ้ล, สามารถเชื่อมต่อเครื่องมือวัดเพื่อกำหนดอุณหภูมิของตัวกลางที่วัดได้โดยการวัดศักย์เทอร์โมอิเล็กทริก. เทอร์โมคัปเปิลเชื่อมตัวนำหรือเซมิคอนดักเตอร์ A และ B เข้ากับวงปิด.

เทอร์โมคัปเปิลเชื่อมตัวนำหรือเซมิคอนดักเตอร์ A และ B สองตัวที่ทำจากวัสดุต่างกันเข้าด้วยกันเพื่อสร้างวงปิด, ดังแสดงในรูป.

เมื่ออุณหภูมิระหว่างจุดยึดทั้งสองจุดแตกต่างกัน 1 และ 2 ของตัวนำ A และ B, แรงเคลื่อนไฟฟ้าถูกสร้างขึ้นระหว่างคนทั้งสอง, จึงเกิดกระแสในวงรอบขนาดหนึ่ง. ปรากฏการณ์นี้เรียกว่าปรากฏการณ์เทอร์โมอิเล็กทริก. เทอร์โมคัปเปิลทำงานโดยใช้เอฟเฟกต์นี้.

ตัวนำสองตัวที่มีส่วนประกอบต่างกัน (เรียกว่าสายเทอร์โมคัปเปิลหรืออิเล็กโทรดร้อน) เชื่อมปลายทั้งสองข้างเข้าด้วยกันเป็นวง. เมื่ออุณหภูมิของทางแยกต่างกัน, แรงเคลื่อนไฟฟ้าจะถูกสร้างขึ้นในวง. ปรากฏการณ์นี้เรียกว่าปรากฏการณ์เทอร์โมอิเล็กทริก, และแรงเคลื่อนไฟฟ้านี้เรียกว่าศักย์เทอร์โมอิเล็กทริก. เทอร์โมคัปเปิ้ลใช้หลักการนี้ในการวัดอุณหภูมิ. ในหมู่พวกเขา, ส่วนปลายที่ใช้วัดอุณหภูมิของตัวกลางโดยตรงเรียกว่าส่วนปลายทำงาน (เรียกอีกอย่างว่าปลายวัด), และอีกปลายหนึ่งเรียกว่าปลายเย็น (เรียกอีกอย่างว่าการสิ้นสุดการชดเชย); ส่วนปลายเย็นเชื่อมต่อกับอุปกรณ์แสดงผลหรืออุปกรณ์ที่ตรงกัน, และเครื่องมือแสดงผลจะระบุศักย์เทอร์โมอิเล็กทริกที่สร้างโดยเทอร์โมคัปเปิล.

เทอร์โมคัปเปิลเป็นตัวแปลงพลังงานที่แปลงพลังงานความร้อนเป็นพลังงานไฟฟ้า และวัดอุณหภูมิโดยการวัดศักย์เทอร์โมอิเล็กทริกที่สร้างขึ้น. เมื่อศึกษาศักย์เทอร์โมอิเล็กทริกของเทอร์โมคัปเปิ้ล, จำเป็นต้องสังเกตประเด็นต่อไปนี้:
1) ศักย์เทอร์โมอิเล็กทริกของเทอร์โมคัปเปิลคือฟังก์ชันของความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างปลายทั้งสองของเทอร์โมคัปเปิล, ไม่ใช่ความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างปลายทั้งสองของเทอร์โมคัปเปิล.
2) ขนาดของศักย์เทอร์โมอิเล็กทริกที่สร้างโดยเทอร์โมคัปเปิลไม่เกี่ยวข้องกับความยาวและเส้นผ่านศูนย์กลางของเทอร์โมคัปเปิล, แต่จะมีเฉพาะองค์ประกอบของวัสดุเทอร์โมคัปเปิลและความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างปลายทั้งสองเท่านั้น, โดยมีเงื่อนไขว่าวัสดุเทอร์โมคัปเปิลมีความสม่ำเสมอ.
3) หลังจากกำหนดองค์ประกอบวัสดุของสายเทอร์โมคัปเปิลทั้งสองเส้นของเทอร์โมคัปเปิลแล้ว, ขนาดของศักย์เทอร์โมอิเล็กทริกของเทอร์โมคัปเปิลจะสัมพันธ์กับความแตกต่างของอุณหภูมิของเทอร์โมคัปเปิลเท่านั้น. หากอุณหภูมิปลายเย็นของเทอร์โมคัปเปิลคงที่, ศักย์เทอร์โมอิเล็กทริกของเทอร์โมคัปเปิลเป็นเพียงฟังก์ชันค่าเดียวของอุณหภูมิสิ้นสุดการทำงาน.
วัสดุเทอร์โมคัปเปิ้ลที่นิยมใช้กันได้แก่:
(3) ประเภทและโครงสร้างของเทอร์โมคัปเปิ้ล
ประเภท
เทอร์โมคัปเปิลสามารถแบ่งออกได้เป็น 2 ประเภท: เทอร์โมคัปเปิลมาตรฐานและเทอร์โมคัปเปิลที่ไม่ได้มาตรฐาน. เทอร์โมคัปเปิลมาตรฐานที่เรียกว่าหมายถึงเทอร์โมคัปเปิลซึ่งมาตรฐานแห่งชาติกำหนดความสัมพันธ์ระหว่างศักย์เทอร์โมอิเล็กทริกและอุณหภูมิ, ข้อผิดพลาดที่อนุญาต, และมีมาตราส่วนมาตรฐานที่เป็นหนึ่งเดียว. มีเครื่องมือแสดงผลที่ตรงกันสำหรับการเลือก. เทอร์โมคัปเปิลที่ไม่ได้มาตรฐานจะด้อยกว่าเทอร์โมคัปเปิลที่ได้มาตรฐานในแง่ของช่วงการใช้งานหรือลำดับความสำคัญ, และโดยทั่วไปไม่มีมาตราส่วนรวม. ส่วนใหญ่จะใช้สำหรับการวัดในโอกาสพิเศษบางอย่าง.

