เครื่องมือวัดอุณหภูมิแบบ Filled System
(Filled System Thermometer)

ทวิช ชูเมือง

 

 เครื่องมือวัดอุณหภูมิแบบ Filled System หรือเทอร์โมมิเตอร์แบบบรรจุด้วยของไหล จะเป็นเครื่องมือวัดที่ใช้สำหรับอ่านค่าอุณหภูมิที่บริเวณใช้งานหรือที่เรียกว่าเกจวัดอุณหภูมิ (Temperature Gauge) เป็นเครื่องมือวัดอุณหภูมิที่บริเวณใช้งานอีกประเภทหนึ่งที่มีการใช้งานกันในอุตสาหกรรมกระบวนการ ซึ่งจะมีส่วนประกอบด้วยโลหะทั้งหมดมีชิ้นส่วนสำคัญคือ กระเปาะ (Bulb), หลอด Capillary (Capillary Tube)

และหลอด Bourdon (Bourdon Tube) ที่ถูกบรรจุด้วยสารหรือของไหลที่มีการตอบสนองต่ออุณหภูมิ อุปกรณ์ทางกลที่ต่อร่วมอยู่กับหลอด Bourdon จะถูกออกแบบให้แสดงค่าหรือทำการบันทึกค่าอุณหภูมิที่กระเปาะหรือบริเวณที่ต้องการทราบค่าอุณหภูมิ ดังแสดงในรูปที่ 1

รูปที่ 1 เครื่องมือวัดอุณหภูมิแบบ Filled System

 

    หลอด Bourdon จะประกอบไปด้วยหลอดโลหะที่ถูกทำให้แบนเรียบ แล้วขึ้นรูปให้เป็นแบบขดตีเกลียวหรือรูปแบบส่วนโค้งของวงกลม ซึ่งหลอดโลหะรูปแบบต่าง ๆ เหล่านี้จะมีการเปลี่ยนรูปร่างไป เมื่อมีการเปลี่ยนแปลงความดันหรือปริมาณภายในหลอดโลหะ

พื้นฐานการทำงาน (Principle of Operation)
 กระเปาะเซนเซอร์จะถูกบรรจุด้วยของไหล ซึ่งเปลี่ยนแปลงคุณลักษณะทางกายภาพกับอุณหภูมิ การเปลี่ยนแปลงดังกล่าวจะถูกส่งผ่านไปยังหลอด Bourdon ผ่านหลอด Capillary การเคลื่อนที่ของหลอด Bourdon ทำให้เข็มชี้ค่าที่ต่อร่วมอยู่มีการเคลื่อนที่เป็นเชิงเส้น การเคลื่อนที่ของหลอด Bourdon จะมีความสัมพันธ์กับสิ่งต่าง ๆ ดังนี้

- การเปลี่ยนปริมาณของเหลวในกระเปาะ
- การเปลี่ยนความดันของก๊าซในกระเปาะ
- การเปลี่ยนความดันไอของเหลวที่ระเหยเป็นไออย่างรวดเร็ว (Volatile) ในกระเปาะ

การแบ่งประเภทโดยทั่วไป
 เทอร์โมมิเตอร์แบบบรรจุด้วยของไหลอาจจะถูกแบ่งชนิดตามหลักการทำงานพื้นฐานได้เป็น 2 ชนิดดังนี้คือ 
- หลอด Bourdon ที่มีการตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงของปริมาณ (Volume Changes) 
- หลอด Bourdon ที่มีการตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงของความดัน (Pressure Changes) 


   ในระบบที่ตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงของปริมาณนั้น ในส่วนกระเปาะจะบรรจุเต็มไปด้วยของเหลว ซึ่งของเหลวในกระเปาะจะมีการขยายตัวต่ออุณหภูมิที่มีค่าสูงกว่าการขยายตัวของกระเปาะโลหะ นั่นคือเป็นผลทำให้เกิดการปริมาณเปลี่ยนแปลงและจะถูกส่งผ่านไปยังหลอด Bourdon สำหรับปริมาณภายในที่เปลี่ยนแปลงก็มีความสัมพันธ์กับการเปลี่ยนแปลงความดันแต่ผลกระทบดังกล่าวจะไม่ใช่ตัวแปรที่สำคัญ

 ระบบที่มีการตอบสนองต่อความดันเปลี่ยนแปลง ซึ่งจะถูกบรรจุไปด้วยของเหลวและก๊าซหรือบรรจุบางส่วนด้วยของเหลวที่ระเหยเป็นไออย่างรวดเร็ว (Volatile Liquid) การเปลี่ยนแปลงความดันในก๊าซหรือไอกับการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิในกระเปาะจะถูกส่งผ่านไปยังหลอด Bourdon ในการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิอาจทำให้มีปริมาณเพิ่มขึ้น แต่ปริมาณจะไม่ใช่ตัวแปรที่สำคัญ

 จากพื้นฐานการทำงานทั้งสองแบบนั้น เทอร์โมมิเตอร์แบบบรรจุด้วยของไหลได้ถูกแบ่งแยกออกได้เป็นดังนี้

     หลักการปริมาณ (Volumetric Principle)
- Class I, Liquid- Filled System
- Class V, Mercury-Filled System

     หลักการความดัน (Pressure Principle)
- Class II, Vapor-Filled System
- Class III, Gas-Filled System

ตารางที่ 1 การเปรียบเทียบระบบวัดอุณหภูมิแบบ Filled

ระบบวัดอุณหภูมิแบบบรรจุด้วยของเหลว (Liquid-Filled Thermal System: Class I)
   ระบบวัดอุณหภูมิแบบนี้จะถูกบรรจุเต็มไปด้วยของเหลวและจะมีหลักการทำงานเป็นการขยายตัวของเหลว ในระบบนี้ปกติแล้วจะถูกชดเชยจากผลกระทบของอุณหภูมิสิ่งแวดล้อม  ด้วยระบบชดเชยสองแบบดังนี้

   1. ชดเชยแบบเต็มรูปแบบ (Full Compensation) หรือ Class IA วิธีการชดเชยเป็นระบบวัดอุณหภูมิตัวที่สองมาลบอุณหภูมิในกระเปาะหรือวิธีการเทียบเคียงของการชดเชยดังแสดงในรูปที่ 2

รูปที่ 2 การชดเชยแบบเต็มรูปแบบ ของระบบวัดอุณหภูมิบรรจุด้วยของเหลว, ปรอท หรือก๊าซ (Class IA, IIIA, VA)

2. วิธีการชดเชยเฉพาะภายในส่วนหุ้ม (Case Compensating) หรือ Class IB ดังแสดงในรูปที่ 3

รูปที่ 3 การชดเชยเฉพาะส่วนหุ้มของระบบวัดอุณหภูมิบรรจุด้วยของเหลว, ปรอท หรือก๊าซ (Class IB, IIIB, VB)

ระบบวัดอุณหภูมิแบบความดันไอ (Vapor Pressure Thermal System: Class II)
   ระบบวัดอุณหภูมิจะถูกบรรจุบางส่วนด้วยของเหลวที่ระเหยเป็นไออย่างรวดเร็วและหลักการทำงานจะเป็นความดันไอมีใช้งานอยู่ 4 ชนิดดังนี้
1. ถูกออกแบบให้ทำงานเมื่ออุณหภูมิที่วัดได้มากกว่าอุณหภูมิที่อยู่ในระบบหรือ Class IIA ดังแสดงในรูปที่ 4

 

 

 

รูปที่ 4 ระบบวัดอุณหภูมิแบบความดันไอ (Vapor Pressure Thermal System-Class IIA)

 

2. ถูกออกแบบให้ทำงานเมื่ออุณหภูมิที่วัดได้ต่ำกว่าอุณหภูมิที่อยู่ในระบบ หรือ Class IIB ดังแสดงในรูปที่ 5

รูปที่ 5 ระบบวัดอุณหภูมิแบบความดันไอ (Vapor Pressure Thermal System-Class IIB)

