ทราน สดิวเซอร์ ทำหน้าที่แปลงค่าปรากฏการณ์ทางฟิสิกส์ เช่น อุณหภูมิ, ความดัน และอัตราไหล ฯลฯ ให้เป็นสัญญาณทางไฟฟ้าได้อย่างเป็นสัดส่วน หรือบางชนิดก็จะเปลี่ยนค่าความต้านทาน ในตัวเองตามค่าอุณหภูมิที่เปลี่ยนแปลงไป
ทรานสดิวเซอร์ชนิดที่ใช้กันอยู่ในวงการวิทยาศาสตร์ และวิศวกรรม ได้แก่ เทอร์โมคัปเปิล, RTDs, เทอร์มิสเตอร์, สเตรนเกจ(Strain Gauges), ทรานสดิวเซอร์วัดอัตราการไหล (Flow Transducers), ทรานสดิวเซอร์วัดค่าความดัน (Pressure Transducers)และไอซีเซนเซอร์เป็นต้น
ชนิด แรกที่จะกล่าวถึง ก็คือ เทอร์โมคัปเปิล (Thermocouple) มันถูกสร้างขึ้นจากแผ่นโลหะ 2 ชิ้นต่างชนิดกัน เมื่ออุณหภูมิแวดล้อมเกิดการเปลี่ยนแปลง จะทำให้กิดการสร้างแรงดันขึ้นบนแผ่นโลหะ ซึ่งแปรผันตามการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิที่แผ่นโลหะทั้ง 2 ได้รับ
แต่แรงดันที่สร้างขึ้นนี้มีค่าน้อยมากเพียง 7 ถึง 40 ไมโครโวลต์ เมื่ออุณหภูมิเปลี่ยนไป 1 องศาเซลเซียส การใช้งานจริงจึงต้องใช้การขยายสัญญาณ หรือใช้ตัวแปลงสัญญาณเข้ามาช่วยเพิ่มระดับสัญญาณให้สูงขึ้น หรือสูงพอที่จะทำให้การแยกแยะสัญญาณ (Resolution) และเกิดสัญญาณรบกวนน้อยที่สุด
การเชื่อมต่อสเตรนเกจ เข้ากับตัวแปลงสัญญาณ เพื่อทำการวัดแบบ Half bridge
การ ใช้เทอร์โมคัปเปิลวัดอุณหภูมิ จะต้องทำการชดเชยผลกระทบจากอุณหภูมิจุดต่อ หรือ Cold -Junction ด้วย ทั้งนี้เพื่อแก้ผลของแรงดันที่เกิดจากจุดต่อระหว่างสายตัวนำ ของตัวเทอร์โมคัปเปิลกับแผ่นโลหะคู่
ทรานสดิวเซอร์ชนิดอื่นๆ ที่จะกล่าวถึงในลำดับต่อไปก็คือ RTDs (Resistance Temperature Detectors) และเทอร์มิสเตอร์ ทั้ง 2 ตัวนี้จะตอบสนองกับการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ และสุดท้ายก็คือ "สเตรนเกจ" ซึ่งเป็นทรานสดิวเซอร์ที่ค่อนข้างแปลกกว่าใครอื่น กล่าวคือมันจะเปลี่ยนค่าความต้านทานทางไฟฟ้าในตัวมันแปรผันตามการเปลี่ยน แปลงของค่าความเครียด
ทรานสดิวเซอร์ทั้ง 3 ชนิดหลังดังกล่าวนี้ ต้องการแหล่งจ่ายพลังงานกระแสไฟฟ้า หรือแรงดันไฟฟ้า มาเป็นตัวกระตุ้น เพื่อตรวจจับการเปลี่ยนแปลงของค่าความต้านทานของตัวมันเอง อย่างไรก็ตาม เทอร์มิสเตอร์ซึ่งให้สัมประสิทธิ์การเปลี่ยนแปลงค่าความต้านทานสูง บางตัวอาจเปลี่ยนค่าความต้านทานถึง 160โอห์มเมื่ออุณหภูมิเปลี่ยนเพียง 1 (C ดังนั้น เราจึงสามารถใช้งานเทอร์มิสเตอร์วัดอุณหภูมิได้ด้วยวงจรง่ายๆ ที่ประกอบด้วยแหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้า กับตัวต้านทานอ้างอิงเพียง 1 ตัว
ใน ทางกลับกัน RTDs จะลดค่าความต้านทานลงน้อยมากเมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น ดังนั้น RTDs จึงถูกจัดเป็นอุปกรณ์ที่มีค่าความไวต่ำ การที่จะใช้งานเพื่อวัดอุณหภูมิจึงต้องเพิ่มตัวแปลงสัญญาณ เพื่อขยายความไว และช่วยชดเชยผลกระทบจากความต้านในสายตัวนำ และการใช้สเตรนเกจ นั้นคล้ายกับ RTDs เพราะมักเกิดปัญหาขึ้นเกี่ยวกับความไว และเสถียรภาพต่ำ
Sunday 12 July 2009
เซนเซอร์คืออะไร ในที่นี้ เซนเซอร์เป็น
ตัวที่ใช้ตรวจจับสภาวะใด ๆ เช่น อุณหภูมิ สี แสง หรือ วัตถุ ต่าง ๆ โดยอาศัยหลักการที่แตกต่างกันไปแต่ละตัว เพื่อ
เปลี่ยนจากคุณสมบัติของฟิสิกส์ มาเป็นคุณสมบัติทางไฟฟ้า
เช่น ที่ใช้งานกันใน Sumo Robot
คือ เซนเซอร์ สีขาวดำ โดยอาศัยหลักการสะท้อนแสง
ของสีขาวและสีดำ ทางฟิสิกแล้วจะเห็นว่าสีขาวมีอัตราการสะท้อนแสงมากกว่าสีดำ เราจึงสามารถนำแสงสะท้อนมาเปรียบเทียบได
้ โดยใช้ตัวเซนเซอร์คือ อุปกรณ์จำพวก โฟโต
้ เช่น โฟโต้ไดโอด โฟโต้ทรานซิสเตอร์ LDR
เป็นต้น ซึ่งจะมีความไวต่อแสงมาก
ตัวเซนเซอร์ส่วนใหญ่เมื่อแสดงผลเอาพุต จะแสดงผลในรูปความต้านทานที่เปลี่ยนไปตามสภาวะ
ของตัวเซนเซอร์นั้น ๆ ในปัจจุบัน ในวงการเซนเซอร
์ ได้พัฒนาไปมาก มีเซนเซอร์ให้เราได้เลือกใช้มากมาย
มีวงจรที่ง่ายขึ้น มีความแน่นอน สูง จึงทำให้เราสามารถมีตัวเลือกในการใช้งานมากขึ้น
งานที่เราจะทำก็ ง่ายขึ้น ถ้าจะศึกษาด้านนี้
โดยตรง ก็ลองหาหนังสือมาอ่านดู จะได้มีความรู้สามารถคิดประดิษฐ์โครงงานใหม่ มาอวดโฉมกัน
ต่อไป เพราะในบางสิ่งที่เราคิดไม่ถึงว่า
เซนเซอร์จะสามารถตรวจจับได้
เช่น ปริมาณการไหลของน้ำ อากาศ
การทรงตัวของหุ่นยนต์ 2 ขา หรือ
เซนเซอร์วัดปริมาณฝุ่นในอากาศ กลิ่น หรือ น้ำในกล่อง
เป็นต้น ในปัจจุบันก็มีเซนเซอร์ จำพวกนี้ให้เราเลือก
เปลี่ยนจากคุณสมบัติของฟิสิกส์ มาเป็นคุณสมบัติทางไฟฟ้า
เช่น ที่ใช้งานกันใน Sumo Robot
คือ เซนเซอร์ สีขาวดำ โดยอาศัยหลักการสะท้อนแสง
ของสีขาวและสีดำ ทางฟิสิกแล้วจะเห็นว่าสีขาวมีอัตราการสะท้อนแสงมากกว่าสีดำ เราจึงสามารถนำแสงสะท้อนมาเปรียบเทียบได
้ โดยใช้ตัวเซนเซอร์คือ อุปกรณ์จำพวก โฟโต
้ เช่น โฟโต้ไดโอด โฟโต้ทรานซิสเตอร์ LDR
เป็นต้น ซึ่งจะมีความไวต่อแสงมาก
ตัวเซนเซอร์ส่วนใหญ่เมื่อแสดงผลเอาพุต จะแสดงผลในรูปความต้านทานที่เปลี่ยนไปตามสภาวะ
ของตัวเซนเซอร์นั้น ๆ ในปัจจุบัน ในวงการเซนเซอร
์ ได้พัฒนาไปมาก มีเซนเซอร์ให้เราได้เลือกใช้มากมาย
มีวงจรที่ง่ายขึ้น มีความแน่นอน สูง จึงทำให้เราสามารถมีตัวเลือกในการใช้งานมากขึ้น
งานที่เราจะทำก็ ง่ายขึ้น ถ้าจะศึกษาด้านนี้
โดยตรง ก็ลองหาหนังสือมาอ่านดู จะได้มีความรู้สามารถคิดประดิษฐ์โครงงานใหม่ มาอวดโฉมกัน
ต่อไป เพราะในบางสิ่งที่เราคิดไม่ถึงว่า
เซนเซอร์จะสามารถตรวจจับได้
เช่น ปริมาณการไหลของน้ำ อากาศ
การทรงตัวของหุ่นยนต์ 2 ขา หรือ
เซนเซอร์วัดปริมาณฝุ่นในอากาศ กลิ่น หรือ น้ำในกล่อง
เป็นต้น ในปัจจุบันก็มีเซนเซอร์ จำพวกนี้ให้เราเลือก
หน่วยปฏิบัติการวิจัยเทคโนโลยีโฟโตนิกส์
หน่วยปฏิบัติการวิจัยและพัฒนาเทคโนโลยีโฟโทนิกส์ เป็นหนึ่งในเทคโนโลยี ฐานของเนคเทค ที่เน้นการนำประสบการณ์และความรู้ของทีมงานทางด้าน วิศวกรรม และ วิทยาศาสตร์ทางแสง วิศวกรรมอิเล็กทรอนิกส์ และ คอมพิวเตอร์ มาตอบสนองความต้องการต่างๆ ดังนี้
* ช่วยแก้ปัญหาทางวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีที่เกี่ยวข้องกับอุตสาหกรรม สิ่งแวดล้อม และ ด้านการแพทย์
* พัฒนาวิธีการ ชิ้นส่วน และ ระบบ ประมวลผลสัญญาณเชิงแสงแบบใหม่
* ชี้ให้สังคมเห็นถึงความสำคัญของเทคโนโลยีแสง ด้วยการเผยแพร่ความรู้พื้นฐานทางแสง และ ตัวอย่างการประยุกต์ใช้งานในชีวิตประจำวัน
หน่วย ปฏิบัติการวิจัยและพัฒนาเทคโนโลยีโฟโทนิกส์ ยังได้ร่วมมือกับมหาวิทยาลัยภาย ในประเทศ และ ศูนย์วิจัยระดับชาติทางด้านวัสดุศาสตร์ เทคโนโลยีชีวภาพ และ นาโนเทคโนโลยี เพื่อเสริมงานวิจัยของหน่วยฯ ให้มีความเข้มแข็งมากขึ้น นอกจากนี้ ทางหน่วยฯ ยังได้ร่วมกับองค์กรระดับสากลอย่าง Optical Society of America (OSA), the Society for Photo-Optical Instrumentation Engineer (SPIE), the IEEE Lasers and Electro-Optics Society (LEOS) และ the International Commission for Optics (ICO) ในการส่งเสริมและกระจายความรู้ใหม่ทางโฟโทนิกส์ไปสู่สังคม
* ช่วยแก้ปัญหาทางวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีที่เกี่ยวข้องกับอุตสาหกรรม สิ่งแวดล้อม และ ด้านการแพทย์
* พัฒนาวิธีการ ชิ้นส่วน และ ระบบ ประมวลผลสัญญาณเชิงแสงแบบใหม่
* ชี้ให้สังคมเห็นถึงความสำคัญของเทคโนโลยีแสง ด้วยการเผยแพร่ความรู้พื้นฐานทางแสง และ ตัวอย่างการประยุกต์ใช้งานในชีวิตประจำวัน
หน่วย ปฏิบัติการวิจัยและพัฒนาเทคโนโลยีโฟโทนิกส์ ยังได้ร่วมมือกับมหาวิทยาลัยภาย ในประเทศ และ ศูนย์วิจัยระดับชาติทางด้านวัสดุศาสตร์ เทคโนโลยีชีวภาพ และ นาโนเทคโนโลยี เพื่อเสริมงานวิจัยของหน่วยฯ ให้มีความเข้มแข็งมากขึ้น นอกจากนี้ ทางหน่วยฯ ยังได้ร่วมกับองค์กรระดับสากลอย่าง Optical Society of America (OSA), the Society for Photo-Optical Instrumentation Engineer (SPIE), the IEEE Lasers and Electro-Optics Society (LEOS) และ the International Commission for Optics (ICO) ในการส่งเสริมและกระจายความรู้ใหม่ทางโฟโทนิกส์ไปสู่สังคม
หน่วยปฏิบัติการวิจัยเทคโนโลยีโฟโตนิกส์
หน่วยปฏิบัติการวิจัยและพัฒนาเทคโนโลยีโฟโทนิกส์ เป็นหนึ่งในเทคโนโลยี ฐานของเนคเทค ที่เน้นการนำประสบการณ์และความรู้ของทีมงานทางด้าน วิศวกรรม และ วิทยาศาสตร์ทางแสง วิศวกรรมอิเล็กทรอนิกส์ และ คอมพิวเตอร์ มาตอบสนองความต้องการต่างๆ ดังนี้
* ช่วยแก้ปัญหาทางวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีที่เกี่ยวข้องกับอุตสาหกรรม สิ่งแวดล้อม และ ด้านการแพทย์
* พัฒนาวิธีการ ชิ้นส่วน และ ระบบ ประมวลผลสัญญาณเชิงแสงแบบใหม่
* ชี้ให้สังคมเห็นถึงความสำคัญของเทคโนโลยีแสง ด้วยการเผยแพร่ความรู้พื้นฐานทางแสง และ ตัวอย่างการประยุกต์ใช้งานในชีวิตประจำวัน
หน่วย ปฏิบัติการวิจัยและพัฒนาเทคโนโลยีโฟโทนิกส์ ยังได้ร่วมมือกับมหาวิทยาลัยภาย ในประเทศ และ ศูนย์วิจัยระดับชาติทางด้านวัสดุศาสตร์ เทคโนโลยีชีวภาพ และ นาโนเทคโนโลยี เพื่อเสริมงานวิจัยของหน่วยฯ ให้มีความเข้มแข็งมากขึ้น นอกจากนี้ ทางหน่วยฯ ยังได้ร่วมกับองค์กรระดับสากลอย่าง Optical Society of America (OSA), the Society for Photo-Optical Instrumentation Engineer (SPIE), the IEEE Lasers and Electro-Optics Society (LEOS) และ the International Commission for Optics (ICO) ในการส่งเสริมและกระจายความรู้ใหม่ทางโฟโทนิกส์ไปสู่สังคม
* ช่วยแก้ปัญหาทางวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีที่เกี่ยวข้องกับอุตสาหกรรม สิ่งแวดล้อม และ ด้านการแพทย์
* พัฒนาวิธีการ ชิ้นส่วน และ ระบบ ประมวลผลสัญญาณเชิงแสงแบบใหม่
* ชี้ให้สังคมเห็นถึงความสำคัญของเทคโนโลยีแสง ด้วยการเผยแพร่ความรู้พื้นฐานทางแสง และ ตัวอย่างการประยุกต์ใช้งานในชีวิตประจำวัน
หน่วย ปฏิบัติการวิจัยและพัฒนาเทคโนโลยีโฟโทนิกส์ ยังได้ร่วมมือกับมหาวิทยาลัยภาย ในประเทศ และ ศูนย์วิจัยระดับชาติทางด้านวัสดุศาสตร์ เทคโนโลยีชีวภาพ และ นาโนเทคโนโลยี เพื่อเสริมงานวิจัยของหน่วยฯ ให้มีความเข้มแข็งมากขึ้น นอกจากนี้ ทางหน่วยฯ ยังได้ร่วมกับองค์กรระดับสากลอย่าง Optical Society of America (OSA), the Society for Photo-Optical Instrumentation Engineer (SPIE), the IEEE Lasers and Electro-Optics Society (LEOS) และ the International Commission for Optics (ICO) ในการส่งเสริมและกระจายความรู้ใหม่ทางโฟโทนิกส์ไปสู่สังคม
หน่วยปฏิบัติการวิจัยเทคโนโลยีโฟโตนิกส์ (Photonics Technology Laboratory -PTL
หน่วยปฏิบัติการวิจัยและพัฒนาเทคโนโลยีโฟโทนิกส์ เป็นหนึ่งในเทคโนโลยี ฐานของเนคเทค ที่เน้นการนำประสบการณ์และความรู้ของทีมงานทางด้าน วิศวกรรม และ วิทยาศาสตร์ทางแสง วิศวกรรมอิเล็กทรอนิกส์ และ คอมพิวเตอร์ มาตอบสนองความต้องการต่างๆ ดังนี้
* ช่วยแก้ปัญหาทางวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีที่เกี่ยวข้องกับอุตสาหกรรม สิ่งแวดล้อม และ ด้านการแพทย์
* พัฒนาวิธีการ ชิ้นส่วน และ ระบบ ประมวลผลสัญญาณเชิงแสงแบบใหม่
* ชี้ให้สังคมเห็นถึงความสำคัญของเทคโนโลยีแสง ด้วยการเผยแพร่ความรู้พื้นฐานทางแสง และ ตัวอย่างการประยุกต์ใช้งานในชีวิตประจำวัน
หน่วย ปฏิบัติการวิจัยและพัฒนาเทคโนโลยีโฟโทนิกส์ ยังได้ร่วมมือกับมหาวิทยาลัยภาย ในประเทศ และ ศูนย์วิจัยระดับชาติทางด้านวัสดุศาสตร์ เทคโนโลยีชีวภาพ และ นาโนเทคโนโลยี เพื่อเสริมงานวิจัยของหน่วยฯ ให้มีความเข้มแข็งมากขึ้น นอกจากนี้ ทางหน่วยฯ ยังได้ร่วมกับองค์กรระดับสากลอย่าง Optical Society of America (OSA), the Society for Photo-Optical Instrumentation Engineer (SPIE), the IEEE Lasers and Electro-Optics Society (LEOS) และ the International Commission for Optics (ICO) ในการส่งเสริมและกระจายความรู้ใหม่ทางโฟโทนิกส์ไปสู่สังคม
* ช่วยแก้ปัญหาทางวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีที่เกี่ยวข้องกับอุตสาหกรรม สิ่งแวดล้อม และ ด้านการแพทย์
* พัฒนาวิธีการ ชิ้นส่วน และ ระบบ ประมวลผลสัญญาณเชิงแสงแบบใหม่
* ชี้ให้สังคมเห็นถึงความสำคัญของเทคโนโลยีแสง ด้วยการเผยแพร่ความรู้พื้นฐานทางแสง และ ตัวอย่างการประยุกต์ใช้งานในชีวิตประจำวัน
หน่วย ปฏิบัติการวิจัยและพัฒนาเทคโนโลยีโฟโทนิกส์ ยังได้ร่วมมือกับมหาวิทยาลัยภาย ในประเทศ และ ศูนย์วิจัยระดับชาติทางด้านวัสดุศาสตร์ เทคโนโลยีชีวภาพ และ นาโนเทคโนโลยี เพื่อเสริมงานวิจัยของหน่วยฯ ให้มีความเข้มแข็งมากขึ้น นอกจากนี้ ทางหน่วยฯ ยังได้ร่วมกับองค์กรระดับสากลอย่าง Optical Society of America (OSA), the Society for Photo-Optical Instrumentation Engineer (SPIE), the IEEE Lasers and Electro-Optics Society (LEOS) และ the International Commission for Optics (ICO) ในการส่งเสริมและกระจายความรู้ใหม่ทางโฟโทนิกส์ไปสู่สังคม
หน่วยปฏิบัติการวิจัยเทคโนโลยีโฟโตนิกส์ (Photonics Technology Laboratory -PTL
หน่วยปฏิบัติการวิจัยและพัฒนาเทคโนโลยีโฟโทนิกส์ เป็นหนึ่งในเทคโนโลยี ฐานของเนคเทค ที่เน้นการนำประสบการณ์และความรู้ของทีมงานทางด้าน วิศวกรรม และ วิทยาศาสตร์ทางแสง วิศวกรรมอิเล็กทรอนิกส์ และ คอมพิวเตอร์ มาตอบสนองความต้องการต่างๆ ดังนี้
* ช่วยแก้ปัญหาทางวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีที่เกี่ยวข้องกับอุตสาหกรรม สิ่งแวดล้อม และ ด้านการแพทย์
* พัฒนาวิธีการ ชิ้นส่วน และ ระบบ ประมวลผลสัญญาณเชิงแสงแบบใหม่
* ชี้ให้สังคมเห็นถึงความสำคัญของเทคโนโลยีแสง ด้วยการเผยแพร่ความรู้พื้นฐานทางแสง และ ตัวอย่างการประยุกต์ใช้งานในชีวิตประจำวัน
หน่วย ปฏิบัติการวิจัยและพัฒนาเทคโนโลยีโฟโทนิกส์ ยังได้ร่วมมือกับมหาวิทยาลัยภาย ในประเทศ และ ศูนย์วิจัยระดับชาติทางด้านวัสดุศาสตร์ เทคโนโลยีชีวภาพ และ นาโนเทคโนโลยี เพื่อเสริมงานวิจัยของหน่วยฯ ให้มีความเข้มแข็งมากขึ้น นอกจากนี้ ทางหน่วยฯ ยังได้ร่วมกับองค์กรระดับสากลอย่าง Optical Society of America (OSA), the Society for Photo-Optical Instrumentation Engineer (SPIE), the IEEE Lasers and Electro-Optics Society (LEOS) และ the International Commission for Optics (ICO) ในการส่งเสริมและกระจายความรู้ใหม่ทางโฟโทนิกส์ไปสู่สังคม
* ช่วยแก้ปัญหาทางวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีที่เกี่ยวข้องกับอุตสาหกรรม สิ่งแวดล้อม และ ด้านการแพทย์
* พัฒนาวิธีการ ชิ้นส่วน และ ระบบ ประมวลผลสัญญาณเชิงแสงแบบใหม่
* ชี้ให้สังคมเห็นถึงความสำคัญของเทคโนโลยีแสง ด้วยการเผยแพร่ความรู้พื้นฐานทางแสง และ ตัวอย่างการประยุกต์ใช้งานในชีวิตประจำวัน
หน่วย ปฏิบัติการวิจัยและพัฒนาเทคโนโลยีโฟโทนิกส์ ยังได้ร่วมมือกับมหาวิทยาลัยภาย ในประเทศ และ ศูนย์วิจัยระดับชาติทางด้านวัสดุศาสตร์ เทคโนโลยีชีวภาพ และ นาโนเทคโนโลยี เพื่อเสริมงานวิจัยของหน่วยฯ ให้มีความเข้มแข็งมากขึ้น นอกจากนี้ ทางหน่วยฯ ยังได้ร่วมกับองค์กรระดับสากลอย่าง Optical Society of America (OSA), the Society for Photo-Optical Instrumentation Engineer (SPIE), the IEEE Lasers and Electro-Optics Society (LEOS) และ the International Commission for Optics (ICO) ในการส่งเสริมและกระจายความรู้ใหม่ทางโฟโทนิกส์ไปสู่สังคม
หัวข้องานวิจัย :
* Silicon Sensor R&D
- Application-oriented property sensors; e.g. comfort, clean, fresh, and energy management sensors
- Physical property sensors; e.g. pressure, pH, magnetic, thermal, and power sensors
- Wireless sensors
- ASIC/DSP core design for sensor development
- Digital CMOS, AMS CMOS, RF CMOS microchip
- System-on-chip and advanced packaging
- Surface Silicon MEMS sensors
* MEMS/Microfluidic Sensor R&D
- Electronic noses and tongues
- PDMS/ Plastic microfluidic chip
- Lab-on-a-chip based biosensor
- CNT-polymer composite sensors
- Sensor arrays
- MEMS based environment monitoring system
* Photonic Sensor R&D
- Photonic biosensors
- Fiber-optic component for sensing system
- Optical design and optical thin film for sensing system
- Optical instrumentations and photonic sensing appliances
- Diffraction, spectroscopy, and infrared sensing
- Application-oriented property sensors; e.g. comfort, clean, fresh, and energy management sensors
- Physical property sensors; e.g. pressure, pH, magnetic, thermal, and power sensors
- Wireless sensors
- ASIC/DSP core design for sensor development
- Digital CMOS, AMS CMOS, RF CMOS microchip
- System-on-chip and advanced packaging
- Surface Silicon MEMS sensors
* MEMS/Microfluidic Sensor R&D
