ท่อป้องกันเซ็นเซอร์วัดอุณหภูมิ (Thermowell)เป็นอุปกรณ์ทรงกระบอกที่ใช้ป้องกัน เซ็นเซอร์วัด อุณหภูมิที่ติดตั้งเพื่อตรวจสอบกระบวนการทางอุตสาหกรรมท่อป้องกันเซ็นเซอร์ประกอบด้วยท่อที่ปิดปลายด้านหนึ่งและติดตั้งบนผนังของท่อหรือภาชนะที่ของเหลวที่ต้องการวัดไหลผ่าน เซ็นเซอร์วัดอุณหภูมิ เช่นเทอร์โมมิเตอร์ เทอร์โมคัปเปิลหรือตัวตรวจจับอุณหภูมิแบบความต้านทานจะถูกเสียบเข้าไปในปลายเปิดของท่อ ซึ่งโดยปกติจะอยู่ในที่โล่งภายนอกท่อหรือภาชนะและฉนวนกันความร้อน ใด ๆ

ในทางเทอร์โมไดนามิกส์ของเหลวในกระบวนการจะถ่ายเทความร้อนไปยังผนังของเทอร์โมเวลล์ ซึ่งจะถ่ายเทความร้อนไปยังเซ็นเซอร์อีกที เนื่องจากมีมวลมากกว่าในชุดประกอบเซ็นเซอร์-เวลล์เมื่อเทียบกับโพรบที่จุ่มลงในของเหลวโดยตรง การตอบสนองของเซ็นเซอร์ต่อการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิจึงช้าลงเมื่อเพิ่มเทอร์โมเวลล์เข้าไป หากเซ็นเซอร์เสีย สามารถเปลี่ยนได้ง่ายโดยไม่ต้องระบายภาชนะหรือท่อ เนื่องจากมวลของเทอร์โมเวลล์ต้องถูกทำให้ร้อนถึงอุณหภูมิของของเหลว และเนื่องจากผนังของเทอร์โมเวลล์นำความร้อนออกจากกระบวนการ ความแม่นยำและการตอบสนองของเซ็นเซอร์จึงลดลงเมื่อเพิ่มเทอร์โมเวลล์เข้าไป^{[ 1 ]}

ตามธรรมเนียมแล้ว ความยาวของเทอร์โมเวลล์จะอิงตามระดับการสอดเข้าไปเมื่อเทียบกับเส้นผ่านศูนย์กลางของผนังท่อ แต่ธรรมเนียมนี้ไม่ถูกต้อง เพราะอาจทำให้เทอร์โมเวลล์เสี่ยงต่อการสั่นสะเทือน ที่เกิดจากกระแสของเหลว และการแตกหักจากความล้าเมื่อคำนวณข้อผิดพลาดในการวัดสำหรับการติดตั้งแล้ว สำหรับท่อหุ้มฉนวนหรืออุณหภูมิของของเหลวใกล้เคียงกับอุณหภูมิแวดล้อม โดยไม่รวม ผลกระทบ จากการแผ่รังสีความร้อนข้อผิดพลาดจากการนำความร้อนจะน้อยกว่าหนึ่งเปอร์เซ็นต์ตราบใดที่ปลายเทอร์โมเวลล์สัมผัสกับกระแสของเหลว แม้แต่ใน การติดตั้งแบบหน้า แปลนก็ตาม ข้อโต้แย้งสำหรับการออกแบบที่ยาวกว่านั้นอิงตามแนวคิดดั้งเดิม แต่ไม่ค่อยได้รับการพิสูจน์ เทอร์โมเวลล์ที่ยาวอาจใช้ในงานที่มีความเร็วต่ำหรือในกรณีที่ประสบการณ์ในอดีตสนับสนุนการใช้งาน ในท่อที่มีความแข็งแรงสูงในปัจจุบันและความเร็วของของเหลวที่สูงขึ้น การติดตั้งแต่ละครั้งจะต้องได้รับการตรวจสอบอย่างรอบคอบ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในกรณีที่ เกี่ยวข้องกับ เสียงสะท้อนในกระบวนการ

