การสั่นของเทอร์โมเวลล์ (Wake Frequency of Thermowell)
ทวิช ชูเมือง

   อุณหภูมิเป็นตัวแปรทางกระบวนการผลิตพื้นฐานที่สำคัญอีกตัวแปรหนึ่ง ซึ่งจะพบได้กับการวัดและควบคุมกระบวนการผลิตเกือบทุกประเภทในอุตสาหกรรมกระบวนการผลิตต่าง ๆ ถ้ากล่าวถึงเครื่องมือวัดอุณหภูมิแล้ว จะพบได้ว่าหลักการในการนำไปวัดอุณหภูมิที่บริเวณที่ต้องการนั้น จะเป็นการวัดอุณหภูมิเป็นการวัดที่ง่ายและมีความแม่นยำอีกรูปแบบหนึ่งทางด้านวิศวกรรมการวัดและควบคุม

ความแม่นยำของการวัดอุณหภูมิภายใต้บางสภาวะอาจไม่ได้เป็นไปตามความเข้าใจตามการใช้งาน สำหรับการพิจารณาในเรื่องความแม่นยำในการวัดอุณหภูมิแล้ว สามารถทำได้โดยการปฏิบัติตามการเลือกวิธีการวัดที่เหมาะสมกับการใช้งาน, การติดตั้ง และการใช้ชนิดเครื่องมือวัดอุณหภูมิให้ถูกต้อง นอกจากนั้นยังต้องกำหนดรายละเอียดในการเปลี่ยนค่าอุณหภูมิที่ได้จากการวัดไปเป็นสัญญาณอื่น ๆ

ต้องมีความเหมาะสมเครื่องมือวัดอุณหภูมิบางชนิดมีให้เลือกใช้งานสำหรับการวัดอุณหภูมิในลักษณะต่าง ๆ และมีความสามารถในการแสดงค่าอุณหภูมิที่ใกล้เคียงหรือมากกว่าความแม่นยำที่ต้องการ ซึ่งอาจจะมีความยุ่งยากในการหาความแม่นยำของการวัดอุณหภูมิจะทำได้ในการติดตั้งเครื่องมือวัดหรือการใช้เครื่องมือวัดในการวัดอุณหภูมิ

สเกลของอุณหภูมิ
  โดยทั่วไปการอ่านค่าอุณหภูมิที่ได้จากเครื่องมือวัดจะใช้หน่วยหรือสเกลของอุณหภูมิที่ทราบกันดีมี 2 แบบคือ Fahrenheit และ Celsius (Centigrade) 

  โดยสเกล Fahrenheit จะมีระยะห่างระหว่างจุดเดือด (Boiling Point) และจุดเยือกแข็ง (Freezing Point) ของน้ำที่ความดันมาตรฐาน จะถูกแบ่งออกเป็น 180 ส่วนเท่า ๆ กัน โดยที่อุณหภูมิจุดเดือดมีค่าเป็น 212 และที่อุณหภูมิจุดเยือกแข็งมีค่าเป็น 32

  ในสเกล Celsius จะระยะห่างจากจุดทั้งสองมีค่าอยู่ที่ 100 ส่วน โดยที่อุณหภูมิจุดเดือดมีค่าเป็น 100 และที่อุณหภูมิจุดเยือกแข็งมีค่าเป็น 0

  ในแต่ละสเกลจำนวนทั้ง 180 และ 100 ส่วนที่เท่า ๆ กันจะถูกเรียกว่าองศา (Degree) การอ่านค่าอุณหภูมิในแต่ละสเกล อาจจะเปลี่ยนไปยังอีกสเกลได้ โดยใช้สมการดังนี้