- Electronic noses and tongues
- PDMS/ Plastic microfluidic chip
- Lab-on-a-chip based biosensor
- CNT-polymer composite sensors
- Sensor arrays
- MEMS based environment monitoring system
* Photonic Sensor R&D
- Photonic biosensors
- Fiber-optic component for sensing system
- Optical design and optical thin film for sensing system
- Optical instrumentations and photonic sensing appliances
- Diffraction, spectroscopy, and infrared sensing
เป้าหมายทางเทคโนโลยี:
ตัวอย่างโครงการที่ได้รับการสนับสนุน :
* ระบบตรวจวัดกลิ่นด้วยเทคโนโลยีเซ็นเซอร์อาร์เรย์ (ดร.อดิสร เตือนตรานนท์)
* การพัฒนาสิ่งประดิษฐ์สารกึ่งตัวนำชนิดฟิล์มบางเพชรด้วยวิธี MPCVD (ดร.สมศักดิ์ เชียร์ศิริกุล)
* เซ็นเซอร์อัจฉริยะด้วยเทคโนโลยีระบบเครื่องกลไฟฟ้าจุลภาค (ดร.อดิสร เตือนตรานนท์)
* การพัฒนาเครื่องวิเคราะห์ขนาดอนุภาคแขวนลอยในอากาศแบบใช้หลักการเคลื่อนที่ตัวทางไฟฟ้า (ดร.นคร ทิพยาวงศ์)
* เทคโนโลยีการผลิตไบโพลาร์ทรานซิสเตอร์ โครงสร้างระนาบชนิดหัวต่อต่างชนิดคู่ของ GaAIAs/GaAs (อ.ชุมพล อันตรเสน)
* การพัฒนาเทคโนโลยีกระบวนการสร้างวงจรรวมแบบซีมอส ระดับ 5 ไมครอน (อ.สุรศักดิ์ เนียมเจริญ)
* การประดิษฐ์ก๊าซเซ็นเซอร์โดยใช้คาร์บอนนาโนทิวบ์ (อ.สุธิชัย ชัยสิทธิ์ศักดิ์)
* ไบโอเซนเซอร์โดยใช้เทคนิคคลื่นผิวพลาสมอน (ดร.บุญส่ง สุตะพันธ์)
* การศึกษาวัสดุสำหรับก๊าซเซนเซอร์แบบฟิล์มบางโดยเทคนิคโฟโตอิมิชัน (ดร.อนุรัตน์ วิศิษฏ์สรอรรถ)
* การวิจัยและพัฒนาระบบตรวจวัดก๊าซขนาดเล็กด้วยเทคโนโลยีเซ็นเซอร์อาร์เรย์สำหรับตรวจวัดสิ่งแวดล้อม (ดร.อนุรัตน์ วิศิษฏ์สรอรรถ)
* การวิจัยและพัฒนาเซ็นเซอร์ตรวจวัดก๊าซด้วยท่อคาร์บอนนาโน (ดร.อนุรัตน์ วิศิษฏ์สรอรรถ)
* การวิจัยและพัฒนาเซ็นเซอร์อาร์เรย์ชิปด้วยเทคโนโลยีระบบเครื่องกลไฟฟ้าจุลภาค (ดร.อดิสร เตือนตรานนท์)
* โครงการสนับสนุนการทำต้นแบบวงจรรวม (ชำนาญ ปัญญาใส)
* การศึกษาสถานภาพและแนวทางในการพัฒนา Sensor ในประเทศไทย (ดร.กาญจนา วานิชกร)
* การสร้างห้องปฏิบัติการบนชิปราคาถูกด้วยวัสดุโพลิเมอร์ (ดร.อดิสร เตือนตรานนท์)
* ระบบตรวจวัดกลิ่นด้วยเทคโนโลยีเซ็นเซอร์อาร์เรย์ (ดร.อดิสร เตือนตรานนท์)
* การพัฒนาสิ่งประดิษฐ์สารกึ่งตัวนำชนิดฟิล์มบางเพชรด้วยวิธี MPCVD (ดร.สมศักดิ์ เชียร์ศิริกุล)
* เซ็นเซอร์อัจฉริยะด้วยเทคโนโลยีระบบเครื่องกลไฟฟ้าจุลภาค (ดร.อดิสร เตือนตรานนท์)
* การพัฒนาเครื่องวิเคราะห์ขนาดอนุภาคแขวนลอยในอากาศแบบใช้หลักการเคลื่อนที่ตัวทางไฟฟ้า (ดร.นคร ทิพยาวงศ์)
* เทคโนโลยีการผลิตไบโพลาร์ทรานซิสเตอร์ โครงสร้างระนาบชนิดหัวต่อต่างชนิดคู่ของ GaAIAs/GaAs (อ.ชุมพล อันตรเสน)
* การพัฒนาเทคโนโลยีกระบวนการสร้างวงจรรวมแบบซีมอส ระดับ 5 ไมครอน (อ.สุรศักดิ์ เนียมเจริญ)
* การประดิษฐ์ก๊าซเซ็นเซอร์โดยใช้คาร์บอนนาโนทิวบ์ (อ.สุธิชัย ชัยสิทธิ์ศักดิ์)
* ไบโอเซนเซอร์โดยใช้เทคนิคคลื่นผิวพลาสมอน (ดร.บุญส่ง สุตะพันธ์)
* การศึกษาวัสดุสำหรับก๊าซเซนเซอร์แบบฟิล์มบางโดยเทคนิคโฟโตอิมิชัน (ดร.อนุรัตน์ วิศิษฏ์สรอรรถ)
* การวิจัยและพัฒนาระบบตรวจวัดก๊าซขนาดเล็กด้วยเทคโนโลยีเซ็นเซอร์อาร์เรย์สำหรับตรวจวัดสิ่งแวดล้อม (ดร.อนุรัตน์ วิศิษฏ์สรอรรถ)
* การวิจัยและพัฒนาเซ็นเซอร์ตรวจวัดก๊าซด้วยท่อคาร์บอนนาโน (ดร.อนุรัตน์ วิศิษฏ์สรอรรถ)
* การวิจัยและพัฒนาเซ็นเซอร์อาร์เรย์ชิปด้วยเทคโนโลยีระบบเครื่องกลไฟฟ้าจุลภาค (ดร.อดิสร เตือนตรานนท์)
* โครงการสนับสนุนการทำต้นแบบวงจรรวม (ชำนาญ ปัญญาใส)
* การศึกษาสถานภาพและแนวทางในการพัฒนา Sensor ในประเทศไทย (ดร.กาญจนา วานิชกร)
* การสร้างห้องปฏิบัติการบนชิปราคาถูกด้วยวัสดุโพลิเมอร์ (ดร.อดิสร เตือนตรานนท์)
เป้าหมายทางเทคโนโลยี: (1) Silicon Sensor, (2) MEMS Sensor, (3) Photonic Senso
ตัวอย่างโครงการที่ได้รับการสนับสนุน :
* ระบบตรวจวัดกลิ่นด้วยเทคโนโลยีเซ็นเซอร์อาร์เรย์ (ดร.อดิสร เตือนตรานนท์)
* การพัฒนาสิ่งประดิษฐ์สารกึ่งตัวนำชนิดฟิล์มบางเพชรด้วยวิธี MPCVD (ดร.สมศักดิ์ เชียร์ศิริกุล)
* เซ็นเซอร์อัจฉริยะด้วยเทคโนโลยีระบบเครื่องกลไฟฟ้าจุลภาค (ดร.อดิสร เตือนตรานนท์)
* การพัฒนาเครื่องวิเคราะห์ขนาดอนุภาคแขวนลอยในอากาศแบบใช้หลักการเคลื่อนที่ตัวทางไฟฟ้า (ดร.นคร ทิพยาวงศ์)
* เทคโนโลยีการผลิตไบโพลาร์ทรานซิสเตอร์ โครงสร้างระนาบชนิดหัวต่อต่างชนิดคู่ของ GaAIAs/GaAs (อ.ชุมพล อันตรเสน)
* การพัฒนาเทคโนโลยีกระบวนการสร้างวงจรรวมแบบซีมอส ระดับ 5 ไมครอน (อ.สุรศักดิ์ เนียมเจริญ)
* การประดิษฐ์ก๊าซเซ็นเซอร์โดยใช้คาร์บอนนาโนทิวบ์ (อ.สุธิชัย ชัยสิทธิ์ศักดิ์)
* ไบโอเซนเซอร์โดยใช้เทคนิคคลื่นผิวพลาสมอน (ดร.บุญส่ง สุตะพันธ์)
* การศึกษาวัสดุสำหรับก๊าซเซนเซอร์แบบฟิล์มบางโดยเทคนิคโฟโตอิมิชัน (ดร.อนุรัตน์ วิศิษฏ์สรอรรถ)
* การวิจัยและพัฒนาระบบตรวจวัดก๊าซขนาดเล็กด้วยเทคโนโลยีเซ็นเซอร์อาร์เรย์สำหรับตรวจวัดสิ่งแวดล้อม (ดร.อนุรัตน์ วิศิษฏ์สรอรรถ)
* การวิจัยและพัฒนาเซ็นเซอร์ตรวจวัดก๊าซด้วยท่อคาร์บอนนาโน (ดร.อนุรัตน์ วิศิษฏ์สรอรรถ)
* การวิจัยและพัฒนาเซ็นเซอร์อาร์เรย์ชิปด้วยเทคโนโลยีระบบเครื่องกลไฟฟ้าจุลภาค (ดร.อดิสร เตือนตรานนท์)
* โครงการสนับสนุนการทำต้นแบบวงจรรวม (ชำนาญ ปัญญาใส)
* การศึกษาสถานภาพและแนวทางในการพัฒนา Sensor ในประเทศไทย (ดร.กาญจนา วานิชกร)
* การสร้างห้องปฏิบัติการบนชิปราคาถูกด้วยวัสดุโพลิเมอร์ (ดร.อดิสร เตือนตรานนท์)
* ระบบตรวจวัดกลิ่นด้วยเทคโนโลยีเซ็นเซอร์อาร์เรย์ (ดร.อดิสร เตือนตรานนท์)
* การพัฒนาสิ่งประดิษฐ์สารกึ่งตัวนำชนิดฟิล์มบางเพชรด้วยวิธี MPCVD (ดร.สมศักดิ์ เชียร์ศิริกุล)
* เซ็นเซอร์อัจฉริยะด้วยเทคโนโลยีระบบเครื่องกลไฟฟ้าจุลภาค (ดร.อดิสร เตือนตรานนท์)
* การพัฒนาเครื่องวิเคราะห์ขนาดอนุภาคแขวนลอยในอากาศแบบใช้หลักการเคลื่อนที่ตัวทางไฟฟ้า (ดร.นคร ทิพยาวงศ์)
* เทคโนโลยีการผลิตไบโพลาร์ทรานซิสเตอร์ โครงสร้างระนาบชนิดหัวต่อต่างชนิดคู่ของ GaAIAs/GaAs (อ.ชุมพล อันตรเสน)
* การพัฒนาเทคโนโลยีกระบวนการสร้างวงจรรวมแบบซีมอส ระดับ 5 ไมครอน (อ.สุรศักดิ์ เนียมเจริญ)
* การประดิษฐ์ก๊าซเซ็นเซอร์โดยใช้คาร์บอนนาโนทิวบ์ (อ.สุธิชัย ชัยสิทธิ์ศักดิ์)
* ไบโอเซนเซอร์โดยใช้เทคนิคคลื่นผิวพลาสมอน (ดร.บุญส่ง สุตะพันธ์)
* การศึกษาวัสดุสำหรับก๊าซเซนเซอร์แบบฟิล์มบางโดยเทคนิคโฟโตอิมิชัน (ดร.อนุรัตน์ วิศิษฏ์สรอรรถ)
* การวิจัยและพัฒนาระบบตรวจวัดก๊าซขนาดเล็กด้วยเทคโนโลยีเซ็นเซอร์อาร์เรย์สำหรับตรวจวัดสิ่งแวดล้อม (ดร.อนุรัตน์ วิศิษฏ์สรอรรถ)
* การวิจัยและพัฒนาเซ็นเซอร์ตรวจวัดก๊าซด้วยท่อคาร์บอนนาโน (ดร.อนุรัตน์ วิศิษฏ์สรอรรถ)
* การวิจัยและพัฒนาเซ็นเซอร์อาร์เรย์ชิปด้วยเทคโนโลยีระบบเครื่องกลไฟฟ้าจุลภาค (ดร.อดิสร เตือนตรานนท์)
* โครงการสนับสนุนการทำต้นแบบวงจรรวม (ชำนาญ ปัญญาใส)
* การศึกษาสถานภาพและแนวทางในการพัฒนา Sensor ในประเทศไทย (ดร.กาญจนา วานิชกร)
* การสร้างห้องปฏิบัติการบนชิปราคาถูกด้วยวัสดุโพลิเมอร์ (ดร.อดิสร เตือนตรานนท์)
เป้าหมายทางเทคโนโลยี: (1) Silicon Sensor, (2) MEMS Sensor, (3) Photonic Senso
ตัวอย่างโครงการที่ได้รับการสนับสนุน :
* ระบบตรวจวัดกลิ่นด้วยเทคโนโลยีเซ็นเซอร์อาร์เรย์ (ดร.อดิสร เตือนตรานนท์)
* การพัฒนาสิ่งประดิษฐ์สารกึ่งตัวนำชนิดฟิล์มบางเพชรด้วยวิธี MPCVD (ดร.สมศักดิ์ เชียร์ศิริกุล)
* เซ็นเซอร์อัจฉริยะด้วยเทคโนโลยีระบบเครื่องกลไฟฟ้าจุลภาค (ดร.อดิสร เตือนตรานนท์)
* การพัฒนาเครื่องวิเคราะห์ขนาดอนุภาคแขวนลอยในอากาศแบบใช้หลักการเคลื่อนที่ตัวทางไฟฟ้า (ดร.นคร ทิพยาวงศ์)
* เทคโนโลยีการผลิตไบโพลาร์ทรานซิสเตอร์ โครงสร้างระนาบชนิดหัวต่อต่างชนิดคู่ของ GaAIAs/GaAs (อ.ชุมพล อันตรเสน)
* การพัฒนาเทคโนโลยีกระบวนการสร้างวงจรรวมแบบซีมอส ระดับ 5 ไมครอน (อ.สุรศักดิ์ เนียมเจริญ)
* การประดิษฐ์ก๊าซเซ็นเซอร์โดยใช้คาร์บอนนาโนทิวบ์ (อ.สุธิชัย ชัยสิทธิ์ศักดิ์)
* ไบโอเซนเซอร์โดยใช้เทคนิคคลื่นผิวพลาสมอน (ดร.บุญส่ง สุตะพันธ์)
* การศึกษาวัสดุสำหรับก๊าซเซนเซอร์แบบฟิล์มบางโดยเทคนิคโฟโตอิมิชัน (ดร.อนุรัตน์ วิศิษฏ์สรอรรถ)
* การวิจัยและพัฒนาระบบตรวจวัดก๊าซขนาดเล็กด้วยเทคโนโลยีเซ็นเซอร์อาร์เรย์สำหรับตรวจวัดสิ่งแวดล้อม (ดร.อนุรัตน์ วิศิษฏ์สรอรรถ)
* การวิจัยและพัฒนาเซ็นเซอร์ตรวจวัดก๊าซด้วยท่อคาร์บอนนาโน (ดร.อนุรัตน์ วิศิษฏ์สรอรรถ)
* การวิจัยและพัฒนาเซ็นเซอร์อาร์เรย์ชิปด้วยเทคโนโลยีระบบเครื่องกลไฟฟ้าจุลภาค (ดร.อดิสร เตือนตรานนท์)
* โครงการสนับสนุนการทำต้นแบบวงจรรวม (ชำนาญ ปัญญาใส)
* การศึกษาสถานภาพและแนวทางในการพัฒนา Sensor ในประเทศไทย (ดร.กาญจนา วานิชกร)
* การสร้างห้องปฏิบัติการบนชิปราคาถูกด้วยวัสดุโพลิเมอร์ (ดร.อดิสร เตือนตรานนท์)
* ระบบตรวจวัดกลิ่นด้วยเทคโนโลยีเซ็นเซอร์อาร์เรย์ (ดร.อดิสร เตือนตรานนท์)
* การพัฒนาสิ่งประดิษฐ์สารกึ่งตัวนำชนิดฟิล์มบางเพชรด้วยวิธี MPCVD (ดร.สมศักดิ์ เชียร์ศิริกุล)
* เซ็นเซอร์อัจฉริยะด้วยเทคโนโลยีระบบเครื่องกลไฟฟ้าจุลภาค (ดร.อดิสร เตือนตรานนท์)
* การพัฒนาเครื่องวิเคราะห์ขนาดอนุภาคแขวนลอยในอากาศแบบใช้หลักการเคลื่อนที่ตัวทางไฟฟ้า (ดร.นคร ทิพยาวงศ์)
* เทคโนโลยีการผลิตไบโพลาร์ทรานซิสเตอร์ โครงสร้างระนาบชนิดหัวต่อต่างชนิดคู่ของ GaAIAs/GaAs (อ.ชุมพล อันตรเสน)
* การพัฒนาเทคโนโลยีกระบวนการสร้างวงจรรวมแบบซีมอส ระดับ 5 ไมครอน (อ.สุรศักดิ์ เนียมเจริญ)
* การประดิษฐ์ก๊าซเซ็นเซอร์โดยใช้คาร์บอนนาโนทิวบ์ (อ.สุธิชัย ชัยสิทธิ์ศักดิ์)
* ไบโอเซนเซอร์โดยใช้เทคนิคคลื่นผิวพลาสมอน (ดร.บุญส่ง สุตะพันธ์)
* การศึกษาวัสดุสำหรับก๊าซเซนเซอร์แบบฟิล์มบางโดยเทคนิคโฟโตอิมิชัน (ดร.อนุรัตน์ วิศิษฏ์สรอรรถ)
* การวิจัยและพัฒนาระบบตรวจวัดก๊าซขนาดเล็กด้วยเทคโนโลยีเซ็นเซอร์อาร์เรย์สำหรับตรวจวัดสิ่งแวดล้อม (ดร.อนุรัตน์ วิศิษฏ์สรอรรถ)
* การวิจัยและพัฒนาเซ็นเซอร์ตรวจวัดก๊าซด้วยท่อคาร์บอนนาโน (ดร.อนุรัตน์ วิศิษฏ์สรอรรถ)
* การวิจัยและพัฒนาเซ็นเซอร์อาร์เรย์ชิปด้วยเทคโนโลยีระบบเครื่องกลไฟฟ้าจุลภาค (ดร.อดิสร เตือนตรานนท์)
* โครงการสนับสนุนการทำต้นแบบวงจรรวม (ชำนาญ ปัญญาใส)
* การศึกษาสถานภาพและแนวทางในการพัฒนา Sensor ในประเทศไทย (ดร.กาญจนา วานิชกร)
* การสร้างห้องปฏิบัติการบนชิปราคาถูกด้วยวัสดุโพลิเมอร์ (ดร.อดิสร เตือนตรานนท์)
เป้าหมายทางเทคโนโลยี: (1) Silicon Sensor, (2) MEMS Sensor, (3) Photonic Senso
ตัวอย่างโครงการที่ได้รับการสนับสนุน :
* ระบบตรวจวัดกลิ่นด้วยเทคโนโลยีเซ็นเซอร์อาร์เรย์ (ดร.อดิสร เตือนตรานนท์)
* การพัฒนาสิ่งประดิษฐ์สารกึ่งตัวนำชนิดฟิล์มบางเพชรด้วยวิธี MPCVD (ดร.สมศักดิ์ เชียร์ศิริกุล)
* เซ็นเซอร์อัจฉริยะด้วยเทคโนโลยีระบบเครื่องกลไฟฟ้าจุลภาค (ดร.อดิสร เตือนตรานนท์)
* การพัฒนาเครื่องวิเคราะห์ขนาดอนุภาคแขวนลอยในอากาศแบบใช้หลักการเคลื่อนที่ตัวทางไฟฟ้า (ดร.นคร ทิพยาวงศ์)
* เทคโนโลยีการผลิตไบโพลาร์ทรานซิสเตอร์ โครงสร้างระนาบชนิดหัวต่อต่างชนิดคู่ของ GaAIAs/GaAs (อ.ชุมพล อันตรเสน)
* การพัฒนาเทคโนโลยีกระบวนการสร้างวงจรรวมแบบซีมอส ระดับ 5 ไมครอน (อ.สุรศักดิ์ เนียมเจริญ)
* การประดิษฐ์ก๊าซเซ็นเซอร์โดยใช้คาร์บอนนาโนทิวบ์ (อ.สุธิชัย ชัยสิทธิ์ศักดิ์)
* ไบโอเซนเซอร์โดยใช้เทคนิคคลื่นผิวพลาสมอน (ดร.บุญส่ง สุตะพันธ์)
* การศึกษาวัสดุสำหรับก๊าซเซนเซอร์แบบฟิล์มบางโดยเทคนิคโฟโตอิมิชัน (ดร.อนุรัตน์ วิศิษฏ์สรอรรถ)
* การวิจัยและพัฒนาระบบตรวจวัดก๊าซขนาดเล็กด้วยเทคโนโลยีเซ็นเซอร์อาร์เรย์สำหรับตรวจวัดสิ่งแวดล้อม (ดร.อนุรัตน์ วิศิษฏ์สรอรรถ)
* การวิจัยและพัฒนาเซ็นเซอร์ตรวจวัดก๊าซด้วยท่อคาร์บอนนาโน (ดร.อนุรัตน์ วิศิษฏ์สรอรรถ)
* การวิจัยและพัฒนาเซ็นเซอร์อาร์เรย์ชิปด้วยเทคโนโลยีระบบเครื่องกลไฟฟ้าจุลภาค (ดร.อดิสร เตือนตรานนท์)
* โครงการสนับสนุนการทำต้นแบบวงจรรวม (ชำนาญ ปัญญาใส)
* การศึกษาสถานภาพและแนวทางในการพัฒนา Sensor ในประเทศไทย (ดร.กาญจนา วานิชกร)
* การสร้างห้องปฏิบัติการบนชิปราคาถูกด้วยวัสดุโพลิเมอร์ (ดร.อดิสร เตือนตรานนท์)
* ระบบตรวจวัดกลิ่นด้วยเทคโนโลยีเซ็นเซอร์อาร์เรย์ (ดร.อดิสร เตือนตรานนท์)
* การพัฒนาสิ่งประดิษฐ์สารกึ่งตัวนำชนิดฟิล์มบางเพชรด้วยวิธี MPCVD (ดร.สมศักดิ์ เชียร์ศิริกุล)
* เซ็นเซอร์อัจฉริยะด้วยเทคโนโลยีระบบเครื่องกลไฟฟ้าจุลภาค (ดร.อดิสร เตือนตรานนท์)
* การพัฒนาเครื่องวิเคราะห์ขนาดอนุภาคแขวนลอยในอากาศแบบใช้หลักการเคลื่อนที่ตัวทางไฟฟ้า (ดร.นคร ทิพยาวงศ์)
* เทคโนโลยีการผลิตไบโพลาร์ทรานซิสเตอร์ โครงสร้างระนาบชนิดหัวต่อต่างชนิดคู่ของ GaAIAs/GaAs (อ.ชุมพล อันตรเสน)
* การพัฒนาเทคโนโลยีกระบวนการสร้างวงจรรวมแบบซีมอส ระดับ 5 ไมครอน (อ.สุรศักดิ์ เนียมเจริญ)
* การประดิษฐ์ก๊าซเซ็นเซอร์โดยใช้คาร์บอนนาโนทิวบ์ (อ.สุธิชัย ชัยสิทธิ์ศักดิ์)
* ไบโอเซนเซอร์โดยใช้เทคนิคคลื่นผิวพลาสมอน (ดร.บุญส่ง สุตะพันธ์)
* การศึกษาวัสดุสำหรับก๊าซเซนเซอร์แบบฟิล์มบางโดยเทคนิคโฟโตอิมิชัน (ดร.อนุรัตน์ วิศิษฏ์สรอรรถ)
* การวิจัยและพัฒนาระบบตรวจวัดก๊าซขนาดเล็กด้วยเทคโนโลยีเซ็นเซอร์อาร์เรย์สำหรับตรวจวัดสิ่งแวดล้อม (ดร.อนุรัตน์ วิศิษฏ์สรอรรถ)
* การวิจัยและพัฒนาเซ็นเซอร์ตรวจวัดก๊าซด้วยท่อคาร์บอนนาโน (ดร.อนุรัตน์ วิศิษฏ์สรอรรถ)
* การวิจัยและพัฒนาเซ็นเซอร์อาร์เรย์ชิปด้วยเทคโนโลยีระบบเครื่องกลไฟฟ้าจุลภาค (ดร.อดิสร เตือนตรานนท์)
* โครงการสนับสนุนการทำต้นแบบวงจรรวม (ชำนาญ ปัญญาใส)
* การศึกษาสถานภาพและแนวทางในการพัฒนา Sensor ในประเทศไทย (ดร.กาญจนา วานิชกร)
* การสร้างห้องปฏิบัติการบนชิปราคาถูกด้วยวัสดุโพลิเมอร์ (ดร.อดิสร เตือนตรานนท์)
เซนเซอร์พิกเซลตอบสนอง
(อังกฤษ: Active pixel sensor: APS) เป็นเซนเซอร์รูปภาพที่ประกอบด้วยวงจรประยุกต์ซึ่งบรรจุเซนเซอร์พิกเซลอยู่เป็นจำนวนมาก แต่ละพิกเซลบรรจุตัวตรวจจับรูปภาพและ ตัวเพิ่มพลังงานไฟฟ้าแบบตอบสนอง มีเซนเซอร์พิกเซลตอบสนองที่ใช้กันอยู่ทั่วไปหลากหลายชนิดเช่น CMOS APS พบได้ในกล้องของโทรศัพท์มือถือหรือกล้องเว็บ หรือDSLR การเซนเซอร์รูปภาพประเภทนี้ใช้ประมวลการ CMOS (และมักพูดกันในชื่อ เซนเซอร์ CMOS) ซึ่งมาใช้แทนที่อุปกรณ์ชาร์จสองขั้ว (CCD) ได้
เทคโนโลยีเซนเซอร์ (Sensor Technology)
หลักการและเหตุผล : ความต้องการใช้เซนเซอร์ในงานตรวจวัดและควบคุมสาขาต่าง ๆ กำลังเพิ่มขึ้น ตามแนวโน้มของปัจจัยนำ (Drivers and Trends)ในด้านการพัฒนาพลังงาน ความปลอดภัย สุขภาพ สิ่งแวดล้อม และสังคมยูบิควิตัส (Ubiquitous Society) ซึ่งล้วนส่งผลต่อการพัฒนาภาคอุตสาหกรรมและภาคบริการของประเทศ โปรแกรมเทคโนโลยีเซนเซอร์ จึงถูกออกแบบให้เป็นโปรแกรมการวิจัยและพัฒนาที่มุ่งเน้นให้ความสำคัญกับการ สร้างขีดความสามารถด้านเทคโนโลยีเซนเซอร์ เพื่อสร้างโอกาสใหม่ ๆ ในการพัฒนาประเทศจากเทคโนโลยีดังกล่าว และนำไปสู่การลดพึ่งพาเทคโนโลยีที่เกินความจำเป็นจากต่างประเทศ ตลอดจนเป็นการยกระดับขีดความสามารถอุตสาหกรรมและบริการที่มีประสิทธิภาพยิ่ง ขึ้น
เทคโนโลยีเซนเซอร์ (Sensor Technology)
หลักการและเหตุผล : ความต้องการใช้เซนเซอร์ในงานตรวจวัดและควบคุมสาขาต่าง ๆ กำลังเพิ่มขึ้น ตามแนวโน้มของปัจจัยนำ (Drivers and Trends)ในด้านการพัฒนาพลังงาน ความปลอดภัย สุขภาพ สิ่งแวดล้อม และสังคมยูบิควิตัส (Ubiquitous Society) ซึ่งล้วนส่งผลต่อการพัฒนาภาคอุตสาหกรรมและภาคบริการของประเทศ โปรแกรมเทคโนโลยีเซนเซอร์ จึงถูกออกแบบให้เป็นโปรแกรมการวิจัยและพัฒนาที่มุ่งเน้นให้ความสำคัญกับการ สร้างขีดความสามารถด้านเทคโนโลยีเซนเซอร์ เพื่อสร้างโอกาสใหม่ ๆ ในการพัฒนาประเทศจากเทคโนโลยีดังกล่าว และนำไปสู่การลดพึ่งพาเทคโนโลยีที่เกินความจำเป็นจากต่างประเทศ ตลอดจนเป็นการยกระดับขีดความสามารถอุตสาหกรรมและบริการที่มีประสิทธิภาพยิ่ง ขึ้น
วงจรเซนเซอร์ แบบที่ 1
การตรวจจับเส้นหรือ ระดับความสว่างของแสงที่ตกกระทบผิวของวัสดุ โดยเส้นที่เป็นสีขาวจะมีการดูดซับแสงน้อยทำให้มีการสะท้อนของแสงมาก ในทางกลับกันถ้าเป็นสีดำจะมีการดูดซับแสงมากทำให้มีการสะท้อนของแสงน้อยเรา จึงได้มีการนำเอาหลักการนี้มาใช้ในการตรวจหาเส้นหรือตรวจหาระดับความสว่าง ของแสงที่สะท้อนจากวัสดุ
วงจรเซนเซอร์โดยส่วนมากที่ใช่จะใช่ Opamp ในการเปรียบเทียบระดับแรงดันไฟฟ้า เพื่อให้ได้เป็นระดับลอจิกเพื่อต่อเข้าไมโครคอลโทรลเลอร์ จากรูปจะใช้ VR 5K ในการปรับระดับแรงดันที่ต้องการเปรียบเทียบ โดยเมื่อมีการสะท้อนของแสงมากหรือเป็นสีขาวจะได้ Output เป็นลอจิก "1" และเซนเซอร์ที่ใช้เป็นตัว รับ-ส่ง อินฟราเรด ซึ่งอินฟราเรดเป็นแสงสีแดงจะทำให้การสะท้อนของสีขาวและสีแดงมีความใกล้เคียงกันจึงต้องระวังในข้อนี้ด้วย