โครงสร้างพื้นฐานของเทอร์โมคัปเปิ้ล:
โครงสร้างพื้นฐานของเทอร์โมคัปเปิลที่ใช้วัดอุณหภูมิทางอุตสาหกรรม ได้แก่ ลวดเทอร์โมคัปเปิล, ท่อฉนวน, ท่อป้องกันและกล่องรวมสัญญาณ, ฯลฯ.

ลวดเทอร์โมคัปเปิลที่ใช้กันทั่วไปและคุณสมบัติต่างๆ:
ก. เทอร์โมคัปเปิ้ลแพลตตินัม-โรเดียม 10-แพลตตินัม (ด้วยหมายเลขสำเร็จการศึกษา S, หรือที่เรียกว่าเทอร์โมคัปเปิลแพลตตินัม-โรเดียมเดี่ยว). อิเล็กโทรดบวกของเทอร์โมคัปเปิลนี้คือโลหะผสมแพลตตินัม-โรเดียมที่ประกอบด้วย 10% โรเดียม, และขั้วลบคือแพลตตินัมบริสุทธิ์;

คุณสมบัติ:
(1) ประสิทธิภาพเทอร์โมอิเล็กทริกที่เสถียร, ต้านทานการเกิดออกซิเดชันที่แข็งแกร่ง, เหมาะสำหรับการใช้งานต่อเนื่องในบรรยากาศออกซิไดซ์, อุณหภูมิการใช้งานในระยะยาวสามารถเข้าถึง 1300 ℃, เมื่อเกิน 1,400 ℃, แม้กระทั่งในอากาศ, ลวดแพลตตินัมบริสุทธิ์จะตกผลึกอีกครั้ง, ทำให้เมล็ดหยาบและหัก;
(2) ความแม่นยำสูง. เป็นเกรดที่มีความแม่นยำสูงสุดในบรรดาเทอร์โมคัปเปิ้ลทั้งหมด และมักจะใช้เป็นมาตรฐานหรือใช้ในการวัดอุณหภูมิที่สูงขึ้น;
(3) ใช้งานได้หลากหลาย, ความสม่ำเสมอที่ดีและการแลกเปลี่ยนกันได้;
(4) ข้อเสียเปรียบหลักคือ: ศักย์เทอร์โมอิเล็กทริกดิฟเฟอเรนเชียลขนาดเล็ก, ความไวต่ำมาก; ราคาแพง, ความแข็งแรงเชิงกลต่ำ, ไม่เหมาะสำหรับใช้ในบรรยากาศที่ลดลงหรือภายใต้สภาวะไอของโลหะ.

บี. เทอร์โมคัปเปิ้ลแพลตตินัม-โรเดียม 13-แพลตตินัม (ด้วยหมายเลขสำเร็จการศึกษา R, หรือที่เรียกว่าเทอร์โมคัปเปิลแพลตตินัม-โรเดียมเดี่ยว) อิเล็กโทรดบวกของเทอร์โมคัปเปิลนี้คือโลหะผสมแพลตตินัม-โรเดียมที่ประกอบด้วย 13%, และขั้วลบคือแพลตตินัมบริสุทธิ์. เมื่อเทียบกับประเภท S, อัตราที่เป็นไปได้อยู่ที่ประมาณ 15% สูงกว่า. คุณสมบัติอื่นๆก็เกือบจะเหมือนกัน. เทอร์โมคัปเปิลชนิดนี้นิยมใช้เป็นเทอร์โมคัปเปิ้ลอุณหภูมิสูงมากที่สุดในอุตสาหกรรมของญี่ปุ่น, แต่ใช้น้อยในจีน;

