ขั้นแรก จำประโยคนี้: เซ็นเซอร์อุณหภูมิไม่ได้ "อ่านอุณหภูมิโดยตรง" แต่ตรวจจับการเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติทางกายภาพบางอย่างที่เกิดจากอุณหภูมิก่อน จากนั้นจึงแปลงการเปลี่ยนแปลงเหล่านี้เป็นสัญญาณที่วัดได้ และสุดท้ายวงจรการวัดและอัลกอริธึมจะได้ค่าอุณหภูมิ
คุณใช้เซ็นเซอร์วัดอุณหภูมิทุกวัน แต่คุณแทบไม่สังเกตเห็นมันจริงๆ เครื่องปรับอากาศรู้ว่าเมื่อใดควรหยุดทำความเย็น ตู้เย็นสามารถรักษาอุณหภูมิที่ตั้งไว้ รถยนต์สามารถตรวจสอบสถานะเครื่องยนต์ แบตเตอรี่ และระบบทำความเย็น อุปกรณ์อุตสาหกรรมสามารถส่งสัญญาณเตือนเมื่ออุณหภูมิผิดปกติ - ฟังก์ชั่นทั้งหมดเหล่านี้มีพื้นฐานร่วมกัน: ขั้นแรก "รับรู้อุณหภูมิ" จากนั้นส่งมอบให้กับระบบควบคุมเพื่อประมวลผล
I. เซ็นเซอร์วัดอุณหภูมิคืออะไรกันแน่?
จากมุมมองทางวิศวกรรม เซ็นเซอร์วัดอุณหภูมิเป็นอุปกรณ์ที่แปลงปริมาณทางกายภาพของอุณหภูมิให้เป็นสัญญาณที่วัดได้ ส่งผ่านได้ และประมวลผลได้ แกนกลางของมันไม่ได้ "แสดงตัวเลข" แต่สร้างความสอดคล้องที่เสถียรและทำซ้ำได้ระหว่าง "อุณหภูมิ" และปริมาณทางกายภาพที่วัดได้
ปริมาณทางกายภาพที่วัดได้นี้สามารถเป็นความต้านทาน แรงดันไฟฟ้า กระแสไฟฟ้า หรือสัญญาณแอนะล็อกหรือดิจิทัลที่ประมวลผลโดยวงจรรวม ความแตกต่างในเส้นทางทางเทคนิคที่แตกต่างกันโดยพื้นฐานแล้วอยู่ที่: ผลกระทบทางกายภาพใดที่ใช้ในการ "รับรู้" อุณหภูมิ และวิธีการวัดการเปลี่ยนแปลงนี้อย่างแม่นยำ
ครั้งที่สอง มันจะแปลง "อุณหภูมิ" เป็นตัวเลขได้อย่างไร?
นี่เป็นขั้นตอนที่สำคัญที่สุดในการทำความเข้าใจเซ็นเซอร์อุณหภูมิ พูดอย่างเคร่งครัด เซ็นเซอร์ไม่ได้ "อ่านค่า 25.3°C" โดยตรง 25.3°C คือผลลัพธ์ที่ได้รับหลังจากห่วงโซ่การวัดทั้งหมดผ่านการแปลงและการคำนวณ สิ่งที่เกิดขึ้นจริงที่ด้านหน้าสุดคือ อุณหภูมิจะเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติทางกายภาพของวัสดุหรือโครงสร้างบางอย่าง
การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ → การเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติการตรวจจับ → สัญญาณไฟฟ้า → การได้มาและการแปลง → การคำนวณอัลกอริทึม → ค่าอุณหภูมิ
ห่วงโซ่การวัดอุณหภูมิทั่วไป: จาก "โลกทางกายภาพ" สู่ "โลกดิจิทัล"
ขั้นตอนที่ 1: อุณหภูมิจะมีผลกับวัสดุที่ละเอียดอ่อนก่อน
