การเลือกใช้งาน thermocouple และ RTD
คำถามคลาสสิกของงานวัดอุณหภูมิ: งานนี้ควรใช้ Thermocouple หรือ RTD (Pt100)? — บทความนี้เขียนจากประสบการณ์ออกแบบระบบวัดและควบคุมอุณหภูมิเครื่องจักรหลายสิบปี บางงานทำไมต้องเลือก RTD บางงานทำไมต้อง Thermocouple มันมีเหตุและผล ไม่ใช่ใช้อะไรก็ได้
ความต่างพื้นฐาน Pt100 vs Thermocouple
ทางกายภาพ: Pt100 ทำจากลวดแพลทินัม มีความต้านทาน 100Ω ที่ 0°C และเปลี่ยนแปลงตามอุณหภูมิ ส่วน Thermocouple ทำจากโลหะ 2 ชนิดเชื่อมปลายเข้าด้วยกัน เมื่ออุณหภูมิสองด้านต่างกันจะเกิดแรงดันไฟฟ้าในวงจร
ทางสัญญาณไฟฟ้า: Pt100 เป็นความต้านทาน — controller ต้องจ่ายกระแสให้ไหลผ่านแล้วแปลค่าเป็นอุณหภูมิ ส่วน Thermocouple สร้างแรงดันเองแต่ปริมาณน้อยมาก จึงทนสัญญาณรบกวนได้น้อยและเดินสายไกลไม่ดี ลองเทียบที่ 100°C:
- Pt100 (R=138.5Ω, จ่ายกระแส 2mA): E = 138.5 × 2mA = 277 mV
- Thermocouple Type K ที่ 100°C: E = 4.096 mV
สัญญาณของ Pt100 ห่างจาก Thermocouple ราว 67 เท่า — นี่คือเหตุผลที่ Pt100 ทนการรบกวนและเดินสายไกลได้ดีกว่า (Thermocouple ต้องใช้สายชดเชยเฉพาะ อ่านเพิ่มที่ สาย Thermocouple Type K)
Reference ที่ 0°C: Pt100 ถูกออกแบบให้อ้างอิง 0°C ตั้งแต่กระบวนการผลิต แต่ Thermocouple วัด “ความต่าง” ระหว่างปลายร้อนกับปลายอ่าน — เครื่องมือวัดจึงต้องมีวงจรชดเชยอุณหภูมิห้อง (Cold Junction Compensation) ในตัวเสมอ: ค่าที่แสดง = แรงดันจาก Thermocouple + แรงดันจากวงจรชดเชย
ตารางเปรียบเทียบ Pt100 กับ Thermocouple
| Thermocouple | Pt100 | |
| Repeatability | 2 ~ 15 °F | 0.2 ~ 2 °F |
| เสถียรภาพระยะยาว (drift) | 1~2 °F / ปี | น้อยกว่า 0.10% ใน 5 ปี |
| ความไว | 10~50 µV/°C | 0.2~10 Ω/°C |
| ช่วงการวัด | -300 ~ 3100 °F | -120 ~ 1600 °F |
| เอาต์พุต | 0~60 mV | 0~6 V |
| Linearity | ปานกลาง | ดี |
| ลักษณะทั่วไป | ประหยัด ทนทาน | ความแม่นยำสูง |
7 ข้อพิจารณาเวลาเลือก
- ช่วงการวัด — Pt100 เหมาะกับอุณหภูมิต่ำถึงกลาง (-200~400°C) ส่วน Thermocouple เหมาะกับอุณหภูมิสูง (200~1800°C ตามชนิด)
- จุดติดตั้ง — Pt100 ต้องการความยาว tube อย่างน้อย ~30 มม. จึงไม่เหมาะกับพื้นที่แคบและสั้น ส่วน Thermocouple ทำตัวจิ๋วได้ ติดตั้งในที่แคบสบาย
- ความชื้น/การสั่นสะเทือน — Thermocouple โครงสร้างแข็งแรงกว่า ทนงานสั่นและเปียกได้ดีกว่า Pt100 ที่ element เปราะบางกว่า
- ความไว (Response) — ที่ขนาดและรูปทรงเท่ากัน Thermocouple ตอบสนองเร็วกว่า Pt100
- ความแม่นยำ — จากตาราง Pt100 แม่นกว่าและ drift ต่ำกว่าชัดเจน
- ระยะทางเดินสาย — Pt100 เดินไกลได้ดีกว่าเพราะสัญญาณแรงกว่า ส่วน Thermocouple แรงดันต่ำและต้องใช้สาย compensating เฉพาะชนิดตลอดเส้นทาง
- ราคา (รวมสาย) — ตัว Pt100 แพงกว่า แต่ใช้สายทองแดงต้านทานต่ำธรรมดาได้ ส่วน Thermocouple ตัวถูกกว่าแต่สายแพงกว่า — งานเดินสายไกลบางทีรวมแล้ว Pt100 ถูกกว่า
ตัวอย่างจริง: อุณหภูมิเท่ากัน แต่เลือกคนละตัว
งานที่ 1: วัดลมร้อน 80°C ในท่อลม — ลมเคลื่อนที่เร็ว อุณหภูมิแกว่งไว ต้องการความไวสูงมากกว่าความแม่นยำ → เลือก Thermocouple ปลอกเล็ก เช่น sheath Ø3.2 มม. (ถ้าอยากไวสุดๆ สั่งแบบ grounded type)
งานที่ 2: วัดน้ำ 80°C ในถังต้ม — มวลน้ำใหญ่ อุณหภูมิเปลี่ยนช้า เซนเซอร์มีเวลารับความร้อนผ่าน Protection Tube เต็มที่ ความไวไม่สำคัญ แต่ต้องการความแม่นยำ → เลือก RTD Pt100
สรุปคือให้เรียงน้ำหนักทั้ง 7 ข้อตามลักษณะงานจริง ข้อไหนสำคัญสุดให้ตัดสินก่อน แล้วคำตอบจะออกมาเอง — ดูสินค้าครบทั้งสองแบบที่หน้า Thermocouple / RTD
KMI.Team Engineering ผลิต Thermocouple และ RTD Pt100 ตามหน้างานจริงทุกขนาด แจ้งลักษณะงาน จุดติดตั้ง และอุณหภูมิมา เราช่วยเลือกให้ฟรี โทร 02-814-1842-3 หรือคุณพิสิษฐ์ 092-6144426