ค. แพลตตินัม-โรเดียม 30-แพลตตินัม-โรเดียม 6 เทอร์โมคัปเปิล (แผนกหมายเลข B, หรือที่เรียกว่าเทอร์โมคัปเปิ้ลแพลทินัมโรเดียมคู่) อิเล็กโทรดบวกของเทอร์โมคัปเปิลนี้คือโลหะผสมแพลตตินัม-โรเดียมที่ประกอบด้วย 30% โรเดียม, และขั้วลบเป็นโลหะผสมแพลตตินัมโรเดียมที่ประกอบด้วย 6% โรเดียม. ที่อุณหภูมิห้อง, ศักย์เทอร์โมอิเล็กทริกมีขนาดเล็กมาก, ดังนั้นโดยทั่วไปจึงไม่มีการใช้สายไฟชดเชยในระหว่างการวัด, และอิทธิพลของการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิปลายเย็นสามารถละเลยได้. อุณหภูมิการใช้งานระยะยาวคือ 1600 ℃, และอุณหภูมิการใช้งานระยะสั้นคือ 1800 ℃. เนื่องจากศักย์เทอร์โมอิเล็กทริกมีน้อย, จำเป็นต้องใช้อุปกรณ์แสดงผลที่มีความไวสูงกว่า.

เทอร์โมคัปเปิลชนิด B เหมาะสำหรับใช้ในบรรยากาศออกซิไดซ์หรือเป็นกลาง, และยังสามารถใช้งานได้ระยะสั้นในบรรยากาศสุญญากาศอีกด้วย. ถึงแม้จะอยู่ในบรรยากาศที่ลดน้อยลงก็ตาม, ชีวิตของมันคือ 10 ถึง 20 เท่าของ Type B. ครั้ง. เนื่องจากอิเล็กโทรดทำจากโลหะผสมแพลตตินัมโรเดียม, ไม่มีข้อเสียทั้งหมดของอิเล็กโทรดลบของเทอร์โมคัปเปิ้ลแพลตตินัม-โรเดียม-แพลตตินัม. มีแนวโน้มน้อยที่จะเกิดการตกผลึกขนาดใหญ่ที่อุณหภูมิสูง, และมีความแข็งแรงทางกลมากขึ้น. ในเวลาเดียวกัน, เนื่องจากมีอิทธิพลน้อยต่อการดูดซับสิ่งเจือปนหรือการเคลื่อนตัวของโรเดียม, ศักย์เทอร์โมอิเล็กทริกไม่เปลี่ยนแปลงอย่างรุนแรงหลังจากใช้งานเป็นเวลานาน. ข้อเสียคือมันมีราคาแพง (สัมพันธ์กับแพลตตินัม-โรเดียมเดี่ยว).

ดี. นิกเกิล-โครเมียม-นิกเกิล-ซิลิคอน (นิกเกิลอลูมิเนียม) เทอร์โมคัปเปิล (หมายเลขการให้คะแนนคือ K) อิเล็กโทรดบวกของเทอร์โมคัปเปิลนี้คือโลหะผสมนิกเกิลโครเมียมที่ประกอบด้วย 10% โครเมียม, และขั้วลบเป็นโลหะผสมนิกเกิลซิลิกอนที่ประกอบด้วย 3% ซิลิคอน (ขั้วลบของผลิตภัณฑ์ในบางประเทศเป็นนิกเกิลบริสุทธิ์). สามารถวัดอุณหภูมิปานกลางได้ 0-1300°C และเหมาะสำหรับการใช้งานอย่างต่อเนื่องในก๊าซออกซิไดซ์และก๊าซเฉื่อย. อุณหภูมิการใช้งานระยะสั้นคือ 1200 ℃, และอุณหภูมิการใช้งานในระยะยาวคือ 1,000 ℃. ศักย์เทอร์โมอิเล็กทริกของมันคือความสัมพันธ์ของอุณหภูมิเป็นเส้นตรงโดยประมาณ, ราคาถูก, และเป็นเทอร์โมคัปเปิ้ลที่นิยมใช้กันมากที่สุดในปัจจุบัน.