 

3. ถูกออกแบบให้ทำงานเมื่ออุณหภูมิที่วัดได้มากกว่าหรือต่ำกว่าอุณหภูมิที่อยู่ในระบบ หรือ Class IIC ซึ่งในแบบนี้ โดยทั่วไปต้องการ ส่วนเซนเซอร์ที่ใหญ่กว่าแบบ Class IIA หรือ IIB ดังแสดงในรูปที่ 6

รูปที่ 6 ระบบวัดอุณหภูมิแบบความดันไอ (Vapor Pressure Thermal System-Class IIC)

4. ถูกออกแบบให้ทำงานเมื่ออุณหภูมิที่กระเปาะมากกว่า, ต่ำกว่า และที่อุณหภูมิที่อยู่ในระบบ หรือ Class IID ซึ่งในแบบนี้ ของเหลวที่ระเหยเป็นไออย่างรวดเร็ว ซึ่งถูกเก็บอยู่ในส่วนที่มีความไวต่ออุณหภูมิและของเหลวที่ไม่ระเหยจะถูกใช้ในการส่งผ่านความดันไอไปยังส่วนประกอบที่ขยายตัวได้ ดังแสดงในรูปที่ 7

รูปที่ 7 ระบบวัดอุณหภูมิแบบความดันไอ (Vapor Pressure Thermal System-Class IID)

 

ระบบวัดอุณหภูมิแบบบรรจุด้วยก๊าซ (Gas-Filled Thermal System: Class III)
   ระบบวัดอุณหภูมิแบบบรรจุด้วยก๊าซและมีการทำงานบนพื้นฐานความดันเปลี่ยนแปลงตามอุณหภูมิ โดยปกติจะถูกชดเชยผลกระทบอุณหภูมิสิ่งแวดล้อมทั้งสองแบบคือ
1. ด้วยระบบวัดอุณหภูมิชุดที่สองลบกันในกระเปาะหรือวิธีการเทียบเคียงการชดเชย (Class IIIA) ดังแสดงในรูปที่ 2
2. ด้วยวิธีการชดเชยเฉพาะภายในส่วนหุ้ม (Class IIIB) ดังแสดงในรูปที่ 3


ระบบวัดอุณหภูมิแบบบรรจุด้วยปรอท (Mercury-Filled Thermal System: Class V)
 ระบบวัดอุณหภูมิแบบบรรจุเต็มไปด้วยปรอท หรือ Mercury-Thallium Eutectic Amalgam มีการทำงานบนพื้นฐานการขยายตัวของของเหลว โดยปกติระบบจะถูกชดเชยผลกระทบจากอุณหภูมิสิ่งแวดล้อมสองวิธีดังนี้

1. ชดเชยแบบเต็มรูปแบบ (Full Compensation) หรือ Class VA วิธีการชดเชยจะเป็นระบบวัดอุณหภูมิตัวที่สองมาลบในกระเปาะ หรือวิธีการเทียบเคียงการชดเชยดังแสดงในรูปที่ 2
2. วิธีการชดเชยเฉพาะภายในส่วนหุ้ม (Case Compensating) หรือ Class VB ดังแสดงในรูปที่ 3

     ในวิธีการชดเชยแบบเทียบเคียงจะมีสายโลหะดึงผ่านหลอด Capillary ดังนั้นปริมาณปรอทในช่องว่างรูปวงแหวนระหว่างสายโลหะและผนังภายในของหลอด Capillary มีค่าน้อย ถ้าเทียบกับปริมาณปรอทในกระเปาะ ซึ่งทำให้ผลกระทบจากอุณหภูมิสิ่งแวดล้อมลดลง เมื่อการเปลี่ยนแปลงปริมาณเนื่องมาจากการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิสิ่งแวดล้อมมีปริมาณลดลง

ส่วนประกอบ Bimetallic ถูกนำมาใช้ในการชดเชยการเปลี่ยนแปลงปริมาณของปรอทในหลอด Bourdon ซึ่งมีสาเหตุมาจากการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิสิ่งแวดล้อมภายนอก และสำหรับการเปลี่ยนแปลงใด ๆ ในค่า Modulus of Elasticity ของหลอด Bourdon กับอุณหภูมิ

 
ขนาดกระเปาะ (Bulb Size)
   ขนาดกระเปาะของระบบวัดอุณหภูมิมีหลากหลายชนิดและมีการเปลี่ยนแปลงขนาดเป็นอย่างมาก (โดยประมาณจาก 100 ถึง 1 หน่วย) โดยจะขึ้นอยู่กับ ระบบ, ย่านอุณหภูมิ และความยาวของหลอด Capillary ตารางที่ 2 แสดงแนวทางในการหาค่าขนาดกระเปาะ ถ้าพิจารณาการเปลี่ยนแปลงในขนาดกระเปาะจะพบว่ามีอยู่ในผู้ผลิตต่าง ๆ เหตุผลพื้นฐานสำหรับการเปลี่ยนแปลงขนาดกระเปาะจะแสดงรายละเอียดข้างล่างนี้ ตัวอย่างเทอร์โมมิเตอร์แบบบรรจุด้วยปรอท ดังแสดงในรูปที่ 8    

รูปที่ 8 ตัวอย่างเทอร์โมมิเตอร์แบบบรรจุด้วยปรอท

     ระบบบรรจุด้วยของเหลวและบรรจุด้วยปรอท (Class I และ Class V) ซึ่งทำงานบนพื้นฐานของการขยายตัวของเหลวในกระเปาะ มีปริมาณภายในกระเปาะซึ่งเป็นสัดส่วนตรงข้ามกับย่านอุณหภูมิ ดังนั้น ช่วงการวัดอุณหภูมิ (Span) ที่กว้างจะต้องการขนาดกระเปาะเล็ก เมื่อช่วงการวัดอุณหภูมิของระบบบรรจุด้วยของเหลว (Class I) หรือระบบบรรจุด้วยปรอท (Class V) อาจจะเปลี่ยนแปลงโดย 25 ไปยัง 1

 ดังนั้นขนาดกระเปาะจะเปลี่ยนแปลงไปตามลำดับ ผู้ผลิตบางส่วนออกแบบเทอร์โมมิเตอร์แบบปรอทในย่านอุณหภูมิจาก 400 ๐F ไปถึง 1200 ๐F ด้วยขนาดเส้นผ่าศูนย์กลางกระเปาะเท่ากับ 3/8 นิ้ว และมีความยาวกระเปาะเป็น 3 นิ้ว

       ขนาดกระเปาะสำหรับระบบไอทุกชนิด (Class II) ก็จะเปลี่ยนแปลงมากเช่นกัน แต่ในเหตุผลที่แตกต่างกัน ความดันภายในระบบซึ่งเป็นการตอบสนองของหลอด Bourdon ต่อความดันไอของส่วนที่เชื่อมต่อระหว่างของเหลวและไอ โดยปกติจุดเชื่อมต่อจะอยู่ในกระเปาะเสมอ การบรรจุจะอยู่ในรูปของเหลวเสมอในส่วนที่เย็นของระบบ ระบบจะต้องถูกบรรจุให้ของเหลวในกระเปาะจะไม่ระเหยอย่างสมบูรณ์ในกระเปาะภายใต้สภาวะใด ๆ ของกระเปาะหรือที่อุณหภูมิสิ่งแวดล้อม

       ระบบ Class IIB ต้องการของเหลวเฉพาะในกระเปาะ เมื่อความหนาแน่นไอ ในหลอด Capillary และหลอด Bourdon ถูกผลกระทบเล็กน้อยจากอุณหภูมิสิ่งแวดล้อม กระเปาะอาจจะมีขนาดเล็ก ดังแสดงขนาดในตารางที่ 2 เมื่อกระเปาะอาจจะมีขนาดเล็กดังที่แสดงไปแล้วนั้น บ่อยครั้งที่ถูกจัดทำให้ขนาดใหญ่ เพื่อลดจำนวนของกระปาะ

