การวัดอุณหภูมิที่แม่นยำด้วย Arduino โดยใช้เซ็นเซอร์ K เทอร์โมคัปเปิล MAX6675 และการชดเชยจุดแยกเย็นโดยใช้ SPI

การวัดอุณหภูมิที่แม่นยำถือเป็นสิ่งสำคัญในการใช้งานหลายประเภท ตั้งแต่อุตสาหกรรมไปจนถึงระบบอัตโนมัติในบ้าน ในบทความนี้ เราจะสำรวจวิธีใช้เซ็นเซอร์เทอร์โมคัปเปิล K MAX6675 ร่วมกับ Arduino เพื่อให้ได้รับการวัดอุณหภูมิที่แม่นยำ นอกจากนี้ เราจะได้เรียนรู้วิธีชดเชยจุดเชื่อมต่อความเย็นโดยใช้อินเทอร์เฟซการสื่อสาร SPI หากคุณสนใจที่จะเจาะลึกโลกแห่งการวัดอุณหภูมิอันน่าทึ่งด้วย Arduino โปรดอ่านต่อ!

วิธีการวัดอุณหภูมิโดยใช้เทอร์โมคัปเปิลที่มีประสิทธิภาพ

การวัดอุณหภูมิที่แม่นยำถือเป็นสิ่งสำคัญในการใช้งานที่หลากหลาย ตั้งแต่อุตสาหกรรมไปจนถึงการวิจัยทางวิทยาศาสตร์ หนึ่งในวิธีการวัดอุณหภูมิที่ใช้และมีประสิทธิภาพมากที่สุดคือการใช้เทอร์โมคัปเปิล

เทอร์โมคัปเปิลเป็นอุปกรณ์ที่สร้างแรงดันไฟฟ้าที่แตกต่างกันเพื่อตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ ประกอบด้วยโลหะสองชนิดที่แตกต่างกันซึ่งเชื่อมต่อกันที่ปลายด้านหนึ่ง เรียกว่าหัวต่อการวัด และเชื่อมต่อกับโวลต์มิเตอร์ที่ปลายอีกด้านหนึ่ง เมื่ออุณหภูมิที่จุดเชื่อมต่อการวัดเปลี่ยนแปลง ความต่างศักย์ไฟฟ้าจะถูกสร้างขึ้นตามสัดส่วนของอุณหภูมิ

มีวิธีการวัดอุณหภูมิที่มีประสิทธิภาพหลายวิธีโดยใช้เทอร์โมคัปเปิล ด้านล่างนี้คือสิ่งที่พบบ่อยที่สุด:

1. วิธีการเปรียบเทียบแรงดันไฟฟ้า: วิธีการนี้ประกอบด้วยการเปรียบเทียบความต่างแรงดันไฟฟ้าที่เกิดจากเทอร์โมคัปเปิลกับความต่างศักย์ไฟฟ้าที่เกิดจากการอ้างอิงอุณหภูมิที่ทราบ โวลต์มิเตอร์ใช้ในการวัดทั้งความแตกต่างของแรงดันไฟฟ้า และด้วยการคำนวณทางคณิตศาสตร์ อุณหภูมิที่ไม่ทราบจะถูกกำหนด

2. วิธีการชดเชยอุณหภูมิห้อง: ในวิธีนี้ เทอร์โมคัปเปิลตัวที่สองที่เชื่อมต่อกับอุณหภูมิอ้างอิงที่ทราบจะใช้ในการวัดอุณหภูมิโดยรอบ ความแตกต่างของแรงดันไฟฟ้าที่เกิดจากเทอร์โมคัปเปิลตัวที่สองนี้ใช้เพื่อชดเชยความแปรผันของอุณหภูมิโดยรอบ และได้รับการวัดอุณหภูมิที่แม่นยำยิ่งขึ้นที่จุดเชื่อมต่อการวัด

3. วิธีการสอบเทียบจุดคงที่: วิธีการนี้อิงจากการสอบเทียบเทอร์โมคัปเปิลโดยใช้จุดอ้างอิงคงที่ เช่น จุดหลอมเหลวของน้ำแข็งและจุดเดือดของน้ำ การวัดจะดำเนินการที่จุดที่ทราบเหล่านี้ และกำหนดค่าสัมประสิทธิ์การแก้ไขซึ่งช่วยให้สามารถปรับการวัดในช่วงอุณหภูมิอื่นๆ ได้

4. วิธีการสอบเทียบโดยเส้นโค้งการสอบเทียบ: ในวิธีนี้ จะมีการวัดชุดที่อุณหภูมิต่างกันโดยใช้เทอร์โมมิเตอร์อ้างอิงและเทอร์โมคัปเปิล ข้อมูลที่ได้รับจะใช้ในการสร้างกราฟการสอบเทียบซึ่งสัมพันธ์ระหว่างความต่างศักย์ไฟฟ้าที่สร้างโดยเทอร์โมคัปเปิลกับอุณหภูมิ เส้นโค้งนี้ใช้เพื่อแปลงการวัดความแตกต่างของแรงดันไฟฟ้าเป็นการวัดอุณหภูมิในภายหลัง