     F= (9/5) C + 32
     C= 5/9 (F-32)
เมื่อ F = deg Fahrenheit
     C = deg Celsius

   การวัดอุณหภูมิในกระบวนการผลิต ในบางครั้งต้องการส่งสัญญาณไฟฟ้าไปแสดงค่ายังระบบควบคุมหรือระบบแสดงผลอื่น ๆ ซึ่งจะต้องมีการติดตั้งเซนเซอร์อุณหภูมิที่เหมาะสมกับสัญญาณที่ต้องการหรือเหมาะสมกับอินพุตของระบบต่าง ๆ สำหรับการใช้งานในอุตสาหกรรมกระบวนการผลิตส่วนใหญ่จะมีการเลือกใช้งานเซนเซอร์อุณหภูมิกันอยู่ 2 แบบคือ RTD (Resistance Temperature Detector)

 และ Thermocouple โดยเซนเซอร์อุณหภูมิทั้งสองแบบจะถูกสวมอยู่ในปลอกหุ้ม (Sheath) เพื่อป้องกันความเสียหายต่อตัวเซนเซอร์อุณหภูมิที่เป็นเส้นโลหะและจะมีตัวเทอร์โมเวลล์ป้องกันตัวเซนเซอร์อีกชั้นหนึ่ง เมื่อต้องการนำตัวเซนเซอร์อุณหภูมิไปใช้ติดตั้งในท่อที่มีการไหลหรือในถังความดัน เนื่องจากปลอกหุ้มตัวเซนเซอร์อุณหภูมิเพียงอย่างเดียวจะไม่สามารถทนต่อสภาวะความดันหรือการกัดกร่อนได้ดี เหมือนกับเทอร์โมเวลล์ ดังนั้นจะเห็นได้ว่าตัวเทอร์โมเวลล์จะต้องทนความดันและอุณหภูมิใช้งานจากสารที่ต้องการวัดได้อย่างเหมาะสม

   นอกจากการป้องกันเซนเซอร์อุณหภูมิเสียหายจากสภาวะที่ใช้งานแล้ว ยังมีอีกตัวแปรหนึ่งที่ต้องมีการพิจารณาในการเลือกใช้เทอร์โมเวลล์จะเป็นการสั่นเนื่องจากความเร็วในการไหล (Flow Velocity) ที่ผ่านตัวเทอร์โมเวลล์ที่สภาวะการใช้งานซึ่งจะเป็นความเสียหายที่อาจเกิดขึ้นกับตัวเทอร์โมเวลล์โดยตรง ถ้ามีการผลิตหรือเลือกใช้ไม่เหมาะสมกับความเร็วในการไหลใช้งาน นอกจากนั้นยังอาจจะส่งผลกระทบไปถึงตัวเซนเซอร์อุณหภูมิ

หรือจุดต่อต่าง ๆ การเลือกใช้เทอร์โมเวลล์ที่เหมาะสมเพื่อใช้ป้องกันตัวเซนเซอร์อุณหภูมิที่จะนำไปใช้ในท่อที่มีการไหลอยู่ตลอดเวลา จะต้องมีการพิจารณาค่าความถี่การสั่นของเทอร์โมเวลล์ที่เกิดขึ้นจากความเร็วการไหลสูงสุดในสภาวะการใช้งาน โดยมาตรฐาน ASME PTC 19.3 ได้แสดงวิธีการหาค่าการสั่นนี้อย่างละเอียด ซึ่งผู้ผลิตเทอร์โมเวลล์ส่วนใหญ่

จะใช้เป็นมาตรฐานอ้างอิงในการผลิตตัวเทอร์โมเวลล์ สำหรับบทความนี้จะแสดงรายละเอียดที่อยู่ในมาตรฐานดังกล่าว เพื่อใช้เป็นพื้นฐานเบื้องต้นในการเลือกใช้เทอร์โมเวลล์ หรืออาจนำไปวิเคราะห์ปัญหาความเสียหายที่เกิดขึ้นกับตัวเทอร์โมเวลล์หรือตัวเซนเซอร์อุณหภูมิ

เทอร์โมคัปเปิล (Thermocouple)
   