       ระบบ Class IIA กระเปาะต้องมีขนาดใหญ่เพื่อให้รองรับการขยายตัวของเหลวภายในหลอด Capillary และหลอด Bourdon เป็นผลลัพธ์จากอุณหภูมิสิ่งแวดล้อมที่เปลี่ยนแปลง กระปาะมาตรฐานของผู้ผลิตต่าง ๆ อาจจะใหญ่หรือเล็กกว่าที่กำหนดไว้ในตารางที่ 2
    

 

    ระบบ Class IIC กระเปาะต้องมีความเหมาะสมกับปริมาณทั้งหมดของหลอด Capillary และ Bourdon ดังแสดงในรูปที่ 6 ดังนั้นขนาดกระเปาะโดยทั่วไปจึงมีขนาดใหญ่กว่าระบบ Class IIA โดยจะขึ้นอยู่กับความยาวของหลอด Capillary

    ระบบ Class IID กระเปาะจะต้องมีส่วนกักเก็บภายใน (Internal Trap) ดังเช่นขนาดที่ของเหลวที่ระเหยเป็นไอจะไม่เข้าไปยังหลอด Capillary ภายใต้ค่าอุณหภูมิแวดล้อมทั้งหมด (ดังเช่นส่วนกักเก็บต้องเก็บการขยายตัวของเหลวที่ระเหยเป็นไอภายใต้ค่าอุณหภูมิแวดล้อมทั้งหมด) ดังแสดงในรูปที่ 7

   ระบบบรรจุด้วยก๊าซ (Class III) โดยทั่วไปต้องการขนาดกระเปาะที่ใหญ่ เพื่อลดความผิดพลาดที่มีสาเหตุมาจากสิ่งแวดล้อมที่เปลี่ยนแปลงบนหลอด Capillary ความผิดพลาดมีค่าเพิ่มขึ้นตามย่านที่ถูกลดลงและตามอุณหภูมิกระเปาะที่เพิ่มขึ้น ขนาดกระเปาะโดยประมาณสำหรับย่านอุณหภูมิที่เปลี่ยนแปลงและความยาวของหลอด Capillary ได้ถูกกำหนดไว้ในตารางที่ 2 ข้อจำกัดอื่น ๆ

บนพื้นฐานของอุณหภูมิกระเปาะอาจจะหาได้จากผู้ผลิต หลายผู้ผลิตมีความสามารถในการออกแบบเทอร์โมมิเตอร์แบบก๊าซที่มีขนาดกระเปาะเล็กๆ ขนาดกระเปาะในการออกแบบเหล่านี้ยาว 3 ถึง 3-1/2 นิ้วและเส้นผ่าศูนย์กลางขนาด 3/8 นิ้ว ย่านอุณหภูมิเปลี่ยนแปลงจาก –40 ๐F ถึง 180 ๐F และ 400 ถึง 1200 ๐F
 

การป้องกันย่านการวัดเกิน (Overage Protection)
     
   การป้องกันย่านการวัดเกินถูกกำหนดโดยค่าอุณหภูมิสูงสุดที่กระเปาะของระบบอาจจะแตกออกมาแบบไม่แน่นอน โดยไม่ทำความเสียหายให้กับระบบการวัด ปกติถูกแสดงในรูปเปอร์เซ็นต์ของย่านอุณหภูมิเหนือค่าจำกัดบนสุดของย่านการวัด ค่าที่มีอยู่โดยรวมของการป้องกันย่านการวัดเกิน สำหรับเทอร์โมมิเตอร์ในระบบบรรจุด้วยสารต่าง ๆ ได้แสดงไว้ในตารางที่ 1

   การป้องกันย่านการวัดเกินของระบบของเหลว (Class IA) เปลี่ยนแปลงกับความยาวของหลอด Capillary โดยทั่วไปอยู่ในช่วง 100 ถึง 200 เปอร์เซ็นต์ของย่านวัดอุณหภูมิ สำหรับระบบสั้น ๆ ส่วนในระบบยาว ๆ นั้น เพราะว่าโดยทั่วไปปริมาณในหลอด Capillary จะใกล้เคียงกับปริมาณในกระเปาะ ปริมาณในหลอด Capillary เปลี่ยนแปลงกับอุณหภูมิสิ่งแวดล้อม

ซึ่งเป็นการเปลี่ยนแปลงทางธรรมชาติซึ่งมีความเป็นไปได้ที่จะเกิดย่านวัดเกินขึ้นในหลอด Bourdon ดังนั้นการลดการป้องกันย่านการวัดเกินไปยังค่าศูนย์มีความจำเป็นสำหรับระบบที่มีความยาว 200 ฟุต

   ระบบของเหลว (Class IB) โดยทั่วไปจัดเตรียมการป้องกันย่านการวัดเกิน 100 เปอร์เซ็นต์ของย่านอุณหภูมิ ในเทอร์โมมิเตอร์บางชนิด สามารถทำได้ดีกว่า โดยจะขึ้นอยู่กับผู้ผลิต

 ในระบบวัดอุณหภูมิแบบความดันไอ (Class II) การป้องกันย่านการวัดเกินโดยทั่วไปจะมีข้อจำกัดมากกว่าระบบอื่นๆเพราะว่าอัตราการเพิ่มของความดันไอ เพิ่มร่วมกับอุณหภูมิที่เพิ่ม ตัวอย่างความสัมพันธ์ความดันไอกับอุณหภูมิแสดงดังรูปที่ 9

รูปที่ 9 กราฟความดันไอกับอุณหภูมิ

     
    การกำหนดย่านวัดอุณหภูมิเกินของแต่ละย่านถูกนำเสนอและกำหนดโดยผู้ผลิต โดยทั่วไปจะน้อยกว่า 100 เปอร์เซ็นต์ของย่านวัดอุณหภูมิ ถ้าค่าช่วงวัดสูงสุดมีค่าใกล้กับจุดวิกฤติของเหลวที่บรรจุไว้ การป้องกันย่านการวัดเกินอาจจะถูกขยายออกไป เพราะว่าการบรรจุจะเป็นไอเหนือจุดวิกฤติ ภายใต้ข้อจำกัดบางสภาวะเป็นไปได้ที่จะบรรจุระบบที่ให้ของเหลวทั้งหมดจะถูกขับออกจากกระเปาะที่อุณหภูมิกระเปาะเหนือย่านของเครื่องมือวัด ในกรณีนี้ความปลอดภัยของย่านวัดอุณหภูมิเกินความสามารถเพิ่มขึ้นได้

 ความสัมพันธ์ของอุณหภูมิกับความดันไอที่ไม่เป็นเชิงเส้นเป็นข้อดี เมื่อผู้ใช้งานต้องการลดความไวไปยังช่วงการวัดสูงสุด

    การป้องกันย่านการวัดเกินของระบบก๊าซ (Class III) จะถูกลดลงสำหรับย่านการวัดอุณหภูมิที่สั้น เพราะว่าความดันภายในที่สูงของระบบนี้ เมื่อการป้องกันถูกนำเสนอในการพิจารณาที่หลายรูปแบบ สำหรับย่านการวัดหลาย ๆ ย่านและหลาย ๆ ผู้ผลิต การป้องกันย่านการวัดเกินที่จัดเตรียมไว้จะหาได้จากผู้ผลิต

 ระบบปรอท (Class V) ปกติจะเตรียมที่ค่าต่ำสุดของ 100 เปอร์เซ็นต์ของย่านวัดอุณหภูมิ ในบางผู้ผลิตจะมีค่าเกินจุดจำกัดนี้ ค่าจำกัดสูงสุดเป็น 1000 ๐F เป็นข้อกำหนดทั่วไปของย่านวัดอุณหภูมิเกิน