เมื่ออุณหภูมิของวัตถุที่วัดเปลี่ยนแปลง คุณสมบัติทางกายภาพบางอย่างภายในองค์ประกอบที่ละเอียดอ่อนจะเปลี่ยนตามไปด้วย สำหรับความต้านทานของแพลตตินัม จะแสดงการเปลี่ยนแปลงของค่าความต้านทานเป็นหลัก สำหรับเทอร์โมคัปเปิ้ลคือการเปลี่ยนแปลงศักย์เทอร์โมอิเล็กทริก สำหรับเทอร์มิสเตอร์เทอร์มิสเตอร์ NTC เป็นการเปลี่ยนแปลงค่าความต้านทานซึ่งแปรผันตามอุณหภูมิ และการเปลี่ยนแปลงนี้มักจะมีความไม่เชิงเส้นที่มีนัยสำคัญ
ต่อไปนี้เป็นแนวคิดที่สำคัญอย่างยิ่ง: สิ่งที่เซนเซอร์วัดอุณหภูมิวัดได้ไม่ใช่ "อุณหภูมิ" แต่เป็น "การเปลี่ยนแปลงที่วัดได้ที่เกิดจากอุณหภูมิ" จากนั้น เมื่อใช้ความสัมพันธ์ที่ปรับเทียบแล้ว การเปลี่ยนแปลงนี้จะถูกคำนวณแบบผกผันเพื่อให้ได้อุณหภูมิ
ขั้นตอนที่ 2: แปลงการเปลี่ยนแปลงเป็นสัญญาณไฟฟ้า
ยกตัวอย่างความต้านทานของแพลตตินัม เมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น ค่าความต้านทานของแพลตตินัมจะเปลี่ยนไปตามคุณลักษณะของความต้านทานต่ออุณหภูมิ วงจรการวัดใช้การกระตุ้นที่เหมาะสมกับความต้านทานแพลตตินัม เพื่อให้การเปลี่ยนแปลงค่าความต้านทานสามารถสะท้อนให้เห็นเป็นแรงดันไฟฟ้า กระแส หรือเอาต์พุตบริดจ์ที่วัดได้
นี่คือเหตุผลว่าทำไมองค์ประกอบความต้านทานแพลตตินัมที่มีขนาดเพียงไม่กี่มิลลิเมตรจึงสามารถดำเนินการแปลง "อุณหภูมิ → ปริมาณไฟฟ้า" ส่วนหน้าและวิกฤตที่สุดในห่วงโซ่การวัดอุณหภูมิที่สมบูรณ์ได้ ตัวองค์ประกอบเองอาจส่งเอาต์พุตการเปลี่ยนแปลงค่าความต้านทานเท่านั้น แต่ "℃" ต้องใช้วงจรที่ตามมาเพื่อทำการแปลงให้เสร็จสมบูรณ์
ขั้นตอนที่ 3: วงจรการซื้อ "อ่าน" การเปลี่ยนแปลงเล็กๆ น้อยๆ
เอาต์พุตของเซนเซอร์มักไม่ใช่ตัวเลขมาตรฐานที่เหมาะสมตามธรรมชาติ ตัวอย่างเช่น RTD จะส่งเอาต์พุตค่าความต้านทาน และเทอร์โมคัปเปิลจะส่งออกศักย์ไฟฟ้าเทอร์โมอิเล็กทริกระดับมิลลิโวลต์ วงจรการวัดจำเป็นต้องกระตุ้น สุ่มตัวอย่าง ขยาย กรอง หรือชดเชยสัญญาณเหล่านี้ เพื่อให้ตัวแปลงแอนะล็อกเป็นดิจิทัลในภายหลังสามารถรับข้อมูลที่เสถียรและใช้งานได้เพียงพอ
สำหรับ RTD หากกระแสกระตุ้นสูงเกินไป จะทำให้เกิดความร้อนในตัวเอง ส่งผลให้อุณหภูมิขององค์ประกอบที่มีความละเอียดอ่อนสูงขึ้น ส่งผลให้เกิดข้อผิดพลาดเพิ่มเติม ดังนั้น "วิธีการวัด" จึงเป็นส่วนหนึ่งของความแม่นยำในการวัดอุณหภูมิ ไม่ใช่จุดสิ้นสุดของการเลือกเซ็นเซอร์
ขั้นตอนที่ 4: การแปลงแอนะล็อกเป็นดิจิทัล แปลงการเปลี่ยนแปลงอย่างต่อเนื่องเป็นปริมาณดิจิทัล