   เทอร์โมคัปเปิลเป็นเซนเซอร์พื้นฐานสำหรับใช้วัดอุณหภูมิในอุตสาหกรรมการผลิตประเภทต่าง ๆ และเป็นที่นิยมใช้งานกันอย่างแพร่หลาย หลักการทำงานพื้นฐานเกิดขึ้นจากการนำโลหะต่างชนิดกันมาเชื่อมต่อกันที่ปลายทั้งสองข้าง และเมื่อให้ความร้อนที่ปลายด้านใดด้านหนึ่งจะทำให้เกิดกระแสไฟฟ้าไหลอย่างต่อเนื่อง ซึ่งการไหลของกระแสจะเป็นไปตามความสัมพันธ์ระหว่างความร้อนกับไฟฟ้า เป็นปรากฏการณ์ที่ค้นพบโดย Thomas Seebeck ในปี ค.ศ. 1821 วงจรของการเชื่อมต่อโลหะต่างชนิดกันแสดงได้ดังรูปที่ 1

รูปที่ 1 ปรากฏการณ์ของ Seebeck

     ในการนำเทอร์โมคัปเปิลไปใช้งานจะต้องมีปลอกหุ้ม (Sheath) สายเทอร์โมคัปเปิลเพื่อป้องกันความเสียหายจากสารเคมีหรือสิ่งแวดล้อมที่นำไปใช้งาน สามารถแสดงปลอกหุ้มและลักษณะของฉนวนป้องกันได้ดังรูปที่ 2                   

 

 รูปที่ 2 ปลอกหุ้มและลักษณะของฉนวนป้องกันเทอร์โมคัปเปิล
         

   วัสดุที่ใช้ทำปลอกหุ้มมีให้เลือกใช้หลาย ๆ ชนิดขึ้นอยู่กับการใช้งาน เช่น Carbon Steel, 304 Stainless Steel, 316 Stainless Steel เป็นต้น 

    
RTD (Resistance Temperature Detector)

   RTD เป็นความต้านทานที่มีความไวในการเปลี่ยนแปลงค่าความต้านทาน เมื่ออุณหภูมิรอบตัวเปลี่ยนไป โดยจะมีค่าสัมประสิทธิ์ (Coefficient) การเปลี่ยนแปลงความต้านทานต่ออุณหภูมิมีค่าเป็นบวก นั่นคือค่าความต้านทานของวัสดุจะมีค่าเพิ่มขึ้นเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น ค่าความต้านทานจะถูกกำหนดด้วยความยาวและพื้นที่หน้าตัดของวัสดุที่ใช้ทำตัว RTD ซึ่งจะเป็นอัตราส่วนโดยตรงกับความยาวและจะเป็นอัตราส่วนกลับกับพื้นที่หน้าตัด 

   RTD แบบ Platinum จะมีรูปแบบที่ถูกนำมาใช้งานด้วยกันอยู่ 2 แบบคือ Wire Wound และ Thin Film ซึ่งแต่ละแบบจะมีข้อดีและข้อเสียที่แตกต่างกันออกไป ซึ่ง RTD แบบ Wire Wound มีการออกแบบง่ายและเป็นรูปแบบที่สามารถนำมาใช้กับเส้นวัสดุที่เป็น Copper, Nickel, Nickel/Iron และ Platinum เส้นวัสดุเหล่านี้จะถูกพันรอบอยู่บนแกนที่เป็นฉนวนและจะถูกปิดทับด้วยฉนวนอีกชั้นหนึ่ง ดังแสดงในรูปที่ 3

รูปที่ 3 RTD แบบ Wire Wound

     สัมประสิทธิ์การขยายตัวทางอุณหภูมิของวัสดุที่ใช้ทำแกนต้องมีความเหมาะสมกับการขยายตัวของเส้นวัสดุ RTD เพื่อป้องกันการตึงตัวเส้นวัสดุ RTD ที่พันอยู่บนแกน ความตึงตัวของเส้นวัสดุจะมีผลต่อความแม่นยำในการวัด