หลอด Bourdon (Bourdon Tube)
   การเคลื่อนที่ของหลอด Bourdon โดยทั่วไปจะถูกขยายโดยการเชื่อมโยงทางกลหรือระบบเกียร์ ในการขับเคลื่อนตัวชี้ค่าอุณหภูมิหรือใช้ขับปากกาสำหรับการบันทึกสัญญาณอุณหภูมิ หลอด Bourdon อาจจะถูกใช้โดยไม่มีการขยายในการแสดงค่าบนส่วนแสดงผล นอกจากนั้นแล้วหลอด Bourdon ถูกใช้แบบทั่วไปกับเทอร์โมมิเตอร์แบบบรรจุด้วยของไหลในอุตสาหกรรมประเภทต่าง ๆ อุปกรณ์อื่น ๆ ดังเช่น Bellow และ Diaphragm มีการถูกใช้งานบ่อยครั้ง

 ในหัวข้อที่ผ่านมาจะแสดงการออกแบบกระเปาะขนาดเล็ก ๆ หลอด Bourdon จะอยู่ในรูปแบบคอยล์ การเชื่อมโยงและระบบเกียร์ที่ถูกออกแบบในการส่งผ่านการเคลื่อนที่ไปยังเข็มแสดงผลจะถูกยกเลิกในแบบดั่งเดิมเกือบทั้งหมด ตัวขับเข็มแสดงผลเป็นได้ทั้งแบบโดยตรงหรือผ่านการเชื่อมโยงทางสนามแม่เหล็ก การออกแบบในระบบปรอทจะไม่ใช้หลอด Bourdon ในการออกแบบนี้จะมีกระเปาะ, หลอด Capillary และกระบอกสูบ

อยู่ในระบบการวัดอุณหภูมิ การเคลื่อนที่ของลูกสูบในกระบอกสูบทำการส่งการเคลื่อนที่โดยตรงไปหมุนเข็มแสดงค่า การออกแบบนี้จะมีความเฉพาะในการวัดอุณหภูมิและตัวแสดงค่าสามารถถอดเปลี่ยนได้ ดังนั้นการผิดปกติที่ส่วนหุ้มภายนอกสามารถเปลี่ยนออกได้ โดยไม่ต้องถอดกระเปาะวัดอุณหภูมิ ในการออกแบบรูปแบบเดิม หลอด Bourdon จะอยู่ในส่วนหุ้ม ซึ่งความเสียหายที่กลไกแสดงผลจะต้องเปลี่ยนออกทั้งระบบ

วัสดุในการผลิต (Materials of Construction)

- วัสดุกระเปาะ (Bulb Material)
 วัสดุที่อยู่ในรายการของผู้ผลิตจะเป็น Bronze, Copper, Steel, SAE Alloy Steels และ Stainless 304, 347 และ 316 ซึ่ง Copper และ Bronze จะมีความเปราะบางต่อการสัมผัสกับปรอทและจากเหตุผลนี้ จึงไม่มีอยู่ในระบบ Class V ตัวเลือกสำหรับวัสดุอื่น ๆ เช่น Nickel, Monel, Inconel, Hastelloy และ Silver ก็จะมีให้เลือกใช้ บางผู้ผลิตได้ทำกระเปาะจากท่อเพื่อออกแบบให้มีความไวต่อการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ

- วัสดุเทอร์โมเวลล์ (Well Material)
     เทอร์โมเวลส์โดยทั่วไปทำจากวัสดุ Brass, Steel และ Stainless 304 หรือ 316 ตัวเลือกสำหรับวัสดุอื่น ๆ เช่น Alumkinum, Cast iron, Nickel, Monel, Inconel, Hastelloy และ Silver ก็จะมีให้เลือกใช้

- วัสดุหลอด Capillary (Capillary Material)
 โดยทั่วไปหลอด Capillary จะมีเส้นผ่าศูนย์กลางขนาดเล็ก (ประมาณ 1/16 นิ้ว) ถูกป้องกันด้วยเกราะอ่อนตัวได้ (Flexible Armor) ทำจาก Bronze, Plated steel, Stainless หรือเกราะป้องกันที่สวมทับด้วยพลาสติก (ดังเช่น Polyethylene) สำหรับป้องกันการกัดกร่อน วัสดุของหลอด Capillary โดยทั่วไปประกอบไปด้วย Copper หรือ Stainless หลอด Capillary ที่ถูกใช้งานบ่อยโดยไม่มีเกราะป้องกันจะเป็น Stainless (ทั้งชนิด 304 และ 316) และ Inconel ขนาดเส้นผ่าศูนย์กลางเป็น 1/8 นิ้ว Copper ขนาดเส้นผ่าศูนย์กลาง 3/16 นิ้ว

  

คุณลักษณะ (Characteristics) ดังแสดงในตารางที่ 1

- อุณหภูมิสูงสุดและต่ำสุด (Maximum and Minimum Temperature)
  อุณหภูมิต่ำสุดของระบบที่บรรจุด้วยปรอทและของเหลว (Class I และ V) ถูกจำกัดโดยจุดเยือกแข็ง (Freezing Point) ของไหลที่บรรจุของไหล Organic ที่ถูกใช้ในระบบ Class I จะมีจุดเยือกแข็งอยู่ระหว่าง –100 ๐F ถึง –300 ๐F ขึ้นอยู่กับของไหลที่ใช้ อุณหภูมิสูงสุดของระบบของไหล Organic (Class I) จะถูกจำกัดโดยค่าอุณหภูมิสูงสุดที่ของไหล Organic มีความคงสภาพเป็นสารเคมี ซึ่งจะมีอุณหภูมิอยู่ประมาณ 1000 ๐F

  ระบบปรอท (Class V) ถูกจำกัดโดยจุดเยือกแข็งที่ –38 ๐F ปรอทแบบ Mercury-Thalium Eutectic Amalgam ถูกใช้บ่อยครั้งในอุณหภูมิที่ต่ำกว่า –65 ๐F อุณหภูมิสูงสุดของระบบบรรจุด้วยปรอทจะไม่ถูกจำกัดโดยความไม่เสถียรภาพทางเคมี แต่โดยปกติถูกจำกัดที่อุณหภูมิ 1000 ๐F เพราะว่าจะมีความดันไอเพิ่มขึ้นเหนืออุณหภูมิจุดนี้ อย่างไรก็ดีผู้ผลิตบางรายสามารถทำระบบที่ 1200 ๐F และในกรณีพิเศษสามารถทำงานได้ถึง 1500 ๐F

  อุณหภูมิต่ำสุดของระบบความดันไอ (Class II) ถูกจำกัดโดยวัสดุที่บรรจุไว้ วัสดุที่หาได้มีอุณหภูมิต่ำถึง –430 ๐F อุณหภูมิสูงสุดถูกจำกัดโดยความไม่เสถียรภาพทางเคมีของไหล Organic ที่ประมาณ 600 ๐F

  อุณหภูมิต่ำสุดของระบบไอ (Class III) ต้องสูงกว่าอุณหภูมิวิกฤติของก๊าซที่ใช้ ซึ่งโดยทั่วไปใช้ Helium มีค่าเป็น -451 ๐F ค่าอุณหภูมิสูงสุดโดยปกติถูกจำกัดอยู่ที่ 100 ๐F แต่ระบบก๊าซสามารถทำงานได้เป็นอย่างดีที่อุณหภูมิถึง 1500 ๐F 

 
- ย่านการวัด (Range)
   ย่านการวัดต่ำสุดของระบบของไหล Organic (Class I) ถูกจำกัดโดยขนาดกระเปาะสูงสุด จะมีค่าประมาณ 25 ๐F เพราะว่าความไม่เป็นเชิงเส้นของการขยายตัวและความสามารถในการอัดตัวของไหล Organic ที่ถูกใช้ ย่านการวัดสูงสุดโดยทั่วไปถูกจำกัดที่ 200 ๐F ถึง 400 ๐F เพราะว่าความแตกต่างในการผลิต ความแม่นยำที่ถูกกำหนดสามารถทำได้โดยตัวแสดงผลเป็นแบบเชิงเส้น