ทุกสิ่งที่คุณจำเป็นต้องรู้เกี่ยวกับการทำงานของโมดูล MAX6675

โมดูล MAX6675 เป็นอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ใช้ในการวัดอุณหภูมิโดยใช้เทอร์โมคัปเปิลชนิด K มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในโครงการอิเล็กทรอนิกส์และระบบอัตโนมัติเนื่องจากมีความแม่นยำสูงและใช้งานง่าย

คุณสมบัติหลัก:
- ความแม่นยำสูง: โมดูล MAX6675 สามารถวัดอุณหภูมิในช่วง -200°C ถึง +1.200°C ด้วยความแม่นยำ ±2°C ทำให้เหมาะสำหรับการใช้งานที่ต้องการการวัดที่แม่นยำ
- อินเทอร์เฟซ SPI: โมดูลสื่อสารกับไมโครคอนโทรลเลอร์ผ่านอินเทอร์เฟซอุปกรณ์ต่อพ่วงแบบอนุกรม (SPI) ซึ่งทำให้เชื่อมต่อและกำหนดค่าในโครงการต่างๆ ได้อย่างง่ายดาย
- การชดเชยจุดเชื่อมต่อความเย็น: MAX6675 ได้รับการออกแบบมาเพื่อชดเชยอุณหภูมิโดยรอบและความต่างศักย์ไฟฟ้าที่จุดเชื่อมต่อความเย็นของเทอร์โมคัปเปิล ช่วยเพิ่มความแม่นยำในการวัด
- การใช้พลังงานต่ำ: โมดูลนี้มีการใช้พลังงานต่ำ ทำให้เหมาะสำหรับการใช้งานที่มีพลังงานจำกัด

การเชื่อมต่อและการกำหนดค่า:
โมดูล MAX6675 เชื่อมต่อกับไมโครคอนโทรลเลอร์โดยใช้พินสี่พิน: SCK (นาฬิกาอนุกรม), CS (เลือกชิป), MISO (เอาต์พุตทาสอินพุตหลัก) และ VCC (5V) นอกจากนี้ จะต้องเชื่อมต่อเทอร์โมคัปเปิลชนิด K เข้ากับพินที่สอดคล้องกันของโมดูล

ในการกำหนดค่าโมดูลและทำการวัด ต้องปฏิบัติตามขั้นตอนต่อไปนี้:
1. เริ่มต้นการสื่อสาร SPI กับไมโครคอนโทรลเลอร์
2. ตั้งค่าโมดูลเป็นโหมดการวัดต่อเนื่อง
3. อ่านข้อมูลอุณหภูมิจาก MAX6675 ผ่านการสื่อสาร SPI
4. ทำการคำนวณที่จำเป็นเพื่อให้ได้อุณหภูมิเป็นองศาเซลเซียสหรือฟาเรนไฮต์ ขึ้นอยู่กับความต้องการของโครงการ

สิ่งสำคัญคือต้องทราบว่าไมโครคอนโทรลเลอร์แต่ละตัวสามารถมีไลบรารีหรือไลบรารีของตัวเองเพื่อโต้ตอบกับโมดูล MAX6675 ซึ่งอำนวยความสะดวกในการใช้งานบนแพลตฟอร์มที่แตกต่างกัน

การใช้งาน:
โมดูล MAX6675 ใช้ในการใช้งานที่หลากหลาย เช่น:
– การควบคุมอุณหภูมิในระบบปรับอากาศและระบบทำความร้อน
– การตรวจวัดอุณหภูมิในระบบทำความเย็นและแช่แข็ง
– การควบคุมอุณหภูมิในกระบวนการทางอุตสาหกรรม
– การตรวจวัดอุณหภูมิในระบบรักษาความปลอดภัยและป้องกันอัคคีภัย

รายละเอียดการทำงานเซ็นเซอร์วัดอุณหภูมิเทอร์โมคัปเปิล

เซ็นเซอร์วัดอุณหภูมิเทอร์โมคัปเปิลเป็นอุปกรณ์ที่ใช้ในการวัดอุณหภูมิของวัตถุหรือสภาพแวดล้อม การทำงานของมันขึ้นอยู่กับหลักการของเทอร์โมอิเล็กทริกซึ่งกำหนดว่ามีความสัมพันธ์ระหว่างอุณหภูมิและการสร้างความต่างศักย์ไฟฟ้าในวงจรปิดที่เกิดจากโลหะสองชนิดที่แตกต่างกัน

