Temperature Controller กับการควบคุมอุณหภูมิ สวัสดีครับฉบับนี้เราจะเจาะลึกลงไปในระบบการควบคุมอุณหภูมิทีละส่วน โดยส่วนแรกจะเป็นอุปกรณ์ที่อยู่ใกล้กับ สิ่งที่เราต้องการ ควบคุมอุณหภูมิที่สุด นั่นก็คือ ตัววัดอุณหภูมิ (Temperature Sensor) Temperature SensorTemperature Sensor จะเป็นตัวที่วัดอุณหภูมิและแปลงสัญญาณอุณหภูมินั้น เป็นสัญญาณทางไฟฟ้าซึ่งมี 2 ชนิดคือ สัญญาณที่เป็น แรงดัน และ ความต้านทาน เพื่อส่งไปให้ตัวควบคุมอุณหภูมิอีกทีหนึ่ง ตัววัดอุณหภูมิที่นิยมใช้กันอยู่ในปัจจุบันแบ่งออกเป็นชนิดต่างๆ ดังนี้Thermocoupleส่วนประกอบของตัววัดอุณหภูมิชนิดนี้ ประกอบด้วยโลหะต่างชนิดกัน ถูกนำมาเชื่อมปลายเข้าด้วยกันทั้ง 2 ข้าง โดยใช้หลักการที่ว่า ถ้าทั้งสองข้าง มีอุณหภูมิแตกต่างกัน เมื่อใดจะเกิดแรงดันปริมาณน้อยๆ (มิลลิโวลต์) ขึ้น ซึ่งเรียกว่า Electromotive Force (emf) ระดับของแรงดันที่เกิดขึ้น อยู่กับชนิดของโลหะที่นำมาทำ เทอร์โมคัปเปิ้ลชนิดนั้นๆ
จากรูป เทอร์โมคัปเปิ้ลจะมี 2 จุดต่อ คือ จุดต่อด้านร้อน (Hot Junction) และจุดต่อด้านเย็น (Cold Junction) Hot Junction จะเป็นส่วนที่ใช้วัดอุณหภูมิที่เราต้องการ ส่วน Cold Junction จะถูกต่อเข้ากับตัวควบคุมอุณหภูมิ วงจรชดเชยของจุดต่อด้านเย็น (Cold Junction Compensating Circuit) เป็นที่ทราบกันแล้วว่า เทอร์โมคัปเปิ้ลจะจ่ายสัญญาณแรงดันออกมา ซึ่งดูจากรูปด้านต่อไปนี้
จากรูป ถ้าอุณหภูมิที่วัดขณะนั้นเท่ากับ 350 °C ขณะที่อุณหภูมิที่จุด Cold Junction ในตัวควบคุมอุณหภูมิเท่ากับ 20 °C จะเห็นว่ามีความแตกต่างกันของปลายทั้ง 2 ข้าง ของเทอร์โมคัปเปิ้ลจะเกิดแรงดัน ( VT) โดยมีสมการดังนี้VT = K (350 – 20) ถ้าพิจารณาสมการจะพบว่าสัญญาณที่เข้าไปในตัวควบคุมอุณหภูมิจริงจะเท่ากับ 330 °C ดังนั้นผู้ผลิตตัวควบคุมอุณหภูมิทุกรายจะต้องเพิ่มวงจรชดเชย หรือ Cold Junction Compensating Circuit (CJC) ในภาคอินพุทของตัวควบคุมอุณหภูมิทุกตัว วงจรนี้จะมีตัววัดอุณหภูมิในตัวควบคุมอุณหภูมิแล้วนำไป ชดเชยกับสัญญาณที่ได้รับมาจากเทอร์โมคัปเปิ้ล ซึ่งในตัวอย่างนี้ CJC วัดได้ 20 °C สมการจะเปลี่ยนไปดังนี้ VT = K (350- 20) + K 20 = K . 350 CJC ในตัวควบคุมของผู้ผลิตบางรายสามารถตั้งให้ใช้งานหรือไม่ใช้ก็ได้ ตัวควบคุมอุณหภูมิของ OMRON สามารถ ON หรือ OFF CJC ได้ การไม่ใช้งาน CJC จะมีประโยชน์เวลาทำการสอบเทียบ (Calibration) ตัวควบคุมอุณหภูมิ โดยผู้สอบเทียบสามารถใช้แหล่งจ่ายแรงดันมาตรฐาน (Standard DC Source) จ่ายแรงดันโดยดูจากตารางอุณหภูมิ – แรงดัน ของเทอร์โมคัปเปิ้ลแต่ละชนิด เข้าโดยตรงที่ตัว ควบคุมได้เลย ซึ่งตัวควบคุมก็จะอ่านค่าตรงกับตารางดังกล่าวไม่มีผลของ CJC มาเกี่ยวข้อง และที่สังเกตได้อีกอย่างหนึ่งก็คือ ในตัวควบคุมอุณหภูมิที่รับสัญญาณเทอร์โมคัปเปิ้ล ถ้าเราไม่ต่อสายเทอร์โมคัปเปิ้ล แต่เพียงช็อต เทอร์มินอลที่ใช้ต่อเทอร์โมคัปเปิ้ลนั้น ตัวควบคุมอุณหภูมิจะแสดงผลอุณหภูมิได้ ซึ่งก็คืออุณหภูมิ ณ จุด CJC นั่นเอง สายต่อชดเชยของเทอร์โมคัปเปิ้ล (Compensation Condvetor) เป็นที่สอบถามกันมามากว่า กรณีต้องเดินสายเทอร์โมคัปเปิ้ลยาวๆ ต้องใช้สายอะไร ใช้สายไฟธรรมดาได้หรือไม่ บอกได้เลยว่าไม่ได้ครับ เพราะอย่าลืมว่าแรงดันที่เกิดจากเทอร์โมคัปเปิ้ลจะขึ้นอยู่กับโลหะที่ใช้ทำ ถ้าเราเอาโลหะต่างชนิดกับเทอร์โมคัปเปิ้ลเดินมาต่อ เช่น ลวดทองแดงจะทำให้ แรงดันเพี้ยนไป ดังนั้นสายที่นำมาต่อต้องเป็นสายที่มีโลหะเหมือนกับเทอร์โมคัปเปิ้ลที่ใช้อยู่ เราจะเรียกว่าสาย Compensate สายแบบนี้หาซื้อไดัทั่วไปตามร้านที่ขายอุปกรณ์ควบคุมอุณหภูมิ ดูรูปข้างล่างจะเข้าใจมากขึ้นครับ
จากรูปจะพบว่ามีจุดต่อ 3 จุด คือจุดที่วัดอุณหภูมิ จุดที่ต่อขยายและจุด CJC ซึ่งสมการจะเปลี่ยนเป็นดังนี้
จากสมการจะพบว่าถ้าเราใช้สายที่ไม่ใช้โลหะชนิดเดียวกัน มาต่อเพิ่ม ค่าสัมประสัมสิทธิ์ของโลหะ K จะไม่เหมือนกัน ทำให้สมการนี้ไม่ถูกต้อง
http://www.ies-thailand.com
http://www.siaminstrument.com