   ย่านการวัดของระบบไอ (Class II) ถูกกำหนดโดยอุณหภูมิต่ำสุดและสูงสุดที่ –430 ๐F และ 600 ๐F ตามลำดับ จากรายละเอียดที่ได้แสดงในย่อหน้าที่ผ่านมา ความสัมพันธ์ที่ไม่เป็นเชิงเส้นระหว่างความดันไอกับอุณหภูมิจะชัดเจน เมื่อย่านการวัดกว้างและ โดยทั่วไปย่านการวัดถูกจำกัดที่ประมาณ 250 ๐F

   ย่านการวัดต่ำสุดสำหรับระบบปรอท (Class V) ถูกจำกัดโดยขนาดกระเปาะสูงสุดที่ประมาณ 50 deg F สำหรับระบบปรอทมีกระเปาะที่ใหญ่ เทียบกับระบบของไหล Organic ที่ค่าย่านการวัดเท่า ๆ กัน เพราะว่าอัตราการขยายตัวของปรอทจะน้อยกว่าของไหล Organic โดยมีตัวแปรประมาณ 6 เท่า ย่านการวัดสูงสุดถูกจำกัดเฉพาะโดยอุณหภูมิที่ใช้งานโดยปกติประมาณ 1000 ๐F และจุดเยือกแข็งที่ –38 ๐F ระบบบรรจุด้วยปรอทถูกผลิตที่ย่านต่ำสุด –40 ๐F ถึง 180 ๐F และสูงสุดที่ 40 ๐F ถึง 1200 ๐F

   เพราะว่าความดันภายในระบบก๊าซ (Class III) เป็นไปตามกฎ Charles’ Law (นั่นคือ ความดันสมบูรณ์เป็นสัดส่วนกับอุณหภูมิสมบูรณ์) เป็นคุณลักษณะของระบบนี้ ซึ่งมีย่านการวัดที่แคบ และมีความดันทำงานภายในที่สูง ข้อจำกัดของย่านการวัดต่ำสุดประมาณ 120 ๐F ย่านการวัดสูงสุดถูกจำกัดที่อุณหภูมิใช้งาน โดยทั่วไปประมาณ 1000 ๐F

นอกจากนั้นย่านการวัดที่กว้างขึ้นต้องการขนาดกระเปาะที่ใหญ่ขึ้นในการทำให้เอาต์พุตมีความเป็นเชิงเส้น ขนาดกระเปาะทั้งขนาดเล็กและใหญ่สามารถทำงานได้ถึง 1200 ๐F สเกลแบบไม่เป็นเชิงเส้นถูกออกแบบมาใช้งานในบางกรณี เพื่อกำจัดผลกระทบความไม่เป็นเชิงเส้นของเอาต์พุต


- ความไวในการวัด (Sensitivity)
  หลอด Bourdon ของระบบ Filled จะตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงเพียงเล็กน้อยของอุณหภูมิที่วัดได้ที่กระเปาะ ดังนั้นเอาต์พุตสำหรับการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิเพียงเล็กน้อยจะถูกผลกระทบจากแรงเสียดทานหรือความหลวมของกลไก ซึ่งส่งผ่านการเคลื่อนที่ของหลอด Bourdon ไปยังเข็มแสดงผลหรือปากกาบันทึกค่า ผลกระทบจากการเชื่อมโยงทางกล โดยปกติจะมากกว่า 0.1 เปอร์เซ็นต์

 ดังนั้นความไวในการวัดจึงมีค่าเป็น 0.25 เปอร์เซ็นต์ของช่วงการวัด ในการออกแบบที่ไม่ใช้การเชื่อมโยงทางกลความไวในการวัดอาจจะถูกกระทบโดยความหนืดของน้ำมันหล่อลื่นที่ใส่ไปในคอยล์ Bourdon เพื่อลดผลกระทบจากการสั่น ความไวในการวัดในการออกแบบนี้ ไม่ดีกว่าค่าที่แสดงไว้


- ค่าความถูกต้อง (Accuracy)
 เครื่องมือวัดอุณหภูมิในระบบ Filled มีค่าความถูกต้องประมาณ 1.0 เปอร์เซ็นต์ นั่นหมายความว่าภายใต้สภาวะสิ่งแวดล้อมส่วนหุ้มภายนอกเกือบทั้งหมดหรืออุณหภูมิของหลอด Capillary มีความผิดพลาดจะไม่เกิน 1.0 เปอร์เซ็นต์ของช่วงอุณหภูมิ (Temperature Span) อย่างไรก็ตาม เครื่องมือวัดหลาย ๆ ตัวถูกปรับเทียบให้มีความถูกต้องสูงกว่าและในการใช้งานภายนอกอาคารความผิดพลาดสูงสุดปกติถูกกำหนดที่ 0.5 เปอร์เซ็นต์ของช่วงอุณหภูมิ ความถูกต้องอาจจะเป็น 2 หรือ 3 เปอร์เซ็นต์

เมื่อตัวเครื่องมือวัดถูกนำไปใช้ในสิ่งแวดล้อมที่อุณหภูมิส่วนหุ้มภายนอกและหลอด Capillary เปลี่ยนแปลงจากอุณหภูมิห้องปกติ (ดังเช่นอุณหภูมิส่วนหุ้มภายนอกหรือหลอด Capillary สามารถต่ำได้ถึง 60 ๐F และอาจสูงได้ถึง 160 ๐F ในการใช้งานกับโรงงานผลิตไฟฟ้า) ความถูกต้องที่ลดลงเป็นสาเหตุมาจาก อุปกรณ์ชดเชยไม่สามารถทำการชดเชยการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิสิ่งแวดล้อมได้อย่างสมบูรณ์ การอ่านค่าอุณหภูมิโดยตรงที่ส่วนหุ้มภายนอก

 ซึ่งเป็นการถูกต่อโดยตรงกับกระเปาะ โดยความร้อนตลอดก้านและความร้อนที่แพร่ออกมาจากหลอด Capillary ที่อยู่รอบ ๆ หม้อไอน้ำเป็นสาเหตุให้มีอุณหภูมิแวดล้อมสูง เครื่องมือวัดที่ถูกใช้อยู่ภายอาคาร อาจจะมีอุณหภูมิแวดล้อมที่ต่ำได้ ความถูกต้องอาจมีผลกระทบโดยการเชื่อมโยงทางกลและความหนืดของไหล


- การชดเชยอุณหภูมิ (Temperature Compensation)
    เมื่อหลอด Capillary และ Bourdon รวมไปถึงกระเปาะของระบบวัดอุณหภูมิถูกบรรจุด้วยของไหลกระตุ้น (Actuating Fluid) ส่วนนี้ของระบบมีความไวต่ออุณหภูมิสิ่งแวดล้อม ดังนั้นความผิดพลาดของระบบจะเป็นผลลัพธ์ เพราะว่าอุณหภูมิแวดล้อมมีการเปลี่ยนแปลง อย่างน้อยต้องมีการใช้ระบบการชดเชยอุณหภูมิ

   ระบบบรรจุด้วยไอ (Class II) เป็นข้อยกเว้น ไม่มีผลความผิดพลาดมาจากของไหลที่บรรจุ สำหรับความผิดพลาดของระบบนี้มีค่าเพียงเล็กน้อย มันเป็นสาเหตุมาจากการเปลี่ยนของความยืดหยุ่นของวัสดุหลอด Bourdon กับอุณหภูมิ โดยปกติจะไม่สนใจค่านี้

    ระบบของเหลว ก๊าซและระบบปรอท (Class I, III และ V) ถูกจัดเตรียมด้วยระบบชดเชยเต็มรูปแบบ (ทั้งการชดเชยที่หลอด Bourdon และ Capillary) โดยหมายความว่าใช้ระบบย่อยด้วยกระเปาะขนาดเล็ก (ดังแสดงในรูปที่ 2) ความจุของหลอด Bourdon และ Capillary ของระบบย่อยจะทำให้เท่ากับความจุของระบบหลัก การจัดรูปแบบนี้ทำให้ความผิดพลาดที่เกิดขึ้นถูกต่อต้านด้วยค่าที่เท่ากับค่าที่เกิดขึ้น นั่นคือการจัดเตรียมการชดเชยแบบเต็มรูปแบบ