      เส้นวัสดุ RTD ที่พันอยู่บนแกนจะถูกต่อออกไปยังภายนอกด้วยสายไฟขนาดใหญ่ สายไฟที่จะนำมาต่อนี้ต้องไม่มีการกำเนิด Thermal EMF ตรงบริเวณที่เชื่อมต่อกัน ซึ่งจะส่งผลกระทบต่อการวัด

เทอร์โมเวลล์ (Thermo Wells)

   ในการวัดอุณหภูมิส่วนมาก จะไม่ใช้ตัวเซนเซอร์อุณหภูมิประเภท ๆ ต่าง ๆ จุ่มหรือสัมผัสโดยตรงกับของไหลที่ต้องการวัด ยกเว้นในบางกรณีที่ต้องการวัดอุณหภูมิที่บริเวณผิวท่อ (Surface Temperature) เนื่องจากวัสดุที่ใช้ทำตัวเซนเซอร์อุณหภูมิส่วนใหญ่จะไม่สามารถทนต่อการกัดกร่อนหรือการสึกหรอจากตัวกลางที่ต้องการวัดอุณหภูมิได้ ในกรณีนี้จะใช้เทอร์โมเวลล์

   ในการป้องกันความเสียหายต่อตัวเซนเซอร์อุณหภูมิ ซึ่งจะเป็นตัวรับความดันหรือการกัดกร่อนเพื่อทำให้ตัวเซนเซอร์อ่านค่าอุณหภูมิได้อย่างถูกต้อง โดยตัวเทอร์โมเวลล์จะมีการจัดเตรียมเกลียวต่อภายนอกหรือหน้าแปลน เพื่อเป็นจุดต่อเข้ากับถังหรือท่อ

   ตัวเทอร์โมเวลล์จึงถูกนำมาใช้ในการวัดอุณหภูมิกับของไหลที่เคลื่อนที่อยู่ในท่อ ความเร็วของการไหลที่ต่อเนื่องของสารที่อยู่ในท่อนี้เอง จะทำให้เกิดแรงที่มากระทำต่อตัวเทอร์โมเวลล์ สำหรับความเร็วการไหลเท่ากับ 300 ฟุตต่อวินาที (FPS) หรือน้อยกว่า สามารถใช้เทอร์โมเวลล์ในรูปแบบเรียว (Tapered Thermowells) ดังแสดงในรูปที่ 4 และขนาดได้แสดงอยู่ในตารางที่ 2 สำหรับความเร็วการไหลที่เกินกว่า 300 ฟุตต่อวินาที ควรใช้เทอร์โมเวลล์แบบ Fixed Beam Type

รูปที่ 4 เทอร์โมเวลล์

     การติดตั้งเทอร์โมเวลล์เข้ากับถังอาจจะทำได้ในรูปแบบลักษณะต่าง ๆ ตามที่ถูกแสดงอยู่ในมาตรฐาน ASME Boiler and Pressure Vessel or Piping Codes สำหรับวัสดุใด ๆ ที่จะนำมาใช้ทำเทอร์โมเวลล์ต้องถูกรับรองโดยมาตรฐานต่าง ๆ ที่อ้างอิงในการใช้งาน
    


ความแข็งแรงกับการวัด (Strength Versus Measurement)

   ในการผลิตตัวเทอร์โมเวลล์จะต้องมีการพิจารณาตัวแปรความแข็งแรงกับการวัดที่ต้องการในการทำให้เทอร์โมเวลล์มีความแข็งแรงเพียงพอ และเพื่อที่จะทำให้มีความแม่นยำและมีความเร็วในการตอบสนองต่อการวัดอุณหภูมิ ความสัมพันธ์ของตัวแปรทั้งสอง แสดงในตารางที่ 1