วงจรเซนเซอร์โดยส่วนมากที่ใช่จะใช่ Opamp ในการเปรียบเทียบระดับแรงดันไฟฟ้า เพื่อให้ได้เป็นระดับลอจิกเพื่อต่อเข้าไมโครคอลโทรลเลอร์ จากรูปจะใช้ VR 5K ในการปรับระดับแรงดันที่ต้องการเปรียบเทียบ โดยเมื่อมีการสะท้อนของแสงมากหรือเป็นสีขาวจะได้ Output เป็นลอจิก "1" และเซนเซอร์ที่ใช้เป็นตัว รับ-ส่ง อินฟราเรด ซึ่งอินฟราเรดเป็นแสงสีแดงจะทำให้การสะท้อนของสีขาวและสีแดงมีความใกล้เคียงกันจึงต้องระวังในข้อนี้ด้วย
Friday 10 July 2009
หลักการเปลี่ยนค่าการเก็บประจุและเปลี่ยนค่าความเหนี่ยวนำ (Capacitive and Inductive)
หลักการเปลี่ยนค่าการเก็บประจุและเปลี่ยนค่าความเหนี่ยวนำ (Capacitive and Inductive)
เซ็นเซอร์ชนิดที่สองที่ใช้สำหรับการวัดระยะทาง ใช้หลักการในการเปลี่ยนค่าการเก็บประจุและการเปลี่ยนแปลงค่าความเหนี่ยวนำ
1. การเก็บประจุ (Capacitive) หลักการพื้นฐานของตัวเซ็นเซอร์แบบเปลี่ยนค่าความจุ
สามารถอธิบายได้ด้วยสมการของตัวเก็บประจุบนแผ่นเพลตแบบขนาน คือ
เซ็นเซอร์ชนิดที่สองที่ใช้สำหรับการวัดระยะทาง ใช้หลักการในการเปลี่ยนค่าการเก็บประจุและการเปลี่ยนแปลงค่าความเหนี่ยวนำ
1. การเก็บประจุ (Capacitive) หลักการพื้นฐานของตัวเซ็นเซอร์แบบเปลี่ยนค่าความจุ
สามารถอธิบายได้ด้วยสมการของตัวเก็บประจุบนแผ่นเพลตแบบขนาน คือ
โพเทนชิโอมิเตอร์ (Potentiometer or Potentiometric)
โพเทนชิโอมิเตอร์ (Potentiometer or Potentiometric)
1. ชนิดของโพเทนชิโอมิเตอร์
(1) โพเทนชิโอมิเตอร์แบบเชิงเส้น (linear potentionmeter) ใช้ในการวัดระยะทางที่
เป็นเส้นตรงดังรูป
(2) โพเทนชิโอมิเตอร์แบบเชิงมุม (rotary potentiometer) ใช้สำหรับวัดระยะใน
ลักษณะการหมุน โพเทนชิโอมิเตอร์แบบไวร์วาวด์หมุนได้ประมาณ 300 รอบ/นาที โพเทนชิโอมิเตอร์แบบต่อเนื่องอาจจะหมุนได้ถึง 2,000 รอบ/นาที
2. ความละเอียด (Resolution) ของโพเทนชิโอมิเตอร์ คือการเปลี่ยนแปลงความต้านทานค่า
น้อยทีสุดเมื่อแขนโพเทนชิโอมิเตอร์เคลื่อนที่จากขดลวดช่วงหนึ่งไปยังอีกช่วงหนึ่ง
Resolution=
3. การปรับสภาพสัญญาณ สัญญาณรบกวนของโพเทนชิโอมิเตอร์จะเกิดจากวัสดุที่ใช้ทำ
พบว่า ค่ารบกวนดังกล่าวเป็นสัดส่วนโดยตรงกับอุณหภูมิและกระแสของตัวมัน ดังนั้นเพื่อให้มีค่ารบกวนน้อยที่สุดจึงต้องรักษาแรงเคลื่อนที่จ่ายให้มีค่าต่ำสุด
1. ชนิดของโพเทนชิโอมิเตอร์
(1) โพเทนชิโอมิเตอร์แบบเชิงเส้น (linear potentionmeter) ใช้ในการวัดระยะทางที่
เป็นเส้นตรงดังรูป
(2) โพเทนชิโอมิเตอร์แบบเชิงมุม (rotary potentiometer) ใช้สำหรับวัดระยะใน
ลักษณะการหมุน โพเทนชิโอมิเตอร์แบบไวร์วาวด์หมุนได้ประมาณ 300 รอบ/นาที โพเทนชิโอมิเตอร์แบบต่อเนื่องอาจจะหมุนได้ถึง 2,000 รอบ/นาที
2. ความละเอียด (Resolution) ของโพเทนชิโอมิเตอร์ คือการเปลี่ยนแปลงความต้านทานค่า
น้อยทีสุดเมื่อแขนโพเทนชิโอมิเตอร์เคลื่อนที่จากขดลวดช่วงหนึ่งไปยังอีกช่วงหนึ่ง
Resolution=
3. การปรับสภาพสัญญาณ สัญญาณรบกวนของโพเทนชิโอมิเตอร์จะเกิดจากวัสดุที่ใช้ทำ
พบว่า ค่ารบกวนดังกล่าวเป็นสัดส่วนโดยตรงกับอุณหภูมิและกระแสของตัวมัน ดังนั้นเพื่อให้มีค่ารบกวนน้อยที่สุดจึงต้องรักษาแรงเคลื่อนที่จ่ายให้มีค่าต่ำสุด
การตรวจวัดตัวแปรทางกล(ตอนที่ 1) (Mechanical Sensors)
การตรวจวัดตัวแปรทางกล(ตอนที่ 1) (Mechanical Sensors)
ชนิดของเซ็นเซอร์ที่ใช้สำหรับการวัดปรากฏการณ์ทางกลจะมีลักษณะพิเศษ เพราะต้องนำแนวคิดหรือการทำงานพื้นฐานของอุปกรณ์มาดัดแปลงวัดค่าต่างๆ ในกระบวนการทางอุตสาหกรรม เพื่อที่จะศึกษาและใช้งานตัวเซ็นเซอร์ทางกลจึงจำเป็นต้องทำความเข้าใจปรากฏการณ์ทางกล หลักการปฎิบัติงานและรายละเอียดในการประยุกต์ใช้งานของตัวเซ็นเซอร์ดังกล่าว
การตรวจวัดระยะทาง ที่ตั้ง และตำแหน่ง(Displacement, Location or Position Sensors)
การวัดระยะทาง ตำแหน่งหรือที่ตั้ง เป็นหัวข้อที่มีความสำคัญในกระบวนการทางอุตสาหกรรม ตัวอย่างของการวัดตัวแปรที่เกี่ยวข้องกับเรื่องนี้ได้แก่
1. ตำแหน่งหรือที่ตั้งของวัตถุบนสายพานลำเลียง
2. การยืดของแผ่นเหล็กที่ทำการม้วน (rolling mill)
3. การวัดระดับของของแข็งหรือของเหลว
4. ที่ตั้งหรือตำแหน่งของชิ้นงานในการกลึง
5. การแปลงค่าความดันไปเป็นระยะทางทางกายภาพเพื่อวัดระดับ
ชนิดของเซ็นเซอร์ที่ใช้สำหรับการวัดปรากฏการณ์ทางกลจะมีลักษณะพิเศษ เพราะต้องนำแนวคิดหรือการทำงานพื้นฐานของอุปกรณ์มาดัดแปลงวัดค่าต่างๆ ในกระบวนการทางอุตสาหกรรม เพื่อที่จะศึกษาและใช้งานตัวเซ็นเซอร์ทางกลจึงจำเป็นต้องทำความเข้าใจปรากฏการณ์ทางกล หลักการปฎิบัติงานและรายละเอียดในการประยุกต์ใช้งานของตัวเซ็นเซอร์ดังกล่าว
การตรวจวัดระยะทาง ที่ตั้ง และตำแหน่ง(Displacement, Location or Position Sensors)
การวัดระยะทาง ตำแหน่งหรือที่ตั้ง เป็นหัวข้อที่มีความสำคัญในกระบวนการทางอุตสาหกรรม ตัวอย่างของการวัดตัวแปรที่เกี่ยวข้องกับเรื่องนี้ได้แก่
1. ตำแหน่งหรือที่ตั้งของวัตถุบนสายพานลำเลียง
2. การยืดของแผ่นเหล็กที่ทำการม้วน (rolling mill)
3. การวัดระดับของของแข็งหรือของเหลว
4. ที่ตั้งหรือตำแหน่งของชิ้นงานในการกลึง
5. การแปลงค่าความดันไปเป็นระยะทางทางกายภาพเพื่อวัดระดับ
การออกแบบวงจร (Design Considerations)
การออกแบบวงจร (Design Considerations)
ในการออกแบบระบบควบคุมกระบวนการทั้งหมดต้องกำหนดความต้องการของอุปกรณ์แต่ละตัวในระบบ และระมัดระวังความเข้ากันได้ระหว่างคุณสมบัติของอุปกรณ์แต่ละตัวในวงจรต่อระบบทั้งหมดที่เราต้องการ
การจะสร้างระบบการตรวจวัดอุณหภูมิ มีข้อเสนอแนะดังต่อไปนี้
1. ศึกษาและกำหนดธรรมชาติของการวัด ประกอบด้วยค่าในสภาวะปกติเดิม (nominal value) และย่านของการวัดอุณหภูมิ สภาวะทางกายภาพของธรรมชาติในระบบที่จะวัดความเร็วตอบสนองที่ต้องการวัด และลักษณะอื่นๆที่จะต้องพิจารณา
2. กำหนดความต้องการของสัญญาณทางด้านเอาต์พุต ในการใช้งานส่วนใหญ่เอาต์พุตจะเป็นสัญญาณกระแสมาตรฐาน 4-20 มิลลิแอมป์ หรือแรงเคลื่อนที่เป็นสเกลเดียวกันเพื่อแสดงย่านของอุณหภูมิในการวัด โดยอาจมีหัวข้ออื่นที่ต้องพิจารณาได้แก่การแยกระบบทางไฟฟ้าออกจากกัน (isolation) อิมพีแดนซ์ทางด้านเอาต์พุตหรือตัวประกอบอื่นๆ เช่นในบางกรณีอาจจะต้องกำหนดเอาต์พุตให้อยู่ในรูปของการเข้ารหัสในระบบดิจิตอลด้วย
3. การเลือกตัวเซ็นเซอร์ พื้นฐานเบื้องต้นในการเลือกเซนเซอร์คือ เซ็นเซอร์มีคุณสมบัติที่พอดีกับย่านที่ต้องการวัดหรือไม่ สิ่งแวดล้อมเป็นอย่างไร แล้วจึงจะเลือกตัวเซนเซอร์นั้น รวมถึงตัวประกอบอื่นๆที่ต้องเลือก เช่น ราคา และความน่าเชื่อถือซึ่งเป็นสิ่งสำคัญ นอกจากนั้นความต้องการของสัญญาณเอาต์พุตก็เป็นตัวหนึ่งที่ต้องพิจารณา แต่ก็จัดว่ามีความสำคัญน้อยกว่าเพราะเราสามารถออกแบบวงจรปรับสภาพสัญญาณให้เป็นไปตามต้องการได้ในภายหลัง
4. การออกแบบการปรับสภาพสัญญาณที่ต้องการ โดยการใช้เทคนิคการปรับสภาพสัญญาณการตรวจจับอุณหภูมิโดยตรงของตัวเซ็นเซอร์จะถูกเปลี่ยนไปเป็นสัญญาณเอาต์พุตที่ต้องการ การจะกำหนดชนิดของการปรับสภาพสัญญาณจะขึ้นอยู่กับชนิดของตัวเซ็นเซอร์ที่ใช้และคุณสมบัติของสัญญาณเอาต์พุตที่ต้องการ
ในการออกแบบระบบควบคุมกระบวนการทั้งหมดต้องกำหนดความต้องการของอุปกรณ์แต่ละตัวในระบบ และระมัดระวังความเข้ากันได้ระหว่างคุณสมบัติของอุปกรณ์แต่ละตัวในวงจรต่อระบบทั้งหมดที่เราต้องการ
การจะสร้างระบบการตรวจวัดอุณหภูมิ มีข้อเสนอแนะดังต่อไปนี้
1. ศึกษาและกำหนดธรรมชาติของการวัด ประกอบด้วยค่าในสภาวะปกติเดิม (nominal value) และย่านของการวัดอุณหภูมิ สภาวะทางกายภาพของธรรมชาติในระบบที่จะวัดความเร็วตอบสนองที่ต้องการวัด และลักษณะอื่นๆที่จะต้องพิจารณา
2. กำหนดความต้องการของสัญญาณทางด้านเอาต์พุต ในการใช้งานส่วนใหญ่เอาต์พุตจะเป็นสัญญาณกระแสมาตรฐาน 4-20 มิลลิแอมป์ หรือแรงเคลื่อนที่เป็นสเกลเดียวกันเพื่อแสดงย่านของอุณหภูมิในการวัด โดยอาจมีหัวข้ออื่นที่ต้องพิจารณาได้แก่การแยกระบบทางไฟฟ้าออกจากกัน (isolation) อิมพีแดนซ์ทางด้านเอาต์พุตหรือตัวประกอบอื่นๆ เช่นในบางกรณีอาจจะต้องกำหนดเอาต์พุตให้อยู่ในรูปของการเข้ารหัสในระบบดิจิตอลด้วย
3. การเลือกตัวเซ็นเซอร์ พื้นฐานเบื้องต้นในการเลือกเซนเซอร์คือ เซ็นเซอร์มีคุณสมบัติที่พอดีกับย่านที่ต้องการวัดหรือไม่ สิ่งแวดล้อมเป็นอย่างไร แล้วจึงจะเลือกตัวเซนเซอร์นั้น รวมถึงตัวประกอบอื่นๆที่ต้องเลือก เช่น ราคา และความน่าเชื่อถือซึ่งเป็นสิ่งสำคัญ นอกจากนั้นความต้องการของสัญญาณเอาต์พุตก็เป็นตัวหนึ่งที่ต้องพิจารณา แต่ก็จัดว่ามีความสำคัญน้อยกว่าเพราะเราสามารถออกแบบวงจรปรับสภาพสัญญาณให้เป็นไปตามต้องการได้ในภายหลัง
4. การออกแบบการปรับสภาพสัญญาณที่ต้องการ โดยการใช้เทคนิคการปรับสภาพสัญญาณการตรวจจับอุณหภูมิโดยตรงของตัวเซ็นเซอร์จะถูกเปลี่ยนไปเป็นสัญญาณเอาต์พุตที่ต้องการ การจะกำหนดชนิดของการปรับสภาพสัญญาณจะขึ้นอยู่กับชนิดของตัวเซ็นเซอร์ที่ใช้และคุณสมบัติของสัญญาณเอาต์พุตที่ต้องการ
ไอซีเซ็นเซอร์อุณหภูมิ (Integrated – Circuit Temperature Sensors)
ไอซีเซ็นเซอร์อุณหภูมิ (Integrated – Circuit Temperature Sensors)
ที่ผ่านมาพบว่าเทอร์โมคัปเปิลมีสัญญาณทางด้านเอาต์พุตต่ำมากและมีความเป็นเชิงเส้นกับอุณหภูมิต่ำ นอกจากนี้ยังต้องมีการชดเชยค่าที่ถูกต้องให้ด้วย ส่วนอาร์ทีดีให้เอาต์พุตเป็นความต้านทานแต่จะมีค่าน้อย และเทอร์มิสเตอร์ก็จะมีความเป็นเชิงเส้นน้อยมาก
มีตัวตรวจวัดอุณหภูมิตัวหนึ่งที่เป็นทางเลือก ได้แก่อุปกรณ์ที่ประดิษฐ์จากสารกึ่งตัวนำอิเล็กทรอนิกส์ที่อยู่ในรูปของโมโนลิธิกไอซี ในที่นี้จะกล่าวถึงเบอร์ต่างๆดังนี้
ไอซีตระกูล 335
ในที่นี้จะอ้างอิงเบอร์ LM335 ส่วนตัวอื่นในตระกูลเดียวกันจะเป็นดังตารางที่ 5.9
ตารางที่...แสดงย่านวัดอุณหภูมิของ LM135/LM235/LM335
อุปกรณ์ ย่านวัด(° C) การใช้งาน
LM135
LM235
LM335 -55 ถึง +150
-40 ถึง +125
-40 ถึง +100 ทางทหาร
งานอุตสาหกรรม
เชิงธุรกิจ
ไอซีเบอร์ LM335 เป็นซีเนอร์ไดโอดที่ไวต่ออุณหภูมิ เมื่อเราจ่ายแรงเคลื่อนไบอัสกลับให้อยู่ในย่านเบรกดาวน์ จะทำให้มีความไวทางด้านเอาต์พุตเป็น 10 mV/° K หรือ
VZ = T (..)
จากที่พบว่าองศาเคลวินและองศาเซลเซียสมีค่าเหมือนกัน แต่จะมีออฟเซตเป็น 273° นั่นคือ
0° C = 273° K
ดังนั้นเอาต์พุตของ LM335 จึงกลายเป็น
VZ = 2.73 V + T (..)
กระแสจากรูปที่ 5.25 จะต้องจำกัดให้อยู่ที่
5 mA > IZ > 400 µA
ด้วยเหตุนี้จึงเห็นว่าที่กระแสสูงๆ LM335 จะร้อนเนื่องจากกำลังงาน IZVZ แต่ที่กระแสต่ำกว่า 1 mA จะทำให้ความแน่นอนลดน้อยลง
เพื่อหาค่าของตัวต้านทานที่เหมาะสมที่จะนำมาต่ออนุกรมกับรูปที่ 5.25 อันดับแรกต้องหาแรงเคลื่อนตกคร่อมซีเนอร์ไดโอดที่อุณหภูมิปกติที่ใช้งาน ซึ่งหาได้จาก
= (...)
ต้องจำว่า กระแสโหลดต้องน้อยกว่ากระแสต่ำสุดที่ไหลผ่านซีเนอร์ไดโอดจริง นั่นคือต้องแน่ใจว่า
ความเป็นเชิงเส้นของ LM335 มีค่าเท่ากับ สิ่งที่ต้องระวังในวงจรนี้คือ ออฟเซต 2.73 โวลต์อาจจะสร้างสัญญาณรบกวนให้กับวงจร จากวงจรด้านบนที่อุณหภูมิ 0° C แรงเคลื่อนทางเอาต์พุตจะมีค่าเป็น 0 โวลต์ไฟกระแสตรง
วงจรในรูปที่ 5.26 เป็นวงจรหนึ่งที่สามารถใช้ในการสอบเทียบเป็นแบบสองจุด (two – point calibration) โดยมีลำดับขั้นดังนี้คือ
1. ปรับขา (wiper) ของโพเทนชิโอมิเตอร์ศูนย์ให้ได้แรงเคลื่อน -2.73 โวลต์
2. ปรับโพเทนชิโอมิเตอร์ เป็นที่กึ่งกลาง นำตัวโพเทนชิโอมิเตอร์ไปวางที่อุณหภูมิไปวางที่อุณหภูมิต่ำสุด ณ จุดที่ต้องการใช้งาน
3. ปรับโพเทนชิโอมิเตอร์ศูนย์ใหม่เพื่อกำจัดค่าความผิดพลาดออกครึ่งหนึ่ง แล้วนำโพเทนชิโอมิเตอร์ไปวางไว้ยังจุดที่มีอุณหภูมิสูงสุดที่ต้องการใช้งาน
4. ปรับโพเทนชิโอมิเตอร์ เพื่อกำจัดค่าความผิดพลาดด้านบนออก สลับกันวางตัวเซ็นเซอร์ที่อุณหภูมิสูงและต่ำอย่างนี้แล้วปรับอย่างน้อยอีก 2 ครั้ง โดยใช้การปรับศูนย์ที่ด้านล่างและปรับค่า ที่ด้านบน
จากการทดลองด้านบน ต้องไม่ลืมช่วงเวลาที่จะทำให้ตัวเซนเซอร์เข้าสู่จุดเสถียรที่อุณหภูมิใหม่ในแต่ละครั้งก่อนที่จะทำการปรับ นอกจากนั้นต้องแน่ใจว่าจะสามารถรักษาให้ RZERO มีค่าน้อยกว่า RBIAS ซึ่งทำให้การปรับไม่มีผลกับค่า IZ
ไอซีตระกูล 34
ในที่นี้จะอ้างอิงเบอร์ LM34 จากบริษัท National Semiconductor ซึ่งอซีเบอร์ LM34 นี้ให้แรงเคลื่อนเอาต์พุตเป็นเชิงเส้นกับอุณหภูมิองศาฟาเรนไฮต์ พบว่า LM34 มีข้อได้เปรียบเหนือตัวเซ็นเซอร์อุณหภูมิแบบเชิงเส้นที่สอบเทียบกับอุณหภูมิองศาเคลวินคือ
1. ไม่ต้องลบค่าคงที่ของแรงเคลื่อนออกจากเอาต์พุตของมัน
2. ไม่ต้องสอบเทียบหรือปรับค่าใดๆจากภายนอก แต่ยังคงให้ค่าความไม่แน่นอนได้ ที่อุณหภูมิห้องและ ที่อุณหภูมิ -50 ถึง +300° F
3. อิมพีแดนซ์ทางด้านเอาต์พุตต่ำให้เอาต์พุตเป็นเชิงเส้น และให้ความเที่ยงตรงต่อการสอบเทียบทำให้สามารถเชื่อมต่อกับอุปกรณ์อ่านค่าหรือต่อกับวงจรควบคุมได้ดี
4. สามารถใช้ได้กับแหล่งจ่ายแบบแหล่งจ่ายปลายเดี่ยว หรือกับแหล่งจ่ายกำลังที่มีขั้วบวกและลบได้อีกด้วย กินกระแสที่ประมาณ 70 mA จากแหล่งจ่าย ความร้อนที่เกิดจากตัวมันเองมีค่าต่ำประมาณ 0.2° F ในอากาศนิ่ง
5. มีย่านใช้งานในช่วง -50 ถึง +300 °F หากเป็นเบอร์ LM34C จะมีย่านใช้งานจาก -40 ถึง +230° F
LM34 บรรจุในตัวถังแบบ TO-46 แบบทรานซิสเตอร์ ส่วน LM34C บรรจุในตัวถังแบบ TO-92 ซึ่งเป็นแบบทรานซิสเตอร์พลาสติกวงจรใช้งานร่วมกับ LM34 เป็นดังรูปที่ 5.27 พบว่าเอาต์พุตจะเปลี่ยนแปลงอยู่ในช่วง 50 mV ถึง 3.00 V ไฟกรแสตรง หากใช้วัดอุณหภูมิจากช่วง +5 ถึง -300°F แต่หากต้องการวัดอุณหภูมิที่ต่ำกว่ำ 0°F ต้องจ่ายแหล่งจ่ายลบให้กับตัวไอซี ดังแสดงในรูปที่ 5.27(ข) วงจรดังกล่าวนี้ที่ 300°F จะมีแรงเคลื่อนเอาต์พุตออกมา +3.00 โวลต์ ส่วนที่ -50°F จะจ่ายแรงเคลื่อนออกมา -500 มิลลิโวลต์
บ่อยครั้งที่ต้องติดตั้งเซ็นเซอร์ไกลออกไปหลายเซนติเมตรจากวงจรอิเล็กทรอนิกส์ที่ต่อร่วม จึงจำเป็นต้องพิจารณาดังต่อไปนี้
1. ต้องใช้สายตัวนำที่ต่อไปยังเซ็นเซอร์เพียงสองสายเท่านั้น (ไม่ใช่สามสาย)
2. ต้องให้สัญญาณที่ย้อนกลับมาจากเซนเซอร์เป็นกระแสไม่ใช่แรงเคลื่อน ที่เป็นเช่นนี้ก็เพื่อกำจัดผลของค่าความต้านทานที่อนุกรมอยู่ในสาย ซึ่งวงจรในรูปที่ 5.27 (ค) และ (ง) คือการต่อดังที่กล่าวไว้
3. ต้องรักษาให้สัมประสิทธิ์อุณหภูมิของตัวต้านทาน 499 ต่ำที่สุดเท่าที่เป็นไปได้ ที่เป็นเช่นนี้ก็เพราะว่า IT ไม่เปลี่ยนแปลงเฉพาะกับแต่ VT เท่านั้น แต่ยังเปลี่ยนแปลงไปกับตัวต้านทาน 499 ที่เกิดจากผลของอุณหภูมิอีกด้วย
ไอซีตระกูล 590/592
ถ้าหากต้องการส่งสัญญาณออกเป็นระยะทางไกลๆ และไม่ต้องการให้สัญญาณกระแสมีผลโดยตัวต้านทานที่อนุกรมในสาย ไอซีตระกูล 590 และ 592 ก็เป็นตัวเลือกที่ดีอีกตัวหนึ่ง ในตอนนี้จะยกตัวอย่างของบริษัท Analog Device ที่ให้เอาต์พุตออกมาเป็นแรงเคลื่อน และมีกระแสออกจาก AD590 และ AD592 ดังนี้
เมื่อ T อยู่ในหน่วย °K หรือ
เมื่อ T อยู่ในหน่วย °C AD590 ให้ความแน่นอนเท่ากับ +0.5°C เมื่ออุณหภูมิอยู่ในช่วง -55 ถึง +150°C หากเปรียบเทียบกันแล้ว AD592 จะมีราคาถูกกว่า AD590 ย่านการใช้งานของมันจะอยู่ในช่วง -25 ถึง +105°C แต่มีความแน่นอนเป็น 0.5°C ที่ 25°C ความเป็นเชิงเส้น 0.2°C ในช่วง 0 ถึง 70°C
ที่ผ่านมาพบว่าเทอร์โมคัปเปิลมีสัญญาณทางด้านเอาต์พุตต่ำมากและมีความเป็นเชิงเส้นกับอุณหภูมิต่ำ นอกจากนี้ยังต้องมีการชดเชยค่าที่ถูกต้องให้ด้วย ส่วนอาร์ทีดีให้เอาต์พุตเป็นความต้านทานแต่จะมีค่าน้อย และเทอร์มิสเตอร์ก็จะมีความเป็นเชิงเส้นน้อยมาก
มีตัวตรวจวัดอุณหภูมิตัวหนึ่งที่เป็นทางเลือก ได้แก่อุปกรณ์ที่ประดิษฐ์จากสารกึ่งตัวนำอิเล็กทรอนิกส์ที่อยู่ในรูปของโมโนลิธิกไอซี ในที่นี้จะกล่าวถึงเบอร์ต่างๆดังนี้
ไอซีตระกูล 335
ในที่นี้จะอ้างอิงเบอร์ LM335 ส่วนตัวอื่นในตระกูลเดียวกันจะเป็นดังตารางที่ 5.9
ตารางที่...แสดงย่านวัดอุณหภูมิของ LM135/LM235/LM335
อุปกรณ์ ย่านวัด(° C) การใช้งาน
LM135
LM235
LM335 -55 ถึง +150
-40 ถึง +125
-40 ถึง +100 ทางทหาร
งานอุตสาหกรรม
เชิงธุรกิจ
ไอซีเบอร์ LM335 เป็นซีเนอร์ไดโอดที่ไวต่ออุณหภูมิ เมื่อเราจ่ายแรงเคลื่อนไบอัสกลับให้อยู่ในย่านเบรกดาวน์ จะทำให้มีความไวทางด้านเอาต์พุตเป็น 10 mV/° K หรือ
VZ = T (..)
จากที่พบว่าองศาเคลวินและองศาเซลเซียสมีค่าเหมือนกัน แต่จะมีออฟเซตเป็น 273° นั่นคือ
0° C = 273° K
ดังนั้นเอาต์พุตของ LM335 จึงกลายเป็น
VZ = 2.73 V + T (..)
กระแสจากรูปที่ 5.25 จะต้องจำกัดให้อยู่ที่
5 mA > IZ > 400 µA
ด้วยเหตุนี้จึงเห็นว่าที่กระแสสูงๆ LM335 จะร้อนเนื่องจากกำลังงาน IZVZ แต่ที่กระแสต่ำกว่า 1 mA จะทำให้ความแน่นอนลดน้อยลง
เพื่อหาค่าของตัวต้านทานที่เหมาะสมที่จะนำมาต่ออนุกรมกับรูปที่ 5.25 อันดับแรกต้องหาแรงเคลื่อนตกคร่อมซีเนอร์ไดโอดที่อุณหภูมิปกติที่ใช้งาน ซึ่งหาได้จาก
= (...)
