หลักการทำงานของเซ็นเซอร์วัดอุณหภูมิ

หลักการทำงานของเซ็นเซอร์อุณหภูมิ:

เซ็นเซอร์วัดอุณหภูมิเป็นอุปกรณ์ที่ตรวจจับอุณหภูมิและแปลงเป็นสัญญาณที่วัดได้ หลักการทำงานขึ้นอยู่กับผลกระทบทางกายภาพที่หลากหลาย รวมถึงผลกระทบจากเทอร์โมอิเล็กทริก ตัวต้านทาน เทอร์มิสเตอร์ เทอร์โมคัปเปิล การขยายตัวทางความร้อน เซมิคอนดักเตอร์ และผลกระทบจากการดูดกลืนแสงอินฟราเรด ต่อไปนี้เป็นคำอธิบายโดยละเอียดเกี่ยวกับหลักการเหล่านี้:

1. ผลกระทบจากเทอร์โมอิเล็กทริก

เอฟเฟกต์เทอร์โมอิเล็กทริกเป็นพื้นฐานของเซ็นเซอร์อุณหภูมิเทอร์โมคัปเปิล เทอร์โมคัปเปิลโดยใช้วัสดุที่แตกต่างกันสองชนิดของตัวนำประกอบด้วยวงปิด เมื่อปลายทั้งสองของการไล่ระดับอุณหภูมิมีอยู่ จะมีกระแสไหลผ่านลูป ในเวลานี้ระหว่างปลายทั้งสองของการดำรงอยู่ของศักย์ไฟฟ้า - แรงเคลื่อนไฟฟ้าความร้อนปรากฏการณ์ของศักย์ไฟฟ้าเนื่องจากความแตกต่างของอุณหภูมินี้เรียกว่าปรากฏการณ์ซีเบค ด้วยการวัดแรงเคลื่อนไฟฟ้านี้ จึงสามารถทำการวัดอุณหภูมิได้ เทอร์โมคัปเปิลมีข้อดีคือมีช่วงการวัดที่กว้างและมีความแม่นยำสูง และมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในสถานการณ์การวัดอุณหภูมิต่างๆ

- เทอร์โมคัปเปิลเป็นเซ็นเซอร์ที่เกิดขึ้นจากการเชื่อมตัวนำโลหะที่แตกต่างกันสองตัวเข้าด้วยกัน

- เมื่อข้อต่อบัดกรีของเซ็นเซอร์อยู่ที่อุณหภูมิที่แตกต่างกัน จะเกิดความแตกต่างของอุณหภูมิ ซึ่งสร้างศักย์ไฟฟ้าเล็กน้อย (สัญญาณแรงดันไฟฟ้า)

- ขนาดของแรงเคลื่อนไฟฟ้านี้สัมพันธ์กับความแตกต่างของอุณหภูมิ และสามารถวัดอุณหภูมิได้ด้วยกราฟแรงดันไฟฟ้า-อุณหภูมิที่สอบเทียบแล้ว

2.ผลกระทบของตัวต้านทานและเทอร์มิสเตอร์

เอฟเฟกต์ความต้านทานและเอฟเฟกต์เทอร์มิสเตอร์เป็นหลักการทำงานของเซ็นเซอร์วัดอุณหภูมิเทอร์มิสเตอร์ เทอร์มิสเตอร์เป็นองค์ประกอบที่มีค่าความต้านทานเปลี่ยนแปลงไปตามอุณหภูมิ ตามกฎของการเปลี่ยนแปลงค่าความต้านทานตามอุณหภูมิ เทอร์มิสเตอร์สามารถแบ่งออกเป็นสองประเภท: ค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิบวก (PTC) และค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิเชิงลบ (NTC) ค่าความต้านทานของวัสดุค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิบวกจะเพิ่มขึ้นตามอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น และค่าความต้านทานของวัสดุค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิเชิงลบจะลดลงตามอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น การวัดอุณหภูมิสามารถทำได้โดยการวัดค่าความต้านทานของเทอร์มิสเตอร์ เซ็นเซอร์เทอร์มิสเตอร์สามารถบรรลุความแม่นยำสูงในช่วงอุณหภูมิที่จำกัด (เช่น -90°C ถึง 130°C)

2.1 ผลกระทบของเทอร์มิสเตอร์:

- เทอร์มิสเตอร์เป็นตัวต้านทานที่ความต้านทานเปลี่ยนแปลงไปตามอุณหภูมิ โดยปกติจะแบ่งออกเป็นสองประเภท: ค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิเชิงลบ (NTC) และค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิบวก (PTC)

- ค่าความต้านทานของเทอร์มิสเตอร์ NTC จะลดลงตามอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น ในขณะที่ PTC จะเพิ่มขึ้นตามอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น

- โดยการวัดการเปลี่ยนแปลงของค่าความต้านทาน จึงสามารถอนุมานการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิได้ โดยปกติจะมีความสัมพันธ์แบบไม่เชิงเส้นเฉพาะระหว่างค่าความต้านทานและอุณหภูมิที่ต้องมีการสอบเทียบและวงจรเฉพาะเพื่อแปลงเป็นค่าอุณหภูมิ

2.2 ผลการต้านทาน:

- RTD คือเซ็นเซอร์ที่ใช้ลวดหรือฟิล์มโลหะบริสุทธิ์ (โดยปกติจะเป็นแพลตตินัม) เป็นองค์ประกอบการตรวจจับ

- เมื่ออุณหภูมิเปลี่ยนแปลง ค่าความต้านทานของตัวต้านทานโลหะจะเปลี่ยนไป และการเปลี่ยนแปลงนี้จะสัมพันธ์เชิงเส้นตรงกับอุณหภูมิ

- โดยการวัดการเปลี่ยนแปลงค่าความต้านทาน ทำให้สามารถคำนวณค่าอุณหภูมิได้

3. ผลการดูดกลืนแสงอินฟราเรด

เซ็นเซอร์วัดอุณหภูมิอินฟราเรดมีพื้นฐานอยู่บนหลักการที่ว่าการเคลื่อนที่ด้วยความร้อนภายในของวัตถุจะแผ่คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า (ซึ่งประกอบด้วยรังสีอินฟราเรดที่มีความยาวคลื่น 0.75 ถึง 100 ไมโครเมตร) ในทุกทิศทาง เซ็นเซอร์เหล่านี้doไม่จำเป็นต้องสัมผัสโดยตรงกับวัตถุเพื่อทำการวัด และวัดอุณหภูมิทางอ้อมด้วยการวัดพลังงานอินฟราเรดที่แผ่ออกมาจากวัตถุดังนั้นจึงเหมาะอย่างยิ่งสำหรับการวัดอุณหภูมิพื้นผิวของวัตถุที่กำลังเคลื่อนที่ ชิ้นงานขนาดเล็ก และวัตถุที่มีความจุความร้อนน้อยหรือการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิอย่างรวดเร็ว (ชั่วคราว)

- เซ็นเซอร์อินฟราเรดวัดอุณหภูมิพื้นผิวของวัตถุโดยรับรังสีอินฟราเรดที่ปล่อยออกมา

- การแผ่รังสีความร้อนของวัตถุนั้นแปรผันตามอุณหภูมิพื้นผิว และเซ็นเซอร์สามารถกำหนดอุณหภูมิของวัตถุได้โดยการวัดความเข้มของรังสีที่ได้รับ

4. ผลการขยายตัวทางความร้อน:

เซ็นเซอร์การขยายตัวทางความร้อนคือการใช้วัสดุบางชนิดที่มีการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิและลักษณะการขยายตัวของปริมาตรในการวัดอุณหภูมิ เมื่ออุณหภูมิเปลี่ยนแปลง ความยาวของวัสดุในเซนเซอร์จะเปลี่ยน และข้อมูลอุณหภูมิสามารถรับได้โดยการวัดความยาวที่เปลี่ยนแปลง

5. ผลกระทบของเซมิคอนดักเตอร์:

วัสดุเซมิคอนดักเตอร์มีอัตราการเปลี่ยนแปลงความต้านทานต่ออุณหภูมิสูงกว่าโลหะ ดังนั้นจึงสามารถสร้างเป็นเซ็นเซอร์อุณหภูมิได้ เมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น ความต้านทานของเซมิคอนดักเตอร์จะลดลงอย่างรวดเร็ว และสามารถวัดอุณหภูมิได้อย่างแม่นยำโดยใช้คุณลักษณะนี้