ตารางที่ 1 ตัวแปรที่เกี่ยวข้องกับความแข็งแรงและการวัด

     ค่าที่แสดงในตารางที่ 1 ไม่ได้เป็นตัวแปรทั้งหมดที่ใช้พิจารณาในการทำเทอร์โมเวลล์ แต่แสดงให้เห็นว่าวิธีการออกแบบเทอร์โมเวลล์ต้องมีการระมัดระวังในความสมดุลของตัวแปรเหล่านี้ ซึ่งความแม่นยำในการวัดสามารถยอมรับได้ ให้มีค่าต่ำสุดและการใช้เทอร์โมเวลล์ให้มีความแข็งแรงเพียงพอ

วิธีการออกแบบ (Design Procedure)

      จุดประสงค์ของลำดับขั้นตอนในการออกแบบ เพื่อให้ผู้ใช้งานตัดสินใจได้ว่า เทอร์โมเวลล์ที่ถูกเลือกมา สำหรับการนำไปใช้งานที่เกี่ยวข้องกับการวัดอุณหภูมิมีความแข็งแรงเพียงพอ และสามารถรองรับสภาวะการทำงานที่กำหนดทางด้าน อุณหภูมิ, ความดัน, ความเร็วการไหลและการสั่น ความเสียหายของเทอร์โมเวลล์มีสาเหตุโดยตัวแปรที่กำหนดจากความดันคงที่ (Static Pressure)

   การไหลที่คงตัว (Steady State Flow) และการสั่น การประเมินความเสียหายจะถูกแยกออกจากกันในแต่ละผลกระทบข้างบน ควรมีการกระทำเพื่อหาจุดจำกัดของสภาวะต่าง ๆ สำหรับในขั้นตอนการออกแบบไม่ได้รวมผลกระทบจากการกัดกร่อนหรือการสึกหรอจากการใช้งาน

ความถี่ธรรมชาติของเทอร์โมเวลล์ (Natural Frequency)
 การหาค่าความถี่ธรรมชาติของเทอร์โมเวลล์ที่ถูกออกแบบตามรูปที่ 3 และขนาดที่ใช้แสดงไว้ในตารางที่ 2 สามารถแสดงได้ดังนี้

เมื่อ fn   = Natural frequency of the well at use temperature, cycle per sec (cps)
 L   = Length of Well (in) ดังแสดงในรูปที่ 3
 E   = Modulus of elasticity of well material at use temperature, psi
  = Specific weight of well material as use temperature, lb per cu in.
 Kf   = a constant obtained from ตารางที่ 3

และความถี่ Wake or Strouhal แสดงได้ดังนี้ 

เมื่อ fw    = Wake Frequency, Cycles per Sec
 V    = Fluid Velocity, fps
 B    = Diameter at Tip (in) ดังรูปที่ 3

   โดยสัดส่วนของความถี่ Wake กับความถี่ธรรมชาติ (fw/fn) ของตัวเทอร์โมเวลล์ที่เลือกใช้งานจะต้องมีค่าไม่เกิน 0.8 และเมื่อได้สภาวะนี้ ตัวแปร Magnification ซึ่งเป็นความสัมพันธ์ของ Dynamic กับ Static Amplitude แสดงได้ดังนี้

ตารางที่ 2 ขนาดของเทอร์โมเวลล์ในรูปที่ 3 (นิ้ว)

 ตารางที่ 3 ค่าของ Kf

การวิเคราะห์ความแข็งแรง (Stress Analysis)




    ความยาวสูงสุดของเทอร์โมเวลล์ สามารถทำขึ้นสำหรับการใช้งานที่กำหนด ความยาวจะขึ้นอยู่กับตัวแปรทั้งสองคือ การสั่น (Vibration) และแรงกดดันคงตัว (Steady State Stress) ที่สำคัญต้องให้ค่าสัดส่วนความถี่เท่ากับ 0.8 หรือน้อยกว่า เป็นข้อกำหนดหนึ่งในขนาดความยาวสูงสุด ข้อกำหนดอีกอย่างหนึ่งเป็นการพิจารณาแรงกดดันคงตัว จะหาได้จากสมการดังต่อไปนี้