ต้องจำว่า กระแสโหลดต้องน้อยกว่ากระแสต่ำสุดที่ไหลผ่านซีเนอร์ไดโอดจริง นั่นคือต้องแน่ใจว่า
ความเป็นเชิงเส้นของ LM335 มีค่าเท่ากับ สิ่งที่ต้องระวังในวงจรนี้คือ ออฟเซต 2.73 โวลต์อาจจะสร้างสัญญาณรบกวนให้กับวงจร จากวงจรด้านบนที่อุณหภูมิ 0° C แรงเคลื่อนทางเอาต์พุตจะมีค่าเป็น 0 โวลต์ไฟกระแสตรง
วงจรในรูปที่ 5.26 เป็นวงจรหนึ่งที่สามารถใช้ในการสอบเทียบเป็นแบบสองจุด (two – point calibration) โดยมีลำดับขั้นดังนี้คือ
1. ปรับขา (wiper) ของโพเทนชิโอมิเตอร์ศูนย์ให้ได้แรงเคลื่อน -2.73 โวลต์
2. ปรับโพเทนชิโอมิเตอร์ เป็นที่กึ่งกลาง นำตัวโพเทนชิโอมิเตอร์ไปวางที่อุณหภูมิไปวางที่อุณหภูมิต่ำสุด ณ จุดที่ต้องการใช้งาน
3. ปรับโพเทนชิโอมิเตอร์ศูนย์ใหม่เพื่อกำจัดค่าความผิดพลาดออกครึ่งหนึ่ง แล้วนำโพเทนชิโอมิเตอร์ไปวางไว้ยังจุดที่มีอุณหภูมิสูงสุดที่ต้องการใช้งาน
4. ปรับโพเทนชิโอมิเตอร์ เพื่อกำจัดค่าความผิดพลาดด้านบนออก สลับกันวางตัวเซ็นเซอร์ที่อุณหภูมิสูงและต่ำอย่างนี้แล้วปรับอย่างน้อยอีก 2 ครั้ง โดยใช้การปรับศูนย์ที่ด้านล่างและปรับค่า ที่ด้านบน
จากการทดลองด้านบน ต้องไม่ลืมช่วงเวลาที่จะทำให้ตัวเซนเซอร์เข้าสู่จุดเสถียรที่อุณหภูมิใหม่ในแต่ละครั้งก่อนที่จะทำการปรับ นอกจากนั้นต้องแน่ใจว่าจะสามารถรักษาให้ RZERO มีค่าน้อยกว่า RBIAS ซึ่งทำให้การปรับไม่มีผลกับค่า IZ
ไอซีตระกูล 34
ในที่นี้จะอ้างอิงเบอร์ LM34 จากบริษัท National Semiconductor ซึ่งอซีเบอร์ LM34 นี้ให้แรงเคลื่อนเอาต์พุตเป็นเชิงเส้นกับอุณหภูมิองศาฟาเรนไฮต์ พบว่า LM34 มีข้อได้เปรียบเหนือตัวเซ็นเซอร์อุณหภูมิแบบเชิงเส้นที่สอบเทียบกับอุณหภูมิองศาเคลวินคือ
1. ไม่ต้องลบค่าคงที่ของแรงเคลื่อนออกจากเอาต์พุตของมัน
2. ไม่ต้องสอบเทียบหรือปรับค่าใดๆจากภายนอก แต่ยังคงให้ค่าความไม่แน่นอนได้ ที่อุณหภูมิห้องและ ที่อุณหภูมิ -50 ถึง +300° F
3. อิมพีแดนซ์ทางด้านเอาต์พุตต่ำให้เอาต์พุตเป็นเชิงเส้น และให้ความเที่ยงตรงต่อการสอบเทียบทำให้สามารถเชื่อมต่อกับอุปกรณ์อ่านค่าหรือต่อกับวงจรควบคุมได้ดี
4. สามารถใช้ได้กับแหล่งจ่ายแบบแหล่งจ่ายปลายเดี่ยว หรือกับแหล่งจ่ายกำลังที่มีขั้วบวกและลบได้อีกด้วย กินกระแสที่ประมาณ 70 mA จากแหล่งจ่าย ความร้อนที่เกิดจากตัวมันเองมีค่าต่ำประมาณ 0.2° F ในอากาศนิ่ง
5. มีย่านใช้งานในช่วง -50 ถึง +300 °F หากเป็นเบอร์ LM34C จะมีย่านใช้งานจาก -40 ถึง +230° F
LM34 บรรจุในตัวถังแบบ TO-46 แบบทรานซิสเตอร์ ส่วน LM34C บรรจุในตัวถังแบบ TO-92 ซึ่งเป็นแบบทรานซิสเตอร์พลาสติกวงจรใช้งานร่วมกับ LM34 เป็นดังรูปที่ 5.27 พบว่าเอาต์พุตจะเปลี่ยนแปลงอยู่ในช่วง 50 mV ถึง 3.00 V ไฟกรแสตรง หากใช้วัดอุณหภูมิจากช่วง +5 ถึง -300°F แต่หากต้องการวัดอุณหภูมิที่ต่ำกว่ำ 0°F ต้องจ่ายแหล่งจ่ายลบให้กับตัวไอซี ดังแสดงในรูปที่ 5.27(ข) วงจรดังกล่าวนี้ที่ 300°F จะมีแรงเคลื่อนเอาต์พุตออกมา +3.00 โวลต์ ส่วนที่ -50°F จะจ่ายแรงเคลื่อนออกมา -500 มิลลิโวลต์
บ่อยครั้งที่ต้องติดตั้งเซ็นเซอร์ไกลออกไปหลายเซนติเมตรจากวงจรอิเล็กทรอนิกส์ที่ต่อร่วม จึงจำเป็นต้องพิจารณาดังต่อไปนี้
1. ต้องใช้สายตัวนำที่ต่อไปยังเซ็นเซอร์เพียงสองสายเท่านั้น (ไม่ใช่สามสาย)
2. ต้องให้สัญญาณที่ย้อนกลับมาจากเซนเซอร์เป็นกระแสไม่ใช่แรงเคลื่อน ที่เป็นเช่นนี้ก็เพื่อกำจัดผลของค่าความต้านทานที่อนุกรมอยู่ในสาย ซึ่งวงจรในรูปที่ 5.27 (ค) และ (ง) คือการต่อดังที่กล่าวไว้
3. ต้องรักษาให้สัมประสิทธิ์อุณหภูมิของตัวต้านทาน 499 ต่ำที่สุดเท่าที่เป็นไปได้ ที่เป็นเช่นนี้ก็เพราะว่า IT ไม่เปลี่ยนแปลงเฉพาะกับแต่ VT เท่านั้น แต่ยังเปลี่ยนแปลงไปกับตัวต้านทาน 499 ที่เกิดจากผลของอุณหภูมิอีกด้วย
ไอซีตระกูล 590/592
ถ้าหากต้องการส่งสัญญาณออกเป็นระยะทางไกลๆ และไม่ต้องการให้สัญญาณกระแสมีผลโดยตัวต้านทานที่อนุกรมในสาย ไอซีตระกูล 590 และ 592 ก็เป็นตัวเลือกที่ดีอีกตัวหนึ่ง ในตอนนี้จะยกตัวอย่างของบริษัท Analog Device ที่ให้เอาต์พุตออกมาเป็นแรงเคลื่อน และมีกระแสออกจาก AD590 และ AD592 ดังนี้
เมื่อ T อยู่ในหน่วย °K หรือ
เมื่อ T อยู่ในหน่วย °C AD590 ให้ความแน่นอนเท่ากับ +0.5°C เมื่ออุณหภูมิอยู่ในช่วง -55 ถึง +150°C หากเปรียบเทียบกันแล้ว AD592 จะมีราคาถูกกว่า AD590 ย่านการใช้งานของมันจะอยู่ในช่วง -25 ถึง +105°C แต่มีความแน่นอนเป็น 0.5°C ที่ 25°C ความเป็นเชิงเส้น 0.2°C ในช่วง 0 ถึง 70°C
การประยุกต์ใช้งาน
การประยุกต์ใช้งาน
เช่น การวัดระบบการทำความเย็นของหม้อน้ำในรถยนต์ ในวงจรประกอบด้วยแบตเตอรี่ ตัวต้านทานปรับค่าได้ เทอร์มิสเตอร์ และไมโครแอมป์มิเตอร์
เช่น การวัดระบบการทำความเย็นของหม้อน้ำในรถยนต์ ในวงจรประกอบด้วยแบตเตอรี่ ตัวต้านทานปรับค่าได้ เทอร์มิสเตอร์ และไมโครแอมป์มิเตอร์
การปรับสภาพสัญญาณ (Signal Conditioning)
การปรับสภาพสัญญาณ (Signal Conditioning)
เพราะว่าเทอร์มิสเตอร์มีการเปลี่ยนแปลงค่าความต้านทานกับอุณหภูมิสูงจึงมีหลายวงจรที่สามารถนำมาใช้งานได้ เช่นวงจรแบ่งแรงเคลื่อน วงจรบริดจ์ เป็นต้น แต่ก็ต้องพิจารณาข้อได้เปรียบของแต่ละแบบเนื่องจากความไม่เป็นเชิงเส้นของเทอร์มิสเตอร์ทำให้ยากต่อการวัดค่า จึงต้องแน่ใจว่าการสูญเสียกำลังในเทอร์มิสเตอร์จะไม่เกินขีดจำกัด
เพราะว่าเทอร์มิสเตอร์มีการเปลี่ยนแปลงค่าความต้านทานกับอุณหภูมิสูงจึงมีหลายวงจรที่สามารถนำมาใช้งานได้ เช่นวงจรแบ่งแรงเคลื่อน วงจรบริดจ์ เป็นต้น แต่ก็ต้องพิจารณาข้อได้เปรียบของแต่ละแบบเนื่องจากความไม่เป็นเชิงเส้นของเทอร์มิสเตอร์ทำให้ยากต่อการวัดค่า จึงต้องแน่ใจว่าการสูญเสียกำลังในเทอร์มิสเตอร์จะไม่เกินขีดจำกัด
ชนิดของเทอร์มิสเตอร์
ชนิดของเทอร์มิสเตอร์
โดยปกติเทอร์มิสเตอร์จะแบ่งเป็น 2 ประเภทตามสัมประสิทธิ์การเปลี่ยนแปลงความต้านทานต่ออุณหภูมิ อันได้แก่
ตารางที่...คุณสมบัติโดยทั่วไปของเทอร์มิสเตอร์ชนิด เอ็นทีซี ที่ใช้กันบ่อยๆ
ตัวแปร ค่าโดยสรุป
ย่านของอุณหภูมิที่ทำการวัด
ความต้านทานที่ 25° C
B
อุณหภูมิสูงสุด
ค่าคงที่ในการสูญเสีย ,
เวลาคงที่ความร้อน
การสูญเสียกำลังสูงสุด -100° C ถึง 450° C (ไม่ได้วัดโดยตัวเดียวกัน)
0.5 ถึง 100 M
1 k ถึง 10 M เป็นค่าโดยทั่วไป
2000 K ถึง 5500 K
> 125° C
300° C เป็นค่าปกติในสภาวะคงที่
600° C เป็นค่าปกติเมื่อไม่สม่ำเสมอ
1 mW/K ในอากาศนิ่ง
8 mW/K ในน้ำมัน
1 มิลลิวินาที ถึง 22 วินาที
1 มิลลิวัตต์ ถึง 1 วัตต์
1. ชนิด เอ็นทีซี เทอร์มิสเตอร์ชนิดนี้ผลิตได้โดยการผสมและเจือปนออกไซด์ของโลหะ เช่น นิกเกิล โคบอลต์ แมงกานีส เหล็ก และทองแดง แล้วอัดให้ติดกันเป็นก้อนแข็ง (sintering dope) กระบวนการนี้ทำให้สำเร็จได้เมื่อมีการควบคุมสภาวะแวดล้อมในการผลิต เทอร์มิสเตอร์แบบนี้ใช้สำหรับการวัดและควบคุมอุณหภูมิ
2. ชนิด พีทีซี อยู่ในรูปของสวิตชิ่ง พีทีซี ใช้แบเรียมไททาเนตเป็นฐานและเพิ่มตะกั่วหรือเซอร์โคเนียมไททาเนตลงไปปรับความไวในการสับเปลี่ยนอุณหภูมิที่จะวัด ส่วนเทอร์มิสเตอร์แบบ พีทีซี ที่ใช้ในการวัดอุณหภูมิจริงๆ ขะใช้ซิลิคอนเป็นธาตุตั้งต้นในการเจือปน เทอร์มิสเตอร์แบบนี้มักจะนำไปประยุกต์ใช้ในการป้องกันแรงเคลื่อนหรือกระแสเกินค่าปกติในวงจรไฟฟ้า
รูปที่6 แสดงการออกแบบโพรบเทอร์มิสเตอร์แบบต่างๆ
โดยปกติเทอร์มิสเตอร์จะแบ่งเป็น 2 ประเภทตามสัมประสิทธิ์การเปลี่ยนแปลงความต้านทานต่ออุณหภูมิ อันได้แก่
ตารางที่...คุณสมบัติโดยทั่วไปของเทอร์มิสเตอร์ชนิด เอ็นทีซี ที่ใช้กันบ่อยๆ
ตัวแปร ค่าโดยสรุป
ย่านของอุณหภูมิที่ทำการวัด
ความต้านทานที่ 25° C
B
อุณหภูมิสูงสุด
ค่าคงที่ในการสูญเสีย ,
เวลาคงที่ความร้อน
การสูญเสียกำลังสูงสุด -100° C ถึง 450° C (ไม่ได้วัดโดยตัวเดียวกัน)
0.5 ถึง 100 M
1 k ถึง 10 M เป็นค่าโดยทั่วไป
2000 K ถึง 5500 K
> 125° C
300° C เป็นค่าปกติในสภาวะคงที่
600° C เป็นค่าปกติเมื่อไม่สม่ำเสมอ
1 mW/K ในอากาศนิ่ง
8 mW/K ในน้ำมัน
1 มิลลิวินาที ถึง 22 วินาที
1 มิลลิวัตต์ ถึง 1 วัตต์
1. ชนิด เอ็นทีซี เทอร์มิสเตอร์ชนิดนี้ผลิตได้โดยการผสมและเจือปนออกไซด์ของโลหะ เช่น นิกเกิล โคบอลต์ แมงกานีส เหล็ก และทองแดง แล้วอัดให้ติดกันเป็นก้อนแข็ง (sintering dope) กระบวนการนี้ทำให้สำเร็จได้เมื่อมีการควบคุมสภาวะแวดล้อมในการผลิต เทอร์มิสเตอร์แบบนี้ใช้สำหรับการวัดและควบคุมอุณหภูมิ
2. ชนิด พีทีซี อยู่ในรูปของสวิตชิ่ง พีทีซี ใช้แบเรียมไททาเนตเป็นฐานและเพิ่มตะกั่วหรือเซอร์โคเนียมไททาเนตลงไปปรับความไวในการสับเปลี่ยนอุณหภูมิที่จะวัด ส่วนเทอร์มิสเตอร์แบบ พีทีซี ที่ใช้ในการวัดอุณหภูมิจริงๆ ขะใช้ซิลิคอนเป็นธาตุตั้งต้นในการเจือปน เทอร์มิสเตอร์แบบนี้มักจะนำไปประยุกต์ใช้ในการป้องกันแรงเคลื่อนหรือกระแสเกินค่าปกติในวงจรไฟฟ้า
รูปที่6 แสดงการออกแบบโพรบเทอร์มิสเตอร์แบบต่างๆ
ความต้านทานของสารกึ่งตัวนำกับอุณหภูมิ (Semiconductor Resistance Versus Temperature)
ความต้านทานของสารกึ่งตัวนำกับอุณหภูมิ (Semiconductor Resistance Versus Temperature)
สารกึ่งตัวนำ คือการที่อิเล็กตรอนสั่นจนถึงช่วงที่ทำให้มีการเพิ่มพลังงานของวาเลนซ์อิเล็กตรอน เมื่อพลังงานนี้มีค่าเท่ากันหรือมากกว่าช่องว่างพลังงาน ในขณะนี้อิเล็กตรอนจะเข้ามาอยู่ในแถบการนำและอิสระที่จะนำกระแสได้
ข้อสำคัญคือช่วงที่มีการเปลี่ยนแปลงค่าความต้านทานของสารกึ่งตัวนำนี้จะมีความไม่เป็นเชิงเส้น
1. ความสัมพันธ์ระหว่างความต้านทานต่ออุณหภูมิของเทอร์มิสเตอร์ หลักการของเทอร์มิสเตอร์ คือค่าความต้านทานจะเปลี่ยนแปลงไปตามอุณหภูมิตามหลักการของสารกึ่งตัวนำ นั่นคือเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้นความต้านทานจะลดลง คุณลักษณะดังกล่าวนี้เรียกว่ามี “สัมประสิทธิ์การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิเป็นลบ” (เอ็นทีซี) การเปลี่ยนแปลงนี้จะแปรตามความไม่บริสุทธิ์ในการเจือปน หากเจือปนมากเกินไปสารกึ่งตัวนำจะมีสัมประสิทธิ์ของอุณหภูมิเป็นบวก
2. ความไวหรือสัมประสิทธิ์อุณหภูมิของอาร์ทีดี จะมีค่าเพิ่มขึ้นหากว่าอุณหภูมิเพิ่มขึ้น
3. เวลาตอบสนอง (time response) ผลตอบสนองของเทอร์มิสเตอร์ขึ้นอยู่กับประเภทของวัสดุและสภาวะแวดล้อม สำหรับเทอร์มิสเตอร์ที่บรรจุอยู่ในอ่างน้ำมัน (ที่มีการสัมผัสความร้อนที่ดี) ผลตอบสนองของเวลาจะมีค่าประมาณ 0.5 วินาที แต่หากเป็นเทอร์มิสเตอร์ตัวเดียวกันที่อยู่ในอากาศ อาจจะใช้เวลาตอบสนองถึง 10 วินาที เทอร์มิสเตอร์แบบจานหรือแบบแท่งขนาดใหญ่ อาจจะมีผลตอบสนองต่อเวลาเป็น 10 วินาที หรือมากกว่า ถึงแม้ว่าจะมีการสัมผัสความร้อนที่ดีก็ตาม
สารกึ่งตัวนำ คือการที่อิเล็กตรอนสั่นจนถึงช่วงที่ทำให้มีการเพิ่มพลังงานของวาเลนซ์อิเล็กตรอน เมื่อพลังงานนี้มีค่าเท่ากันหรือมากกว่าช่องว่างพลังงาน ในขณะนี้อิเล็กตรอนจะเข้ามาอยู่ในแถบการนำและอิสระที่จะนำกระแสได้
ข้อสำคัญคือช่วงที่มีการเปลี่ยนแปลงค่าความต้านทานของสารกึ่งตัวนำนี้จะมีความไม่เป็นเชิงเส้น
1. ความสัมพันธ์ระหว่างความต้านทานต่ออุณหภูมิของเทอร์มิสเตอร์ หลักการของเทอร์มิสเตอร์ คือค่าความต้านทานจะเปลี่ยนแปลงไปตามอุณหภูมิตามหลักการของสารกึ่งตัวนำ นั่นคือเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้นความต้านทานจะลดลง คุณลักษณะดังกล่าวนี้เรียกว่ามี “สัมประสิทธิ์การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิเป็นลบ” (เอ็นทีซี) การเปลี่ยนแปลงนี้จะแปรตามความไม่บริสุทธิ์ในการเจือปน หากเจือปนมากเกินไปสารกึ่งตัวนำจะมีสัมประสิทธิ์ของอุณหภูมิเป็นบวก
2. ความไวหรือสัมประสิทธิ์อุณหภูมิของอาร์ทีดี จะมีค่าเพิ่มขึ้นหากว่าอุณหภูมิเพิ่มขึ้น
3. เวลาตอบสนอง (time response) ผลตอบสนองของเทอร์มิสเตอร์ขึ้นอยู่กับประเภทของวัสดุและสภาวะแวดล้อม สำหรับเทอร์มิสเตอร์ที่บรรจุอยู่ในอ่างน้ำมัน (ที่มีการสัมผัสความร้อนที่ดี) ผลตอบสนองของเวลาจะมีค่าประมาณ 0.5 วินาที แต่หากเป็นเทอร์มิสเตอร์ตัวเดียวกันที่อยู่ในอากาศ อาจจะใช้เวลาตอบสนองถึง 10 วินาที เทอร์มิสเตอร์แบบจานหรือแบบแท่งขนาดใหญ่ อาจจะมีผลตอบสนองต่อเวลาเป็น 10 วินาที หรือมากกว่า ถึงแม้ว่าจะมีการสัมผัสความร้อนที่ดีก็ตาม
เทอร์มิสเตอร์ (Thermistors)
เทอร์มิสเตอร์ (Thermistors)
เทอร์มิสเตอร์ มาจากคำว่า “ Thermally sensitive variable resistor” ทำมาจากวัสดุตัวนำที่เหมือนกับเซรามิก อยู่ในรูปของออกไซด์ของแมงกานีส นิกเกิล และโคบอลต์ มีค่าความต้านทานจำเพาะในช่วง 100 ถึง 450,000 โอห์ม-เซนติเมตร ในเบื้องต้นสามารถประยุกต์ใช้งานสองอย่างคือ (1) เป็นอุปกรณ์วัดอุณหภูมิสำหรับระบบการวัดและควบคุม (2) เป็นอุปกรณ์ตรวจจับกำลังงานไฟฟ้า เพราะอุณหภูมิของเทอร์มิสเตอร์ จะเป็นฟังก์ชันกับกำลังที่ถูกดูดกลืนโดยอุปกรณ์การวัดกำลังคลื่นความถี่วิยุเป็นตัวอย่างของการใช้งานตามหัวข้อที่ 2
เทอร์มิสเตอร์ มาจากคำว่า “ Thermally sensitive variable resistor” ทำมาจากวัสดุตัวนำที่เหมือนกับเซรามิก อยู่ในรูปของออกไซด์ของแมงกานีส นิกเกิล และโคบอลต์ มีค่าความต้านทานจำเพาะในช่วง 100 ถึง 450,000 โอห์ม-เซนติเมตร ในเบื้องต้นสามารถประยุกต์ใช้งานสองอย่างคือ (1) เป็นอุปกรณ์วัดอุณหภูมิสำหรับระบบการวัดและควบคุม (2) เป็นอุปกรณ์ตรวจจับกำลังงานไฟฟ้า เพราะอุณหภูมิของเทอร์มิสเตอร์ จะเป็นฟังก์ชันกับกำลังที่ถูกดูดกลืนโดยอุปกรณ์การวัดกำลังคลื่นความถี่วิยุเป็นตัวอย่างของการใช้งานตามหัวข้อที่ 2
การใช้งานเทอร์โมคัปเปิลมาตรฐาน (Characteristic in Application of Thermocouple Standard Type)
การใช้งานเทอร์โมคัปเปิลมาตรฐาน (Characteristic in Application of Thermocouple Standard Type)
ในปัจจุบัน พบว่ามีเทอร์โมคัปเปิลมาตรฐานอยู่ 7 ชนิดตามมาตรฐานของ ANSI และ ASTM โดยการจำแนกตามประเภทของวัสดุที่ใช้ทำได้แก่
1.เทอร์โมคัปเปิลแบบ S ประดิษฐ์โดยนาย Le Chatelier ในปี 1886
ข้อดีของแบบ S
• เหมาะกับการใช้งานในสภาวะที่เกิดปฏิกิริยาเคมีแบบออกซิไดซิง(oxidizing)
• เหมาะกับการใช้งานในสภาวะงานเฉื่อย (inert) คืองานที่ไม่เปลี่ยนแปลงปฏิกิริยาใดๆ ได้ง่าย ๆ
• นิยมใช้กับงานวัดตัวแปรที่มีอุณหภูมิสูง เช่น เตาหลอมเหล็ก
• วัดอุณหภูมิต่อเนื่องได้จากช่วง 0 ถึง 15500c และอุณหภูมิช่วงสั้นได้จากช่วงประมาณ –50ถึงประมาณ 17000c
• หากอยู่ภายใต้สภาวะที่เหมาะสมจะให้ความเที่ยงตรงสูงที่สุด
• ใช้ในการสอบเทียบ ตั้งแต่จุดแข็งตัวของแอนติโมนี (630.740c) จนถึงจุดแข็งตัวของทองแดง (1064.430c) ตามมาตรฐาน IPTS 68
ข้อเสียของแบบ s
• ต้องใช้ท่อป้องกันในทุกสภาวะบรรยากาศ
• ไม่เหมาะกับงานที่มีปฏิกิริยาแบบรีดิวซิง (reduzing)
• ไม่เหมาะกับงานที่เป็นสูญญากาศ(vacuum)
• ไม่เหมาะกับงานที่มีไอโลหะ เช่น สังกะสี ตะกั่ว
• ไม่เหมาะกับงานที่มีไอของอโลหะ เช่น จำพวก อาเซนิก ซัลเฟอร์ ฟอสฟอรัส เพราะจะมีอายุการใช้งานสั้นลง
2.เทอร์โมคัปเปิลแบบ R เป็นแบบที่เหมาะกับการวัดอุณหภูมิสูง ๆ
ข้อดีของแบบ R
• ให้แรงเคลื่อนทางด้านเอาท์พุตสูงกว่าแบบ S
• วัดอุณหภูมิต่อเนื่องได้จากช่วง 0 ถึง 16000c
• วัดอุณหภูมิช่วงสั้นได้จากช่วง-50 ถึงประมาณ 17000c
• เหมาะกับการวัดอุณหภูมิสูงๆ เช่น ในเตาหลอมเหล็ก อุตสาหกรรมแก้ว
• ทนทานต่อการกัดกร่อน และให้เสถียรภาพของอุณหภูมิที่ดี
ส่วนลักษณะข้อเสียเช่นเดียวกับแบบ S แต่ส่วนที่เพิ่มเติมคือ ให้ความเป็นเชิงเส้นต่ำเพิ่ม
อุณหภูมิต่ำกว่า 5400c
3.เทอร์โมคัปเปิลแบบ B ผลิตครั้งแรกเมื่อปี 1954 ในประเทศเยอรมัน
ข้อดีของแบบ B
• วัดอุณหภูมิต่อเนื่องได้จากช่วงประมาณ 100 ถึงประมาณ 16000c
• วัดอุณหภูมิช่วงสั้นได้จากช่วงประมาณ 50 ถึงประมาณ 17500c
• แข็งแรงกว่าแบบ S และแบบ R
• เหมาะกับการใช้งานในสภาวะที่มีปฏิกิริยาแบบออกซิไดซิงและสภาวะเฉื่อย ให้ความเป็นเชิงเส้นของสัญญาณ (linearity) ดี
ข้อเสียของแบบ B
• ให้แรงเคลื่อนของไฟฟ้าน้อยกว่าแบบอื่น ๆ เมื่อวัดอุณหภูมิที่เงื่อนไขเดียวกัน
• ไม่เหมาะกับสภาวะที่ก่อให้เกิดปฏิกิริยาแบบรีดิวซิง
• ไม่เหมาะกับสภาวะที่เป็นสุญญากาศ
• ไม่เหมาะกับสภาพงานที่มีไอของโลหะและอโลหะเช่นเดียวกับแบบ Rและ S
• ให้ค่าแรงเคลื่อนไฟฟ้าสองค่า (double value region)จากอุณหภูมิในช่วง
0-42 0c(ดังรูปตัวอย่างด้านล่าง) ทำให้ไม่สามารถทาราบได้ว่าที่แรงเคลื่อนไฟฟ้านั้นมี
อุณหภูมิเป็นเท่าใด เช่นที่อุณหภูมิ 00cจะแรงเลื่อนไฟฟ้าเท่ากับ 420c
• ให้ความชัน(การเปลี่ยนแปลงแรงเคลื่อนต่ออุณหภูมิ) ของสัญญาณต่ำกว่าแบบอื่น ๆ
4.เทอร์โมคัปเปิลแบบ J พบว่าหากใช้แพลทินัมมาทำเป็นเทอร์โมคัปเปิลความคุ้มทุนก็ลดลงไป ดังนั้นเพื่อที่จะทำให้เทอร์โมคัปเปิลราคาถูกลง จึงใช้วัตถุธาตุอื่นที่มีราคาถูกกว่ามาทดแทนแพลทินัม โดยรหัสสีตามมาตรฐาน BS มีดังนี้ ถ้าขั้วบวก จะเป็นสีดำ ขั้วลบจะเป็นสีขาว ทั้งตัวจะเป็นสีดำ
ความแน่นอนตามมาตรฐาน BS 1797 Part 30 , 1993ได้แก่
1. Class 1 = -400C ถึง +7500C 0.004 x t หรือ 1.50C
2. Class 2 = -400C ถึง + 7500C 0.0075 x t หรือ 2.50C
เมื่อ t คือ อุณหภูมิจริง
ข้อดีของแบบ J
• ให้อัตราการเปลี่ยนแปลงแรงเคลื่อนไฟฟ้าต่ออุณหภูมิได้ดี
• มีราคาถูกกว่าแบบที่ทำจากธาตุบริสุทธิ์
• ตามมาตรฐาน BS 7937 Part 30 สามารถวัดอุณหภูมิได้ต่อเนื่องจากช่วงประมาณ –210 ถึง 12000c
• เหมาะกับสภาพงานที่เป็นสุญญากาศงานที่ งานที่ก่อให้เกิดปฏิกิริยาออกซิไดซิง และงานที่อยู่ในสภาพเฉื่อย เมื่ออุณหภูมิไม่เกิน 7600c
• นิยมใช้ในอุตสาหกรรมพลาสติก
• เป็นแบบที่นิยมใช้ ราคาไม่แพง
ข้อเสียของแบบ J
• วัดอุณหภูมิได้ต่ำกว่าแบบ T
• ไม่เหมาะสมมากนักกับงานที่มีอุณหภูมิต่ำกว่า 00c
• หากวัดที่อุณหภูมิสูงกว่า 5380c จะเกิดปฏิกิริยาออกซิไดซิงที่สายซึ่งทำจากเหล็กด้วยอัตราสูง
