เขียนโดย : อดิศร แช่ฉั่ว

ฝ่ายขายสำนักงานใหญ่

สวัสดีทุกท่านครับ หลายท่านอาจเคยเจอหน้างานลักษณะที่ต้องมีการต่อ Thermocouple (Type K, J, T) กับ Temp Control หลายๆชุดในงานเดียวกัน ยกตัวอย่างงานเช่น งานโปรเจ็คติดตั้งระบบปรับอากาศในอาคารที่พักอาศัย ซึ่งจำนวนนั้นก็มากอยู่จำนวนอาจเป็นร้อยชุด แต่ในขั้นตอนของการติดตั้ง แค่ลองจ่ายไฟ อาจพบว่าค่าที่แสดงค่าอุณหภูมิห้องของ Temp Control นั้นกลับไม่เท่ากัน แตกต่างกันไปไม่มากก็น้อย ทำให้เกิดคำถามว่า ต่อ Thermocouple กับ Temp Control หลายชุดที่อุณหภูมิห้อง แล้วค่าไม่เท่ากัน เป็นที่อะไร? วันนี้มีคำตอบมาฝากกันครับ โดยทดลองต่อ Thermocouple Type K เข้ากับ Temp Control Shimax จำนวน 4 ชุด แล้วปรับจูนอะไรบางอย่างเล็กน้อย ได้ผลเป็นตามรูปครับ




เบื้องต้น เมื่อพบว่าค่าที่แสดงไม่เท่ากัน เชื่อว่าหลายๆท่านน่าจะคิดว่าเป็นที่ Thermocouple ที่วัดค่าผิดเพี้ยนแน่ๆ ก็วัดค่าไม่เท่ากัน หากไม่เป็นที่หัววัดแล้วจะเป็นที่อะไรใช่ไหมครับ ลองอ้างอิงทฤษฎี Thermocouple กันนิดนึง โดยมาดูสเปคตัว Thermocouple เอาต์พุตออกเป็น (mV) ตามตารางในทฤษฎีที่ค่าอุณหภูมิต่างๆบอกไว้ของ Type K (ท้ายแคตตาล็อคของ TIC ก็มีตารางนี้นะครับ) เราก็ดูว่าที่กี่องศาเอาต์พุตจะออกกี่ (mV) ซึ่งที่อุณหภูมิห้องนั้นประมาณ 30 C ดูตารางที่ 30 C เอาต์พุตจะออก 1.203 mV

