"การทำความร้อนด้วยไฟฟ้า"

มีข้อได้เปรียบที่สำคัญคือความสามารถในการวัดอุณหภูมิและการควบคุมอุณหภูมิในการใช้งานสามารถทำได้สะดวกและมีประสิทธิภาพ เรามาศึกษาถึงความได้เปรียบดังกล่าวดังต่อไปนี้

1.    การวัดอุณหภูมิ

เครื่องวัดอุณหภูมิ สำหรับวัดอุณหภูมิของวัตถุแบ่งเป็นแบบสัมผัส ได้แก่ เครื่องวัดอุณหภูมิแบบหลอดแก้ว เครื่องวัดอุณหภูมิแบบเทอร์โมคับเปิล เครื่องวัดอุณหภูมิแบบตัวต้านทาน ฯลฯ กับแบบแผ่รังสี ได้แก่ เครื่อง Optical Pyrometer เครื่องวัดอุณหภูมิแบบการแผ่รังสี เป็นต้น ประเภทของเครื่องวัดอุณหภูมิแสดงไว้ในตารางที่ 1

เครื่องวัดอุณหภูมิแบบเทอร์โมคัปเปิลทำงานด้วยหลักการว่าแรงเคลื่อนไฟฟ้าจากความร้อนของเทอร์โมคัปเปิลจะแปรผันตามผลต่างอุณหภูมิระหว่างจุดเชื่อมต่อทั้งสอง เครื่องวัดอุณหภูมิแบบ ตัวต้านทานทำงานด้วยหลักการว่าความต้านทานจำเพาะของโลหะบริสุทธิ์ เช่น ทองคำขาว ฯลฯ  หรือของสารกึ่งตัวนำ เช่น ไทมิสเตอร์ ฯลฯ จะมีการเปลี่ยนแปลงที่แน่นอนอย่างหนึ่งเมื่ออุณหภูมิเปลี่ยนไป

เครื่อง Optical Pyrometer ทำงานด้วยการปรับความสว่างของไส้หลอดของหลอดไฟภายใน Pyrometer ให้เท่ากับวัตถุที่ต้องการวัดอุณหภูมิด้วยการเพิ่มหรือลดกระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านไส้หลอดของหลอดไฟ แล้วหาค่าอุณหภูมิด้วยค่าของกระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านไส้หลอดในขณะนั้น

เครื่องวัดอุณหภูมิแบบการแผ่รังสีทำงานด้วยการรวมพลังงานการแผ่รังสีจากวัตถุที่ต้องการวัดอุณหภูมิไว้บนแผ่นรับความร้อนแล้ววัดอุณหภูมิของแผ่นรับความร้อนนั้น นอกจากนี้ยังมี  เครื่องวัดแบบที่ใช้คุณลักษณะ Photoelectric ของสารกึ่งตัวนำ เช่น ซิลิกอน แคดเมียมซัลไฟด์ ฯลฯ ซึ่งมีความเที่ยงตรงสูงและนิยมใช้กันมากในระยะไม่กี่ปีมานี้

เครื่องวัดอุณหภูมิแบบการแผ่รังสีทำงานได้โดยไม่ต้องสัมผัส ดังนั้นจึงเหมาะจะใช้กับการวัดอุณหภูมิของวัตถุที่กำลังเคลื่อนที่อยู่หรือวัตถุที่มีอุณหภูมิสูง แต่จะไม่สามารถวัดอุณหภูมิที่แท้จริงได้เหมือนกับเครื่องวัดอุณหภูมิแบบเทอร์โมคับเปิล เนื่องจากจะได้รับอิทธิพลจาก Emissivity ของวัตถุที่ต้องการวัดอุณหภูมิ ค่า Emissivity จะขึ้นอยู่กับประเภทวัสดุและอุณหภูมิของวัตถุ นอกจากนี้ หากในทางผ่านของแสงมีไอน้ำ ควัน ฯลฯ จะเกิดผลกระทบทำให้ค่าที่อ่านได้ผิดเพี้ยนไป