เวลาตอบสนองของเซ็นเซอร์ที่ติดตั้งนั้นขึ้นอยู่กับความเร็วของของเหลว เป็นส่วนใหญ่ และมากกว่าเวลาตอบสนองของเซ็นเซอร์เองอย่างมาก นี่เป็นผลมาจากมวลความร้อนของปลายท่อวัดอุณหภูมิ และสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อนระหว่างท่อวัดอุณหภูมิกับของเหลว

โดยทั่วไปแล้ว ท่อป้องกันเซ็นเซอร์วัดอุณหภูมิ (thermowell) จะถูกกลึงขึ้นจากแท่งโลหะ ที่เจาะรู เพื่อให้แน่ใจว่าเซ็นเซอร์พอดี (เช่น รูขนาด 0.260 นิ้ว พอดีกับเซ็นเซอร์ขนาด 0.250 นิ้ว) โดยทั่วไปแล้ว ท่อป้องกันเซ็นเซอร์วัดอุณหภูมิจะถูกติดตั้งในกระบวนการผลิตโดยใช้การเชื่อมต่อแบบเกลียว การเชื่อม ฝา ปิดแบบสุขอนามัย หรือการเชื่อมต่อแบบหน้าแปลน เซ็นเซอร์วัดอุณหภูมิจะถูกเสียบเข้าไปในปลายเปิดของท่อป้องกันเซ็นเซอร์วัดอุณหภูมิ และโดยทั่วไปจะมีสปริงดันไว้เพื่อให้แน่ใจว่าปลายด้านนอกของเซ็นเซอร์วัดอุณหภูมิสัมผัสกับปลายด้านในของท่อป้องกันเซ็นเซอร์วัดอุณหภูมิ ไม่แนะนำให้ใช้ส่วนที่เชื่อมสำหรับงานออกแบบที่มีความยาวมาก เนื่องจาก มีความเสี่ยงต่อ การกัดกร่อนและความล้า

ท่อป้องกันหัววัดอุณหภูมิ (thermowell) ทำหน้าที่ปกป้องเครื่องมือวัดจากแรงดัน แรงที่เกิดจากการไหล และผลกระทบทางเคมีของของเหลวในกระบวนการ โดยทั่วไปแล้ว ท่อป้องกันหัววัดอุณหภูมิจะทำจากแท่งโลหะ ปลายของท่อป้องกันอาจมีเส้นผ่านศูนย์กลางลดลง (เช่นเดียวกับ ท่อป้องกันหัววัดอุณหภูมิ แบบเรียวหรือแบบขั้นบันได) เพื่อเพิ่มความเร็วในการตอบสนอง

สำหรับความดันและอุณหภูมิต่ำอาจใช้เทฟลอน ในการทำเทอร์โมเวลล์ โดยทั่วไปจะใช้ สแตนเลส ชนิดต่างๆ และอาจใช้โลหะอื่นๆ สำหรับของเหลวในกระบวนการที่มีฤทธิ์กัดกร่อนสูง

ในบริเวณที่มีอุณหภูมิสูงและความแตกต่างของความดันน้อย อาจใช้ท่อป้องกันร่วมกับเทอร์โมคัปเปิลเปลือย ท่อป้องกันเหล่านี้มักทำจากอะลูมินาหรือ วัสดุ เซรามิก อื่นๆ เพื่อป้องกันการกัดกร่อนทางเคมีของแพลตินัมหรือองค์ประกอบเทอร์โมคัปเปิลอื่นๆ ท่อป้องกันเซรามิกอาจถูกสอดเข้าไปในท่อป้องกันภายนอกที่หนาซึ่งผลิตจากซิลิคอนคาร์ไบด์หรือวัสดุอื่นๆ ในกรณีที่ต้องการการป้องกันที่เพิ่มขึ้น

