ส่วนเซ็นเซอร์วัดอุณหภูมิ (Temperature Sensor)
Block Diagram Thermocouple control circuit
การทำงานแบ่งออกเป็น 4 ขั้นตอน หลักๆ
1. Thermocouple
2. IC AD595
3. Signal Condition Circuit
4. V/I converter & Differential Circuit (V/I Converter)
1. Thermocouple ใช้เทอร์โมคัปเปิล ชนิด K
เทอร์โมคัปเปิลแบบ K ธาตุหนึ่งที่เป็นฐานสำหรับการสร้างคือ นิกเกิล เทอร์โมคัปเปิลชนิดนี้เริ่มผลิตให้เป็นมาตรฐานตั้งแต่ปี ค.ศ. 1916 โดยพื้นฐานการผลิต ขั้วหนึ่งจะเป็นนิกเกิลที่เจือปนด้วยอะลูมิเนียมส่วนอีกด้านที่เจือปนด้วยโครเมียม
เทอร์มคัปเปิลชนิด K ที่กำหนดเป็นค่ามาตรฐานจะไม่ใช้โลหะผสมแต่โดยทั่วไปจะผสมธาตุพิเศษเข้าไปเพื่อปรับปรุงคุณภาพของแรงเคลื่อน/อุณหภูมิของจุดหลอมละลายที่กำหนดไว้ข้อควรระวังในการใช้งานของชนิด K มีดังนี้
1. ขั้วลบของเทอร์โมคัปเปิลจะเป็นวัสดุเฟอร์โรแมกเนติก (เหล็กที่เป็นสารแม่เหล็ก) ที่อุณหภูมิห้อง แต่ที่จุดคิวรีของมัน ( curie point คืออุณหภูมิที่มันเปลี่ยนจากคุณสมบัติเหล็กไปเป็นแม่เหล็ก) อยู่ในช่วงที่ใช้งานพอดี ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงแรงเคลื่อนทางเอาต์พุตอย่างทันทีทันใด ยิ่งไปกว่านั้นพบว่าจุดคิวรีดังกล่าวจะขึ้นอยู่กับความเข้มข้นของโลหะผสม จุคิวรีนี้จะเปลี่ยนคุณสมบัติจากเทอร์โมคัปเปิลตัวหนึ่งให้เป็นเทอร์โมคัปเปิลอีกตัวหนึ่ง ดังนั้นจึงต้องทดลองหาการเปลี่ยนแปลงแรงเคลื่อนที่ไม่ทราบค่า ณ อุณหภูมิที่เราไม่ทราบค่านี้
2. ที่อุณหภูมิสูง ๆ (ช่วง 2000c ถึง 6000c )เทอร์โมคัปเปิลชนิด K จะมีผลของฮีสเตอร์รีซีสเกิดขึ้นขณะที่มันอ่านค่าเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้นและในช่วงที่อุณหภูมิลดลง ซึ่งเป็นช่วงที่ไม่สามารถจะคาดเดาการเปลี่ยนแปลงแรงเคลื่อนได้
3. ที่อุณหภูมิ 10000c ขั้วของเทอร์โมคัปเปิลชนิด K จะเกิดออกไซด์ เป็นเหตุให้มีการเปลี่ยนแปลงแรงเคลื่อน
4. การใช้โคบอลต์เป็นโลหะผสมสำหรับเทอร์โมคัปเปิลชนิด K จะทำให้เกิดปัญหาในอุตสาหกรรมนิวเคลียร์ หรือในพื้นที่อื่น ๆ ที่มีฟลักซ์นิวตรอนสูง ๆ ธาตุบางตัวจะรับเอาการปลดปล่อยนิวเคลียร์ จึงทำให้เปลี่ยนแปลงแรงเคลื่อนทางด้านเอาต์พุต
ย่านการทำงานและความแน่นอนของเทอร์โมคัปเปิลในงานอุตสาหกรรม ที่กำหนดโดยมาตรฐาน IEC 584(รหัสสำหรับการวัดอุณหภูมิโดยใช้เทอร์โมคัปเปิล) ช่วงนการวัดอุณหภูมิต่อเนื่องของเทอร์โมคัปเปิลแบบนี้จะเป็น –2700c ถึง +1,3700c