เราก็ลองเอามิเตอร์วัดค่าที่ปลายสาย Thermocouple แต่ละตัวดู ซึ่งเดาว่าด้วยที่หน้าจอ Temp Control แสดงค่าผิดเพี้ยนจาก 30 C ไปมากบ้างน้อยบ้าง ค่า mV ที่วัดได้ก็น่าจะต่างจาก 1.203 mV ไปไม่มากก็น้อย แต่ปรากฎว่าผลการวัดของทุกตัวได้ค่าเท่ากันทั้งหมด คือ 0.000 mV ก็คือไม่มีเอาต์พุตออกมาเลยสักตัว !?!
อาจดูงงและน่าสงสัยนะครับ เจาะลึกทฤษฎีไปอีกนิดหาคำตอบกัน ทฤษฎีหลักการทำงานของ Thermocouple (ทฤษฎีมีอยู่ท้ายแคตตาล็อค TIC เช่นกันครับ) คือ Thermocouple ประกอบด้วยโลหะสองชนิดต่างกัน เมื่ออุณหภูมิ 2 ฝั่งต่างกันก็จะเกิด mV ออกมา ดังนั้น เมื่อ Thermocouple Type K นี้ ปลายสาย 2 ข้างก็อยู่ที่ 30 C ทั้งคู่ ก็จึงไม่มี mV ออกมาจึงถือว่าเป็นปกตินะครับ อ้าว แล้วทำไมตารางบอกว่าจะออก 1.203 mV ล่ะ?
ให้ข้อสังเกตุว่าตารางนี้จะมีข้อความเขียนว่า "Reference Junction at 0 C" นะครับ นั่นคือค่า mV นี้ถูกสร้างขึ้นโดยปลายข้างหนึ่งของ Thermocouple ต้องจุ่มในน้ำแข็งที่ 0 C เสมอ แล้วอีกฝั่งก็เปลี่ยนอุณหภูมิไปเรื่อยๆจึงจะเกิดค่า mV ตามที่ตารางบอก นั่นคือถ้าปลายข้างหนึ่งอยู่ที่ 0 C และอีกฝั่งอยู่ที่ 30 C ก็จะเกิด 1.203 mV ครับ
ดังนั้น ในการใช้งานจริง เราไม่มีน้ำแข็งหรือ 0 C มาให้ Thermocouple จุ่มอยู่แล้ว ใน Temp Control ทุกตัวจึงจะต้องมีวงจรชดเชยค่าอุณหภูมิห้องอยู่ตรงแผงวงจรรับอินพุตเลย (เป็นลักษณะวงจร Bridge) เพื่อให้เมื่อนำ Thermocople ไปวัดที่อุณหภูมิค่าใดๆแล้ว จะได้แสดงว่าที่วัดได้ถูกต้อง
ยกตัวอย่างให้เห็นภาพสักจุดนึงนะครับ เช่น นำ Thermocouple Type K วัดที่ 100 C ตารางแสดงค่าว่า 4.096 mV แต่ Temp Control ตั้งอยู่ที่อุณหภูมิ 30 C นั่นแสดงว่า ตัว Thermocouple ปลายข้างหนึ่งอยู่ที่จุดวัด 100 C ปลายอีกข้างต่อกับ Temp Control 30 C ตัว Thermocouple ก็จะส่งค่าออกมาแค่ 2.893 mV เท่านั้น (4.096 mV [100 C] - 1.203 mV [30 C]) แล้ววงจร Bridge ใน Temp Control ก็จะสร้างค่าชดเชย Reference Cold Junction อีก 1.203 mV [30 C] นั่นคือ เมื่อรวม 2 ส่วน ค่าจาก Thermocouple 2.893 mV + ค่าชดเชยจากวงจร Bridge 1.203 mV = 4.096 mV ส่งต่อไปหน่วยประมวลผลเทียบตาราง หน้าจอ Temp Control ก็แสดงค่าว่า 100 C พอดิบพอดีครับ
ดังนั้น จากกรณี Temp Control 5 ชุดแสดงค่าที่อุณหภูมิห้องแล้วไม่ตรงกัน สรุปได้เลยนะครับว่า ไม่ได้เกิดจากตัวหัววัด Thermocouple แต่อย่างใด แต่เกิดจากตัววงจรชดเชยอุณหูมิที่อยู่ใน Temp Control เองต่างหาก ที่ชดเชยไม่เท่ากัน ทางแก้ก็คือต้องส่ง Temp Control ไปสอบเทียบหรือปรับเทียบที่วงจรชดเชยของ Temp Control ให้ถูกต้อง ไม่ต้องแก้อะไรที่ Thermocouple นะครับ
*** ตามรูปตัวอย่างนั้น ที่ผมเขียนตอนต้นว่า "ปรับจูนอะไรบางอย่างเล็กน้อย ได้ผลเป็นตามรูป" ก็คือผมเข้าไปลองปรับวงจรชดเชยแต่ละตัวให้มันต่างกันมากๆหน่อยนี่แหละครับ เพื่อให้เห็นภาพชัดเจนหน่อย เพราะปกติ Shimax ค่า Reference Cold Junction จะตรงและใกล้เคียงกันมาก ***
สรุปอีกครั้งนะครับ ค่า mV ในตารางเอาต์พุตนั้นอ้างอิงกับอุณหภูมิค่าคงที่ค่าหนึ่งเสมอโดยเรียกอุณหภูมิคงที่ ที่ใช้อ้างอิงนี้ว่า Reference Junction โดยทั่วไปกำหนดให้เป็น 0 C แสดงว่าหากท่านนำ Thermocouple ไปวัดอะไรก็ตามโดยปลายสายอีกด้านอยู่ที่อุณหภูมิห้อง (เช่น ที่ 25 C) แล้ววัดเอาต์พุต mV ออกมา หากนำไปอ่านเทียบค่ากับอุณหภูมิจากตารางมาตรฐานจะผิดพลาดได้นะครับ เพราะยังขาดค่าชดเชยจากอุณหภูมิห้องไปนั่นเอง