ข้อดีและข้อเสียของการใช้เทอร์โมคัปเปิล

เทอร์โมคัปเปิลเป็นเซ็นเซอร์อุณหภูมิอย่างง่ายที่ใช้ในวิทยาศาสตร์และอุตสาหกรรม ประกอบด้วยลวดโลหะที่ไม่เหมือนกันสองเส้นมารวมกันที่จุดเดียวหรือทางแยก ซึ่งมักจะเชื่อมเพื่อความทนทานและความน่าเชื่อถือ

ที่ปลายวงจรเปิดของสายไฟเหล่านี้ เทอร์โมคัปเปิลจะสร้างแรงดันไฟฟ้าเพื่อตอบสนองต่อทางแยก อุณหภูมิ ผลของปรากฏการณ์ที่เรียกว่า Seebeck effect ซึ่งค้นพบในปี พ.ศ. 2364 โดย Thomas. นักฟิสิกส์ชาวเยอรมัน ซีเบ็ค.

โลหะสองเส้นที่สัมผัสกันจะทำให้เกิดแรงดันไฟฟ้าเมื่อถูกความร้อน อย่างไรก็ตาม โลหะผสมบางชนิดเป็นโลหะผสมมาตรฐานเนื่องจากระดับผลผลิต ความเสถียร และลักษณะทางเคมี

เทอร์โมคัปเปิลที่พบมากที่สุดคือเทอร์โมคัปเปิล "โลหะพื้นฐาน" ที่ทำด้วยเหล็กหรือโลหะผสมของนิกเกิลและองค์ประกอบอื่นๆ และรู้จักกันในชื่อประเภท J, K, T, E และ N ขึ้นอยู่กับองค์ประกอบ

เทอร์โมคัปเปิล “โลหะโนเบิล” ทำจากลวดแพลตตินั่ม-โรเดียมและแพลตตินั่มสำหรับการใช้งานในอุณหภูมิที่สูงขึ้น เรียกว่า Type R, S และ B เทอร์โมคัปเปิลสามารถวัดอุณหภูมิได้ตั้งแต่ -270 องศาเซลเซียส ถึง 1,700 องศาเซลเซียสหรือสูงกว่า (ประมาณ -454 องศาฟาเรนไฮต์ถึง 3,100 องศาฟาเรนไฮต์หรือสูงกว่า) ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับประเภท

ข้อดีและข้อเสียของเทอร์โมคัปเปิลขึ้นอยู่กับสถานการณ์ และสิ่งสำคัญคือต้องเข้าใจข้อจำกัดของเทอร์โมคัปเปิลก่อน เอาต์พุตของเทอร์โมคัปเปิลมีขนาดเล็กมาก โดยทั่วไปจะมีเพียง 0.001 โวลต์ที่อุณหภูมิห้อง เพิ่มขึ้นเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น แต่ละประเภทมีสมการในการแปลงแรงดันไฟเป็นอุณหภูมิ ความสัมพันธ์ไม่เป็นเส้นตรง ดังนั้นสมการเหล่านี้ค่อนข้างซับซ้อน มีหลายพจน์ ถึงกระนั้น เทอร์โมคัปเปิลก็จำกัดความแม่นยำไว้ที่ประมาณ 1 C หรือประมาณ 2 F อย่างดีที่สุด

เพื่อให้ได้ผลลัพธ์ที่ปรับเทียบแล้ว จะต้องเปรียบเทียบแรงดันไฟฟ้าของเทอร์โมคัปเปิลกับค่าอ้างอิง ซึ่งครั้งหนึ่งเคยเป็นเทอร์โมคัปเปิลอีกตัวที่แช่อยู่ในอ่างน้ำเย็น เครื่องมือนี้สร้าง "ทางแยกเย็น" ที่ 0 C หรือ 32 F แต่เห็นได้ชัดว่าไม่สะดวกและไม่สะดวก วงจรอ้างอิงจุดน้ำแข็งอิเล็กทรอนิกส์สมัยใหม่ได้เข้ามาแทนที่น้ำในน้ำแข็งอย่างทั่วถึง และช่วยให้สามารถใช้เทอร์โมคัปเปิลในการใช้งานแบบพกพาได้