• หากใช้งานนานเกินช่วง 20 ปี ส่วนผสมทางเคมี คือ แมงกานีสในเหล็กจะเพิ่มขึ้น 0.5% ทำให้คุณสมบัติของแรงเคลื่อนไฟฟ้าเปลี่ยนแปลงตามไปด้วย
5.เทอร์โมคัปเปิลแบบ K ธาตุหนึ่งที่เป็นฐานสำหรับการสร้างคือ นิกเกิล เทอร์โมคัปเปิลชนิดนี้เริ่มผลิตให้เป็นมาตรฐานตั้งแต่ปี ค.ศ. 1916 โดยพื้นฐานการผลิต ขั้วหนึ่งจะเป็นนิกเกิลที่เจือปนด้วยอะลูมิเนียมส่วนอีกด้านที่เจือปนด้วยโครเมียม เพราะว่าในปี ค.ศ. 1916 ยังไม่สามารถสร้าง
นิเกิลลบบริสุทธิ์ได้จึงได้เติมสารไม่บริสุทธิ์ต่าง ๆ ในส่วนผสมของวัสดุชนิด K แต่ในปัจจุบันได้มีการระมัดระวังส่วนผสมที่จะทำให้เกิดความไม่บริสุทธิ์ดังกล่าวเพื่อเหตุผลในการบำรุงรักษาและสอบเทียบ
ด้วยเหตุนี้เทอร์มคัปเปิลชนิด 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
6.เทอร์โมคัปเปิลแบบ T
ข้อดีของแบบ T
• ดีกว่าแบบ K ตรงที่สามารถวัดอุณหภูมิได้ต่ำกว่า นั่นคือเหมาะกับการวัดอุณหภูมิต่ำกว่าจุดเยือกแข็งของน้ำ เช่นในห้องเย็น ตู้แช่แข็ง
• ให้ความแน่นอนในการวัดดีกว่าแบบ K (ช่วงที่ต่ำกว่า 1000c ความแน่นอนจะเป็น 1%)
• มีเสถียรภาพในการวัดอุณหภูมิดี
• การวัดสภาพงานที่เป็นสุญญากาศงานที่มีปฏิกิริยาแบบออกซิไดซิงรีดิวซิงและงานที่มีปฏิกิริยาแบบเฉื่อยจะทำได้ดี
• วัดอุณหภูมิอย่างต่อเนื่องได้จากช่วง –185 ถึง 3000c และวัดอุณหภูมิแบบช่วงสั้นๆ ได้จากช่วง –250 ถึง 400 0c
• ทนต่อบรรยากาศที่มีการกัดกร่อนได้ดี
ข้อเสียของแบบ T
• เป็นแบบที่วัดอุณหภูมิช่วงบวกได้น้อยกว่าแบบอี่นๆ
• หากใช้วัดอุณหภูมิที่สูงกว่า 370 0cจะทำให้เกิดออกไซมาก
• ไม่เหมาะกับการวัดอุณหภูมิที่สัมผัสกับการแผ่รังสีความร้อนโดยตรง(ทำให้ส่วนผสมของวัสดุที่ใช้ทำเปลี่ยนไป คุณสมบัติทางไฟฟ้าเปลี่ยนไปด้วย)
• เมื่อใช้งานไปนาน ๆ ในช่วง 20 ปี ส่วนผสมของนิเกิลและสังกะสี จะเพิ่มประมาณ 10% ทำให้คุณสมบัติทางไฟฟ้าเปลี่ยนแปลงไปเช่นกัน
• คุณสมบัติของแรงเคลื่อนต่ออุณหภูมิไม่เป็นเชิงเส้น (แต่ก็ปรับปรุงได้จากวงจรปรับสภาพสัญญาณ)
7.เทอร์โมคัปเปิลชนิด E
ข้อดีของแบบ E
• ให้แรงเคลื่อนไฟฟ้าสูงสุดเมื่อวัดอุณหภมิเทียบกับแบบอื่น ๆ ในสภาวะเดียวกัน
• วัดอุณหภูมิต่อเนื่องได้จากช่วง 0 ถึง 8000c
• คุณสมบัติอื่น ๆ คล้ายกับแบบ K
การแก้ไขให้ระบบวัดอุณหภูมิด้วยเทอร์โมคัปเปิลให้ทำงานได้ดีขึ้น ต้องปฏิบัติดังนี้
1.ใช้สายเทอร์โมคัปเปิลขนาดใหญ่ที่สุดที่จะเป็นไปได้ เพราะมันจะไม่พ่วงเอาความร้อนออกจากพื้นที่การวัดเข้ามา
2. ถ้าต้องการใช้สายขนาดเล็ก ๆ ให้ใช้เฉพาะในขอบเขตที่ทำการวัด และใช้สายขยาย (extention wire) ในขอบเขตที่ไม่มีการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิกลางสาย
3. หลีกเลี่ยงความเค้นทางกลและการสั่นสะเทือนที่มีผลให้เกิดความเครียดในสาย
4.เมื่อใช้สายเทอร์โมคัปเปิลยาว ๆ ให้ต่อชีลด์ที่สายไปยังขั้วต่อสายของดิจิตอลโวลต์
มิเตอร์ และใช้สายขยายสัญญาณแบบบิดเกลียว
5.หลีกเลี่ยงบริเวณที่เต็มไปด้วยการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิกลางสาย
6.พยายามเลือกสายเทอร์โมคัปเปิลในพิกัดอุณหภูมิของมัน
7. ป้องกันวงจรแปลง integrate A/D จากการรบกวน
8. ใช้สายขยายเฉพาะที่อุณหภูมิต่ำ ๆ และการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิกลางสายน้อย ๆ
9. ทดสอบและเก็บค่าความต้านทานของเทอร์โมคัปเปิลเก่า ๆ ไว้ พร้อมกับวัดค่าความต้านทานของเทอร์โมคัปเปิลเก็บไว้เป็นช่วง ๆ
ในปัจจุบัน พบว่ามีเทอร์โมคัปเปิลมาตรฐานอยู่ 7 ชนิดตามมาตรฐานของ ANSI และ ASTM โดยการจำแนกตามประเภทของวัสดุที่ใช้ทำได้แก่
1.เทอร์โมคัปเปิลแบบ S ประดิษฐ์โดยนาย Le Chatelier ในปี 1886
ข้อดีของแบบ S
• เหมาะกับการใช้งานในสภาวะที่เกิดปฏิกิริยาเคมีแบบออกซิไดซิง(oxidizing)
• เหมาะกับการใช้งานในสภาวะงานเฉื่อย (inert) คืองานที่ไม่เปลี่ยนแปลงปฏิกิริยาใดๆ ได้ง่าย ๆ
• นิยมใช้กับงานวัดตัวแปรที่มีอุณหภูมิสูง เช่น เตาหลอมเหล็ก
• วัดอุณหภูมิต่อเนื่องได้จากช่วง 0 ถึง 15500c และอุณหภูมิช่วงสั้นได้จากช่วงประมาณ –50ถึงประมาณ 17000c
• หากอยู่ภายใต้สภาวะที่เหมาะสมจะให้ความเที่ยงตรงสูงที่สุด
• ใช้ในการสอบเทียบ ตั้งแต่จุดแข็งตัวของแอนติโมนี (630.740c) จนถึงจุดแข็งตัวของทองแดง (1064.430c) ตามมาตรฐาน IPTS 68
ข้อเสียของแบบ s
• ต้องใช้ท่อป้องกันในทุกสภาวะบรรยากาศ
• ไม่เหมาะกับงานที่มีปฏิกิริยาแบบรีดิวซิง (reduzing)
• ไม่เหมาะกับงานที่เป็นสูญญากาศ(vacuum)
• ไม่เหมาะกับงานที่มีไอโลหะ เช่น สังกะสี ตะกั่ว
• ไม่เหมาะกับงานที่มีไอของอโลหะ เช่น จำพวก อาเซนิก ซัลเฟอร์ ฟอสฟอรัส เพราะจะมีอายุการใช้งานสั้นลง
2.เทอร์โมคัปเปิลแบบ R เป็นแบบที่เหมาะกับการวัดอุณหภูมิสูง ๆ
ข้อดีของแบบ R
• ให้แรงเคลื่อนทางด้านเอาท์พุตสูงกว่าแบบ S
• วัดอุณหภูมิต่อเนื่องได้จากช่วง 0 ถึง 16000c
• วัดอุณหภูมิช่วงสั้นได้จากช่วง-50 ถึงประมาณ 17000c
• เหมาะกับการวัดอุณหภูมิสูงๆ เช่น ในเตาหลอมเหล็ก อุตสาหกรรมแก้ว
• ทนทานต่อการกัดกร่อน และให้เสถียรภาพของอุณหภูมิที่ดี
ส่วนลักษณะข้อเสียเช่นเดียวกับแบบ S แต่ส่วนที่เพิ่มเติมคือ ให้ความเป็นเชิงเส้นต่ำเพิ่ม
อุณหภูมิต่ำกว่า 5400c
3.เทอร์โมคัปเปิลแบบ B ผลิตครั้งแรกเมื่อปี 1954 ในประเทศเยอรมัน
ข้อดีของแบบ B
• วัดอุณหภูมิต่อเนื่องได้จากช่วงประมาณ 100 ถึงประมาณ 16000c
• วัดอุณหภูมิช่วงสั้นได้จากช่วงประมาณ 50 ถึงประมาณ 17500c
• แข็งแรงกว่าแบบ S และแบบ R
• เหมาะกับการใช้งานในสภาวะที่มีปฏิกิริยาแบบออกซิไดซิงและสภาวะเฉื่อย ให้ความเป็นเชิงเส้นของสัญญาณ (linearity) ดี
ข้อเสียของแบบ B
• ให้แรงเคลื่อนของไฟฟ้าน้อยกว่าแบบอื่น ๆ เมื่อวัดอุณหภูมิที่เงื่อนไขเดียวกัน
• ไม่เหมาะกับสภาวะที่ก่อให้เกิดปฏิกิริยาแบบรีดิวซิง
• ไม่เหมาะกับสภาวะที่เป็นสุญญากาศ
• ไม่เหมาะกับสภาพงานที่มีไอของโลหะและอโลหะเช่นเดียวกับแบบ Rและ S
• ให้ค่าแรงเคลื่อนไฟฟ้าสองค่า (double value region)จากอุณหภูมิในช่วง
0-42 0c(ดังรูปตัวอย่างด้านล่าง) ทำให้ไม่สามารถทาราบได้ว่าที่แรงเคลื่อนไฟฟ้านั้นมี
อุณหภูมิเป็นเท่าใด เช่นที่อุณหภูมิ 00cจะแรงเลื่อนไฟฟ้าเท่ากับ 420c
• ให้ความชัน(การเปลี่ยนแปลงแรงเคลื่อนต่ออุณหภูมิ) ของสัญญาณต่ำกว่าแบบอื่น ๆ
4.เทอร์โมคัปเปิลแบบ J พบว่าหากใช้แพลทินัมมาทำเป็นเทอร์โมคัปเปิลความคุ้มทุนก็ลดลงไป ดังนั้นเพื่อที่จะทำให้เทอร์โมคัปเปิลราคาถูกลง จึงใช้วัตถุธาตุอื่นที่มีราคาถูกกว่ามาทดแทนแพลทินัม โดยรหัสสีตามมาตรฐาน BS มีดังนี้ ถ้าขั้วบวก จะเป็นสีดำ ขั้วลบจะเป็นสีขาว ทั้งตัวจะเป็นสีดำ
ความแน่นอนตามมาตรฐาน BS 1797 Part 30 , 1993ได้แก่
1. Class 1 = -400C ถึง +7500C 0.004 x t หรือ 1.50C
2. Class 2 = -400C ถึง + 7500C 0.0075 x t หรือ 2.50C
เมื่อ t คือ อุณหภูมิจริง
ข้อดีของแบบ J
• ให้อัตราการเปลี่ยนแปลงแรงเคลื่อนไฟฟ้าต่ออุณหภูมิได้ดี
• มีราคาถูกกว่าแบบที่ทำจากธาตุบริสุทธิ์
• ตามมาตรฐาน BS 7937 Part 30 สามารถวัดอุณหภูมิได้ต่อเนื่องจากช่วงประมาณ –210 ถึง 12000c
• เหมาะกับสภาพงานที่เป็นสุญญากาศงานที่ งานที่ก่อให้เกิดปฏิกิริยาออกซิไดซิง และงานที่อยู่ในสภาพเฉื่อย เมื่ออุณหภูมิไม่เกิน 7600c
• นิยมใช้ในอุตสาหกรรมพลาสติก
• เป็นแบบที่นิยมใช้ ราคาไม่แพง
ข้อเสียของแบบ J
• วัดอุณหภูมิได้ต่ำกว่าแบบ T
• ไม่เหมาะสมมากนักกับงานที่มีอุณหภูมิต่ำกว่า 00c
• หากวัดที่อุณหภูมิสูงกว่า 5380c จะเกิดปฏิกิริยาออกซิไดซิงที่สายซึ่งทำจากเหล็กด้วยอัตราสูง
• หากใช้งานนานเกินช่วง 20 ปี ส่วนผสมทางเคมี คือ แมงกานีสในเหล็กจะเพิ่มขึ้น 0.5% ทำให้คุณสมบัติของแรงเคลื่อนไฟฟ้าเปลี่ยนแปลงตามไปด้วย
5.เทอร์โมคัปเปิลแบบ K ธาตุหนึ่งที่เป็นฐานสำหรับการสร้างคือ นิกเกิล เทอร์โมคัปเปิลชนิดนี้เริ่มผลิตให้เป็นมาตรฐานตั้งแต่ปี ค.ศ. 1916 โดยพื้นฐานการผลิต ขั้วหนึ่งจะเป็นนิกเกิลที่เจือปนด้วยอะลูมิเนียมส่วนอีกด้านที่เจือปนด้วยโครเมียม เพราะว่าในปี ค.ศ. 1916 ยังไม่สามารถสร้าง
นิเกิลลบบริสุทธิ์ได้จึงได้เติมสารไม่บริสุทธิ์ต่าง ๆ ในส่วนผสมของวัสดุชนิด K แต่ในปัจจุบันได้มีการระมัดระวังส่วนผสมที่จะทำให้เกิดความไม่บริสุทธิ์ดังกล่าวเพื่อเหตุผลในการบำรุงรักษาและสอบเทียบ
ด้วยเหตุนี้เทอร์มคัปเปิลชนิด 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
6.เทอร์โมคัปเปิลแบบ T
ข้อดีของแบบ T
• ดีกว่าแบบ K ตรงที่สามารถวัดอุณหภูมิได้ต่ำกว่า นั่นคือเหมาะกับการวัดอุณหภูมิต่ำกว่าจุดเยือกแข็งของน้ำ เช่นในห้องเย็น ตู้แช่แข็ง
• ให้ความแน่นอนในการวัดดีกว่าแบบ K (ช่วงที่ต่ำกว่า 1000c ความแน่นอนจะเป็น 1%)
• มีเสถียรภาพในการวัดอุณหภูมิดี
• การวัดสภาพงานที่เป็นสุญญากาศงานที่มีปฏิกิริยาแบบออกซิไดซิงรีดิวซิงและงานที่มีปฏิกิริยาแบบเฉื่อยจะทำได้ดี
• วัดอุณหภูมิอย่างต่อเนื่องได้จากช่วง –185 ถึง 3000c และวัดอุณหภูมิแบบช่วงสั้นๆ ได้จากช่วง –250 ถึง 400 0c
• ทนต่อบรรยากาศที่มีการกัดกร่อนได้ดี
ข้อเสียของแบบ T
• เป็นแบบที่วัดอุณหภูมิช่วงบวกได้น้อยกว่าแบบอี่นๆ
• หากใช้วัดอุณหภูมิที่สูงกว่า 370 0cจะทำให้เกิดออกไซมาก
• ไม่เหมาะกับการวัดอุณหภูมิที่สัมผัสกับการแผ่รังสีความร้อนโดยตรง(ทำให้ส่วนผสมของวัสดุที่ใช้ทำเปลี่ยนไป คุณสมบัติทางไฟฟ้าเปลี่ยนไปด้วย)
• เมื่อใช้งานไปนาน ๆ ในช่วง 20 ปี ส่วนผสมของนิเกิลและสังกะสี จะเพิ่มประมาณ 10% ทำให้คุณสมบัติทางไฟฟ้าเปลี่ยนแปลงไปเช่นกัน
• คุณสมบัติของแรงเคลื่อนต่ออุณหภูมิไม่เป็นเชิงเส้น (แต่ก็ปรับปรุงได้จากวงจรปรับสภาพสัญญาณ)
7.เทอร์โมคัปเปิลชนิด E
ข้อดีของแบบ E
• ให้แรงเคลื่อนไฟฟ้าสูงสุดเมื่อวัดอุณหภมิเทียบกับแบบอื่น ๆ ในสภาวะเดียวกัน
• วัดอุณหภูมิต่อเนื่องได้จากช่วง 0 ถึง 8000c
• คุณสมบัติอื่น ๆ คล้ายกับแบบ K
การแก้ไขให้ระบบวัดอุณหภูมิด้วยเทอร์โมคัปเปิลให้ทำงานได้ดีขึ้น ต้องปฏิบัติดังนี้
1.ใช้สายเทอร์โมคัปเปิลขนาดใหญ่ที่สุดที่จะเป็นไปได้ เพราะมันจะไม่พ่วงเอาความร้อนออกจากพื้นที่การวัดเข้ามา
2. ถ้าต้องการใช้สายขนาดเล็ก ๆ ให้ใช้เฉพาะในขอบเขตที่ทำการวัด และใช้สายขยาย (extention wire) ในขอบเขตที่ไม่มีการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิกลางสาย
3. หลีกเลี่ยงความเค้นทางกลและการสั่นสะเทือนที่มีผลให้เกิดความเครียดในสาย
4.เมื่อใช้สายเทอร์โมคัปเปิลยาว ๆ ให้ต่อชีลด์ที่สายไปยังขั้วต่อสายของดิจิตอลโวลต์
มิเตอร์ และใช้สายขยายสัญญาณแบบบิดเกลียว
5.หลีกเลี่ยงบริเวณที่เต็มไปด้วยการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิกลางสาย
6.พยายามเลือกสายเทอร์โมคัปเปิลในพิกัดอุณหภูมิของมัน
7. ป้องกันวงจรแปลง integrate A/D จากการรบกวน
8. ใช้สายขยายเฉพาะที่อุณหภูมิต่ำ ๆ และการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิกลางสายน้อย ๆ
9. ทดสอบและเก็บค่าความต้านทานของเทอร์โมคัปเปิลเก่า ๆ ไว้ พร้อมกับวัดค่าความต้านทานของเทอร์โมคัปเปิลเก็บไว้เป็นช่วง ๆ
คุณสมบัติของเทอร์โมคัปเปิลแบบมาตรฐาน(Characteristic of Standard Thermocouples)
คุณสมบัติของเทอร์โมคัปเปิลแบบมาตรฐาน(Characteristic of Standard Thermocouples)
1.ความไว (Sensitivity) จากตารางแรงเคลื่อนของ NBS แสดงว่าย่านของแรงเคลื่อนจากเทอร์โมคัปเปิลจะมีค่าน้อยกว่า 100 mV แต่ความไวที่แท้จริงในการใช้งานจะขึ้นอยู่กับการใช้วงจรปรับสภาพสัญญาณและตัวเทอร์โมคัปเปิลเอง
รูปที่5 แสดงโครงสร้างของเทอร์โมคัปเปิล
2.โครงสร้าง (Construction) โครงสร้างของเทอร์โมคัปเปิลมีลักษณดังรูปที่5 โดยต้องมีลักษณะดังนี้คือ: มีความต้านทานต่ำ ให้สัมประสิทธิ์อุณหภูมิสูง ต้านทานต่อการเกิดออกไซด์ที่อุณหภูมิสูงๆ ทนต่อสภาวะแวดล้อมที่นำไปใช้วัดค่า และเป็นเชิงเส้นสูงที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ ตัวฝักหรือท่อป้องกันส่วนมากจะทำจากแสตนเลส ความไวของเทอร์โมคัปเปิลขึ้นอยู่กับความหนาของท่อป้องกันทั้งเยอรมันเนียมและซิลิคอนจะทำให้คุณสมบัติการเกิดเทอโมอิเล็กทริกจึงใช้กันมากในอุปกรณ์ทำความเย็น (peltier element) มากกว่าที่จะใช้เป็นเทอร์โมคัปเปิลวัดอุณหภูมิ
ขนาดของสายเทอร์โมคัปเปิลกำหนดได้จากการใช้งานแต่ละอย่าง และมีขนาดจาก #10 ในสภาวะแวดล้อมที่ไม่คงที่ จนถึงขนาด # 30 หรือแม้กระทั่ง 0.02 mm ซึ่งเป็นสายแบบไมโครไวร์(microwire) ที่ใช้กับการวัดอุณหภูมิการกลั่นในงานทางชีววิทยา
3.ย่านการใช้งาน (Range) ย่านอุณหภูมิการใช้งานและความไวในการวัดของเทอร์โมคัปเปิล แต่ละตัว จะแตกต่างกันตามแต่ละสมาคมจะกำหนด ในส่วนที่สำคัญคือค่าแรงเคลื่อนที่ออกมาจากแต่ละอุณหภูมิ จะต้องอ้างอิงกับตารางค่ามาตรฐานของแต่ละสมาคมที่ใช้ให้ถูกต้องเป็นเอกภาพเดียวกันหมดทั้งระบบ
4. เวลาตอบสนอง (Time Response) เวลาตอบสนองของเทอร์โมคัปเปิลขึ้นอยู่กับขนาดของสายและวัสดุที่นำมาทำท่อป้องกันตัวเทอร์โมคัปเปิล
5.การปรับสภาพสัญญาณ (Signal Conditioning) ปกติแรงเคลื่อนของเทอร์โมคัปเปิลจะมีขนาดน้อยมากจึงจำเป็นต้องมีการขยายสัญญาณโดยใช้ออปแอมป์ขยายความแตกต่างที่มีอัตราขยายสูงๆ
1.ความไว (Sensitivity) จากตารางแรงเคลื่อนของ NBS แสดงว่าย่านของแรงเคลื่อนจากเทอร์โมคัปเปิลจะมีค่าน้อยกว่า 100 mV แต่ความไวที่แท้จริงในการใช้งานจะขึ้นอยู่กับการใช้วงจรปรับสภาพสัญญาณและตัวเทอร์โมคัปเปิลเอง
รูปที่5 แสดงโครงสร้างของเทอร์โมคัปเปิล
2.โครงสร้าง (Construction) โครงสร้างของเทอร์โมคัปเปิลมีลักษณดังรูปที่5 โดยต้องมีลักษณะดังนี้คือ: มีความต้านทานต่ำ ให้สัมประสิทธิ์อุณหภูมิสูง ต้านทานต่อการเกิดออกไซด์ที่อุณหภูมิสูงๆ ทนต่อสภาวะแวดล้อมที่นำไปใช้วัดค่า และเป็นเชิงเส้นสูงที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ ตัวฝักหรือท่อป้องกันส่วนมากจะทำจากแสตนเลส ความไวของเทอร์โมคัปเปิลขึ้นอยู่กับความหนาของท่อป้องกันทั้งเยอรมันเนียมและซิลิคอนจะทำให้คุณสมบัติการเกิดเทอโมอิเล็กทริกจึงใช้กันมากในอุปกรณ์ทำความเย็น (peltier element) มากกว่าที่จะใช้เป็นเทอร์โมคัปเปิลวัดอุณหภูมิ
ขนาดของสายเทอร์โมคัปเปิลกำหนดได้จากการใช้งานแต่ละอย่าง และมีขนาดจาก #10 ในสภาวะแวดล้อมที่ไม่คงที่ จนถึงขนาด # 30 หรือแม้กระทั่ง 0.02 mm ซึ่งเป็นสายแบบไมโครไวร์(microwire) ที่ใช้กับการวัดอุณหภูมิการกลั่นในงานทางชีววิทยา
3.ย่านการใช้งาน (Range) ย่านอุณหภูมิการใช้งานและความไวในการวัดของเทอร์โมคัปเปิล แต่ละตัว จะแตกต่างกันตามแต่ละสมาคมจะกำหนด ในส่วนที่สำคัญคือค่าแรงเคลื่อนที่ออกมาจากแต่ละอุณหภูมิ จะต้องอ้างอิงกับตารางค่ามาตรฐานของแต่ละสมาคมที่ใช้ให้ถูกต้องเป็นเอกภาพเดียวกันหมดทั้งระบบ
4. เวลาตอบสนอง (Time Response) เวลาตอบสนองของเทอร์โมคัปเปิลขึ้นอยู่กับขนาดของสายและวัสดุที่นำมาทำท่อป้องกันตัวเทอร์โมคัปเปิล
5.การปรับสภาพสัญญาณ (Signal Conditioning) ปกติแรงเคลื่อนของเทอร์โมคัปเปิลจะมีขนาดน้อยมากจึงจำเป็นต้องมีการขยายสัญญาณโดยใช้ออปแอมป์ขยายความแตกต่างที่มีอัตราขยายสูงๆ
การเปลี่ยนจุดอ้างอิงของตาราง ( Change of Table Reference)
การเปลี่ยนจุดอ้างอิงของตาราง ( Change of Table Reference)
หากอุณหภูมิอ้างอิงแตกต่างจากตารางเทอร์โมคัปเปิลที่กำหนดไว้ เราก็ยังสามารุถใช้ค่าจากตารางนี้เป็นฐานในการคำนวณได้ ข้อควรจำคือเมื่อวัดอุณหภูมิเดียวกันแต่เปลี่ยนไปใช้จุดอ้างอิงที่สูงกว่าจะทำให้แรงเคลื่อนทางเอ้าท์พุตถูกกดให้ต่ำลง ดังรูปที่ 4
เช่นนำเทอร์โมคัปเปิลชนิด J ซึ่งมีจุดอ้างอิงที่ 30 0c ไปวัดที่ 4000c วิธีการหาแรงเคลื่อนใหม่ที่ได้คือ ขั้นแรกหาแรงเคลื่อน ณ อุณหภูมิที่ต้องการอ้างอิงใหม่จากตาราง ใหนที่นี้คือ 300c ณ จุดอ้างอิง 00c จากภาพผนวก ข. พบว่ามีแรงเคลื่อน 1.54 mV (เรียกค่าที่หาได้นี้ว่าตัวประกอบ) หลังจากนั้นก็นำค่านี้ไปลบออกจากแรงเคลื่อนที่จุดวัดที่ 400 0c เมื่อจุดอ้างอิงเป็น 00c หรือเขียนเป็นขั้นตอนได้ดังนี้
รูปที่ 4 แสดงการเปลี่ยนจุดอ้างอิงจาก 0 ถึง 200C ซึ่งจะสมดุลกับ
การเลื่อนลงของเส้นโค้งแรงเคลื่อนเทอร์โมคัปเปิล
V(300c) = 1.54 mV (ชนิด J , 00c ref.) ขั้นแรก
และ V(4000c) = 21.85 mV (ชนิด J ,00c ref.)ขั้นที่สอง
นำค่า (ตัวประกอบ) ที่ได้จากขั้นที่สองมาลบออกจากขั้นแรก ทำให้ได้แรงเคลื่อนซึ่งขึ้นอยู่กับความแตกต่างนี้เป็น
V(4000c) = 20.31 mV (ชนิด J ,300c ref.)
เพื่อหลีกเลี่ยงความสับสนของจุดอ้างอิงจะเขียนในแบบใหม่ เช่น Vj0 จะหมายถึงแรงเคลื่อนของเทอร์โมคัปเปิลชนิด J อ้างอิงที่ 0 0c และ Vj30 หมายถึงของชนิด J อ้างอิงที่ 300c
หากอุณหภูมิอ้างอิงแตกต่างจากตารางเทอร์โมคัปเปิลที่กำหนดไว้ เราก็ยังสามารุถใช้ค่าจากตารางนี้เป็นฐานในการคำนวณได้ ข้อควรจำคือเมื่อวัดอุณหภูมิเดียวกันแต่เปลี่ยนไปใช้จุดอ้างอิงที่สูงกว่าจะทำให้แรงเคลื่อนทางเอ้าท์พุตถูกกดให้ต่ำลง ดังรูปที่ 4
เช่นนำเทอร์โมคัปเปิลชนิด J ซึ่งมีจุดอ้างอิงที่ 30 0c ไปวัดที่ 4000c วิธีการหาแรงเคลื่อนใหม่ที่ได้คือ ขั้นแรกหาแรงเคลื่อน ณ อุณหภูมิที่ต้องการอ้างอิงใหม่จากตาราง ใหนที่นี้คือ 300c ณ จุดอ้างอิง 00c จากภาพผนวก ข. พบว่ามีแรงเคลื่อน 1.54 mV (เรียกค่าที่หาได้นี้ว่าตัวประกอบ) หลังจากนั้นก็นำค่านี้ไปลบออกจากแรงเคลื่อนที่จุดวัดที่ 400 0c เมื่อจุดอ้างอิงเป็น 00c หรือเขียนเป็นขั้นตอนได้ดังนี้
รูปที่ 4 แสดงการเปลี่ยนจุดอ้างอิงจาก 0 ถึง 200C ซึ่งจะสมดุลกับ
การเลื่อนลงของเส้นโค้งแรงเคลื่อนเทอร์โมคัปเปิล
V(300c) = 1.54 mV (ชนิด J , 00c ref.) ขั้นแรก
และ V(4000c) = 21.85 mV (ชนิด J ,00c ref.)ขั้นที่สอง
นำค่า (ตัวประกอบ) ที่ได้จากขั้นที่สองมาลบออกจากขั้นแรก ทำให้ได้แรงเคลื่อนซึ่งขึ้นอยู่กับความแตกต่างนี้เป็น
V(4000c) = 20.31 mV (ชนิด J ,300c ref.)