เทอร์โมคัปเปิลชนิด K เป็นเทอร์โมคัปเปิลโลหะฐานที่มีความต้านทานการเกิดออกซิเดชันอย่างแรง. ไม่เหมาะกับการใช้ลวดเปลือยในสุญญากาศ, ที่ประกอบด้วยกำมะถัน, บรรยากาศที่มีคาร์บอน, และบรรยากาศสลับรีดอกซ์. เมื่อความดันย่อยออกซิเจนต่ำ, โครเมียมในอิเล็กโทรดนิกเกิล-โครเมียมจะถูกออกซิไดซ์เป็นพิเศษ, ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงอย่างมากในศักย์เทอร์โมอิเล็กทริก, แต่ก๊าซโลหะมีผลเพียงเล็กน้อย. ดังนั้น, มักใช้ท่อป้องกันโลหะ.

พร้อมปลั๊กตัวผู้สีเหลือง เทอร์โมคัปเปิลชนิด K แบบสปริงโหลด

เซนเซอร์วัดอุณหภูมิชนิด K พร้อมหัววัดสแตนเลส

เซนเซอร์วัดอุณหภูมิเทอร์โมคัปเปิล WRN-K ซีรี่ส์สแตนเลสชนิด K

ข้อเสียของเทอร์โมคัปเปิลชนิด K:
(1) ความเสถียรที่อุณหภูมิสูงของศักย์เทอร์โมอิเล็กทริกนั้นแย่กว่าเทอร์โมคัปเปิลชนิด N และเทอร์โมคัปเปิลโลหะมีค่า. ที่อุณหภูมิสูงขึ้น (ตัวอย่างเช่น, มากกว่า 1,000 องศาเซลเซียส), มักได้รับความเสียหายจากการเกิดออกซิเดชัน.
(2) เสถียรภาพของวงจรความร้อนในระยะสั้นไม่ดีในช่วง 250-500°C, นั่นคือ, ที่อุณหภูมิจุดเดียวกัน, การอ่านค่าศักย์ไฟฟ้าของเทอร์โมอิเล็กทริกจะแตกต่างกันในระหว่างกระบวนการทำความร้อนและความเย็น, และความแตกต่างอาจสูงถึง 2-3°C.
(3) อิเล็กโทรดลบจะเกิดการเปลี่ยนแปลงทางแม่เหล็กในช่วง 150-200°C, ทำให้ค่าการสำเร็จการศึกษาในช่วงอุณหภูมิห้องถึง 230°C เบี่ยงเบนไปจากตารางการสำเร็จการศึกษา. โดยเฉพาะ, เมื่อใช้ในสนามแม่เหล็ก, การรบกวนที่อาจเกิดขึ้นจากเทอร์โมอิเล็กทริกที่ไม่ขึ้นอยู่กับเวลามักเกิดขึ้น.
(4) เมื่อสัมผัสกับการฉายรังสีระบบกลางฟลักซ์สูงเป็นเวลานาน, ธาตุเช่นแมงกานีส (MN) และโคบอลต์ (ร่วม) ในขั้วลบจะเกิดการเปลี่ยนแปลง, ทำให้เสถียรภาพของมันแย่ลง, ส่งผลให้เกิดการเปลี่ยนแปลงศักย์เทอร์โมอิเล็กทริกอย่างมาก.

อี. เทอร์โมคัปเปิลนิกเกิล-โครเมียม-ซิลิคอน-นิกเกิล-ซิลิคอน (n) คุณสมบัติหลักของเทอร์โมคัปเปิ้ลนี้คือ: การควบคุมอุณหภูมิที่แข็งแกร่งและความต้านทานต่อการเกิดออกซิเดชันต่ำกว่า 1300 ℃, เสถียรภาพในระยะยาวที่ดีและความสามารถในการทำซ้ำวงจรความร้อนในระยะสั้น, ทนต่อรังสีนิวเคลียร์และอุณหภูมิต่ำได้ดี. นอกจากนี้, ในช่วง 400-1300 ℃, ความเป็นเชิงเส้นของลักษณะเทอร์โมอิเล็กทริกของเทอร์โมคัปเปิลชนิด N นั้นดีกว่าความเป็นเส้นตรงของชนิด K. อย่างไรก็ตาม, ข้อผิดพลาดแบบไม่เชิงเส้นมีขนาดใหญ่ในช่วงอุณหภูมิต่ำ (-200-400℃), และวัสดุนั้นแข็งและแปรรูปยาก.