   ระบบที่มีการชดเชยเต็มรูปแบบนี้ถูกแบ่งแยกตามมาตรฐาน SAMA เป็น IA, IIIA และ VA ความผิดพลาดที่ยอมรับได้ของระบบเหล่านี้ถูกกำหนดโดยผู้ผลิตและโดยปกติจะเท่ากับหรือน้อยกว่า  1 เปอร์เซ็นต์ของย่านวัด สำหรับอุณหภูมิแวดล้อมเปลี่ยนแปลงที่  50 ๐F และสำหรับความยาวของหลอด Capillary เป็น 100 ฟุต (นั่นคือ 0.0002 เปอร์เซ็นต์ของย่านการวัดต่อฟุตต่อ ๐F)

วิธีการชดเชยแบบอื่นตามรายละเอียดในหัวข้อที่ผ่านมาก็มีการใช้และบางครั้งใช้แบบทั่วไป ความผิดพลาดที่ยอมรับได้ของระบบเหล่านี้ควรจะเท่ากับหรือน้อยกว่า  1 เปอร์เซ็นต์ของช่วงอุณหภูมิที่วัดสำหรับอุณหภูมิแวดล้อมเปลี่ยนแปลงที่ 50 ๐F และสำหรับความยาวของหลอด Capillary เป็น 100 ฟุตหรือน้อยกว่า

   เพราะว่าความผิดพลาดจากหลอด Capillary ของระบบก๊าซ (Class III) ถูกลดลงตามขนาดกระเปาะที่เพิ่มขึ้น ระบบ Class IIIA ซึ่งมีการชดเชยเต็มรูปแบบจึงถูกผลิตขึ้นน้อย ระบบบรรจุด้วยก๊าซโดยทั่วไป จึงถูกจำกัดที่ชนิด Class IIIB เมื่อเฉพาะการชดเชยที่ส่วนหุ้มภายนอก

   ระบบปรอทที่ชดเชยเต็มรูปแบบ (Class VA) บ่อยครั้งที่ถูกจัดเตรียมด้วยหลอด Capillary เดี่ยว ซึ่งมีการชดเชยอุณหภูมิตลอดความยาว (ดูรูปที่ 3) ทำได้โดยการใช้หลอด Capillary ที่มีรูที่แน่นอนห่อหุ้มด้วยสายที่สม่ำเสมอ ดังนั้นการขยายตัวจึงมีค่าเท่ากัน

  ระบบของเหลว, ก๊าซ และปรอท กับการชดเชยที่ส่วนหุ้มภายนอก (Class IB, IIIB และ VB) ถูกใช้บ่อยครั้งเพราะว่าง่ายในการผลิต ขนาดรูของหลอด Capillary ถูกลดขนาดลงจนถึงจุดที่การตอบสนองของระบบไม่มีผลกระทบรุนแรงในการทำให้ความผิดพลาดของอุณหภูมิที่หลอด Capillary ต่ำที่สุด หลอด Bourdon ของระบบเหล่านี้ถูกชดเชยด้วยชิ้นของ Bimetallic (ดูรูปที่ 3) ระบบเหล่านี้ถูกใช้เมื่อความยาวของหลอด Capillary

มีความสั้นเพียงพอหรือย่านอุณหภูมิแวดล้อมมีค่าน้อยเพียงพอที่จะยกเลิกความผิดพลาดที่หลอด Capillary ในทางปฏิบัติความผิดพลาดที่หลอด Capillary ของระบบบรรจุด้วยของเหลว (Class IB) อยู่ในย่าน 0.003 ถึง 0.005 เปอร์เซ็นต์ย่านการวัดต่อฟุตต่อ ๐F โดยจะขึ้นอยู่กับผู้ผลิต ความยาวของระบบเหล่านี้ โดยทั่วไปถูกจำกัดอยู่ที่ 20 ฟุต

นอกจากนั้นความผิดพลาดที่หลอด Capillary ของระบบบรรจุด้วยปรอท (Class VB) อยู่ในย่าน 0.0008 ถึง 0.0016 เปอร์เซ็นต์ย่านการวัดต่อฟุตต่อ ๐F โดยทั่วไปถูกจำกัดอยู่ที่ 50 ฟุต และความผิดพลาดที่หลอด Capillary ของระบบก๊าซ (Class IIIB) เปลี่ยนแปลงตามความยาว, ย่านการวัด และขนาดกระเปาะ จึงมีข้อแนะนำที่ให้หาข้อมูลจากผู้ผลิต


- การตอบสนอง (Response)
 การตอบสนองของระบบวัดอุณหภูมิโดยปกติถูกกำหนดโดยการตอบสนองของกระเปาะ เพราะว่าความล่าช้าในหลอด Capillary โดยทั่วไปเท่ากับหรือน้อยกว่า 1 วินาที 63 เปอร์เซ็นต์ของเวลาตอบสนองสำหรับกระเปาะขนาดต่าง ๆ ในระบบวัดอุณหภูมิในน้ำที่ความเร็ว 25 ฟุตต่อวินาที โดยประมาณจะแสดงกราฟได้ดังรูปที่ 10 โดย 63 เปอร์เซ็นต์ของเวลาตอบสนองในอากาศที่ความเร็วต่าง ๆ สำหรับขนาดกระเปาะต่าง ๆ แสดงได้ดังรูปที่ 11   

รูปที่ 10 การตอบสนองของกระเปาะเทียบกับขนาดเส้นผ่าศูนย์กลางในน้ำ (ที่ความเร็วการไหล 25 ฟุตต่อวินาที)

รูปที่ 11 อัตราการตอบสนองของกระเปาะในอากาศที่ความเร็วเปลี่ยนแปลง

กระเปาะจะตอบสนองเร็วถ้าออกแบบโดยใช้ตัวแปรพื้นฐาน 3 ตัวแปร ดังนี้

กระเปาะจะตอบสนองเร็วถ้าออกแบบโดยใช้ตัวแปรพื้นฐาน 3 ตัวแปร ดังนี้

1. เพิ่มพื้นที่ภายนอกที่มีความสัมพันธ์กับความจุภายใน

2. ออกแบบให้มีความจุด้านความร้อนต่ำ ๆ

3. เพิ่มการนำความร้อนของผนังกระเปาะและของไหลภายใน   

 ระบบก๊าซ (Class III) เป็นที่นิยมใช้กันบ่อยครั้งเพราะว่ากระเปาะโดยปกติสามารถทำให้มีผนังบางและความจุความร้อนของก๊าซภายในจะถูกตัดทิ้ง อย่างไรก็ตามบ่อยครั้งในกระเปาะขนาดใหญ่ต้องทำการหักล้างข้อดีทางธรรมชาติข้อนี้ กระเปาะขนาดเล็กบางครั้งการตอบสนองอาจช้ากว่ากระเปาะขนาดใหญ่ของเทอร์โมมิเตอร์แบบก๊าซหรือเทอร์โมมิเตอร์ที่บรรจุด้วยปรอท  

 ระบบไอ (Class IIA, IIB และ IIC) มีความนิยมใช้เท่า ๆ กันเพราะว่าความจุความร้อนสำหรับของไหลที่ระเหยเป็นไอได้ที่นำไปใช้งานจะต่ำและมีการนำความร้อนสูง ซึ่งจะเป็นจริงสำหรับการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิขนาดเล็ก เพราะว่าภายใต้สภาวะเหล่านี้ การกลั่นตัวและการระเหยของ ๆ เหลวจะอยู่ภายในกระเปาะ

ระบบไอ (Class IID) บางครั้งมีการตอบสนองที่ช้า เพราะว่าจุดเก็บกักภายใน และในบางครั้งเพราะว่าความหนืดเพิ่มขึ้นสำหรับของไหลที่ไม่ระเหยเป็นไอที่ใส่เข้าไป  