โดยทั่วไปแล้ว ท่อ ป้องกันหัววัด (thermowell) จะถูกติดตั้งในระบบท่อและอยู่ภายใต้แรงทั้งจากแรงดันน้ำและแรงดันอากาศการเกิดกระแสน้ำวนเป็นปัญหาหลักสำหรับท่อป้องกันหัววัดในงานที่มีการไหลขวาง และสามารถทำให้ท่อป้องกันหัววัดเกิดการสั่นพ้อง ซึ่งอาจนำไปสู่ความเสียหายจากความล้าไม่เพียงแต่กับท่อป้องกันหัววัดเท่านั้น แต่ยังรวมถึงเซ็นเซอร์วัดอุณหภูมิด้วย เงื่อนไขสำหรับการเกิดการสั่นพ้องที่เกิดจากการไหลโดยทั่วไปจะกำหนดการออกแบบของท่อป้องกันหัววัด นอกเหนือจากระดับแรงดันและวัสดุที่ใช้ในการผลิต การเคลื่อนที่ของท่อป้องกันหัววัดที่เกิดจากการไหลเกิดขึ้นทั้งในแนวเดียวกับและขวางทิศทางการไหล โดยแรงของของเหลวจะกระทำเพื่อทำให้ท่อป้องกันหัววัดโค้งงอ ในหลายการใช้งาน ส่วนประกอบขวางของแรงของของเหลวที่เกิดจากการเกิดกระแสน้ำวนมักจะเป็นตัวกำหนดการเริ่มต้นของการสั่นพ้องที่เกิดจากการไหล โดยมีความถี่ของแรงกระทำเท่ากับอัตราการเกิดกระแสน้ำวน ในของเหลวและในของเหลวอัดได้ที่มี แรงดันสูง จะมีส่วนประกอบของการเคลื่อนที่ในทิศทางการไหลที่เล็กกว่าแต่ก็มีความสำคัญเช่นกัน และเกิดขึ้นที่อัตราเกือบสองเท่าของอัตราการเกิดกระแสน้ำวน เงื่อนไขการสั่นพ้องในแนวเดียวกันอาจเป็นตัวกำหนดการออกแบบเทอร์โมเวลล์ที่ความเร็วของไหลสูง แม้ว่าแอมพลิจูดจะเป็นฟังก์ชันของพารามิเตอร์การหน่วงมวลหรือเลขสครูตันที่อธิบายปฏิสัมพันธ์ระหว่างเทอร์โมเวลล์กับของไหลก็ตาม

สัมประสิทธิ์แรงทางอากาศพลศาสตร์และความสัมพันธ์ของอัตราการหลุดร่วงของครีบขึ้นอยู่กับสิ่งที่เรียกว่าเลขเรย์โนลด์ที่ปลายปีก สำหรับเลขเรย์โนลด์ที่น้อยกว่า 100,000 ( เลขเรย์โนลด์ วิกฤต ) แรงหลุดร่วงจะมีพฤติกรรมที่ดีและนำไปสู่แรงกระทำเป็นคาบ สำหรับเลขเรย์โนลด์ที่เกี่ยวข้องกับวิกฤตแรงต้าน (ซึ่งรายงานครั้งแรกโดยกุสตาฟ ไอเฟล) 100,000 < Rd < 1,000,000-3,000,000 แรงหลุดร่วงจะสุ่มและมีขนาดลดลงตามไปด้วย ความผันผวนแบบสุ่มนั้นมีลักษณะเฉพาะด้วยสเปกตรัมฟูริเยร์ ซึ่งมีลักษณะเฉพาะด้วยแบนด์วิดท์สตรูฮาลและขนาดรากกำลังสองเฉลี่ยของสัมประสิทธิ์แรงทางอากาศพลศาสตร์ในทิศทางแรงยกและแรงต้าน

สำหรับท่อป้องกันเซ็นเซอร์วัดอุณหภูมิแบบแท่งเจาะรู รูปแบบความเสียหายที่พบบ่อยที่สุดคือ ความล้าจากการดัดงอที่ฐาน ซึ่งเป็นบริเวณที่มีความเค้นดัดงอมากที่สุด ในสภาวะการไหลที่รุนแรง (ของเหลวที่มีความเร็วสูง หรือก๊าซและไอระเหยที่มีความเร็วสูงและความดันสูง) อาจเกิดความเสียหายร้ายแรงได้ โดยความเค้นดัดงออาจเกินความแข็งแรงสูงสุดของวัสดุ สำหรับท่อป้องกันเซ็นเซอร์วัดอุณหภูมิที่ยาวมาก องค์ประกอบคงที่ของความเค้นดัดงออาจเป็นตัวกำหนดการออกแบบ ในการใช้งานที่ไม่หนักหน่วงมากนัก ความเสียหายจากความล้าจะค่อยเป็นค่อยไปและมักนำหน้าด้วยความเสียหายของเซ็นเซอร์หลายตัว ความเสียหายหลังนี้เกิดจากการเร่งความเร็วของปลายท่อป้องกันเซ็นเซอร์วัดอุณหภูมิขณะที่สั่น การเคลื่อนที่นี้ทำให้ชิ้นส่วนยกตัวขึ้นจากด้านล่างของท่อป้องกันเซ็นเซอร์วัดอุณหภูมิและกระแทกจนแตกเป็นชิ้นๆ ในกรณีที่มีการวัดความเค้นจากการเร่งความเร็ว ความเร่งของเซ็นเซอร์ในสภาวะเรโซแนนซ์มักเกิน 250 gและทำให้เครื่องวัดความเร่ง เสียหาย