อี. เทอร์โมคัปเปิลทองแดง-ทองแดง-นิกเกิล (ต) เทอร์โมคัปเปิลชนิด T, อิเล็กโทรดบวกของเทอร์โมคัปเปิลนี้คือทองแดงบริสุทธิ์, และขั้วลบคือโลหะผสมทองแดง-นิกเกิล (ยังเป็นที่รู้จักกันในนามคอนสแตนตัน). คุณสมบัติหลักคือ: ท่ามกลางเทอร์โมคัปเปิ้ลโลหะฐาน, มีความแม่นยำสูงสุดและความสม่ำเสมอที่ดีของเทอร์โมอิเล็กโทรด. อุณหภูมิในการทำงานคือ -200~350℃. เนื่องจากเทอร์โมคัปเปิลทองแดงออกซิไดซ์ได้ง่ายและฟิล์มออกไซด์หลุดง่าย, โดยทั่วไปจะไม่อนุญาตให้เกิน 300 ℃ เมื่อใช้ในบรรยากาศออกซิไดซ์, และอยู่ในช่วง -200~300°C. พวกเขาค่อนข้างอ่อนไหว. คุณสมบัติอีกประการหนึ่งของเทอร์โมคัปเปิลทองแดงคอนสแตนตันก็คือราคาถูก, และมีราคาถูกที่สุดในบรรดาผลิตภัณฑ์มาตรฐานที่ใช้กันทั่วไปหลายรายการ.

เอฟ. เทอร์โมคัปเปิลแบบเหล็ก-คอนสแตนตัน (หมายเลขการให้คะแนนคือ J)
เทอร์โมคัปเปิลชนิด J, อิเล็กโทรดบวกของเทอร์โมคัปเปิลนี้คือเหล็กบริสุทธิ์, และขั้วลบคือค่าคงที่ (โลหะผสมทองแดงนิกเกิล), ซึ่งโดดเด่นด้วยราคาถูก. เหมาะสำหรับการลดหรือเฉื่อยบรรยากาศของการเกิดออกซิเดชันในสุญญากาศ, และช่วงอุณหภูมิอยู่ที่ -200~800℃. อย่างไรก็ตาม, อุณหภูมิที่ใช้กันทั่วไปต่ำกว่า 500 ℃เท่านั้น, เพราะหลังจากเกินอุณหภูมินี้แล้ว, อัตราการเกิดออกซิเดชันของเทอร์โมคัปเปิลของเหล็กจะเร่งขึ้น. หากใช้ลวดที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางหนา, ยังคงสามารถใช้งานได้ที่อุณหภูมิสูงและมีอายุการใช้งานยาวนานขึ้น. เทอร์โมคัปเปิ้ลนี้ทนทานต่อการกัดกร่อนด้วยไฮโดรเจน (H2) และคาร์บอนมอนอกไซด์ (บจก) ก๊าซ, แต่ไม่สามารถใช้ในอุณหภูมิสูงได้ (E.G. 500℃) กำมะถัน (ส) บรรยากาศ.

ก. นิกเกิล-โครเมียม-ทองแดง-นิกเกิล (คอนสตันตัน) เทอร์โมคัปเปิล (รหัสแผนก E)
เทอร์โมคัปเปิ้ล Type E เป็นผลิตภัณฑ์ที่ค่อนข้างใหม่, ด้วยขั้วบวกของโลหะผสมนิกเกิล-โครเมียม และขั้วลบของโลหะผสมทองแดง-นิกเกิล (คอนสตันตัน). คุณสมบัติที่ใหญ่ที่สุดคือในบรรดาเทอร์โมคัปเปิลที่ใช้กันทั่วไป, ศักย์เทอร์โมอิเล็กทริกของมันใหญ่ที่สุด, นั่นคือ, ความไวของมันสูงสุด. แม้ว่าช่วงการใช้งานจะไม่กว้างเท่ากับ Type K, มักเลือกภายใต้เงื่อนไขที่ต้องการความไวสูง, การนำความร้อนต่ำ, และความต้านทานขนาดใหญ่ที่อนุญาต. ข้อจำกัดในการใช้งานเหมือนกับข้อจำกัดของ Type K, แต่ไม่ไวต่อการกัดกร่อนในบรรยากาศที่มีความชื้นสูงมากนัก.

นอกเหนือจากที่กล่าวมาข้างต้น 8 เทอร์โมคัปเปิลที่ใช้กันทั่วไป, นอกจากนี้ยังมีเทอร์โมคัปเปิ้ลทังสเตนรีเนียม, เทอร์โมคัปเปิลแพลทินัม-โรเดียม, เทอร์โมคัปเปิ้ลอิริเดียมเจอร์เมเนียม, เทอร์โมคัปเปิลแพลทินัม-โมลิบดีนัม, และเทอร์โมคัปเปิลวัสดุที่ไม่ใช่โลหะเป็นเทอร์โมคัปเปิลที่ไม่ได้มาตรฐาน. ตารางต่อไปนี้แสดงความสัมพันธ์ระหว่างข้อกำหนดเฉพาะของวัสดุและเส้นผ่านศูนย์กลางของเส้นลวดของเทอร์โมคัปเปิลที่ใช้กันทั่วไปและอุณหภูมิการใช้งาน:

เทอร์โมคัปเปิล เกรด หมายเลข เส้นผ่านศูนย์กลางลวด (มม) ระยะยาว ระยะสั้น
SΦ0.513001600
RF0.513001600
BΦ0.516001800
KΦ1.28001000

(4) การชดเชยอุณหภูมิของปลายความเย็นของเทอร์โมคัปเปิล
เพื่อเป็นการประหยัดต้นทุนของวัสดุเทอร์โมคัปเปิ้ล, โดยเฉพาะเมื่อใช้โลหะมีค่า, โดยปกติจะใช้ลวดชดเชยเพื่อขยายปลายความเย็น (สิ้นสุดฟรี) ของเทอร์โมคัปเปิ้ลเข้าไปในห้องควบคุมซึ่งมีอุณหภูมิค่อนข้างคงที่และต่อเข้ากับขั้วอุปกรณ์. ควรชัดเจนว่าบทบาทของสายชดเชยเทอร์โมคัปเปิลนั้นจำกัดอยู่ที่การขยายเทอร์โมคัปเปิลและการเคลื่อนย้ายปลายเย็นของเทอร์โมคัปเปิลไปยังขั้วต่อเครื่องมือในห้องควบคุม. โดยตัวมันเองไม่สามารถกำจัดอิทธิพลของการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิปลายเย็นที่มีต่อการวัดอุณหภูมิได้ และไม่สามารถมีบทบาทในการชดเชยได้.

ท่อฉนวน

ปลายการทำงานของเทอร์โมคัปเปิลถูกเชื่อมเข้าด้วยกันอย่างแน่นหนา, และเทอร์โมคัปเปิลจำเป็นต้องได้รับการปกป้องด้วยท่อฉนวน. มีวัสดุมากมายสำหรับทำท่อฉนวน, ซึ่งส่วนใหญ่แบ่งออกเป็นฉนวนอินทรีย์และอนินทรีย์. สำหรับปลายที่มีอุณหภูมิสูง, ต้องเลือกวัสดุอนินทรีย์เป็นท่อฉนวน. โดยทั่วไป, ท่อฉนวนดินเหนียวสามารถเลือกได้ต่ำกว่า 1,000 ℃, ท่ออลูมิเนียมสูงสามารถเลือกได้ต่ำกว่า 1300 ℃, และท่อคอรันดัมสามารถเลือกได้ที่อุณหภูมิต่ำกว่า 1,600 ℃.

ท่อป้องกัน

หน้าที่ของท่อป้องกันคือการป้องกันไม่ให้อิเล็กโทรดเทอร์โมคัปเปิลสัมผัสโดยตรงกับตัวกลางที่วัดได้. ฟังก์ชั่นนี้ไม่เพียงแต่ช่วยยืดอายุการใช้งานของเทอร์โมคัปเปิลเท่านั้น, แต่ยังมีหน้าที่รองรับและยึดเทอร์โมอิเล็กโทรดและเพิ่มความแข็งแรงอีกด้วย. ดังนั้น, การเลือกท่อป้องกันเทอร์โมคัปเปิลและวัสดุฉนวนที่ถูกต้องมีความสำคัญต่ออายุการใช้งานและความแม่นยำในการวัดของเทอร์โมคัปเปิล. วัสดุของท่อป้องกันส่วนใหญ่แบ่งออกเป็นสองประเภท: โลหะและอโลหะ.

สรุป:
เทอร์โมคัปเปิ้ลเป็นเซ็นเซอร์ที่ใช้กันทั่วไปในการวัดอุณหภูมิทางอุตสาหกรรม, ซึ่งโดดเด่นด้วยความแม่นยำสูง, เศรษฐกิจและการบังคับใช้กับช่วงอุณหภูมิที่กว้าง. วัดโดยการวัดอุณหภูมิที่แตกต่างกันระหว่างปลายร้อนและปลายเย็น.

เพื่อให้ได้อุณหภูมิของจุดตรวจจับปลายร้อน, จำเป็นต้องวัดอุณหภูมิปลายเย็นและปรับเอาต์พุตของเทอร์โมคัปเปิลให้เหมาะสม. โดยทั่วไป, จุดต่อเย็นจะถูกเก็บไว้ที่อุณหภูมิเดียวกับอินพุตของหน่วยประมวลผลสัญญาณเทอร์โมคัปเปิลผ่านแผ่นวัสดุที่มีค่าการนำความร้อนสูง. ทองแดงเป็นวัสดุที่มีค่าการนำความร้อนในอุดมคติ (381W/mK). การเชื่อมต่ออินพุตจะต้องแยกทางไฟฟ้าเพื่อป้องกันไม่ให้สัญญาณเทอร์โมคัปเปิลรบกวนการนำความร้อนบนชิป. หน่วยประมวลผลสัญญาณทั้งหมดควรอยู่ในสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิคงที่นี้.