เพื่อหลีกเลี่ยงความสับสนของจุดอ้างอิงจะเขียนในแบบใหม่ เช่น Vj0 จะหมายถึงแรงเคลื่อนของเทอร์โมคัปเปิลชนิด J อ้างอิงที่ 0 0c และ Vj30 หมายถึงของชนิด J อ้างอิงที่ 300c
ตารางแสดงแรงเคลื่อนของเทอร์โมคัปเปิล (Thermocouple Table)
ตารางแสดงแรงเคลื่อนของเทอร์โมคัปเปิล (Thermocouple Table)
ตารางเทอร์โมคัปเปิลจะให้แรงเคลื่อนสำหรับเทอร์โมคัปเปิลแต่ละชนิด เมื่ออ้างอิงกับจุดอ้างอิงที่กำหนด (00c) ณ อุณหภูมิที่จุดวัดต่างๆ พบว่าที่อุณหภูมิ 2100c เทอร์โมคัปเปิลชนิด j เมื่ออ้างอิงที่ 00c จะมีแรงเคลื่อนเป็น
V(2100c) = 11.3 mV(ชนิด J, 00c ref.)
ในทางกลับกัน ถ้าเราวัดแรงเคลื่อนได้ 4.768 mV กับชนิด s และอุณหภูมิอ้างอิงที่ 00cเราพบว่า
T(4.768 mv) = 5550c (ชนิด s, 00c ref.)
แต่บางกรณี แรงเคลื่อนที่วัดได้จะไม่ตรงกับค่าในตาราง จึงจำเป็นต้องมีการแบ่งสเกล(interpole) ระหว่างค่าในตาราง ซึ่งหาได้จากสมการการแบ่งสเกลดังนี้
เมื่อ VM = คือแรงเคลื่อนที่วัดได้จากมิเตอร์
VH และ VL = ค่าแรงเคลื่อนของ TH และ TL อ่านได้จากตารางโดย VH อยู่สูง
กว่า VM และ VL ต่ำกว่า VM
TH และ TL = ค่าอุณหภูมิที่ตรงกับค่าแรงเคลื่อน VH และ VL ตามลำดับ
ตารางเทอร์โมคัปเปิลจะให้แรงเคลื่อนสำหรับเทอร์โมคัปเปิลแต่ละชนิด เมื่ออ้างอิงกับจุดอ้างอิงที่กำหนด (00c) ณ อุณหภูมิที่จุดวัดต่างๆ พบว่าที่อุณหภูมิ 2100c เทอร์โมคัปเปิลชนิด j เมื่ออ้างอิงที่ 00c จะมีแรงเคลื่อนเป็น
V(2100c) = 11.3 mV(ชนิด J, 00c ref.)
ในทางกลับกัน ถ้าเราวัดแรงเคลื่อนได้ 4.768 mV กับชนิด s และอุณหภูมิอ้างอิงที่ 00cเราพบว่า
T(4.768 mv) = 5550c (ชนิด s, 00c ref.)
แต่บางกรณี แรงเคลื่อนที่วัดได้จะไม่ตรงกับค่าในตาราง จึงจำเป็นต้องมีการแบ่งสเกล(interpole) ระหว่างค่าในตาราง ซึ่งหาได้จากสมการการแบ่งสเกลดังนี้
เมื่อ VM = คือแรงเคลื่อนที่วัดได้จากมิเตอร์
VH และ VL = ค่าแรงเคลื่อนของ TH และ TL อ่านได้จากตารางโดย VH อยู่สูง
กว่า VM และ VL ต่ำกว่า VM
TH และ TL = ค่าอุณหภูมิที่ตรงกับค่าแรงเคลื่อน VH และ VL ตามลำดับ
ผลของแรงเคลื่อนไฟฟ้าจากความร้อน (Termoelectric Effect)
ผลของแรงเคลื่อนไฟฟ้าจากความร้อน (Termoelectric Effect)
ทฤษฎีพื้นฐานของผลจากเทอร์โมอิเล็กทริก เกิดจากการส่งผ่านทางไฟฟ้าและทางความร้อนของโลหะที่ต่างกันจึงทำให้เกิดความต่างศักย์ทางไฟฟ้าตกคร่อมที่โลหะนั้น ความต่างศักย์นี้จะสัมพันธ์กับความจริงที่ว่า อิเล็กตรอนในปลายด้านร้อนของโลหะจะมีพลังงานความร้อนมากกว่าปลายทางด้านเย็น จึงทำให้อิเล็กตรอนมีความเร็วไปหาปลายด้านเย็น ที่อุณหภูมิเดียวกันนี้การเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนจะแปลเปลี่ยนไปตามโลหะที่ต่างชนิดกันด้วย ที่เป็นเช่นนี้ก็เพราะว่า โลหะที่ต่างกันจะมีการนำความร้อนที่ต่างกันนั่นเอง
1.ผลของซีแบ็ค (Seebeck Effect) โดยใช้ทฤษฎีโซลิดสเตด เราสามารถวิเคราะห์ค่าได้จากสมการอินทิเกรตค่าจากย่านของอุณหภูมิดังกล่าวนั่นคือ
สมการนี้จะอธิบายผลของซีแบ็ค ซึ่งพบว่า
1.ค่า emf. ที่เกิดจะเป็นสัดส่วนกับความแตกต่างของอุณหภูมิ จึงเกิดความแตกต่างของ ค่าคงที่ในการส่งผ่านความร้อนของโลหะ
2. ถ้าใช้โลหะชนิดเดียวกันมาทำเทอร์โมคัปเปิลค่าemf. ที่ได้ก็จะมีค่าเป็นศูนย์
3. ถ้าอุณหภูมิทั้งสองจุดคือจุดวัดและจุดอ้างอิงเหมือนกันค่า emf. ก็จะเป็นศูนย์
โดยสูตรที่ง่ายและสามารถนำมาคำนวณได้เช่นกันคือ
เมื่อ = ค่าคงที่หรือเรียกว่าสัมประสิทธิ์ของซีแบ็ค ; volts/K
T1, T2 = อุณหภูมิที่จุดต่อ ; K
2.ผลของเพลเทียร์ (Peltier Effects) หากคิดย้อนกลับจากผลของซีแบ็ค นั่นคือใช้โลหะที่แตกต่างกันสองชนิดมาเชื่อมต่อทั้งสองเข้าด้วยกันแล้วจ่ายพลังงานจากภายนอกเข้าไป ก็จะเป็นเหตุให้เกิดกระแสไหลในวงจร เพราะจากคุณสมบัติในการส่งไฟฟ้าและความร้อนของโลหะ พบว่าขั้วหนึ่งจะเกิดความร้อน (T2)และอีกขั้วหนึ่งจะเกิดความเย็น (T1) ขึ้น โดยผลดังกล่าวเรียกว่า “ผลของเพลเทียร์” (Peltier effect) และถูกนำไปใช้งานพิเศษสำหรับการทำความเย็นกับส่วนของระบบอิเล็กทรอนิกส์ หรือแม้กระทั่งเครื่องทำความเย็นขนาดเล็ก
รูปที่ 3 แสดงผลของเพลเทียร์
ทฤษฎีพื้นฐานของผลจากเทอร์โมอิเล็กทริก เกิดจากการส่งผ่านทางไฟฟ้าและทางความร้อนของโลหะที่ต่างกันจึงทำให้เกิดความต่างศักย์ทางไฟฟ้าตกคร่อมที่โลหะนั้น ความต่างศักย์นี้จะสัมพันธ์กับความจริงที่ว่า อิเล็กตรอนในปลายด้านร้อนของโลหะจะมีพลังงานความร้อนมากกว่าปลายทางด้านเย็น จึงทำให้อิเล็กตรอนมีความเร็วไปหาปลายด้านเย็น ที่อุณหภูมิเดียวกันนี้การเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนจะแปลเปลี่ยนไปตามโลหะที่ต่างชนิดกันด้วย ที่เป็นเช่นนี้ก็เพราะว่า โลหะที่ต่างกันจะมีการนำความร้อนที่ต่างกันนั่นเอง
1.ผลของซีแบ็ค (Seebeck Effect) โดยใช้ทฤษฎีโซลิดสเตด เราสามารถวิเคราะห์ค่าได้จากสมการอินทิเกรตค่าจากย่านของอุณหภูมิดังกล่าวนั่นคือ
สมการนี้จะอธิบายผลของซีแบ็ค ซึ่งพบว่า
1.ค่า emf. ที่เกิดจะเป็นสัดส่วนกับความแตกต่างของอุณหภูมิ จึงเกิดความแตกต่างของ ค่าคงที่ในการส่งผ่านความร้อนของโลหะ
2. ถ้าใช้โลหะชนิดเดียวกันมาทำเทอร์โมคัปเปิลค่าemf. ที่ได้ก็จะมีค่าเป็นศูนย์
3. ถ้าอุณหภูมิทั้งสองจุดคือจุดวัดและจุดอ้างอิงเหมือนกันค่า emf. ก็จะเป็นศูนย์
โดยสูตรที่ง่ายและสามารถนำมาคำนวณได้เช่นกันคือ
เมื่อ = ค่าคงที่หรือเรียกว่าสัมประสิทธิ์ของซีแบ็ค ; volts/K
T1, T2 = อุณหภูมิที่จุดต่อ ; K
2.ผลของเพลเทียร์ (Peltier Effects) หากคิดย้อนกลับจากผลของซีแบ็ค นั่นคือใช้โลหะที่แตกต่างกันสองชนิดมาเชื่อมต่อทั้งสองเข้าด้วยกันแล้วจ่ายพลังงานจากภายนอกเข้าไป ก็จะเป็นเหตุให้เกิดกระแสไหลในวงจร เพราะจากคุณสมบัติในการส่งไฟฟ้าและความร้อนของโลหะ พบว่าขั้วหนึ่งจะเกิดความร้อน (T2)และอีกขั้วหนึ่งจะเกิดความเย็น (T1) ขึ้น โดยผลดังกล่าวเรียกว่า “ผลของเพลเทียร์” (Peltier effect) และถูกนำไปใช้งานพิเศษสำหรับการทำความเย็นกับส่วนของระบบอิเล็กทรอนิกส์ หรือแม้กระทั่งเครื่องทำความเย็นขนาดเล็ก
รูปที่ 3 แสดงผลของเพลเทียร์
เทอร์โมคัปเปิล (Thermocouple)
เทอร์โมคัปเปิล (Thermocouple)
เทอร์โมคัปเปิล คืออุปกรณ์วัดอุณหภูมิโดยใช้หลักการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิหรือความร้อนเป็นแรงเคลื่อนไฟฟ้า (emf) เทอร์โมคัปเปิลทำมาจากโลหะตัวนำที่ต่างชนิดกัน 2 ตัว (แตกต่างกันทางโครงสร้างของอะตอม) นำมาเชื่อมต่อปลายทั้งสองเข้าด้วยกันที่ปลายด้านหนึ่ง เรียกว่าจุดวัดอุณหภูมิ ส่วนปลายอีกด้านหนึ่งปล่อยเปิดไว้ เรียกว่าจุดอ้างอิง หากจุดวัดอุณหภูมิและจุดอ้างอิงมีอุณหภูมิต่างกันก็จะทำให้มีการนำกระแสในวงจรเทอร์โมคัปเปิลทั้งสองข้าง ปรากฎการณ์ดังกล่าวนี้ค้นพบโดย Thomus Seebeck นักวิทยาศาสตร์ชาวเยอรมันในปี ค.ศ.1821 ในรูปที่2 เป็นวงจรที่ใช้อธิบายผลของซีแบ็คดังกล่าว
รูปที่2 แสดงผลของซีแบ็ค
เทอร์โมคัปเปิล คืออุปกรณ์วัดอุณหภูมิโดยใช้หลักการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิหรือความร้อนเป็นแรงเคลื่อนไฟฟ้า (emf) เทอร์โมคัปเปิลทำมาจากโลหะตัวนำที่ต่างชนิดกัน 2 ตัว (แตกต่างกันทางโครงสร้างของอะตอม) นำมาเชื่อมต่อปลายทั้งสองเข้าด้วยกันที่ปลายด้านหนึ่ง เรียกว่าจุดวัดอุณหภูมิ ส่วนปลายอีกด้านหนึ่งปล่อยเปิดไว้ เรียกว่าจุดอ้างอิง หากจุดวัดอุณหภูมิและจุดอ้างอิงมีอุณหภูมิต่างกันก็จะทำให้มีการนำกระแสในวงจรเทอร์โมคัปเปิลทั้งสองข้าง ปรากฎการณ์ดังกล่าวนี้ค้นพบโดย Thomus Seebeck นักวิทยาศาสตร์ชาวเยอรมันในปี ค.ศ.1821 ในรูปที่2 เป็นวงจรที่ใช้อธิบายผลของซีแบ็คดังกล่าว
รูปที่2 แสดงผลของซีแบ็ค
คุณลักษณะของอาร์ทีดี (Characteristic of RTD)
คุณลักษณะของอาร์ทีดี (Characteristic of RTD)
1. ความไว (Sensitivity) ความไวของอาร์ทีดีหาได้จากค่าของ พบว่าแพลทินัมจะมีค่า = 0.00385 / /0C (ประมาณ 0.004/0C ) ดังนั้น สำหรับแพลทินัมอาร์ทีดีแบบ 100 จึงเปลี่ยนค่าความต้านทานไปเพียง 0.4 เท่านั้น หากอุณหภูมิเปลี่ยนไป 1000C
2. ผลตอบสนองต่อเวลา (Response Time) เวลาในการตอบสนองของอาร์ทีดีเกิดจากการนำความร้อน โดยทั่วไปเวลาคงที่จะกำหนดโดยสภาวะอากาศอิสระ (หรือสภาวะใดๆ ที่สมมูลกัน) หากว่าหากมันอยู่ในฝักป้องกัน (sheath) มันจะสัมผัสความร้อนได้ไม่ดีจึงทำให้ได้ผลตอบสนองต่อเวลาช้า
3. โครงสร้าง (Construction) แน่นอนว่าอาร์ทีดีที่มีความยาวของสายมาก จะทำให้ความต้านทานเป็นฟังก์ชันกับอุณหภูมิมาก
4. การปรับสภาพสัญญาณ (Sine Conditioning)
5. ค่าคงที่ในการสูญเสีย (Dissipation Constant)
6. ย่านการใช้งาน (Range) ย่านประสิทธิผลการใช้งานของอาร์ทีดีจะขึ้นอยู่กับชนิดของวัสดุที่ใช้เป็นอุปกรณ์แอกทีฟ พบว่า อาร์ทีดีแบบแพลทินัมจะมีย่านใช้งานจาก -1000C ถึง 6500C ในขฯะที่อาร์ทีดีที่ทำจากนิกเกิลจะมีช่วงใช้งานจาก -1800C ถึง 3000C
ข้อควรจำในการวัดอุณหภูมิโดยใช้อาร์ทีดี คือ
1. ต้องมีการชีลด์สายและเดินสายบิดเกลียวเพื่อป้องกันสัญญาณรบกวน
2. อาร์ทีดีมีความเปราะบาง จึงต้องป้องกันและระวังการใช้งาน
3. เนื่องจากที่อาร์ทีดีไม่สามารถกำเนิดพลังได้เหมือนกับเทอร์โมคัปเปิล จึงทำให้มีกระแสไหลผ่านและเกิดผลของความร้อนจูล (I2R)กับตัวมันเอง
1. ความไว (Sensitivity) ความไวของอาร์ทีดีหาได้จากค่าของ พบว่าแพลทินัมจะมีค่า = 0.00385 / /0C (ประมาณ 0.004/0C ) ดังนั้น สำหรับแพลทินัมอาร์ทีดีแบบ 100 จึงเปลี่ยนค่าความต้านทานไปเพียง 0.4 เท่านั้น หากอุณหภูมิเปลี่ยนไป 1000C
2. ผลตอบสนองต่อเวลา (Response Time) เวลาในการตอบสนองของอาร์ทีดีเกิดจากการนำความร้อน โดยทั่วไปเวลาคงที่จะกำหนดโดยสภาวะอากาศอิสระ (หรือสภาวะใดๆ ที่สมมูลกัน) หากว่าหากมันอยู่ในฝักป้องกัน (sheath) มันจะสัมผัสความร้อนได้ไม่ดีจึงทำให้ได้ผลตอบสนองต่อเวลาช้า
3. โครงสร้าง (Construction) แน่นอนว่าอาร์ทีดีที่มีความยาวของสายมาก จะทำให้ความต้านทานเป็นฟังก์ชันกับอุณหภูมิมาก
4. การปรับสภาพสัญญาณ (Sine Conditioning)
5. ค่าคงที่ในการสูญเสีย (Dissipation Constant)
6. ย่านการใช้งาน (Range) ย่านประสิทธิผลการใช้งานของอาร์ทีดีจะขึ้นอยู่กับชนิดของวัสดุที่ใช้เป็นอุปกรณ์แอกทีฟ พบว่า อาร์ทีดีแบบแพลทินัมจะมีย่านใช้งานจาก -1000C ถึง 6500C ในขฯะที่อาร์ทีดีที่ทำจากนิกเกิลจะมีช่วงใช้งานจาก -1800C ถึง 3000C
ข้อควรจำในการวัดอุณหภูมิโดยใช้อาร์ทีดี คือ
1. ต้องมีการชีลด์สายและเดินสายบิดเกลียวเพื่อป้องกันสัญญาณรบกวน
2. อาร์ทีดีมีความเปราะบาง จึงต้องป้องกันและระวังการใช้งาน
3. เนื่องจากที่อาร์ทีดีไม่สามารถกำเนิดพลังได้เหมือนกับเทอร์โมคัปเปิล จึงทำให้มีกระแสไหลผ่านและเกิดผลของความร้อนจูล (I2R)กับตัวมันเอง
ชนิดของอาร์ทีดี (Type of RTD)
ชนิดของอาร์ทีดี (Type of RTD)
1. แพลทินัม เป็นแบบที่นิยมใช้มากที่สุด เขียนบอกไว้เป็น PT ได้แก่ PT-10, PT-100,
PT-1000 ความสามารถในการทำซ้ำสูง แต่ความไวต่ำ ราคาแพงมากเมื่อเทียบกับนิกเกิลซึ่งมี ความ
สามารถในการทำซ้ำน้อย แต่มีความไวมากกว่า และราคาถูกกว่า
2. ทองคำและเงิน ธาตุทั้งสองมีค่าความต้านทานจำเพาะต่ำ
3. ทังสเตนมีค่าความต้านทานจำเพาะสัมพัทธ์สูง มักใช้กับการวัดอุณหภูมิที่มีค่าสูง
เพราะ หากใช้ที่อุณหภูมิปกติจะมีความเปราะและยากต่อการใช้งาน
4. นิกเกิล ใช้กับย่านวัดอุณหภูมิสูงๆ มีความเป็นเชิงเส้นต่ำ ทำให้เกิดค่าดริฟต์ (drift)
กับเวลา นอกจากนี้ยังมีวัสดุชนิดอื่นๆ ที่ใช้ทำอาร์ทีดี ได้แก่ เหล็ก เป็นต้น
1. แพลทินัม เป็นแบบที่นิยมใช้มากที่สุด เขียนบอกไว้เป็น PT ได้แก่ PT-10, PT-100,
PT-1000 ความสามารถในการทำซ้ำสูง แต่ความไวต่ำ ราคาแพงมากเมื่อเทียบกับนิกเกิลซึ่งมี ความ
สามารถในการทำซ้ำน้อย แต่มีความไวมากกว่า และราคาถูกกว่า
2. ทองคำและเงิน ธาตุทั้งสองมีค่าความต้านทานจำเพาะต่ำ
3. ทังสเตนมีค่าความต้านทานจำเพาะสัมพัทธ์สูง มักใช้กับการวัดอุณหภูมิที่มีค่าสูง
เพราะ หากใช้ที่อุณหภูมิปกติจะมีความเปราะและยากต่อการใช้งาน
4. นิกเกิล ใช้กับย่านวัดอุณหภูมิสูงๆ มีความเป็นเชิงเส้นต่ำ ทำให้เกิดค่าดริฟต์ (drift)
กับเวลา นอกจากนี้ยังมีวัสดุชนิดอื่นๆ ที่ใช้ทำอาร์ทีดี ได้แก่ เหล็ก เป็นต้น
ตัวตรวจวัดอุณหภูมิ โดยใช้หลักการเปลี่ยนแปลงค่าความต้านทาน ( resistance Temperature Detectors ; RTD )
ตัวตรวจวัดอุณหภูมิ โดยใช้หลักการเปลี่ยนแปลงค่าความต้านทาน ( resistance Temperature Detectors ; RTD )
อาร์ทีดี คือ ตัวเซ็นเซอร์อุณหภูมิที่ใช้หลักการเปลี่ยนแปลงค่าความต้านทานของโลหะซึ่งค่าความต้านทานดังกล่าวจะมีค่าเพิ่มตามอุณหภูมิ ความต้านทานของโลหะที่เพิ่มเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้นนี้ เรียกว่า “ สัมประสิทธิ์การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิแบบบวก “ ( Positive Temperature Coefficient ; PTC )นอกจากนี้อาร์ทีดียังมีชื่อเรียกได้อีกอย่างว่า “ เทอร์โมมิเตอร์แบบค่าความต้านทาน “
( Resistance Temperatures )
อาร์ทีดีค้นพบในปีเดียวกับที่ซีแบ็คค้นพบปรากฏการณ์เทอร์โมอิเล็กทริก โดย Sir Humphry Day ซึ่งพบว่า ความต้านทานในโลหะจะมีผลตามค่าความร้อน อีก 50 ปีต่อมา Sir Willium Siemens ก็นำเอาแพลทินัมมาทำเป็นเทอร์โมมิเตอร์ และจัดให้เป็นเทอร์โมมิเตอร์แบบปฐมภูมิที่มีความแน่นอนสูง ในความเป็นจริงค่าความต้านทานของอาร์ทีดีแบบแพลทินัม ( PRTD ) ที่ใช้กันในทุกกวันนี้จะมีการกำหนดสเกลมาตรฐานจากจุดออกซิเจน ( -182.960 C ) ถึงจุดแอนติโมนี ( 630.740 C ) โดย IPTS
เราพบว่าความนำ (conductivity) ; ของโลหะใดๆ จะเป็นฟังก์ชันกับค่าของอุณหภูมิ ในทางกลับกันค่าความต้านทานจำเพาะ (resistivity) ซึ่งเป็นส่วนกลับของความนำ ก็จะเปลี่ยนแปลงเกือบเป็นเชิงเส้นกับอุณหภูมิในย่านอุณหภูมิห้อง เช่น อะลูมิเนียม ทองแดง และเงิน จะมีค่าเพิ่มขึ้นประมาณ 0.4% เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น 1 องศาเคลวิน ซึ่งอาจจะแสดงค่าความนำของโลหะใดๆ ได้เป็น
เมื่อ = ความหนาแน่นของประจุอิเล็กตรอนอิสระมีค่าเป็นลบ
= ความสามารถในการเคลื่อนที่ได้ของอิเล็กตรอน ; m/V.s
อาร์ทีดี คือ ตัวเซ็นเซอร์อุณหภูมิที่ใช้หลักการเปลี่ยนแปลงค่าความต้านทานของโลหะซึ่งค่าความต้านทานดังกล่าวจะมีค่าเพิ่มตามอุณหภูมิ ความต้านทานของโลหะที่เพิ่มเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้นนี้ เรียกว่า “ สัมประสิทธิ์การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิแบบบวก “ ( Positive Temperature Coefficient ; PTC )นอกจากนี้อาร์ทีดียังมีชื่อเรียกได้อีกอย่างว่า “ เทอร์โมมิเตอร์แบบค่าความต้านทาน “
( Resistance Temperatures )
อาร์ทีดีค้นพบในปีเดียวกับที่ซีแบ็คค้นพบปรากฏการณ์เทอร์โมอิเล็กทริก โดย Sir Humphry Day ซึ่งพบว่า ความต้านทานในโลหะจะมีผลตามค่าความร้อน อีก 50 ปีต่อมา Sir Willium Siemens ก็นำเอาแพลทินัมมาทำเป็นเทอร์โมมิเตอร์ และจัดให้เป็นเทอร์โมมิเตอร์แบบปฐมภูมิที่มีความแน่นอนสูง ในความเป็นจริงค่าความต้านทานของอาร์ทีดีแบบแพลทินัม ( PRTD ) ที่ใช้กันในทุกกวันนี้จะมีการกำหนดสเกลมาตรฐานจากจุดออกซิเจน ( -182.960 C ) ถึงจุดแอนติโมนี ( 630.740 C ) โดย IPTS
เราพบว่าความนำ (conductivity) ; ของโลหะใดๆ จะเป็นฟังก์ชันกับค่าของอุณหภูมิ ในทางกลับกันค่าความต้านทานจำเพาะ (resistivity) ซึ่งเป็นส่วนกลับของความนำ ก็จะเปลี่ยนแปลงเกือบเป็นเชิงเส้นกับอุณหภูมิในย่านอุณหภูมิห้อง เช่น อะลูมิเนียม ทองแดง และเงิน จะมีค่าเพิ่มขึ้นประมาณ 0.4% เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น 1 องศาเคลวิน ซึ่งอาจจะแสดงค่าความนำของโลหะใดๆ ได้เป็น
เมื่อ = ความหนาแน่นของประจุอิเล็กตรอนอิสระมีค่าเป็นลบ
= ความสามารถในการเคลื่อนที่ได้ของอิเล็กตรอน ; m/V.s
การเปลี่ยนแปลงค่าความต้านทานของโลหะกับอุณหภูมิ
การเปลี่ยนแปลงค่าความต้านทานของโลหะกับอุณหภูมิ
1. ความต้านทานของโลหะกับอุณหภูมิ (Temperature Versus Resistance of Metallic)
โลหะเกิดจาการรวมอะตอมในสถานะของแข็ง ซึ่งในแต่ละอะตอมจะมีตำแหน่งการสั่นที่ซ้อนทับกันและพลังงานความร้อนจะสมดุลกัน คุณสมบัติที่สำคัญของโลหะอยู่ที่ว่าในแต่ละอะตอมจะมีอิเล็กตรอน 1 ตัว เรียกว่า “ วาเลนซ์อิเล็กตรอน “ (valance electron ) ที่สามารถเคลื่อนที่ผ่านวัตถุได้อย่างอิสระซึ่งกลายเป็นอิเล็กตรอนตัวนำ ( conduction electron )
เมื่ออิเล็กตรอนเคลื่อนที่ผ่านวัตถุอะตอมแต่ละตัวจะเกิดการกระแทกกับอะตอมที่อยู่กับที่ ( stationary atom ) หรือโมเลกุลของวัตถุ
เป็นผลทำให้เกิดพลังงานความร้อนขึ้น อะตอมก็จะสั่นและทำให้อิเล็กตรอนการนำสั่นด้วย ทำให้มีการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนและมีการดูดกลืนพลังงานเกิดขึ้น นั่นคือ ขณะนี้วัตถุดังกล่าวจะกลายเป็นตัวต้านทานการไหลของกระแสไฟฟ้า และจะมีการสั่นสะเทือนมากขึ้นหากได้รับความร้อนเพิ่มขึ้น
2. การประมาณค่าความต้านทานกับอุณหภูมิ ( Resistance Versus Temperature Approximation )
รูปที่1 เส้น L แสดงการประมาณค่าความต้านทานกับอุณหภูมิระหว่าง T1และT2
การประมาณค่าความเป็นเชิงเส้น ( linear approximation ) คือการหาค่าจากสมการเส้นตรงซึ่งพล๊อตระหว่างค่าความต้านทานเทียบกับอุณหภูมิ ( R-T curve ) ในบางช่วงที่ต้องการ
1. ความต้านทานของโลหะกับอุณหภูมิ (Temperature Versus Resistance of Metallic)