เนื่องจากเทอร์โมคัปเปิลต้องการการสัมผัสของโลหะสองชนิดที่ไม่เหมือนกัน จึงอาจมีการกัดกร่อน ซึ่งอาจส่งผลต่อการสอบเทียบและความแม่นยำ ในสภาพแวดล้อมที่ไม่เอื้ออำนวย ทางแยกมักจะได้รับการปกป้องในปลอกเหล็ก ซึ่งป้องกันความชื้นหรือสารเคมีจากการทำลายสายไฟ อย่างไรก็ตาม การดูแลและบำรุงรักษาเทอร์โมคัปเปิลจำเป็นสำหรับประสิทธิภาพในระยะยาวที่ดี

เทอร์โมคัปเปิลนั้นเรียบง่าย ทนทาน ผลิตง่าย และมีราคาค่อนข้างถูก พวกเขาสามารถทำด้วยลวดที่ละเอียดมากเพื่อวัดอุณหภูมิของวัตถุขนาดเล็กเช่นแมลง เทอร์โมคัปเปิลมีประโยชน์ในช่วงอุณหภูมิที่กว้างมาก และสามารถใส่ในสถานที่ที่ยากลำบาก เช่น โพรงในร่างกาย หรือสภาพแวดล้อมที่ไม่เหมาะสม เช่น เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์

สำหรับข้อดีทั้งหมดเหล่านี้ ต้องพิจารณาข้อเสียของเทอร์โมคัปเปิลก่อนนำไปใช้ เอาต์พุตระดับมิลลิโวลต์ต้องการความซับซ้อนเพิ่มเติมของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ออกแบบอย่างพิถีพิถัน ทั้งสำหรับการอ้างอิงจุดน้ำแข็งและการขยายสัญญาณขนาดเล็ก

นอกจากนี้ การตอบสนองของแรงดันไฟฟ้าต่ำยังอ่อนไหวต่อสัญญาณรบกวนและการรบกวนจากอุปกรณ์ไฟฟ้าที่อยู่รอบๆ เทอร์โมคัปเปิลอาจต้องมีการหุ้มฉนวนเพื่อผลลัพธ์ที่ดี ความแม่นยำถูกจำกัดไว้ที่ประมาณ 1 C (ประมาณ 2 F) และอาจลดลงได้อีกโดยการกัดกร่อนของรอยต่อหรือสายไฟ

ข้อดีของเทอร์โมคัปเปิลได้นำไปสู่การรวมตัวกันในสถานการณ์ที่หลากหลาย ตั้งแต่การควบคุมเตาอบในครัวเรือนไปจนถึงการตรวจสอบอุณหภูมิของเครื่องบิน ยานอวกาศ และดาวเทียม เตาเผาและหม้อนึ่งความดันใช้เทอร์โมคัปเปิล เช่นเดียวกับเครื่องกดและแม่พิมพ์สำหรับการผลิต

เทอร์โมคัปเปิลหลายตัวสามารถต่อเข้าด้วยกันเป็นอนุกรมเพื่อสร้างเทอร์โมไพล์ ซึ่งจะให้แรงดันไฟที่ตอบสนองต่ออุณหภูมิมากกว่าเทอร์โมคัปเปิลตัวเดียว เทอร์โมไพล์ใช้ทำอุปกรณ์ที่มีความละเอียดอ่อนในการตรวจจับรังสีอินฟราเรด เทอร์โมไพล์ยังสามารถผลิตพลังงานสำหรับโพรบอวกาศจากความร้อนของการสลายตัวของกัมมันตภาพรังสีในเครื่องกำเนิดความร้อนด้วยความร้อนด้วยไอโซโทปของไอโซโทป