ช่วงสัญญาณของเทอร์โมคัปเปิลมักจะอยู่ในระดับไมโครโวลต์/℃. หน่วยประมวลผลสัญญาณเทอร์โมคัปเปิลมีความไวต่อการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้ามาก (อีเอ็มไอ), และสายเทอร์โมคัปเปิลมักถูกรบกวนโดย EMI. EMI จะเพิ่มความไม่แน่นอนของสัญญาณที่ได้รับ และทำให้ความแม่นยำของข้อมูลอุณหภูมิที่รวบรวมเสียหาย. นอกจากนี้, สายเทอร์โมคัปเปิลเฉพาะที่จำเป็นสำหรับการเชื่อมต่อก็มีราคาแพงเช่นกัน, และหากไม่เปลี่ยนสายเคเบิลประเภทอื่นอย่างระมัดระวัง, อาจทำให้เกิดปัญหาในการวิเคราะห์ได้.

เนื่องจาก EMI เป็นสัดส่วนกับความยาวของเส้น, ตัวเลือกปกติในการลดสัญญาณรบกวนคือการวางวงจรควบคุมไว้ใกล้กับจุดตรวจจับ, เพิ่มบอร์ดระยะไกลใกล้กับจุดตรวจจับ, หรือใช้การกรองสัญญาณที่ซับซ้อนและการป้องกันสายเคเบิล. วิธีแก้ปัญหาที่หรูหรากว่าคือการแปลงเอาต์พุตเทอร์โมคัปเปิลให้เป็นดิจิทัลใกล้กับจุดตรวจจับ.

(5) ขั้นตอนการผลิตของกระบวนการเทอร์โมคัปเปิ้ล
การควบคุมกระบวนการผลิตเทอร์โมคัปเปิ้ลมีดังต่อไปนี้:
1) การตรวจสอบสายไฟ: ตรวจสอบมิติทางเรขาคณิตและศักย์เทอร์โมอิเล็กทริก.
2) การตรวจสอบสายชดเชย: ตรวจสอบมิติทางเรขาคณิตและศักย์เทอร์โมอิเล็กทริก.
3) เตรียมและตรวจสอบส่วนประกอบต่างๆ เช่น ช่องเสียบพลาสติก, หมวกอลูมิเนียม, ฐานทนไฟ, หลอดกระดาษและหลอดกระดาษขนาดเล็ก.
4) การเชื่อมปลายร้อน: ตรวจสอบอัตราที่เหมาะสมของข้อต่อบัดกรีและอัตราความยาวที่เหมาะสมผ่านแผนภูมิควบคุม P.
5) การหลอมลวด: รวมถึงการหลอมเบื้องต้น (หลอมหลังจากการล้างด้วยอัลคาไลและการล้างด้วยกรด) และการหลอมรอง (หลอมหลังจากผ่านท่อรูปตัวยู), ควบคุมอุณหภูมิและเวลาในการหลอม.
6) การตรวจสอบกระบวนการ: รวมถึงการตัดสินขั้ว, ความต้านทานของลูปและคุณภาพรูปลักษณ์ตลอดจนการตรวจสอบมิติทางเรขาคณิต.
7) การเชื่อมปลายเย็น: ควบคุมแรงดันไฟฟ้าในการเชื่อม, ตรวจสอบรูปร่างรอยต่อประสานและขนาดทรงกลม.
8) การประกอบและการเท: ประกอบตามต้องการ, รวมถึงการควบคุมตำแหน่งปลายร้อนและระยะห่างของสายชดเชย. ข้อกำหนดในการเทรวมถึงการเตรียมปูนซีเมนต์, อุณหภูมิและเวลาในการอบ, และการวัดความต้านทานของฉนวน.
9) การตรวจสอบขั้นสุดท้าย: ตรวจสอบรูปทรงเรขาคณิต, ความต้านทานวง, ขั้วบวกและขั้วลบและความต้านทานของฉนวน.

(6) การใช้งานเซ็นเซอร์เทอร์โมคัปเปิล
เทอร์โมคัปเปิลเกิดขึ้นจากการเชื่อมต่อตัวนำไฟฟ้าสองตัวเข้าด้วยกัน. เมื่อจุดเชื่อมต่อการวัดและจุดอ้างอิงอยู่ที่อุณหภูมิต่างกัน, แรงแม่เหล็กไฟฟ้าที่เรียกว่าเทอร์โมแม่เหล็กไฟฟ้า (แรงเคลื่อนไฟฟ้า) ถูกสร้างขึ้น. วัตถุประสงค์ของจุดเชื่อมต่อ หัวต่อการวัดเป็นส่วนหนึ่งของหัวต่อเทอร์โมคัปเปิลที่อยู่ที่อุณหภูมิที่วัดได้.