  ระบบของเหลวและปรอท (Class I และ V) มีการตอบสนองที่ช้าเพราะว่ามวลที่เพิ่มขึ้นและการนำความร้อนที่ไม่ดีของสารที่บรรจุในกระเปาะ เมื่อระบบของเหลว (Class I) มีการตอบสนองที่ช้ากว่าระบบปรอท (Class V) สำหรับในแต่ละขนาดกระเปาะที่กำหนด ในความจริงแล้วกระเปาะจะมีขนาดเล็กในแต่ละย่านการวัด บ่อยครั้งมากกว่าการหักล้างซึ่งเป็นข้อเสีย บางผู้ผลิตได้ใช้แผ่นทองแดงบนกระเปาะที่บรรจุของเหลวเพื่อช่วยการส่งผ่านความร้อน    

 หลอด Capillary ที่มีขนาดเส้นผ่าศูนย์กลาง 1/16 ถึง 3/16 นิ้ว บางครั้งมีการถูกนำมาใช้เพื่อให้มีความเร็วในการตอบสนอง การตอบสนองมีสัดส่วนโดยตรงกับขนาดเส้นผ่าศูนย์กลางภายนอกของกระเปาะ บ่อยครั้งถูกทำเป็นรูปแบบคอยล์โดยผู้ผลิต เพื่อความกระชับในการติดตั้ง ตัวอย่างกระเปาะถูกแสดงในรูปที่ 12 ความยาวของกระเปาะ (ยาวถึง 200 ฟุต) บางครั้งไม่ได้ทำการคอยล์ ในการวัดอุณหภูมิเฉลี่ยไปตามความยาวที่ติดตั้ง ซึ่ง Class I, III และ V อาจจะใช้ในรูปแบบนี้

รูปที่ 12 รูปแบบ Capillary Bulb

ส่วนประกอบอื่น ๆ (Accessories)
    การเคลื่อนที่ของหลอด Bourdon ในระบบวัดอุณหภูมิแบบ Filled โดยปกติถูกขยายโดยการเชื่อมโยงอย่างง่ายดังแสดงในรูปที่ 1 ในการขับเคลื่อนเข็มแสดงค่าหรือปากกาในการบันทึก ที่ส่วนแสดงค่าจะมีการเคลื่อนที่ประมาณ 270 องศา         ในเครื่องมือวัดอุณหภูมิบางชนิดสัญญาณถูกเปลี่ยนไปเป็นสัญญาณลม (Pneumatic) หรือสัญญาณไฟฟ้า

การเคลื่อนที่ของหลอด Bourdon ในระบบวัดอุณหภูมิแบบ Filled โดยปกติถูกขยายโดยการเชื่อมโยงอย่างง่ายดังแสดงในรูปที่ 1 ในการขับเคลื่อนเข็มแสดงค่าหรือปากกาในการบันทึก ที่ส่วนแสดงค่าจะมีการเคลื่อนที่ประมาณ 270 องศา         ในเครื่องมือวัดอุณหภูมิบางชนิดสัญญาณถูกเปลี่ยนไปเป็นสัญญาณลม (Pneumatic) หรือสัญญาณไฟฟ้า

 สัญญาณเหล่านี้จะถูกส่งไปยังตัวบันทึกหรืออุปกรณ์แสดงค่าอื่น ๆ เครื่องมือวัดจะให้ค่าอุณหภูมิที่อ่านได้เป็นค่าเฉลี่ยตลอดความยาวเซนเซอร์ ในกรณีแบบสัญญาณลม หลอด Bourdon จะถูกแทนที่ด้วยแผ่นไดอะแฟรม ซึ่งรับแรงขับมาจากอุณหภูมิในกระเปาะ แรงขับนี้จะทำให้เกิดความสมดุลโดยแรงย้อนกลับของกลไกสัญญาณลม

 แรงย้อนกลับจะถูกกำหนดโดยเครื่องมือวัดความดัน ในทางคล้ายคลึงกัน ในเครื่องมือวัดทางไฟฟ้า แรงในระบบ Filled ถูกทำให้สมดุลโดยแรงที่ถูกกำหนดจากกระแสไฟฟ้าในเครื่องมือวัดทางไฟฟ้า ส่วนในแบบอื่น ๆ การเคลื่อนที่ของหลอด Bourdon จะทำงานโดยตรงกับแกนหม้อแปลงความแตกต่าง (Differential Transformer) สำหรับสัญญาณกระแสสลับ (A.C. Signal) หรือแรงจากหลอด Bourdon ขับโดยตรงไปที่สเตนเกจสำหรับสัญญาณกระแสตรง (DC Signal)

        
การใช้งานและการติดตั้ง
   แหล่งของความผิดพลาด

- การเลื่อนจุดศูนย์ (Zero Shift Error)
 เครื่องมือวัดอุณหภูมิในระบบ Filled มีโอกาสเกิดแรงกระแทกทางกลในขณะขนส่ง ซึ่งจะเป็นสาเหตุของความผิดพลาดในการปรับเทียบ ดังนั้นผู้ใช้งานควรต้องตรวจสอบและปรับเทียบให้ถูกต้อง

 การปรับเทียบที่เกี่ยวข้องกับการขนส่ง โดยปกติจะเป็นการเลื่อนจุดศูนย์ ซึ่งจะทำให้ย่านการวัดเกิดการเคลื่อนขึ้นหรือลง ซึ่งอาจจะทำให้ถูกต้องโดยการปรับสกรูที่ส่วนแสดงผล อย่างไรก็ตามการกระแทกอย่างรุนแรงสามารถเป็นสาเหตุให้เกิดการบิดอย่างถาวรที่หลอด Bourdon หรือการเสียศูนย์ของส่วนเชื่อมโยง ในกรณีนี้การปรับเทียบจะไม่สามารถทำให้กลับสู่สภาวะปกติได้


- ความผิดพลาดจากความนำและการจุ่ม (Conduction and Immersion Error)
 กระเปาะของระบบวัดอุณหภูมิควรจะถูกจุ่มอย่างสมบูรณ์ในตัวกลางหรือในอุณหภูมิที่ต้องการวัด ถ้าไม่สามารถทำได้จะทำให้ปริมาณในกระเปาะสามารถมีอุณหภูมิที่แตกต่างกันมากกว่าอุณหภูมิที่ทำการวัด ความผิดพลาดเนื่องจากการจุ่มไม่สมบูรณ์สามารถทำให้เกิดความผิดพลาดได้สูง โดยความเป็นจริงแล้วกระเปาะควรจะถูกจุ่มลงไปไม่ใช่เฉพาะส่วนที่บรรจุของเหลว แต่ส่วนขยายของกระเปาะก็ควรจะถูกจุ่มลงไปด้วย

 เพื่อป้องกันการนำความร้อนไปหรือมาจากส่วนที่มีความไวต่อการนำความร้อน ความยาวเพิ่มเติมในการจุ่มจะเปลี่ยนแปลงตามการส่งผ่านความร้อนและอุณหภูมิสิ่งแวดล้อมที่เปลี่ยนแปลง สำหรับเครื่องมือวัดอุณหภูมิที่มีความยาวส่วนตรวจวัดขนาด 3 นิ้ว และถูกนำไปใช้วัดอุณหภูมิที่สูงถึง 1000 ๐F สำหรับตัวอย่างนี้ ตัวกระเปาะควรจะถูกจุ่มลงไปประมาณ 5 นิ้ว การส่งผ่านความร้อนจากส่วนที่ไม่ถูกจุ่มของตัวเครื่องมือวัดควรจะถูกทำให้ลดลง เมื่อการวัดอยู่บนตัวกลางที่มีความสามารถส่งผ่านความร้อนต่ำ ความยาวทั้งหมดของส่วนเซนเซอร์ ควรจะถูกจุ่มลงไปในของไหล เมื่อถูกนำไปใช้ในแบบใช้แรงในการพาความร้อน