ตัวอย่างปัญหา

 กำหนดให้ทำการหาค่าการวัดอุณหภูมิที่มีเทอร์โมเวลล์ยาว 4.5 นิ้ว โดยมีตัวเซนเซอร์อุณหภูมิขนาด 9/16 นิ้ว ตัวเซนเซอร์ใช้วัดอุณหภูมิไอน้ำ Superheated ที่ความดัน 2400 psig, 1050 deg F โดยมีความเร็วการไหลเท่ากับ 300 FPS ถ้าวัสดุของเทอร์โมเวลล์ที่ใช้เป็น 321SS จงหาว่าเทอร์โมเวลล์มีความปลอดภัยในการใช้งานหรือไม่

 ขั้นตอนแรก หาค่าตัวแปรต่าง ๆ ที่จำเป็นได้ดังนี้




 ขั้นตอนที่สอง คำนวณหาความถี่



      
  จากอัตราส่วนความถี่ที่ได้จากการคำนวณจะพบว่าขนาดตัวเทอร์โมเวลล์ที่เลือกใช้จะสามารถใช้งานได้ เพราะว่าค่าที่ได้มีค่าน้อยกว่า 0.8 

  
  

ขั้นตอนที่สาม คำนวณความแข็งแรง


     

     
   จากผลลัพธ์ของตัวแปรต่าง ๆ ที่ได้จากการคำนวณ ทั้งตัวแปรด้านความถี่ธรรมชาติ, ความดันสูงสุด และ ความยาวสูงสุด ของตัวเทอร์โมเวลล์ จะทำให้สามารถยืนยันได้ว่าตัวเทอร์โมเวลล์ที่เลือกใช้งาน สามารถนำไปใช้ในสภาวะการใช้งานดังตัวอย่างได้อย่างปลอดภัย

   เทอร์โมเวลล์ดังแสดงในรูปที่ 3 คาดว่ามีความเหมาะสมประมาณ 95% กับปัญหาต่าง ๆ ในเทอร์โมเวลล์ การเพิ่มความดันและอุณหภูมิใช้งานต้องขึ้นอยู่กับวัสดุที่ใช้ทำเทอร์โมเวลล์


ส่วนประกอบอื่น ๆ (Other Accessories)
 เมื่อมีความจำเป็นต้องวางตำแหน่งตัวเซนเซอร์อุณหภูมิในก๊าซหรือไอ ในตำแหน่งที่อุณหภูมิพื้นผิวของวัสดุมากกว่าหรือน้อยกว่า ตัวกลางที่มันจุ่มอยู่ ส่วนประกอบอื่น ๆ อาจจะถูกนำมาใช้ในการทำให้ความผิดพลาดต่ำที่สุดที่เกิดการแพร่รังสีความร้อนภายใต้สภาวะดังกล่าว รูปแบบต่าง ๆ อาจถูกนำมาใช้ดังนี้

1. โดยการล้อมจุดวัดตัวเดียวหรือหลายตัวในท่อร่วมกันและถูกติดตั้งในทิศทางการไหลก๊าซ การจัดเตรียมรูปแบบนี้ ป้องกันตัวเซนเซอร์จากการแลกเปลี่ยนการแพร่รังสีกับพื้นผิวรอบ ๆ

2. โดยการเพิ่มอัตราการนำพาความร้อนจากก๊าซไปยังตัวเซนเซอร์ทำให้ผลการสูญเสียจากการแพร่รังสีน้อยที่สุด ซึ่งอาจทำได้โดยการใช้ ไพโรมิเตอร์แบบดูด