เมื่อปลายด้านหนึ่งของเทอร์โมคัปเปิลสัมผัสกับอุณหภูมิที่แตกต่างจากปลายอีกด้านหนึ่ง อุณหภูมิจะต่างกันเกิดขึ้นในวงจร ความแตกต่างของอุณหภูมินี้สร้างความต่างศักย์ไฟฟ้าที่เรียกว่าแรงเคลื่อนไฟฟ้า (EMF) ซึ่งสามารถวัดและใช้ในการกำหนดอุณหภูมิได้

ส่วนประกอบของเซนเซอร์วัดอุณหภูมิเทอร์โมคัปเปิล

เซ็นเซอร์วัดอุณหภูมิเทอร์โมคัปเปิลประกอบด้วยส่วนประกอบดังต่อไปนี้:

1. คู่โลหะ: เทอร์โมคัปเปิลประกอบด้วยโลหะสองชนิดที่เชื่อมต่อกันที่จุดหนึ่งเรียกว่าจุดเชื่อมต่อการวัด โลหะที่ใช้กันมากที่สุดคือโครเมียม-นิกเกิล (โครโมเอล-อลูเมล) และเหล็ก-คอนสแตนแทน โลหะแต่ละคู่มีเส้นโค้งระหว่างแรงดันไฟฟ้า-อุณหภูมิที่แตกต่างกัน ทำให้สามารถวัดอุณหภูมิได้หลากหลาย

2. สายต่อ: สายต่อเชื่อมต่อกับปลายของเทอร์โมคัปเปิลและใช้เพื่อส่งสัญญาณแรงดันไฟฟ้าที่สร้างโดยเทอร์โมคัปเปิลไปยังอุปกรณ์ตรวจวัด เช่น เทอร์โมมิเตอร์หรือเครื่องบันทึกข้อมูล สายเคเบิลเหล่านี้ทำจากวัสดุชนิดเดียวกับเทอร์โมคัปเปิลเพื่อหลีกเลี่ยงไม่ให้มีจุดเชื่อมต่อเพิ่มเติมซึ่งอาจส่งผลต่อความแม่นยำของการวัด

3. ตัวเชื่อมต่อ: ขั้วต่อคือจุดเชื่อมต่อระหว่างสายต่อและอุปกรณ์วัด โดยปกติจะเป็นขั้วต่อชนิดเทอร์โมคัปเปิลซึ่งช่วยให้เชื่อมต่อได้ง่ายและปลอดภัย

4. การป้องกัน: เทอร์โมคัปเปิลอาจต้องมีการป้องกันเพิ่มเติม ขึ้นอยู่กับการใช้งาน ตัวอย่างเช่น ในสภาพแวดล้อมที่รุนแรงหรือมีการสั่นสะเทือนสูง สามารถใช้ปลอกป้องกันเพื่อปกป้องเทอร์โมคัปเปิลจากความเสียหายทางกลหรือทางเคมี

หลักการทำงาน

เมื่อปลายด้านหนึ่งของเทอร์โมคัปเปิลสัมผัสกับอุณหภูมิที่แตกต่างจากปลายอีกด้านหนึ่ง อุณหภูมิที่แตกต่างกันจะเกิดขึ้นที่จุดตรวจวัด ความแตกต่างของอุณหภูมินี้จะสร้าง EMF ในวงจรเทอร์โมคัปเปิล ซึ่งแปรผันตามความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างปลายทั้งสอง

เพื่อน ๆ เรามาถึงตอนท้ายของบทความที่น่าตื่นเต้นนี้เกี่ยวกับวิธีวัดอุณหภูมิอย่างแม่นยำโดยใช้ Arduino และเซ็นเซอร์เทอร์โมคัปเปิล MAX6675 K ใครจะรู้ว่าอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์อาจร้อนขนาดนี้!

ฉันหวังว่าตอนนี้คุณจะพร้อมมากขึ้นกว่าเดิมในการวัดอุณหภูมิของโครงการของคุณด้วยความแม่นยำเหมือนศัลยแพทย์ แต่เดี๋ยวก่อน! อย่าลืมชดเชยจุดเชื่อมต่อที่เย็นเสมอ ซึ่งถึงแม้มันอาจจะฟังดูเหมือนวงดนตรีร็อค แต่ก็เป็นสิ่งสำคัญอย่างยิ่งเพื่อให้ได้ผลลัพธ์ที่น่าเชื่อถือ

คุณรู้ไหมว่า หากคุณต้องการเป็นผู้เชี่ยวชาญด้านการวัดอุณหภูมิ อย่าลังเลที่จะนำ Arduino ของคุณออกมาและนำทุกสิ่งที่คุณได้เรียนรู้จากที่นี่ไปปฏิบัติจริง และหากคุณรู้สึกไม่สบายใจกับแนวคิดใดๆ โปรดจำไว้ว่าที่ Polaridades เราจะคอยอุ่นเครื่องคุณด้วยเนื้อหาที่น่าสนใจเสมอ

ไว้คราวหน้าเพื่อนๆ เทอร์โมคัปเปิล และขอให้การวัดของคุณ 'อยู่ที่จุดสูงสุด' เสมอ