- ความผิดพลาดการจุ่มของหลอด Capillary (Capillary Immersion Error)
 หลอด Capillary ของเกือบทุกระบบยกเว้นระบบไอ (Class II) จะมีความไวต่ออุณหภูมิ ระบบหลอด Capillary สองตัวถูกใช้บ่อยครั้งในระบบของเหลว (Class IA) และหลอด Capillary ของระบบชดเชยจะถูกใช้ในระบบปรอท (Class VA) การชดเชยเหล่านี้จะไม่สมบูรณ์และค่าที่อ่านได้จากเอาต์พุตจะเปลี่ยนแปลงกับความยาวของหลอด Capillary ที่จุ่มลงไป ถ้าความยาวที่จุ่มลงไปมากกว่า 8 นิ้ว

ความยาวที่จุ่มควรจะถูกกำหนดโดยผู้ผลิตหรือควรจะถูกปรับได้โดยผู้ใช้งานภายใต้สภาวะการใช้งาน กระเปาะบรรจุของเหลวขนาดเล็กจะมีผลกระทบมากกว่ากระเปาะขนาดใหญ่ในการออกแบบกระเปาะ 


- ความผิดพลาดจากระดับของกระเปาะ (Bulb Elevation Error)
  เมื่อระดับของหลอด Bourdon ในระบบของเหลวหรือปรอท (Class I หรือ V) ถูกเปลี่ยนแปลงด้วยสัมพันธ์กับกระเปาะ จะมีความดันเกิดขึ้นจากสาเหตุระดับของเหลวแนวตั้งในระบบ ความดันนี้จะถูกกระจายออกไปเป็นสาเหตุทำให้มีการเปลี่ยนแปลงของไหลปริมาณเล็กน้อยในกระเปาะและในหลอด Capillary ดังนั้นจึงเป็นสาเหตุของความผิดพลาด ถ้ากระเปาะถูกขยับระดับมากกว่า 25 ฟุตเหนือตัวอ่านค่า ผู้ผลิตควรต้องทำการพิจารณาค่าระดับในการเพิ่มความดันของระบบ ดังนั้นความดันในกระเปาะจะไม่ลดลงสู่ศูนย์ในการติดตั้งจริง ความผิดพลาดจากระดับจะไม่เกิดขึ้นในระบบก๊าซ (Class III)

  ถ้าหลอด Bourdon ที่อยู่เหนือกระเปาะในระบบไอ (Class IIA หรือ IID) ความดันภายในหลอด Bourdon เท่ากับความดันไอในกระเปาะลบด้วยความดันของเหลวแนวตั้งในหลอด Capillary นั่นหมายความว่าความผิดพลาดในระดับของกระเปาะเท่ากับอัตราส่วนของความสูงของเหลวกับความดันไอภายในที่เปลี่ยนแปลงตามย่านอุณหภูมิ มีการยืนยันอีกว่ามันเป็นข้อดีสำหรับผู้ผลิตในการจัดเตรียมความสัมพันธ์ที่กว้างกับความดันภายใน

 ถ้าระดับกระเปาะมีความสัมพันธ์ไปยังส่วนหุ้มภายนอกเป็น 20 ฟุต มันเป็นการแนะนำสำหรับผู้ใช้งานในการกำหนดค่าระดับนี้หรือต่ำลงมา สำหรับให้ผู้ผลิตทำการปรับเทียบให้เป็นไปตามระดับนั้น ระบบไอ (Class IIC) จะมีของเหลวภายในหลอด Capillary เฉพาะส่วนบนของย่านวัดดังนั้น จึงไม่แนะนำให้กระเปาะและส่วนหุ้มภายนอกอยู่ต่างระดับกัน เครื่องมือวัดจะไม่สามารถอ่านค่าได้ถูกต้องสำหรับอุณหภูมิที่กระเปาะทั้งที่เหนือกว่าและต่ำกว่าอุณหภูมิที่หลอด Capillary


- ความผิดพลาดจากความดันบรรยากาศ (Barometric Error)
 ความผิดพลาดจากความดันบรรยากาศจะไม่มีความสำคัญสำหรับระบบที่ทำงานบนพื้นฐานปริมาณ ดังเช่นระบบบรรจุด้วยของเหลว (Class I) และระบบบรรจุด้วยปรอท (Class V) ส่วนระบบบรรจุด้วยไอ (Class II) และระบบบรรจุด้วยก๊าซ (Class III) มีการทำงานบนพื้นฐานความดันจะมีความไวต่อความดันบรรยากาศที่เปลี่ยนแปลงโดยอัตราส่วนของความดันบรรยากาศเปลี่ยนแปลงกับความดันภายในเปลี่ยนแปลงเป็นไปตามย่านการวัด

ระบบเหล่านี้ถูกออกแบบให้มีความดันเปลี่ยนแปลงต่ำสุดเป็น 100 psi สำหรับย่านการวัดของเทอร์โมมิเตอร์ เมื่อความดันบรรยากาศเปลี่ยนแปลงสูงสุดเป็นประมาณ 0.4 psi ความผิดพลาดประเภทนี้จะเท่ากับหรือน้อยกว่า 0.4 เปอร์เซ็นต์ของย่านการวัด


-การติดตั้ง (Installation)
 ระบบวัดอุณหภูมิแบบ Filled โดยทั่วไปถูกติดตั้งกับถังหรือตามท่อโดยจะใช้ข้อต่อชนิดต่างๆ ตามความเหมาะสมกับสภาวะของไหลในกระบวนการที่ต้องการวัดและค่าใช้จ่ายในการจัดเตรียมข้อต่อเหล่านี้ ตัวอย่างที่มีการใช้งานกันอยู่ทั่วไปจะเป็นข้อต่อยูเนียน, หน้าแปลน หรือจุดต่อร่วมกับหน้าแปลนดังแสดงในรูปที่ 13   

รูปที่ 13 ตัวอย่างการติดตั้งกับถังด้วยข้อต่อต่าง ๆ

    แบบที่ 1 ถูกใช้เมื่อต้องการนำไปต่อกับอุปกรณ์โดย Bushing หรือหน้าแปลน ใช้ในกรณีที่กระเปาะไม่มีการป้องกันหรือกระเปาะถูกป้องกันโดยเทอร์โมเวลส์ ถ้าไม่มีความจำเป็นต้องติดตั้งร่วมกับข้อต่อยูเนียนที่สามารถปรับความยาวได้ ตัวยูเนียนจะถูกเชื่อมไว้เพื่อป้องกันความดันภายในรั่ว อย่างไรก็ตามเมื่อมีความจำเป็นต้องใช้ยูเนียนปรับความยาว ต้องติดตั้งร่วมกับ Bushing เพื่อป้องกันความดันรั่วเช่นเดียวกัน

    การขยายก้านเพื่อยืดระยะระหว่างตัวแสดงค่าและกระเปาะอาจจะมีการจัดเตรียมระหว่างกระเปาะและยูเนียนดังแบบที่ 2 หรือระหว่างเกลียวภายนอกของ Bushing หรือเทอร์โมเวลส์ และน็อตหัวเหลี่ยม เกลียวภายนอกของ Bushing และเทอร์โมเวลส์จะมีขนาดมาตรฐานเป็น 1/2” NPT, 3/4”NPT และ 1” NPT

    ถ้ามีการนำไปใช้กับกระบวนการที่มีความดันต่ำ ๆ และการป้องกันความดันรั่วไหลอาจไม่จำเป็น การติดตั้งสามารถทำได้ดังแบบที่ 3 ซึ่งจะทำให้ค่าใช้จ่ายถูกลง โดยทั่วไปหน้าแปลนจะเป็นชิ้นส่วนประกอบเข้าด้วยกัน ดังนั้นจึงสามารถติดตั้งหรือถอดออกได้ง่าย

 
เอกสารอ้างอิง
[1] ASME PTC 19.3-1974, Supplement to ASME Performance test codes Part 3 Temperature Measurement.