หากระบบใช้ตัวควบคุมดิจิทัล วงจรการรับข้อมูลมักจะต้องแปลงแรงดันไฟฟ้าหรือกระแสแอนะล็อกเป็นรหัสดิจิทัลผ่านตัวแปลงแอนะล็อกเป็นดิจิทัล (ADC) ตัวอย่างเช่น หลังจากที่ ADC สุ่มตัวอย่างแรงดันไฟฟ้าแอนะล็อกที่สอดคล้องกับการเปลี่ยนแปลงความต้านทาน ตัวควบคุมจะได้รับชุดตัวเลขแทนอุณหภูมิทางกายภาพ เช่น "25°C"
ณ จุดนี้ ระบบได้ย้ายจาก "การวัดสัญญาณไฟฟ้า" ไปสู่ "ขั้นตอนการคำนวณ"
ขั้นตอนที่ 5: คำนวณอุณหภูมิตามความสัมพันธ์ในการสอบเทียบ
สุดท้าย ตัวควบคุมจะแปลงปริมาณดิจิทัลเป็นค่าอุณหภูมิตามความสัมพันธ์ระหว่างความต้านทาน-อุณหภูมิ หรือแรงดันไฟฟ้า-อุณหภูมิที่สอดคล้องกับเซ็นเซอร์ กระบวนการนี้อาจใช้การค้นหาตาราง การคำนวณสูตร หรือค่าสัมประสิทธิ์การสอบเทียบ สำหรับตัวต้านทานแพลตตินัมมาตรฐาน ตัวต้านทานจะถูกแปลงร่วมกับสูตรมาตรฐานและเกรดความแม่นยำที่สอดคล้องกันด้วย
ดังนั้น "25.3°C" ที่คุณเห็นนั้นแท้จริงแล้วเป็นผลมาจากการทำงานร่วมกันของห่วงโซ่การวัดทั้งหมด ไม่ใช่ค่าดิจิทัลโดยตรงที่สร้างโดยส่วนประกอบเดียวของเซ็นเซอร์
สิ่งที่ควรค่าแก่การจดจำจริงๆ คือ เซ็นเซอร์อุณหภูมิมีหน้าที่ "รับรู้" วงจรการวัดมีหน้าที่ "อ่าน" และอัลกอริทึมและระบบควบคุมมีหน้าที่ "ทำความเข้าใจ"
ที่สาม ความคิดสุดท้าย: สิ่งที่เซ็นเซอร์อุณหภูมิทำจริงๆ คือการเปลี่ยน "ความรู้สึก" ให้เป็น "ข้อมูล"
กลับมาที่คำถามตอนต้นบทความ: เซ็นเซอร์วัดอุณหภูมิคืออะไรกันแน่?
ในประโยคเดียว: มันไม่ได้ "มองเห็น" อุณหภูมิโดยตรง แต่รับรู้ถึงการเปลี่ยนแปลงทางกายภาพที่เกิดจากอุณหภูมิ จากนั้นจึงแปลงการเปลี่ยนแปลงเหล่านี้เป็นสัญญาณไฟฟ้า ผ่านการได้มา การแปลง การสอบเทียบ และการคำนวณ และสุดท้ายจะได้ค่าอุณหภูมิที่เราเห็น
เมื่อเข้าใจสิ่งนี้ คำถามต่อๆ มาจะง่ายขึ้น: เหตุใด RTD จึงมุ่งเน้นไปที่ความสัมพันธ์ระหว่างความต้านทานต่ออุณหภูมิ เหตุใดเทอร์โมคัปเปิลจึงต้องมีการชดเชยจุดเชื่อมต่อความเย็น เหตุใดกทชจึงเน้นค่า B? เหตุใดการวัดกระแสจึงส่งผลต่อ RTD เหตุใดวิธีการติดตั้งเซ็นเซอร์จึงส่งผลต่อผลลัพธ์ เหตุใดผลิตภัณฑ์ที่มีความน่าเชื่อถือสูงจึงต้องผ่านการทดสอบด้านสิ่งแวดล้อมและกลไก
เพราะพวกเขาล้วนตอบคำถามเดียวกัน: จะทำให้ "การเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ" มีเสถียรภาพ แม่นยำ และทำซ้ำได้เป็น "ข้อมูลที่น่าเชื่อถือ" ได้อย่างไร
—— ดึงมาจากบัญชีสาธารณะที่ได้รับการตรวจสอบโดยผู้ทรงคุณวุฒิ
Yuyao Huangong automation instruments factory