3. โดยการห่อหุ้มจุดติดตัวเซนเซอร์ด้วยวัสดุที่มีการแพร่รังสีต่ำโดยตรงกับตัวเซนเซอร์ การจัดรูปแบบนี้ถูกพบว่าเป็นวิธีที่ดีในการป้องกันการสูญเสียการแพร่รังสีให้ต่ำที่สุด เมื่อมีระยะห่างจำกัดในการป้องกัน โดยใช้ท่อร่วมกัน


การติดตั้ง
 เมื่อเซนเซอร์วัดอุณหภูมิถูกจุ่มอยู่ในสารที่ต้องการวัดอุณหภูมิ ควรจะถูกติดตั้งอยู่ในตำแหน่งที่ใกล้กับจุดที่อุณหภูมิของสารคงที่

 ในการคำนวณสามารถเปลี่ยนค่าเป็นหน่วย SI ได้จากตารางที่ 5

    
     ตารางที่ 5 ตัวแปรการเปลี่ยนหน่วย


     
     เมื่อทำการคำนวณหาค่าการสั่นของเทอร์โมเวลล์แล้วพบว่ามีค่าเกินกว่าค่าที่มาตรฐานกำหนดไว้ ก็สามารถทำการแก้ไขได้หลายวิธีดังตัวอย่างเช่น การลดขนาดความยาวของส่วนที่จุ่มลงในท่อ, การเพิ่มขนาดเส้นผ่าศูนย์กลางของตัวเทอร์โมเวลล์ หรือการเพิ่มส่วนประคองเข้ากับตัวเทอร์โมเวลล์ ดังแสดงตัวอย่างได้ดังรูปที่ 5

    เมื่อมีความจำเป็นต้องวางตำแหน่งตัวเซนเซอร์อุณหภูมิในก๊าซหรือไอ ในตำแหน่งที่อุณหภูมิพื้นผิวของวัสดุมากกว่าหรือน้อยกว่า ตัวกลางที่มันจุ่มอยู่ ส่วนประกอบอื่น ๆ อาจจะถูกนำมาใช้ในการทำให้ความผิดพลาดต่ำที่สุดที่เกิดการแพร่รังสีความร้อนภายใต้สภาวะดังกล่าว รูปแบบต่าง ๆ อาจถูกนำมาใช้ดังนี้

1. โดยการล้อมจุดวัดตัวเดียวหรือหลายตัวในท่อร่วมกันและถูกติดตั้งในทิศทางการไหลก๊าซ การจัดเตรียมรูปแบบนี้ ป้องกันตัวเซนเซอร์จากการแลกเปลี่ยนการแพร่รังสีกับพื้นผิวรอบ ๆ

2. โดยการเพิ่มอัตราการนำพาความร้อนจากก๊าซไปยังตัวเซนเซอร์ทำให้ผลการสูญเสียจากการแพร่รังสีน้อยที่สุด ซึ่งอาจทำได้โดยการใช้ ไพโรมิเตอร์แบบดูด

3. โดยการห่อหุ้มจุดติดตัวเซนเซอร์ด้วยวัสดุที่มีการแพร่รังสีต่ำโดยตรงกับตัวเซนเซอร์ การจัดรูปแบบนี้ถูกพบว่าเป็นวิธีที่ดีในการป้องกันการสูญเสียการแพร่รังสีให้ต่ำที่สุด เมื่อมีระยะห่างจำกัดในการป้องกัน โดยใช้ท่อร่วมกัน เมื่อเซนเซอร์วัดอุณหภูมิถูกจุ่มอยู่ในสารที่ต้องการวัดอุณหภูมิ ควรจะถูกติดตั้งอยู่ในตำแหน่งที่ใกล้กับจุดที่อุณหภูมิของสารคงที่ ในการคำนวณสามารถเปลี่ยนค่าเป็นหน่วย SI ได้จากตารางที่ 5                    