เครื่องวัดอุณหภูมิแบบการแผ่รังสีที่ใช้สารกึ่งตัวนำแบ่งเป็นแบบสีเดียวกับแบบ 2 สี แบบแรกจะวัดพลังงานการแผ่รังสีของความยาวคลื่นเดียว ขณะที่แบบหลังจะวัดค่าที่ความยาวคลื่น 2 ชนิด เครื่องวัดอุณหภูมิแบบสองสีนอกจากจะช่วยลดผลกระทบของ Emissivity ของวัตถุที่ต้องการวัดแล้ว ยังลดผลกระทบของการดูดกลืนแสงและผลกระทบในกรณีที่วัตถุเป้าหมายมีขนาดเล็กกว่าขอบเขตการตรวจจับมากได้อีกด้วย

ตารางแสดงประเภท ช่วงการใช้งาน และความเที่ยงตรงของเครื่องวัดอุณหภูมิ

2. การควบคุมระบบให้ความร้อนด้วยไฟฟ้า

ในระบบให้ความร้อนด้วยไฟฟ้า สิ่งที่สำคัญคือการควบคุมอุณหภูมิ รูปที่ 1 แสดงพื้นฐานของเครื่องวัดในเตา ความต้านทาน ซึ่งจะตรวจวัดอุณหภูมิภายในเตาด้วยเทอร์โมคัปเปิลหรือตัวต้านทานสำหรับวัดอุณหภูมิ ส่งสัญญาณป้อนให้เครื่องวัด-ปรับทำงาน แล้วส่งสัญญาณไฟฟ้าให้เครื่องบังคับกำลัง ไฟฟ้าเพื่อปรับกำลังไฟฟ้าที่ป้อนให้แก่เตา (Heating Element) รูปที่ 2 แสดงหลักการของการควบคุมอัตโนมัติ ซึ่งทำงานด้วยหลักการว่า “หากค่าที่วัดได้สูงกว่าค่าที่ตั้งเอาไว้ให้ลดกำลังไฟฟ้าในการให้ความร้อนลง หากต่ำกว่าค่าที่ตั้งเอาไว้ให้เพิ่มกำลังไฟฟ้าในการให้ความร้อน” วนเวียนไปเรื่อยๆ เพื่อรักษาค่าที่วัดได้ให้ใกล้เคียงกับค่าที่ตั้งไว้

หน้าที่การทำงานของหน่วยประมวลผลสามารถแบ่งได้เป็นการควบคุม ON-OFF การควบคุม P การควบคุม I การควบคุม D เป็นต้น การควบคุมที่ใช้ทั้ง P, I และ D ร่วมกันเรียกว่า การควบคุม PID ซึ่งทำให้ลดค่า Offset ลงได้และสามารถควบคุมได้อย่างนุ่มนวล เครื่องบังคับกำลังไฟฟ้าจะใช้อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ เช่น ไทริสเตอร์ ฯลฯ เพื่อให้ปรับกำลังไฟฟ้าได้อย่างต่อเนื่อง วิธีควบคุมกำลังไฟฟ้านอกจากการควบคุมเฟสแล้ว ยังมีการใช้การควบคุมแบบไซเคิลอีกด้วย (รูปที่ 3) ในการควบคุมแบบไซเคิลจะมีข้อดีคือ จะเกิดฮาร์โมนิกขึ้นน้อยกว่าการควบคุมเฟส แต่อาจทำให้เกิดฟลิกเกอร์ของหลอดไฟขึ้นได้

รูปที่ 1 โครงสร้างพื้นฐาน                                         รูปที่ 2 หลักการของการควบคุมอัตโนมัติ

อุปกรณ์ควบคุมของระบบให้ความร้อนด้วยไฟฟ้า ปัจจุบันมีการนำไมโครคอมพิวเตอร์ มาใช้กันอย่างแพร่หลาย นอกจากควบคุมอุณหภูมิและการควบคุมซีเควนเชียลแล้ว ยังสามารถทำการควบคุมอัตโนมัติ บันทึกข้อมูล และยังเชื่อมต่อกับคอมพิวเตอร์แม่ข่าย เพื่อให้ควบคุมทั้งกระบวนการผลิตอีกด้วย

รูปที่ 3 การควบคุมกำลังไฟฟ้าด้วยไทริสเตอร์

ที่มา : คู่มือประกอบการฝึกอบรมผู้รับผิดชอบด้านพลังงานอาวุโสไฟฟ้า กรมพัฒนาพลังงานทดแทนและอนุรักษ์พลังงาน กระทรวงพลังงาน

"การทำความร้อนด้วยไฟฟ้า"