โลหะเกิดจาการรวมอะตอมในสถานะของแข็ง ซึ่งในแต่ละอะตอมจะมีตำแหน่งการสั่นที่ซ้อนทับกันและพลังงานความร้อนจะสมดุลกัน คุณสมบัติที่สำคัญของโลหะอยู่ที่ว่าในแต่ละอะตอมจะมีอิเล็กตรอน 1 ตัว เรียกว่า “ วาเลนซ์อิเล็กตรอน “ (valance electron ) ที่สามารถเคลื่อนที่ผ่านวัตถุได้อย่างอิสระซึ่งกลายเป็นอิเล็กตรอนตัวนำ ( conduction electron )
เมื่ออิเล็กตรอนเคลื่อนที่ผ่านวัตถุอะตอมแต่ละตัวจะเกิดการกระแทกกับอะตอมที่อยู่กับที่ ( stationary atom ) หรือโมเลกุลของวัตถุ
เป็นผลทำให้เกิดพลังงานความร้อนขึ้น อะตอมก็จะสั่นและทำให้อิเล็กตรอนการนำสั่นด้วย ทำให้มีการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนและมีการดูดกลืนพลังงานเกิดขึ้น นั่นคือ ขณะนี้วัตถุดังกล่าวจะกลายเป็นตัวต้านทานการไหลของกระแสไฟฟ้า และจะมีการสั่นสะเทือนมากขึ้นหากได้รับความร้อนเพิ่มขึ้น
2. การประมาณค่าความต้านทานกับอุณหภูมิ ( Resistance Versus Temperature Approximation )
รูปที่1 เส้น L แสดงการประมาณค่าความต้านทานกับอุณหภูมิระหว่าง T1และT2
การประมาณค่าความเป็นเชิงเส้น ( linear approximation ) คือการหาค่าจากสมการเส้นตรงซึ่งพล๊อตระหว่างค่าความต้านทานเทียบกับอุณหภูมิ ( R-T curve ) ในบางช่วงที่ต้องการ
การวัดอุณหภูมิ (Measurement of Temperature)
การวัดอุณหภูมิ (Measurement of Temperature)
1. วิธีการวัดที่ไม่ใช่วิธีทางไฟฟ้า ( Non-Electrical Methods )
วิธีที่ไม่ใช่การวัดอุณหภูมิทางไฟฟ้า อาจจะอยู่บนวิธีใดวิธีหนึ่งดังต่อไปนี้
1.1 การเปลี่ยนแปลงสถานะทางฟิสิกส์
1.2 การเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติทางเคมี และ
1.3 การเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติทางฟิสิกส์
โดยทั่วไปวิธีการแสดงผลของอุณหภูมิ
1. เทอร์โมมิเตอร์แบบแท่งโลหะ (Solid Rod thermometer)
หลักการของเทอร์โมมิเตอร์แบบแท่งโลหะนี้ อยู่บนหลักการของการขยายตัวเชิงเส้นของโลหะเมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น
2. เทอร์โมมิเตอร์แบบไบเมทัล (Bimetallic Thermometer)
เทอร์โมมิเตอร์นี้ใช้หลักการขยายตัวของของแข็ง
3. เทอร์โมมิเตอร์แบบเติมของเหลวในหลอดแก้ว (Liquid-in-Glass Thermometer)
เทอร์โมมิเตอร์แบบนี้ใช้วัดอุณหภูมิซึ่งใช้ความแตกต่างของการขยายตัวนี้เป็นตัวบอกระดับอุณหภูมิ
4. เทอร์โมมิเตอร์แบบความดัน (Pressure Thermometer)
ทำงานบนพื้นฐานการขยายตัวของของไหล อันเนื่องมาจากการเพิ่มความดันของปริมาตรที่ใช้วัดอุณหภูมิ เทอร์โมมิเตอร์แบบนี้ใช้งานกันอย่างกว้างขวางในการวัดอุณหภูมิทางอุตสาหกรรม
5. เทอร์โมมิเตอร์แบบปรอทที่อยู่ในโลหะ (Mercury-in-steel Thermometer)
เทอร์โมมิเตอร์แบบนี้มีสเกลเป็นเชิงเส้น และมีกำลังเพียงพอที่จะใช้งานกับปากกาบันทึกได้
6. เทอร์โมมิเตอร์แบบปริมาตรคงที่ (Constant Volume Thermometer)
เทอร์โมมิเตอร์แบบดังกล่าวนี้ใช้แก๊สเฉื่อย (ปกติจะเป็นไนโตรเจน) เป็นตัวทำงานแทนที่ปรอท หลักการทำงานคือ อาศัยการเพิ่มความดันของแก๊สเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น ณ จุดที่ซึ่งปริมาตรคงที่
7. เทอร์โมมิเตอร์แบบความดันไอ ( Vapor Pressure Thermometer )
เทอร์โมมิเตอร์แบบนี้สเกลไม่เป็นเชิงเส้น
1. วิธีการวัดที่ไม่ใช่วิธีทางไฟฟ้า ( Non-Electrical Methods )
วิธีที่ไม่ใช่การวัดอุณหภูมิทางไฟฟ้า อาจจะอยู่บนวิธีใดวิธีหนึ่งดังต่อไปนี้
1.1 การเปลี่ยนแปลงสถานะทางฟิสิกส์
1.2 การเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติทางเคมี และ
1.3 การเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติทางฟิสิกส์
โดยทั่วไปวิธีการแสดงผลของอุณหภูมิ
1. เทอร์โมมิเตอร์แบบแท่งโลหะ (Solid Rod thermometer)
หลักการของเทอร์โมมิเตอร์แบบแท่งโลหะนี้ อยู่บนหลักการของการขยายตัวเชิงเส้นของโลหะเมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น
2. เทอร์โมมิเตอร์แบบไบเมทัล (Bimetallic Thermometer)
เทอร์โมมิเตอร์นี้ใช้หลักการขยายตัวของของแข็ง
3. เทอร์โมมิเตอร์แบบเติมของเหลวในหลอดแก้ว (Liquid-in-Glass Thermometer)
เทอร์โมมิเตอร์แบบนี้ใช้วัดอุณหภูมิซึ่งใช้ความแตกต่างของการขยายตัวนี้เป็นตัวบอกระดับอุณหภูมิ
4. เทอร์โมมิเตอร์แบบความดัน (Pressure Thermometer)
ทำงานบนพื้นฐานการขยายตัวของของไหล อันเนื่องมาจากการเพิ่มความดันของปริมาตรที่ใช้วัดอุณหภูมิ เทอร์โมมิเตอร์แบบนี้ใช้งานกันอย่างกว้างขวางในการวัดอุณหภูมิทางอุตสาหกรรม
5. เทอร์โมมิเตอร์แบบปรอทที่อยู่ในโลหะ (Mercury-in-steel Thermometer)
เทอร์โมมิเตอร์แบบนี้มีสเกลเป็นเชิงเส้น และมีกำลังเพียงพอที่จะใช้งานกับปากกาบันทึกได้
6. เทอร์โมมิเตอร์แบบปริมาตรคงที่ (Constant Volume Thermometer)
เทอร์โมมิเตอร์แบบดังกล่าวนี้ใช้แก๊สเฉื่อย (ปกติจะเป็นไนโตรเจน) เป็นตัวทำงานแทนที่ปรอท หลักการทำงานคือ อาศัยการเพิ่มความดันของแก๊สเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น ณ จุดที่ซึ่งปริมาตรคงที่
7. เทอร์โมมิเตอร์แบบความดันไอ ( Vapor Pressure Thermometer )
เทอร์โมมิเตอร์แบบนี้สเกลไม่เป็นเชิงเส้น
การตรวจวัดความร้อน (Thermal Sensors)
การตรวจวัดความร้อน (Thermal Sensors)
นิยามของอุณหภูมิ (Definition of Temperature)
1. พลังงานความร้อน (Thermal Energy)
ในวัสดุที่เป็นของแข็ง แต่ละอะตอมหรือแต่ละโมเลกุลจะยึดเกาะหรือมีพันธะต่อกันอย่างแข็งแรงสภาวะดังกล่าวนี้เรียกว่า “ตำแหน่งสมดุล” (equilibrium position) อย่างไรก็ตามแต่ละอะตอมยังคง สามารถสั่นสะเทือนรอบตำแหน่งที่มันตั้งอยู่ได้ แต่ถ้าของแข็งที่ไม่มีการสั่นสะเทือนของโมเลกุล แสดงว่าพลังงานความร้อนภายในอะตอมเป็นศูนย์หรือ WTH = 0 ตอนนี้หากเราเพิ่มพลังงานให้กับวัตถุดังกล่าวจะทำให้โมเลกุลเกิดการสั่นสะเทือนรอบ ๆ ตำแหน่งสมดุลของมันจึงกล่าวได้ว่าขณะนี้มีพลังงานความร้อนเกิดขึ้นหรือ WTH > 0 หากเราเพิ่มพลังงานเข้าไปในวัตถุนี้อีก การสั่นสะเทือนจะเพิ่มมากขึ้น สุดท้ายสภาวะในการยึดเกาะก็จะน้อยลงและแตกออกในที่สุด แสดงว่าวัตถุดังกล่าวนี้เกิดการหลอมละลายและกำลังจะกลายเป็นของเหลว
ในกรณีของแก๊ส หากเพิ่มพลังงานความร้อนในวัตถุที่เป็นของเหลวให้มากขึ้นต่อไปอีก ความเร็วของโมเลกุลก็จะเพิ่มขึ้นจนอยู่ในสภาวะสุดท้ายทำให้เกิดช่องว่างระหว่างแต่ละโมเลกุลเต็มที่ หากถึงขั้นโมเลกุลไม่สัมผัสกันและเคลื่อนที่อย่างสุ่ม ๆ (random) ในภาชนะ วัตถุดังกล่าวก็จะกลายเป็นแก๊สไปในที่สุดมีผลทำให้โมเลกุลชนกระแทกกับโมเลกุลอื่น ๆ รวมถึงผนังของภาชนะ
ในงานจริง วัตถุประสงค์ของการตรวจวัดความร้อน อุปกรณ์วัดความร้อนของวัตถุหรือสิ่งแวดล้อมจะอยู่ในรูปแบบที่แตกต่างกัน
2. อุณหภูมิ (Temperature)
หน่วยของการวัดพลังงานที่เหมาะสมก็คือ “จูล” (Joule) ซึ่งเป็นหน่วยในระบบ SI ค่านี้จะขึ้นอยู่กับขนาดของวัตถุ เพราะมันจะเป็นตัวบอกปริมาณในการเก็บความร้อน ส่วนการวัดพลังงานความร้อนเฉลี่ยต่อโมเลกุลก็มีหน่วยเป็นจูลเช่นเดียวกัน
2.1 สเกลของอุณหภูมิสัมบูรณ์ (Absolute Temperature Scale)
มีการใช้งาน 2 สเกลด้วยกัน คือ สเกลเคลวิน (K) และสเกลแรงคิล (0 R) ซึ่งมีความสัมพันธ์กันดังนี้
( 1K ) = ( 10 R ) = 10 R
ดังนั้น การแปลงสเกล ก็จะกำหนดได้เป็น
T (K) = T (0 R)
เมื่อ T (K) = อุณหภูมิในหน่วย K
T (0 R) = อุณหภูมิในหน่วย 0 R
2.2 สเกลอุณหภูมิสัมพัทธ์ (Relative to Thermal Energy )
สเกลนี้คือสเกลขององศาเซลเซียส (สัมพันธ์กับองศาเคลวิน) และองศาฟาเรนไฮต์ (สัมพันธ์กับองศาเคลวิน)
T (0 C) = T(K) – 273.15
T (0 F) = T(R) - 459.6
T (0 F) = T (0 C) + 32
ความสัมพันธ์กับพลังงานความร้อน ( Relative to Thermal Energy )
WTH = kT
เมื่อ k = 1.38 x 10 –23 J/K เป็นค่าคงที่ของโบลซ์มาน
นิยามของอุณหภูมิ (Definition of Temperature)
1. พลังงานความร้อน (Thermal Energy)
ในวัสดุที่เป็นของแข็ง แต่ละอะตอมหรือแต่ละโมเลกุลจะยึดเกาะหรือมีพันธะต่อกันอย่างแข็งแรงสภาวะดังกล่าวนี้เรียกว่า “ตำแหน่งสมดุล” (equilibrium position) อย่างไรก็ตามแต่ละอะตอมยังคง สามารถสั่นสะเทือนรอบตำแหน่งที่มันตั้งอยู่ได้ แต่ถ้าของแข็งที่ไม่มีการสั่นสะเทือนของโมเลกุล แสดงว่าพลังงานความร้อนภายในอะตอมเป็นศูนย์หรือ WTH = 0 ตอนนี้หากเราเพิ่มพลังงานให้กับวัตถุดังกล่าวจะทำให้โมเลกุลเกิดการสั่นสะเทือนรอบ ๆ ตำแหน่งสมดุลของมันจึงกล่าวได้ว่าขณะนี้มีพลังงานความร้อนเกิดขึ้นหรือ WTH > 0 หากเราเพิ่มพลังงานเข้าไปในวัตถุนี้อีก การสั่นสะเทือนจะเพิ่มมากขึ้น สุดท้ายสภาวะในการยึดเกาะก็จะน้อยลงและแตกออกในที่สุด แสดงว่าวัตถุดังกล่าวนี้เกิดการหลอมละลายและกำลังจะกลายเป็นของเหลว
ในกรณีของแก๊ส หากเพิ่มพลังงานความร้อนในวัตถุที่เป็นของเหลวให้มากขึ้นต่อไปอีก ความเร็วของโมเลกุลก็จะเพิ่มขึ้นจนอยู่ในสภาวะสุดท้ายทำให้เกิดช่องว่างระหว่างแต่ละโมเลกุลเต็มที่ หากถึงขั้นโมเลกุลไม่สัมผัสกันและเคลื่อนที่อย่างสุ่ม ๆ (random) ในภาชนะ วัตถุดังกล่าวก็จะกลายเป็นแก๊สไปในที่สุดมีผลทำให้โมเลกุลชนกระแทกกับโมเลกุลอื่น ๆ รวมถึงผนังของภาชนะ
ในงานจริง วัตถุประสงค์ของการตรวจวัดความร้อน อุปกรณ์วัดความร้อนของวัตถุหรือสิ่งแวดล้อมจะอยู่ในรูปแบบที่แตกต่างกัน
2. อุณหภูมิ (Temperature)
หน่วยของการวัดพลังงานที่เหมาะสมก็คือ “จูล” (Joule) ซึ่งเป็นหน่วยในระบบ SI ค่านี้จะขึ้นอยู่กับขนาดของวัตถุ เพราะมันจะเป็นตัวบอกปริมาณในการเก็บความร้อน ส่วนการวัดพลังงานความร้อนเฉลี่ยต่อโมเลกุลก็มีหน่วยเป็นจูลเช่นเดียวกัน
2.1 สเกลของอุณหภูมิสัมบูรณ์ (Absolute Temperature Scale)
มีการใช้งาน 2 สเกลด้วยกัน คือ สเกลเคลวิน (K) และสเกลแรงคิล (0 R) ซึ่งมีความสัมพันธ์กันดังนี้
( 1K ) = ( 10 R ) = 10 R
ดังนั้น การแปลงสเกล ก็จะกำหนดได้เป็น
T (K) = T (0 R)
เมื่อ T (K) = อุณหภูมิในหน่วย K
T (0 R) = อุณหภูมิในหน่วย 0 R
2.2 สเกลอุณหภูมิสัมพัทธ์ (Relative to Thermal Energy )
สเกลนี้คือสเกลขององศาเซลเซียส (สัมพันธ์กับองศาเคลวิน) และองศาฟาเรนไฮต์ (สัมพันธ์กับองศาเคลวิน)
T (0 C) = T(K) – 273.15
T (0 F) = T(R) - 459.6
T (0 F) = T (0 C) + 32
ความสัมพันธ์กับพลังงานความร้อน ( Relative to Thermal Energy )
WTH = kT
เมื่อ k = 1.38 x 10 –23 J/K เป็นค่าคงที่ของโบลซ์มาน
การเลือกเครื่องมือวัด ( Selection of the Instrument )
การเลือกเครื่องมือวัด ( Selection of the Instrument )
การเลือกเครื่องมือวัดใด ๆ ที่ให้เป็นไปตามความต้องการหรือตอบสนองได้เต็มที่ จะขึ้นอยู่กับ
คุณสมบัติในการปฏิบัติงานของเครื่องมือวัดแต่ละชนิดรวมไปถึงราคา แต่โดยทั่วไปการเลือกอุปกรณ์นั้นจะขึ้นอยู่กับค่าสูงสุดของ “อัตราส่วนของการใช้จ่าย” หรือ “ทรานส์เฟอร์ฟังก์ชัน” ของการลงทุนซึ่งคิดได้จากอัตราส่วนดังต่อไปนี้
ราคาค่างวดที่ใช้สอย
ราคาค่างวดที่จำเป็น
มีการพิจารณาหลาย ๆ ปัจจัยที่จะเกี่ยวข้องกับการเลือกเครื่องมือวัด ซึ่งประกอบไปด้วยหลักเกณฑ์ดังต่อไปนี้
1. คุณภาพของเครื่องมือวัด เกณฑ์ของราคา
1.1 คุณสมบัติของความแน่นอน ความเที่ยงตรง และส่วนประกอบอื่น ๆ เช่น ความไว ความเป็นเชิงเส้น ฮิสเตอร์รีซีส ค่าดริฟต์ศูนย์และดริฟต์ความไว เดดแบนด์ เป็นต้น
1.2 ธรรมชาติและชนิดของความสามารถทางด้านข้อมูล เช่น แบบแอนะล็อก แบบดิจิตอล
แบบต่อเนื่อง หรือแบบสุ่ม
1.3 ธรรมชาติและชนิดของการอ่านค่าออก เช่น ตัวบันทึกค่า หรือตัวบอกค่า เป็นต้น
1.4 ธรรมชาติของการคำนวณข้อมูล (หากว่าต้องการ)
1.5 คุณสมบัติของการรบกวนสัญญาณของทรานสดิวเซอร์ และความมั่นคงของระบบ เมื่อมีการขยายสัญญาณแล้วส่งออกไป หรือมีการแปลงข้อมูลไปอยู่ในรูปอื่น
1.6 คุณสมบัติของผลตอบสนองทางพลวัตร ถ้าสัญญาณอินพุตเปลี่ยนแปลงไปกับเวลา
1.7 ความรู้สึกไว (susceptibility) ต่อการรบกวนของสิ่งแวดล้อมที่รบกวน
2. การพิจารณาในแง่ความสะดวก เกณฑ์ความเหมาะสม
2.1 มีความเหมาะสม (suitability) สำหรับงานที่จะใช้ เช่น ใช้ในห้องทดลอง ในสนาม หรือ ทั้งสองข้อรวมกัน
2.2 ความสามารถในการดัดแปลง (adaptability) เมื่อใช้กับค่าทางอินพุตหลาย ๆ ค่าที่แตกต่างกัน เช่น การขยายสเกล การเปลี่ยนย่าน เป็นต้น
2.3 ง่ายต่อการปรับแต่ง เมื่อจำเป็น
2.4 ง่ายและสะดวกต่อการวิเคราะห์พฤติกรรมของเครื่องมือวัด
2.5 ต้องมีความทนทานของวัสดุที่ประกอบ และการออกแบบถูกหลักเกณฑ์ ไม่ยุ่งยากต่อการใช้งาน
2.6 มีส่วนประกอบที่ป้องกันการใช้งายของผู้ที่ไม่เกี่ยวข้อง (fool-proof)
2.7 พิจารณาการบำรุงรักษา การซ่อม ความเหมาะสมในการติดตั้ง และการบริการที่มั่นคง
2.8 ต้องมีระบบบอกความพร้อมในการทำงานด้วยตัวมันเอง หรือความสามารถตรวจสอบตัวเองได้ในกรณีที่เครื่องมือวัดทำงานผิดปกติ
2.9 มีความปลอดภัยต่อการใช้งาน
2.10 มีรูปร่างที่เหมาะสม รูปทรงสวยงาม และจำเป็นต้องมีตัวห่อหุ้มหรือปกปิด ต่อสภาวะแวดล้อมการใช้งาน
3. ราคาในสภาวะแรกและงบที่อาจจะบานปลาย
3.1 ราคาเบื้องต้นของเครื่องมือวัด ราคาในการติดตั้ง และราคาค่างวดอื่น ๆ
3.2 ราคาในการปรับแต่ง การซ่อม การบำรุงรักษา เป็นต้น
3.3 ราคาในการปฏิบัติงาน
3.4 การพิจารณาอายุการใช้งาน หรือส่วนประกอบอื่น ๆ ที่สามารถจะทดแทนเข้ากันได้ กับเครื่องมือแบบเดียวกัน
จากหัวข้อด้านบนพบว่าเราจะต้องพิจารณาในหลาย ๆ ด้าน ซึ่งคะต้องทำการศึกษาทั้งทาง
ด้านบวกและด้านลบ และพบว่าการพิจารณาเรื่องคุณภาพหรือแง่ของเกณฑ์ราคา เป็นแง่ที่พิจารณามากที่สุดสำหรับการใช้งาน
การเลือกเครื่องมือวัดใด ๆ ที่ให้เป็นไปตามความต้องการหรือตอบสนองได้เต็มที่ จะขึ้นอยู่กับ
คุณสมบัติในการปฏิบัติงานของเครื่องมือวัดแต่ละชนิดรวมไปถึงราคา แต่โดยทั่วไปการเลือกอุปกรณ์นั้นจะขึ้นอยู่กับค่าสูงสุดของ “อัตราส่วนของการใช้จ่าย” หรือ “ทรานส์เฟอร์ฟังก์ชัน” ของการลงทุนซึ่งคิดได้จากอัตราส่วนดังต่อไปนี้
ราคาค่างวดที่ใช้สอย
ราคาค่างวดที่จำเป็น
มีการพิจารณาหลาย ๆ ปัจจัยที่จะเกี่ยวข้องกับการเลือกเครื่องมือวัด ซึ่งประกอบไปด้วยหลักเกณฑ์ดังต่อไปนี้
1. คุณภาพของเครื่องมือวัด เกณฑ์ของราคา
1.1 คุณสมบัติของความแน่นอน ความเที่ยงตรง และส่วนประกอบอื่น ๆ เช่น ความไว ความเป็นเชิงเส้น ฮิสเตอร์รีซีส ค่าดริฟต์ศูนย์และดริฟต์ความไว เดดแบนด์ เป็นต้น
1.2 ธรรมชาติและชนิดของความสามารถทางด้านข้อมูล เช่น แบบแอนะล็อก แบบดิจิตอล
แบบต่อเนื่อง หรือแบบสุ่ม
1.3 ธรรมชาติและชนิดของการอ่านค่าออก เช่น ตัวบันทึกค่า หรือตัวบอกค่า เป็นต้น
1.4 ธรรมชาติของการคำนวณข้อมูล (หากว่าต้องการ)
1.5 คุณสมบัติของการรบกวนสัญญาณของทรานสดิวเซอร์ และความมั่นคงของระบบ เมื่อมีการขยายสัญญาณแล้วส่งออกไป หรือมีการแปลงข้อมูลไปอยู่ในรูปอื่น
1.6 คุณสมบัติของผลตอบสนองทางพลวัตร ถ้าสัญญาณอินพุตเปลี่ยนแปลงไปกับเวลา
1.7 ความรู้สึกไว (susceptibility) ต่อการรบกวนของสิ่งแวดล้อมที่รบกวน
2. การพิจารณาในแง่ความสะดวก เกณฑ์ความเหมาะสม
2.1 มีความเหมาะสม (suitability) สำหรับงานที่จะใช้ เช่น ใช้ในห้องทดลอง ในสนาม หรือ ทั้งสองข้อรวมกัน
2.2 ความสามารถในการดัดแปลง (adaptability) เมื่อใช้กับค่าทางอินพุตหลาย ๆ ค่าที่แตกต่างกัน เช่น การขยายสเกล การเปลี่ยนย่าน เป็นต้น
2.3 ง่ายต่อการปรับแต่ง เมื่อจำเป็น
2.4 ง่ายและสะดวกต่อการวิเคราะห์พฤติกรรมของเครื่องมือวัด
2.5 ต้องมีความทนทานของวัสดุที่ประกอบ และการออกแบบถูกหลักเกณฑ์ ไม่ยุ่งยากต่อการใช้งาน
2.6 มีส่วนประกอบที่ป้องกันการใช้งายของผู้ที่ไม่เกี่ยวข้อง (fool-proof)
2.7 พิจารณาการบำรุงรักษา การซ่อม ความเหมาะสมในการติดตั้ง และการบริการที่มั่นคง
2.8 ต้องมีระบบบอกความพร้อมในการทำงานด้วยตัวมันเอง หรือความสามารถตรวจสอบตัวเองได้ในกรณีที่เครื่องมือวัดทำงานผิดปกติ
2.9 มีความปลอดภัยต่อการใช้งาน
2.10 มีรูปร่างที่เหมาะสม รูปทรงสวยงาม และจำเป็นต้องมีตัวห่อหุ้มหรือปกปิด ต่อสภาวะแวดล้อมการใช้งาน
3. ราคาในสภาวะแรกและงบที่อาจจะบานปลาย
3.1 ราคาเบื้องต้นของเครื่องมือวัด ราคาในการติดตั้ง และราคาค่างวดอื่น ๆ
3.2 ราคาในการปรับแต่ง การซ่อม การบำรุงรักษา เป็นต้น
3.3 ราคาในการปฏิบัติงาน
3.4 การพิจารณาอายุการใช้งาน หรือส่วนประกอบอื่น ๆ ที่สามารถจะทดแทนเข้ากันได้ กับเครื่องมือแบบเดียวกัน
จากหัวข้อด้านบนพบว่าเราจะต้องพิจารณาในหลาย ๆ ด้าน ซึ่งคะต้องทำการศึกษาทั้งทาง
ด้านบวกและด้านลบ และพบว่าการพิจารณาเรื่องคุณภาพหรือแง่ของเกณฑ์ราคา เป็นแง่ที่พิจารณามากที่สุดสำหรับการใช้งาน
นิยามอุปกรณ์รอบข้างและคุณลักษณะที่สำคัญของทรานสดิวเซอร์
นิยามอุปกรณ์รอบข้างและคุณลักษณะที่สำคัญของทรานสดิวเซอร์ ( Definition and Specification of Transducer )
1. เซ็นเซอร์ (Sensor) คือส่วนที่ใช้รับสัญญาณจากกระบวนการในตอนแรก หรืออาจเรียกได้ว่า
“ อินพุตทรานสดิวเซอร์”
2. ทรานสดิวเซอร์ (Transducer) คืออุปกรณ์ที่ทำหน้าที่ตรวจจับ รับความรู้สึกตัวแปรทางกายภาพ ตัวใดตัวหนึ่งแล้วเปลี่ยนค่าทางด้านเอาต์พุตให้เป็นตัวแปรทางกายภาพตัวอื่น
คุณลักษณะของทรานสดิวเซอร์ที่ต้องการ
1. มีความสามารถในการรับสัญญาณและตรวจจับพร้อมทั้งรับความรู้สึกค่าสัญญาณอินพุตที่ต้องการและต้อไม่มีความไวกับสัญญาณอื่น ๆ (ที่ไม่ต้องการ) ขณะที่ทำการวัด ตัวอย่างเช่น ทรานสดิวเซอร์ที่วัดความเร็วจะต้องรับความเร็วอย่างทันทีทันใดนั้น และต้องไม่รับเอาตัวแปร (ความรู้สึก) ของแรงเคลื่อนและอุณหภูมิที่อยู่ในบริเวณนั้น
2. ไม่ดัดแปลงหรือแก้ไขค่านัยสำคัญที่จะวัด
3. มีความสามารถต่อการดัดแปลงระบบ (amenable) นั่นคือให้ง่ายต่อการปรับปรุงระบบโดยใช้อุปกรณ์ที่อยู่ในกระบวนการเดิม ๅ ได้ เช่นรูปของทรานสดิวเซอร์ที่มักจะทำให้อยู่ในของสัญญาณทางไฟฟ้า เพราะจะทำให้ง่ายต่อการจัดการและได้เปรียบในการต่อเข้ากับอุปกรณ์คำนวณหรืออุปกรณ์แสดงค่าสมัยใหม่ เพื่อแสดงรายละเอียดของสัญญาณดังกล่าว