จุดเชื่อมต่ออ้างอิงมีบทบาทในการรักษาอุณหภูมิที่ทราบหรือชดเชยการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิในเทอร์โมคัปเปิลโดยอัตโนมัติ. ในการใช้งานทางอุตสาหกรรมทั่วไป, องค์ประกอบเทอร์โมคัปเปิลมักจะเชื่อมต่อกับขั้วต่อ, ในขณะที่หัวต่ออ้างอิงเชื่อมต่อกับสภาพแวดล้อมที่มีการควบคุมด้วยอุณหภูมิที่ค่อนข้างคงที่ผ่านสายต่อเทอร์โมคัปเปิลที่เหมาะสม. ประเภทของหัวต่ออาจเป็นหัวต่อเทอร์โมคัปเปิลที่เชื่อมต่อกับเปลือกหรือหัวต่อเทอร์โมคัปเปิลแบบหุ้มฉนวน.

หัวต่อเทอร์โมคัปเปิลที่เชื่อมต่อด้วยเปลือกเชื่อมต่อกับผนังโพรบโดยการเชื่อมต่อทางกายภาพ (การเชื่อม), และความร้อนจะถูกถ่ายเทจากด้านนอกไปยังจุดเชื่อมต่อผ่านผนังโพรบเพื่อให้ถ่ายเทความร้อนได้ดี. หัวต่อประเภทนี้เหมาะสำหรับการวัดอุณหภูมิของก๊าซและของเหลวที่มีฤทธิ์กัดกร่อนแบบคงที่หรือแบบไหล, เช่นเดียวกับการใช้งานแรงดันสูงบางประเภท.

เทอร์โมคัปเปิลหุ้มฉนวนมีจุดเชื่อมต่อที่แยกออกจากผนังโพรบและล้อมรอบด้วยผงเนื้ออ่อน. แม้ว่าเทอร์โมคัปเปิลแบบหุ้มฉนวนจะมีการตอบสนองช้ากว่าเทอร์โมคัปเปิลแบบมีเปลือกก็ตาม, พวกเขาให้การแยกทางไฟฟ้า. แนะนำให้ใช้เทอร์โมคัปเปิ้ลหุ้มฉนวนสำหรับการวัดในสภาพแวดล้อมที่มีฤทธิ์กัดกร่อน, โดยที่เทอร์โมคัปเปิลถูกแยกไฟฟ้าโดยสิ้นเชิงจากสภาพแวดล้อมโดยรอบด้วยปลอกหุ้ม.

เทอร์โมคัปเปิลแบบปลายสัมผัสช่วยให้ด้านบนของหัวต่อทะลุผ่านสภาพแวดล้อมโดยรอบได้. เทอร์โมคัปเปิลประเภทนี้ให้เวลาตอบสนองที่ดีที่สุด, แต่เหมาะสำหรับที่ไม่กัดกร่อนเท่านั้น, ไม่เป็นอันตราย, และการใช้งานแบบไม่มีแรงดัน. เวลาตอบสนองสามารถแสดงในรูปของค่าคงที่เวลาได้, ซึ่งหมายถึงเวลาที่ต้องใช้ในการเปลี่ยนแปลงเซ็นเซอร์ 63.2% จากค่าเริ่มต้นไปจนถึงค่าสุดท้ายในสภาพแวดล้อมที่มีการควบคุม. เทอร์โมคัปเปิลแบบปลายสัมผัสมีความเร็วตอบสนองที่เร็วที่สุด, และเส้นผ่านศูนย์กลางของปลอกโพรบก็จะเล็กลง, ยิ่งความเร็วในการตอบสนองเร็วขึ้นเท่านั้น, แต่อุณหภูมิการวัดสูงสุดที่อนุญาตจะต่ำกว่า.

เทอร์โมคัปเปิลแบบสายต่อใช้สายต่อเพื่อถ่ายโอนจุดอ้างอิงจากเทอร์โมคัปเปิลไปยังสายไฟที่ปลายอีกด้าน, ซึ่งโดยปกติจะอยู่ในสภาพแวดล้อมที่มีการควบคุมและมีลักษณะอุณหภูมิ-ความถี่แม่เหล็กไฟฟ้าเช่นเดียวกับเทอร์โมคัปเปิล. เมื่อเชื่อมต่ออย่างถูกต้อง, สายต่อจะถ่ายโอนจุดเชื่อมต่ออ้างอิงไปยังสภาพแวดล้อมที่มีการควบคุม.