ในการใช้งานจริง ควรเลือกเซ็นเซอร์อุณหภูมิที่เหมาะสมตามช่วงการวัดเฉพาะ ข้อกำหนดด้านความแม่นยำ สภาพแวดล้อม และปัจจัยอื่นๆ

1. เทอร์โมคัปเปิล: เทอร์โมคัปเปิลมักจะมีช่วงการวัดที่สูงและมีความแม่นยำที่เหมาะสม แต่ความเป็นเส้นตรงและความเสถียรอาจได้รับผลกระทบจากอุณหภูมิและประเภทของวัสดุ ที่อุณหภูมิสูง ประสิทธิภาพของเทอร์โมคัปเปิลอาจลดลง ซึ่งส่งผลต่อความแม่นยำ

2.ค่าสัมประสิทธิ์ของเซ็นเซอร์การขยายตัวทางความร้อน (มิเตอร์ขยาย): มิเตอร์ขยายมีความแม่นยำน้อยกว่า และโดยทั่วไปจะใช้สำหรับการวัดอุณหภูมิที่ค่อนข้างหยาบ เหมาะสำหรับการวัดอุณหภูมิการเปลี่ยนแปลงมากกว่าค่าอุณหภูมิที่แม่นยำ

3. เครื่องตรวจจับอุณหภูมิความต้านทาน (RTD): RTD ให้ความแม่นยำและเสถียรภาพที่ดี โดยเฉพาะที่อุณหภูมิคงที่ มีช่วงการวัดที่กว้าง แต่มีเวลาตอบสนองช้า และไม่เหมาะสำหรับการตรวจวัดอุณหภูมิที่เปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็ว

4. เทอร์มิสเตอร์ (เซ็นเซอร์อุณหภูมิเซมิคอนดักเตอร์): เทอร์มิสเตอร์มีความไวสูงและสามารถตอบสนองการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิได้อย่างรวดเร็ว อย่างไรก็ตาม ความเสถียรในระยะยาวอาจไม่ดีเท่า RTD และความเสื่อมประสิทธิภาพอาจเกิดขึ้นที่อุณหภูมิสูงจัด

เพื่อสรุป

เซ็นเซอร์วัดอุณหภูมิทำงานบนหลักการที่หลากหลาย โดยอิงตามผลกระทบทางกายภาพที่แตกต่างกันเพื่อให้สามารถวัดอุณหภูมิได้ เซ็นเซอร์เทอร์โมคัปเปิลใช้เอฟเฟกต์เทอร์โมอิเล็กทริก เซ็นเซอร์เทอร์มิสเตอร์ใช้เอฟเฟกต์ตัวต้านทานและเทอร์มิสเตอร์ และเซ็นเซอร์อินฟราเรดใช้ผลการดูดกลืนแสงอินฟราเรด เซ็นเซอร์เหล่านี้มีข้อดีและข้อเสียในตัวเอง และเหมาะสำหรับโอกาสและความต้องการในการวัดที่แตกต่างกัน ตัวอย่างเช่น ในข้อกำหนดของโอกาสที่มีความแม่นยำสูง เทอร์โมคัปเปิลหรือ RTD ที่ใช้กันทั่วไป ในความต้องการของโอกาสเวลาตอบสนองที่รวดเร็ว เทอร์โมอิเล็กทริกที่ใช้กันทั่วไปหรือเซ็นเซอร์เอฟเฟกต์เซมิคอนดักเตอร์ ในความต้องการของโอกาสที่มีต้นทุนต่ำ เซ็นเซอร์ที่ใช้กันทั่วไปของผลการขยายตัวทางความร้อน

โดยรวมแล้วไม่มีเซ็นเซอร์อุณหภูมิตัวใดที่แม่นยำที่สุดในทุกสภาวะ การเลือกเซ็นเซอร์ขึ้นอยู่กับข้อกำหนดการใช้งานเฉพาะ รวมถึงช่วงการวัดที่ต้องการ ความแม่นยำ เวลาตอบสนอง ต้นทุน และสภาพแวดล้อม เมื่อเลือกเซ็นเซอร์วัดอุณหภูมิ มักจะมีข้อเสียที่ต้องคำนึงถึงโดยพิจารณาจากปัจจัยเหล่านี้