โดยมีระดับความแน่นอนซึ่งกำหนดโดยมาตรฐาน IEC 584 (ตารางอ้างอิงสำหรับเทอร์โมคัปเปิลนานาชาติ เป็นดังนี้
1. Class 1 = -400C ถึง +1,0000C 0.004 x t หรือ 1.50C
2. Class 2 = -400C ถึง + 1,2000C 0.0075 x t หรือ 2.50C
3. Class 1 = -2000C ถึง +400C 0.015 x t หรือ 2.50C
เมื่อ t อุณหภูมิจริงที่ทำการวัด
รหัสสีสำหรับสายเทอร์โมคัปเปิลกำหนดโดยมาตรฐาน BS 4937 part 30 ,1993
(รหัสสีตามมาตรฐานอังกฤษสำหรับสายชดเชยแบบคู่ของเทอร์โมคัปเปิล) สำหรับชนิด K ขั้วบวกจะเป็นสีเขียว ขั้วลบจะเป็นสีขาว ถ้าตลอดทั้งตัวจะเป็นสีเขียว ส่วนสายชดเชยสัญญาณ (ชนิด vx) ก็เหมือนกับสีด้านบนที่กล่าวมา โดยสรุป
ข้อดีของแบบ K
• เป็นแบบที่นิยมใช้แพร่หลายมากที่สุด
• สำหรับการวัดอุณหภูมิช่วงสั้น ๆ จะวัดได้จาก –1800c ถึงประมาณ 1,3500c
• สามารถใช้วัดในงานที่มีปฏิกิริยาออกซิไดซิง หรือสภาวะแบบเฉื่อย(inert) ได้ดีกว่าแบบอื่น ๆ
• สามารถใช้กับสภาพงานที่มีการแผ่รังสีความร้อนได้ดี
• ให้อัตราการเปลี่ยนแรงเคลื่อนไฟฟ้าต่ออุณหภูมิดีกว่าแบบอื่น ๆ (ความชันเกือบเป็น 1) และมีความเป็นเชิงเส้นมากที่สุดในบรรดาเทอร์โมคัปเปิลด้วยกัน
ข้อเสียของแบบ K
• ไม่เหมาะกับการวัดที่ต้องสัมผัสกับปฏิกิริยารีดิวซิงและออกซิไดซิงโดยตรง
• ไม่เหมาะกับงานที่มีไอของซัลเฟอร์
• ไม่เหมาะกับสภาพงานที่เป็นสุญญากาศ (ยกเว้นจะใช้ในช่วงเวลาสั้นๆ)
• หลังการใช้งานไป 30 ปี ทำให้ส่วนผสมทางเคมีเปลี่ยนไป เป็นผลทำให้คุณสมบัติของแรงเคลื่อนไฟฟ้าเปลี่ยนไป
2. IC AD595 (ใช้ในการแปลงค่าอุณหภูมิเป็นแรงดัน)
ทำงานในช่วงอุณหภูมิ 0 – 50 °C และได้แรงดันเอาต์พุต 1 – 5 V. ใช้ Thermocouple “Type K” ในการแปลงค่า อุณหภูมิมาเป็นแรงดัน ต้องคำนึงถึงอุปกรณ์ที่นำมาใช้ว่ามีความคงที่หรือไม่เมื่ออุณหภูมิในสถานที่ที่วัดนั้นเปลี่ยนแปลงเพราะถ้าไม่คิดถึงจุดนี้อาจจะทำให้แรงเอาต์พุตเปลี่ยนแปลง และในที่นี้เราใช้ IC AD595 เป็นตัวแปลงอุณหภูมิเป็นแรงดันเพราะ IC AD595 มีวงจรชดเชยแรงดันอยู่ภายในซึ่งทำให้แรงดันออกมาไม่มีการผิดพลาด มีแรงดันเอาต์พุตตามตารางด้านล่าง (datasheet IC AD595)
3. Signal Condition Circuit
วิธีการคิด Zero and Span adjustment
ไม่มีความคิดเห็น:
แสดงความคิดเห็น