ความถี่ธรรมชาติของโหมดการโค้งงอของท่อวัดอุณหภูมิขึ้นอยู่กับขนาดของท่อวัดอุณหภูมิ ความยืดหยุ่นของตัวรองรับ และขึ้นอยู่กับมวลของเซ็นเซอร์และมวลของของเหลวที่ล้อมรอบท่อวัดอุณหภูมิ ในระดับที่น้อยกว่า

มาตรฐาน การทดสอบประสิทธิภาพ ASME PTC 19.3TW-2016 (“19.3TW”) กำหนดเกณฑ์สำหรับการออกแบบและการใช้งานเทอร์โมเวลล์ที่รองรับอย่างแข็งแรง อย่างไรก็ตาม เทอร์โมเวลล์เหล่านี้ต้องผลิตจากแท่งโลหะหรือวัสดุที่ขึ้นรูปด้วยการตีขึ้นรูป โดยต้องเป็นไปตามข้อกำหนดด้านมิติและความคลาดเคลื่อนในการผลิตบางประการ การเคลือบ ปลอก ปลอกความเร็ว และพื้นผิวที่ผ่านการกลึงพิเศษ เช่น เกลียวหรือครีบ ถือว่าอยู่นอกขอบเขตของมาตรฐาน 19.3TW อย่างชัดเจน^{[ 2 ]}

ความเสียหายร้ายแรงของท่อป้องกันเทอร์โมมิเตอร์เนื่องจากความล้า ทำให้เกิดการรั่วไหลของโซเดียมและเกิดเพลิงไหม้ที่โรงไฟฟ้านิวเคลียร์มอนจูในประเทศญี่ปุ่นเมื่อปี 1995 นอกจากนี้ยังมีรายงานความเสียหายอื่นๆ ที่บันทึกไว้ในเอกสารทางวิชาการด้วย

มาตรฐาน ASME PTC 19.3 TW (2016) สำหรับเทอร์โมเวลล์ เป็นมาตรฐานที่ใช้กันอย่างแพร่หลายสำหรับเทอร์โมเวลล์ที่ผลิตจากแท่งโลหะ และรวมถึงเทอร์โมเวลล์ที่เชื่อมหรือขันเกลียวเข้ากับหน้าแปลน ตลอดจนเทอร์โมเวลล์ที่เชื่อมเข้ากับภาชนะหรือท่อในกระบวนการผลิต โดยมีหรือไม่มีอะแดปเตอร์เชื่อม แต่ไม่ได้คำนึงถึงความยืดหยุ่นหรือการบิดเบี้ยวของผนังท่อ

• การดัดงอ
• การวัดอุณหภูมิ
• ทฤษฎีลำแสงของทิโมเชนโก
• การสั่นสะเทือน

• PTC 19.3 การวัดอุณหภูมิของคณะกรรมการ
• ท่อป้องกันหัววัดสำหรับเซ็นเซอร์วัดอุณหภูมิและการวัดอุณหภูมิ - ขอขอบคุณและยกย่องคุณูปการของเรย์มอนด์ พีค็อก ที่มีต่อผลงานด้านการวัดอุณหภูมิ
• [www.nrc.gov  › docs การสั่นสะเทือนของท่อป้องกันเทอร์โมมิเตอร์ที่เกิดจากกระแสไหล - NRC]