   เมื่อทำการคำนวณหาค่าการสั่นของเทอร์โมเวลล์แล้วพบว่ามีค่าเกินกว่าค่าที่มาตรฐานกำหนดไว้ ก็สามารถทำการแก้ไขได้หลายวิธีดังตัวอย่างเช่น การลดขนาดความยาวของส่วนที่จุ่มลงในท่อ, การเพิ่มขนาดเส้นผ่าศูนย์กลางของตัวเทอร์โมเวลล์ หรือการเพิ่มส่วนประคองเข้ากับตัวเทอร์โมเวลล์ ดังแสดงตัวอย่างได้ดังรูปที่ 5

  รูปที่ 5 ตัวอย่างการแก้ไขเทอร์โมเวลล์ที่มีการสั่นเกินค่ามาตรฐาน

   จากรายละเอียดที่ถูกกำหนดตามมาตรฐาน สามารถใช้เป็นแนวทางอ้างอิงในการเลือกใช้งานเทอร์โมเวลล์ที่เหมาะสมกับสภาวะต่าง ๆ ในกระบวนผลิต โดยทั่วไปแล้วผู้ผลิตเทอร์โมเวลล์เป็นส่วนใหญ่จะทำการคำนวณตัวแปรดังกล่าวข้างต้น ก่อนที่จะทำการผลิตตัวเทอร์โมเวลล์ ซึ่งเอกสารที่แสดงขนาดและรูปร่างของตัวเทอร์โมเวลล์พร้อมผลลัพธ์จากการคำนวณจะมีการจัดเตรียมให้ผู้ใช้งานในการตรวจสอบและอ้างอิง     ถ้าพิจารณาในด้านความเสียหายที่เกิดจากการเลือกตัวเทอร์โมเวลล์ที่ไม่เหมาะสมแล้ว อาจจะไม่เกิดขึ้นอย่างทันทีทันใดหลังจากการใช้งาน ซึ่งความรุนแรงของความเสียหายที่เกิดจากการเลือกตัวเทอร์โมเวลล์ที่ไม่เหมาะสม บางครั้งอาจจะมีมูลค่าความเสียหายมากกว่ามูลค่าของตัวเทอร์โมเวลล์หลายเท่า ดังเช่น ถ้ามีการสั่นที่รุนแรงมากอาจทำให้เทอร์โมเวลล์หักและไหลไปตามท่อ

เข้าไปยังอุปกรณ์อื่น ๆ ในกระบวนการผลิต อาจทำให้อุปกรณ์เหล่านั้นเสียหายได้ หรือถ้าเป็นเครื่องมือวัดอุณหภูมิที่อยู่ในระบบนิรภัยก็อาจจะส่งผลทำให้กระบวนการผลิตหยุดทำงาน และต้องเสียเวลาในการเริ่มเดินกระบวนการผลิตและมีความสูญเสียต่อผลิตภัณฑ์ในช่วงหยุดทำงานหรืออาจทำให้ผลิตภัณฑ์ไม่ได้คุณภาพตามต้องการ เป็นต้น ดังนั้นในการเลือกใช้เทอร์โมเวลล์ควรจะมีการตรวจสอบความต้องการเหล่านี้ให้เหมาะสม เพื่อลดความเสี่ยงที่จะเกิดผลเสียหายตามมาในภายหลังจากการใช้งาน

 

เอกสารอ้างอิง
[1] ASME PTC 19.3-1974, Supplement to ASME Performance test codes Part 3 Temperature Measurement.
[2] 1967 ASME Steam table
[3] “Metal Properties” ed. By S.L. Hoyt; “ASME Hand book,” McGraw-Hill, New York, first edition, p. 62, 1954.
[4] “Unfired Pressure Vessel” Section VIII, ASME Boiler and Pressure Vessel Code, 1968.
[5] “American Standard Code for Process Piping,” ASA B31.1-1955, pp.93-94, 1950.
[6] ทวิช ชูเมือง, “Industrial Instrumentation Engineering and Design Part II: Instrument Engineering and Selection, Chapter 7 Temperature instrument,” บริษัท ดวงกมลสมัย จำกัด, 2549.