4. ต้องมีความแน่นอน (accuracy) ที่ดี
5. ต้องมีค่าความสามารถในการทำซ้ำ (reproducibility) ที่ดี (เช่น ความเที่ยงตรง)
6. ต้องมีขนาด ( amplitude ) ที่เป็นเชิงเส้น
7. ต้องมีผลตอบสนองต่อความถี่เพียงพอ (เช่น มีผลตอบสนองทางพลวัตรที่ดี)
8. ต้องไม่สร้างหรือกำเนิดการรบกวนเฟสต่อกัน (เช่น ไม่มี time lag ระหว่างสัญญาณอินพุตและเอาต์พุตของทรานสดิวเซอร์
9. ต้องมีความสามารถในการต่อต้านสิ่งรบกวนจากสิ่งแวดล้อม โดยไม่ทำลายความถูกต้องของระบบ และรักษาความแน่นอนในขีดที่ยอมรับได้
10. ต้องมีผลตอบสนองและความน่าเชื่อที่ดี
1. เซ็นเซอร์ (Sensor) คือส่วนที่ใช้รับสัญญาณจากกระบวนการในตอนแรก หรืออาจเรียกได้ว่า
“ อินพุตทรานสดิวเซอร์”
2. ทรานสดิวเซอร์ (Transducer) คืออุปกรณ์ที่ทำหน้าที่ตรวจจับ รับความรู้สึกตัวแปรทางกายภาพ ตัวใดตัวหนึ่งแล้วเปลี่ยนค่าทางด้านเอาต์พุตให้เป็นตัวแปรทางกายภาพตัวอื่น
คุณลักษณะของทรานสดิวเซอร์ที่ต้องการ
1. มีความสามารถในการรับสัญญาณและตรวจจับพร้อมทั้งรับความรู้สึกค่าสัญญาณอินพุตที่ต้องการและต้อไม่มีความไวกับสัญญาณอื่น ๆ (ที่ไม่ต้องการ) ขณะที่ทำการวัด ตัวอย่างเช่น ทรานสดิวเซอร์ที่วัดความเร็วจะต้องรับความเร็วอย่างทันทีทันใดนั้น และต้องไม่รับเอาตัวแปร (ความรู้สึก) ของแรงเคลื่อนและอุณหภูมิที่อยู่ในบริเวณนั้น
2. ไม่ดัดแปลงหรือแก้ไขค่านัยสำคัญที่จะวัด
3. มีความสามารถต่อการดัดแปลงระบบ (amenable) นั่นคือให้ง่ายต่อการปรับปรุงระบบโดยใช้อุปกรณ์ที่อยู่ในกระบวนการเดิม ๅ ได้ เช่นรูปของทรานสดิวเซอร์ที่มักจะทำให้อยู่ในของสัญญาณทางไฟฟ้า เพราะจะทำให้ง่ายต่อการจัดการและได้เปรียบในการต่อเข้ากับอุปกรณ์คำนวณหรืออุปกรณ์แสดงค่าสมัยใหม่ เพื่อแสดงรายละเอียดของสัญญาณดังกล่าว
4. ต้องมีความแน่นอน (accuracy) ที่ดี
5. ต้องมีค่าความสามารถในการทำซ้ำ (reproducibility) ที่ดี (เช่น ความเที่ยงตรง)
6. ต้องมีขนาด ( amplitude ) ที่เป็นเชิงเส้น
7. ต้องมีผลตอบสนองต่อความถี่เพียงพอ (เช่น มีผลตอบสนองทางพลวัตรที่ดี)
8. ต้องไม่สร้างหรือกำเนิดการรบกวนเฟสต่อกัน (เช่น ไม่มี time lag ระหว่างสัญญาณอินพุตและเอาต์พุตของทรานสดิวเซอร์
9. ต้องมีความสามารถในการต่อต้านสิ่งรบกวนจากสิ่งแวดล้อม โดยไม่ทำลายความถูกต้องของระบบ และรักษาความแน่นอนในขีดที่ยอมรับได้
10. ต้องมีผลตอบสนองและความน่าเชื่อที่ดี
ความสำคัญของการวัดและการควบคุม
ความสำคัญของการวัดและการควบคุม
วัตถุประสงค์ของการวัดและการควบคุม มีความสำคัญดังต่อไปนี้
1. การวัดเป็นการแสดงตัวแปรซึ่งเป็นรายละเอียดของระบบ
2. เพื่อควบคุมความแน่นอนในการปฏิบัติงานหรือกระบวนการ หลักการของการวัดคือ
เปรียบเทียบค่าจริงกับค่าที่ต้องการจะปฏิบัติงาน
3. การจำลองสภาพของระบบ
4. เป็นการทดลองเพื่อศึกษาการออกแบบ
5. เพื่อใช้ในการปรับกระบวนการ
6. เพื่อทดสอบวัสดุ รักษามาตรฐาน และกำหนดมาตรฐานผลิตภัณฑ์
7. เพื่อยืนยันปรากฏการณ์ทางฟิสิกส์/ทฤษฎีทางวิทยาศาสตร์
8. เพื่อควบคุมคุณภาพในอุตสาหกรรม
ทรานสดิวเซอร์
ทรานสดิวเซอร์
ทราน สดิวเซอร์ ทำหน้าที่แปลงค่าปรากฏการณ์ทางฟิสิกส์ เช่น อุณหภูมิ, ความดัน และอัตราไหล ฯลฯ ให้เป็นสัญญาณทางไฟฟ้าได้อย่างเป็นสัดส่วน หรือบางชนิดก็จะเปลี่ยนค่าความต้านทาน ในตัวเองตามค่าอุณหภูมิที่เปลี่ยนแปลงไป
ทรานสดิวเซอร์ชนิดที่ใช้กันอยู่ในวงการวิทยาศาสตร์ และวิศวกรรม ได้แก่ เทอร์โมคัปเปิล, RTDs, เทอร์มิสเตอร์, สเตรนเกจ(Strain Gauges), ทรานสดิวเซอร์วัดอัตราการไหล (Flow Transducers), ทรานสดิวเซอร์วัดค่าความดัน (Pressure Transducers)และไอซีเซนเซอร์เป็นต้น
ทรานสดิวเซอร์ชนิดที่ใช้กันอยู่ในวงการวิทยาศาสตร์ และวิศวกรรม ได้แก่ เทอร์โมคัปเปิล, RTDs, เทอร์มิสเตอร์, สเตรนเกจ(Strain Gauges), ทรานสดิวเซอร์วัดอัตราการไหล (Flow Transducers), ทรานสดิวเซอร์วัดค่าความดัน (Pressure Transducers)และไอซีเซนเซอร์เป็นต้น
ชนิด แรกที่จะกล่าวถึง ก็คือ เทอร์โมคัปเปิล (Thermocouple) มันถูกสร้างขึ้นจากแผ่นโลหะ 2 ชิ้นต่างชนิดกัน เมื่ออุณหภูมิแวดล้อมเกิดการเปลี่ยนแปลง จะทำให้กิดการสร้างแรงดันขึ้นบนแผ่นโลหะ ซึ่งแปรผันตามการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิที่แผ่นโลหะทั้ง 2 ได้รับ
แต่แรงดันที่สร้างขึ้นนี้มีค่าน้อยมากเพียง 7 ถึง 40 ไมโครโวลต์ เมื่ออุณหภูมิเปลี่ยนไป 1 องศาเซลเซียส การใช้งานจริงจึงต้องใช้การขยายสัญญาณ หรือใช้ตัวแปลงสัญญาณเข้ามาช่วยเพิ่มระดับสัญญาณให้สูงขึ้น หรือสูงพอที่จะทำให้การแยกแยะสัญญาณ (Resolution) และเกิดสัญญาณรบกวนน้อยที่สุด
|
การเชื่อมต่อสเตรนเกจ เข้ากับตัวแปลงสัญญาณ เพื่อทำการวัดแบบ Half bridge |
การ ใช้เทอร์โมคัปเปิลวัดอุณหภูมิ จะต้องทำการชดเชยผลกระทบจากอุณหภูมิจุดต่อ หรือ Cold -Junction ด้วย ทั้งนี้เพื่อแก้ผลของแรงดันที่เกิดจากจุดต่อระหว่างสายตัวนำ ของตัวเทอร์โมคัปเปิลกับแผ่นโลหะคู่
ทรานสดิวเซอร์ชนิดอื่นๆ ที่จะกล่าวถึงในลำดับต่อไปก็คือ RTDs (Resistance Temperature Detectors) และเทอร์มิสเตอร์ ทั้ง 2 ตัวนี้จะตอบสนองกับการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ และสุดท้ายก็คือ "สเตรนเกจ" ซึ่งเป็นทรานสดิวเซอร์ที่ค่อนข้างแปลกกว่าใครอื่น กล่าวคือมันจะเปลี่ยนค่าความต้านทานทางไฟฟ้าในตัวมันแปรผันตามการเปลี่ยน แปลงของค่าความเครียด
ทรานสดิวเซอร์ทั้ง 3 ชนิดหลังดังกล่าวนี้ ต้องการแหล่งจ่ายพลังงานกระแสไฟฟ้า หรือแรงดันไฟฟ้า มาเป็นตัวกระตุ้น เพื่อตรวจจับการเปลี่ยนแปลงของค่าความต้านทานของตัวมันเอง อย่างไรก็ตาม เทอร์มิสเตอร์ซึ่งให้สัมประสิทธิ์การเปลี่ยนแปลงค่าความต้านทานสูง บางตัวอาจเปลี่ยนค่าความต้านทานถึง 160โอห์มเมื่ออุณหภูมิเปลี่ยนเพียง 1 (C ดังนั้น เราจึงสามารถใช้งานเทอร์มิสเตอร์วัดอุณหภูมิได้ด้วยวงจรง่ายๆ ที่ประกอบด้วยแหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้า กับตัวต้านทานอ้างอิงเพียง 1 ตัว
ใน ทางกลับกัน RTDs จะลดค่าความต้านทานลงน้อยมากเมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น ดังนั้น RTDs จึงถูกจัดเป็นอุปกรณ์ที่มีค่าความไวต่ำ การที่จะใช้งานเพื่อวัดอุณหภูมิจึงต้องเพิ่มตัวแปลงสัญญาณ เพื่อขยายความไว และช่วยชดเชยผลกระทบจากความต้านในสายตัวนำ และการใช้สเตรนเกจ นั้นคล้ายกับ RTDs เพราะมักเกิดปัญหาขึ้นเกี่ยวกับความไว และเสถียรภาพต่ำ
เซนเซอร
เซนเซอร์
เซนเซอร์คืออะไร ในที่นี้ เซนเซอร์เป็น
ตัวที่ใช้ตรวจจับสภาวะใด ๆ เช่น อุณหภูมิ สี แสง หรือ วัตถุ ต่าง ๆ โดยอาศัยหลักการที่แตกต่างกันไปแต่ละตัว เพื่อ
เปลี่ยนจากคุณสมบัติของฟิสิกส์ มาเป็นคุณสมบัติทางไฟฟ้า
เช่น ที่ใช้งานกันใน Sumo Robot
คือ เซนเซอร์ สีขาวดำ โดยอาศัยหลักการสะท้อนแสง
ของสีขาวและสีดำ ทางฟิสิกแล้วจะเห็นว่าสีขาวมีอัตราการสะท้อนแสงมากกว่าสีดำ เราจึงสามารถนำแสงสะท้อนมาเปรียบเทียบได
้ โดยใช้ตัวเซนเซอร์คือ อุปกรณ์จำพวก โฟโต
้ เช่น โฟโต้ไดโอด โฟโต้ทรานซิสเตอร์ LDR
เป็นต้น ซึ่งจะมีความไวต่อแสงมาก
ตัวเซนเซอร์ส่วนใหญ่เมื่อแสดงผลเอาพุต จะแสดงผลในรูปความต้านทานที่เปลี่ยนไปตามสภาวะ
ของตัวเซนเซอร์นั้น ๆ ในปัจจุบัน ในวงการเซนเซอร
์ ได้พัฒนาไปมาก มีเซนเซอร์ให้เราได้เลือกใช้มากมาย
มีวงจรที่ง่ายขึ้น มีความแน่นอน สูง จึงทำให้เราสามารถมีตัวเลือกในการใช้งานมากขึ้น
งานที่เราจะทำก็ ง่ายขึ้น ถ้าจะศึกษาด้านนี้
โดยตรง ก็ลองหาหนังสือมาอ่านดู จะได้มีความรู้สามารถคิดประดิษฐ์โครงงานใหม่ มาอวดโฉมกัน
ต่อไป เพราะในบางสิ่งที่เราคิดไม่ถึงว่า
เซนเซอร์จะสามารถตรวจจับได้
เช่น ปริมาณการไหลของน้ำ อากาศ
การทรงตัวของหุ่นยนต์ 2 ขา หรือ
เซนเซอร์วัดปริมาณฝุ่นในอากาศ กลิ่น หรือ น้ำในกล่อง
เป็นต้น ในปัจจุบันก็มีเซนเซอร์ จำพวกนี้ให้เราเลือก
ใช้กันแล้วครับ
กาีรตรวจวัดความร้อน
กาีรตรวจวัดความร้อน
นับตั้งแต่เมื่อการิเลโอ ( Galileo ) ได้ประดิษฐ์เทอร์โมมิเตอร์ในราว ๆ ปี ค.ศ.1592
โดยการบรรจุแอลกอฮอล์ที่มีสีลงในภาชนะเปิด เขาพบว่าแอลกอฮอล์จะขยายผ่าน
ของเหลวท่อแก้วยาวเมื่อได้รับ
ความร้อนอากาศในรูปทรงกรมจะขยายตัวและกลายเป็นฟองอากาศ
แต่การเคลื่อนที่ขึ้นหรือลงของเทอร์โมมิเตอรืดังกล่าวจะบอกระดับ อุณหภูมิ ได้ไม่ดีเท่าที่ควรเพราะเหตุว่าระดับ
จะเปลี่ยนไปกับความดันบรรยากาศ
ครั้งแรกหลอดดังกล่าวไม่มีสเกล ภายหลังได้มีการพัฒนา
เป็นฟลอเรนไทน์เทอร์โมมิเตอร์ Florentine thermometer
ซึ่งมีการซีลโครงสร้างและทำสเกลใหม่เพื่อแก้ไขปัญหาดังกล่าว
นิยามของอุณหภูมิ (Definition of Temperatrue)
ในการพิจารณารูปของพลังงานความร้อนต้องพิจารณาความสำพันธ์ท
ี่เจาะจงลงไปที่ธาตุหรือโมเลกุลของแข็งของเหลว หรือแก๊ส
พลังงานความร้อน ( Thermal Energy )
ในวัสดุที่เป็นของแข็ง แต่ละอะตอมแต่ละโมลิกุลจะยึดเกราะหรือ
มีพันธะต่อกันอย่างแข็งแรงสภาวะดังกล่าวนี้เรียกว่า ตำแหน่งสมดุล
Equilbrium position อย่างไรก็ตามแต่ละอะตอมยัง
คงสั่นสะเทือนรอบตำแหน่งที่มันตั้งอยู่ได้
อุณหภูมิ Temperature
หน่วยการวัดพลังงานความร้อนเดิมคือ ร้อน และ เย็น
ซึ่งไม่เพียงพอสำหรับการใช้งานสมันใหม่
ปัจจุบันหน่วยของการวัดพลังงานที่เหมาะสม
คือ จูน Joule ซึ่งเป็นหน่วยในระบบอ SI ค่านี้จะขึ้นอยู่กับขนาดของวัตถุ
เพราะมันจะเป็นตัวบอกปริมาณในการเก็บความร้อนส่วน
การวัดพลังงานความร้อนเฉลี่ยต่อโมลิกุลก็มีหน่วยเป็นจูนเข่นเดียวกัน
ความสำคัญของการวัดและการควบคุม
ความสำคัญของการวัดและการควบคุม
วัตถุประสงค์ของการวัดและการควบคุม
มีความสำคัญดังต่อไปนี้
1. การวัดเป็นการแสดงตัวแปรซึ่งเป็นรายละเอียดของระบบ
2. เพื่อควบคุมความแน่นอนในการปฏิบัติงานหรือกระบวนการ
หลักการของการวัดคือ
เปรียบเทียบค่าจริงกับค่าที่ต้องการจะปฏิบัติงาน
3. การจำลองสภาพของระบบ
4. เป็นการทดลองเพื่อศึกษาการออกแบบ
5. เพื่อใช้ในการปรับกระบวนการ
6. เพื่อทดสอบวัสดุ รักษามาตรฐาน
และกำหนดมาตรฐานผลิตภัณฑ์
7. เพื่อยืนยันปรากฏการณ์ทางฟิสิกส์/ทฤษฎีทางวิทยาศาสตร์
8. เพื่อควบคุมคุณภาพในอุตสาหกรรม
คุณลักษณะที่สำคัญของเซ็นเซอร์และทรานสดิวเซอร์ (Definition and Specification of Transducer)
คุณลักษณะที่สำคัญของเซ็นเซอร์และทรานสดิวเซอร์
(Definition and Specification of Transducer)
เซ็นเซอร์ (Sensor)
เซ็นเซอร์ คือ ส่วนที่รับสัญญาณจากกระบวนการในตอนแรก
หรืออาจจะเรียดได้ว่า “ อินพุตทรานสดิวเซอร์ ”
เซ็นเซอร์ เป็นอุปกรณ์แปลงสัญญาณสำหรับเครื่องมือวัด
ทำหน้าที่เปลี่ยนปริมาณทางฟิสิกส์
เช่น การสั่นสะเทือน หรือปริมาณทางเคมี เช่น ปฏิกิริยาเคมีต่าง ๆ
ให้เป็นปริมาณทางไฟฟ้า ตัวอย่างเช่น
เซ็นเซอร์ทางเคมี (chemical sensor) มักจะทำมาจากออกไซด์ เช่น SnO2
ใช้วัดปริมาณ ไฮโดรเจน
ในบรรยากาศที่มีก๊าซ ไฮโดรเจนผสมอยู่
โดยไฮโดรเจนจะทำปฏิกิริยากับออกซิเจนบนผิวของ SnO2
ซึ่งอัตราการเกิดปฏิกิริยาแปรตามความเข้มข้นของก๊าซไฮโดรเจน
และปริมาณออกซิเจน ปริมาณออกซิเจน
ที่เปลี่ยนแปลงจะถูกวัดอยู่ในรูปของค่าความนำไฟฟ้า
หรือค่าความต้านทานไฟฟ้าที่ง่ายต่อการตรวจสอบ
ทั้งยังสามารถต่อเข้ากับคอมพิวเตอร์หรือหน่วยควบคุม (controller)
หรืออุปกรณ์สัญญาณเตือน (alarm)
เซ็นเซอร์ที่ฝังในร่างกายมนุษย์ เป็นอุปกรณ์ที่วัดค่าต่างๆภายในร่างกาย
โดยจะฝังลงในส่วนใดส่วนหนึ่งของร่างกาย
ตัวอย่างเช่น
เซ็นเซอร์สำหรับวัดความดันเลือดโดยฝังไว้ภายในหัวใจของผู้ป่วยโรคหัวใจ
มีขนาดเพียงเมล็ดข้าว
ทรานสดิวเซอร์ (Transducer)
“ ทรานสดิวเซอร์ ” คือ อุปกรณ์ที่ทำหน้าที่ตรวจจับรับความรู้สึก
ตัวแปรทางกายภาพตัวใดตัวหนึ่งแล้วเปลี่ยน
ค่าทางด้านเอาต์พุตให้เป็นตัวแปรทางกายภาพตัวอื่น
ตัวอย่างของตัวแปรทางด้านอินพุต
ที่ทรานสดิวเซอร์ต้องการวัดเป็นไปได้หลาย ๆ
อย่างบางครั้งมิติของหน่วยสัญญาณทางด้านอินพุต
และเอาต์พุตอาจจะมีค่าเหมือนกัน
ในกรณีดังกล่าวที่เห็นได้ชัด ได้แก่ หม้อแปลง ฯ
ครื่องมือตรวจวัด (Sensor)
เครื่องมือวัดในเทคโนโลยีรีโมทเซนชิง คือเครื่องมือที่วัดพลังงานคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า เครื่องมือซึ่งเป็นที่รู้จักกันดีคือกล้องถ่ายรูป กล้องถ่ายวีดีโอ และเรดาร์ โดยเครื่องมือวัดจะประกอบด้วยส่วนสำคัญสามส่วนคือ
ส่วนรับคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า (receiver) เป็นส่วนที่ทำ หน้าที่รับ และขยายคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าให้มีความเข้มเพียงพอที่จะทำให้อุปกรณ์วัดสามารถ รับรู้ได้ ตัวอย่างของส่วนเครื่องมือนี้คือ เลนส์ของกล้อง และส่วนรับคลื่นวิทยุ (antenna) ซึ่งอาจเป็นเส้นเหมือนเสาวิทยุ หรือเป็นจานกลม (แบบจานรับสัญญาณดาวเทียม) ทั้งนี้รูปแบบ ขนาด และวัสดุที่ใช้ของอุปกรณ์ส่วนนี้จะขึ้นอยู่กับช่วงคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่ ต้องการตรวจวัด และรายละเอียดของข้อมูลของสิ่งที่ต้องการสำรวจ เช่นในช่วงคลื่นแสง ส่วนที่รับมักจะเป็นเลนส์ที่ทำจากผลึก quartz โดยมีขนาดและรูปทรงขึ้นอยู่กับว่าต้องการกำลังขยายภาพเท่าใด ในช่วงคลื่นวิทยุ ส่วนที่รับมักจะเป็นจานวิทยุ หรือเสาวิทยุ โดยมีขนาดใหญ่หรือเล็กขึ้นอยู่กับว่าสิ่งที่เล็กที่สุดที่ต้องการให้มองเห็น มีขนาดเท่าใด
ส่วนที่ทำการวัดพลังงานของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า (Detector)
เป็นส่วนที่แปลงพลังงานของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่ต้องการวัด ให้อยู่ในรูปแบบที่เครื่องมือวัดจะเปรียบเทียบค่าได้ ซึ่งการวัดพลังงานอาจใช้
อาจเป็นตัวแผ่นฟิล์มเองในกรณีการใช้แผ่นฟิล์มเป็นส่วนทำการวัดพลังงาน แต่ถ้าเป็นการวัดโดยแปลงเป็นสัญญาณไฟฟ้าส่วนนี้อาจจะเป็นแถบแม่เหล็ก (เช่นเดียวกับที่ใช้ในกล้องถ่ายวีดีโอ) หรืออาจใช้หน่วยเก็บความจำอื่น เช่นฮาร์ดดิสก์ หรือ RAM เช่นเดียวกับที่ใช้ในเครื่องคอมพิวเตอร์
ในส่วนของเครื่องมือวัดยังมีส่วนที่จะต้องพิจารณาอีกส่วนหนึ่งคือแหล่ง กำเนิดของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่ใช้ในการสำรวจ โดยจำแนกได้เป็นสองกลุ่มคือ
ส่วนรับคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า (receiver) เป็นส่วนที่ทำ หน้าที่รับ และขยายคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าให้มีความเข้มเพียงพอที่จะทำให้อุปกรณ์วัดสามารถ รับรู้ได้ ตัวอย่างของส่วนเครื่องมือนี้คือ เลนส์ของกล้อง และส่วนรับคลื่นวิทยุ (antenna) ซึ่งอาจเป็นเส้นเหมือนเสาวิทยุ หรือเป็นจานกลม (แบบจานรับสัญญาณดาวเทียม) ทั้งนี้รูปแบบ ขนาด และวัสดุที่ใช้ของอุปกรณ์ส่วนนี้จะขึ้นอยู่กับช่วงคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่ ต้องการตรวจวัด และรายละเอียดของข้อมูลของสิ่งที่ต้องการสำรวจ เช่นในช่วงคลื่นแสง ส่วนที่รับมักจะเป็นเลนส์ที่ทำจากผลึก quartz โดยมีขนาดและรูปทรงขึ้นอยู่กับว่าต้องการกำลังขยายภาพเท่าใด ในช่วงคลื่นวิทยุ ส่วนที่รับมักจะเป็นจานวิทยุ หรือเสาวิทยุ โดยมีขนาดใหญ่หรือเล็กขึ้นอยู่กับว่าสิ่งที่เล็กที่สุดที่ต้องการให้มองเห็น มีขนาดเท่าใด
ส่วนที่ทำการวัดพลังงานของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า (Detector)
เป็นส่วนที่แปลงพลังงานของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่ต้องการวัด ให้อยู่ในรูปแบบที่เครื่องมือวัดจะเปรียบเทียบค่าได้ ซึ่งการวัดพลังงานอาจใช้ - ปฏิกิริยาเคมี โดยการเคลือบสารที่ทำปฏิกิริยากับแสง (เช่น silver nitrate) ลงบนแผ่นฟิล์ม ซึ่งขนาดของปฏิกิริยาเคมีที่เกิดกับสารที่เคลือบจะแปรผันตามความเข้มของแสง ที่ตกกระทบ
- การเปลี่ยนพลังงานเป็นสัญญาณไฟฟ้า โดยใช้อุปกรณ์ประเภทสารกึ่งตัวนำ (semiconductor) ซึ่งจะให้ความเข้มของสัญญาณไฟฟ้าแปรผันตามความเข้มแสงที่ตกกระทบ
- นอก จากนั้นส่วน detector อาจเป็นแผ่นมีมิติกว้าง-ยาว เช่นแผ่นฟิล์ม ซึ่งสามารถบันทึกภาพได้ทั้งภาพในครั้งเดียว หรืออาจเป็น scanner ซึ่งมักจะประกอบขึ้นจากแถวของอุปกรณ์รับแสง ที่จะบันทึกภาพด้วยการกวาดอุปกรณ์รับแสงนี้ไปที่ละส่วนของภาพ (คล้ายกับการทำงานของเครื่องถ่ายเอกสาร ที่จะค่อยๆ กวาดภาพจากหัวกระดาษไปยังท้ายกระดาษจึงจะได้ภาพทั้งภาพ)
อาจเป็นตัวแผ่นฟิล์มเองในกรณีการใช้แผ่นฟิล์มเป็นส่วนทำการวัดพลังงาน แต่ถ้าเป็นการวัดโดยแปลงเป็นสัญญาณไฟฟ้าส่วนนี้อาจจะเป็นแถบแม่เหล็ก (เช่นเดียวกับที่ใช้ในกล้องถ่ายวีดีโอ) หรืออาจใช้หน่วยเก็บความจำอื่น เช่นฮาร์ดดิสก์ หรือ RAM เช่นเดียวกับที่ใช้ในเครื่องคอมพิวเตอร์ ในส่วนของเครื่องมือวัดยังมีส่วนที่จะต้องพิจารณาอีกส่วนหนึ่งคือแหล่ง กำเนิดของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่ใช้ในการสำรวจ โดยจำแนกได้เป็นสองกลุ่มคือ - Active sensor เป็นระบบที่เครื่องมือวัดเป็นแหล่งกำเนิดคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเองด้วย ในระบบรีโมทเซนซิงที่วัดจากระยะไกลมาก คลื่นกำเนิดไฟฟ้าที่ใช้จะจำกัดอยู่ในช่วงคลื่นวิทยุเท่านั้น เนื่องจากปัญหาของแหล่งพลังงาน
- Passive sensor เป็นระบบที่อาศัยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าจากแหล่งกำเนิดอื่น เช่นใช้แสงจากดวงอาทิตย์ หรือคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่สิ่งที่ต้องการสำรวจแผ่รังสีออกมาเอง (มักจะเป็นช่วงอินฟราเรดความร้อน) ในกรณีที่ใช้แสงจากดวงอาทิตย์ เครื่องมือวัดจะทำงานได้เฉพาะในเวลากลางวันเท่านั้น นอกจากการศึกษารูปแบบของเมฆในทางอุตุนิยมวิทยา การตรวจวัดยังต้องการท้องฟ้าที่ปลอดโปร่ง ไม่มีเมฆ หรือฝนในช่วงที่ทำการตรวจวัดด้วย
Subscribe to:
Posts (Atom)