Cảm biến nhiệt độ thermocouple

Cảm biến nhiệt độ thermocouple, cảm biến nhiệt độ rtd pt100, nhiệt kế, hỏa quang kế đều có chức năng để đo nhiệt độ. Vậy vì sau thermocouple lại được sử dụng nhiều nhất? Các bạn cùng xem bài viết này để hiểu rõ nguyên nhân vì sao nhé!

Yeah!

Cùng đọc nào, các bạn!

Cảm biến nhiệt độ thermocouple là gì?

Khi nói cặp nhiệt điện, cặp nhiệt ngẫu có lẽ anh em kỹ thuật sẽ dễ biết hơn là gọi tên cảm biến nhiệt độ thermocouple đúng không nào?

Vâng,

Cảm biến nhiệt độ thermocouple chính là các cặp nhiệt điện mà chúng ta hay bắt gặp trong nhà máy đấy. Ngoài ra chúng còn hay được gọi là can nhiệt loại K, T, R, S…

Cặp nhiệt điện thermocouple thì được nhà bác học Thomas Seebeck tìm và phát minh ra. Một nhà bác học, vật lý học nổi tiếng của nước Đức. Và từ đó người ta thường gắn bên ông với phát minh này, hiệu ứng Seebeck.

Mạch thermocouple

Nhờ hiệu ứng Seebeck mà ngày nay chúng ta có được phương pháp đo được nhiệt độ ở những dải nhiệt, phạm vi nhiệt rất cao. Hiệu ứng này cho phép chúng ta đo được nhiệt độ lên đến hơn 1700°C

Vậy nguyên lý này là gì? Làm sao để đo được nhiệt độ cao? Chúng ta cùng tìm hiểu nhé!

Nguyên lý của hiệu ứng Seebeck

Hiệu ứng Seebeck nói rằng: Một cặp nhiệt điện bao gồm hai dây dẫn A và B có cấu tạo bởi 2 vật liệu khác nhau.  Tại mối nối chung của 2 dây dẫn có nhiệt độ  quy định là T1, và ở hai đầu tự do của cặp nhiệt điện có nhiệt độ quy định là T2.

Hiệu ứng Seebeck

Sức điện động nhiệt điện E có giá trị lớn hay nhỏ phụ thuộc vào vật liệu của 2 dây A, B và sự sai biệt về nhiệt độ giữa 2 đầu T1 và T2.

Ở đầu tự do của cặp nhiệt điện đưa ra tín hiệu điện áp thấp ở mức milivon.

Tín hiệu điện áp gia tăng theo khi nhiệt độ đo gia tăng và cũng phụ thuộc vào chất liệu được sử dụng ở hai dây của cặp nhiệt điện.

Trong thực tế nhà sản xuất sẽ lắp thêm các bộ phận để bảo vệ và tăng tính ổn định, giảm sai số khi chế tạo cảm biến nhiệt độ thermocouple.

Cảm biến nhiệt độ thermocouple bao gồm những loại nào?

Bảng quy ước màu dây thermocouple

Mình chia sẻ với các bạn một số cặp nhiệt điện (cảm biến nhiệt độ thermocouple) phổ biến mà anh em kỹ thuật thường sử dụng để đo đạc, kiểm soát nhiệt độ trong hệ thống ở nhà máy như sau:

• Can nhiệt loại K (Niken-Crom / Niken-Alumel): Phạm vi nhiệt độ: loại -270°C đến 1260°C
• Cặp nhiệt điện loại J (Sắt / Constantan): Phạm vi nhiệt độ: -210°C đến 760°C
• Cặp nhiệt thermocouple loại T (Đồng / Constantan): Phạm vi nhiệt độ: -270°C đến 370°C
• Cảm biến nhiệt độ thermocouple loại E (Niken-Crom / Constantan): Phạm vi nhiệt độ: -270°C đến 870°C
• Cặp nhiệt điện loại N (Nicrosil / Nisil): Phạm vi nhiệt độ: -270°C đến 392°C
• Thermocouple loại S (Bạch kim Rhodium – 10% / Bạch kim): Phạm vi nhiệt độ: -50°C đến 1480°C
• Can nhiệt loại R (Platinum Rhodium -13% / Bạch kim): Phạm vi nhiệt độ: -50°C đến 1480°C
• Cặp nhiệt điện loại B (Platinum Rhodium – 30% / Platinum Rhodium – 6%): Phạm vi nhiệt độ: 0°C đến 1700°C

So sánh cảm biến nhiệt độ thermocouple và cảm biến nhiệt độ RTD

• Chất liệu cảm biến:
  • Thermocouple: Dùng nhiều chất liệu như: sắt, đồng, niken, bạch kim, nisil…
  • RTD: đồng, Niken, Platinum. Chủ yếu là Platinum
• Đầu ra:
  • Thermocouple chỉ có 2 dây. Có phân biệt cực đấu
  • Rtd thì có loại 2 dây, 3 dây và 4 dây không phân biệt cực đấu
• Nguyên lý đo:
  • Cặp nhiệt điện: Đo bằng điện áp dựa trên hiệu ứng Seebeck
  • RTD: Đo bằng sự thay đổi của giá trị điện trở tương ứng với nhiệt độ
• Dải nhiệt đo được:
  • Cảm biến nhiệt độ thermocouple: Dải nhiệt rộng -200°C đến 1700°C
  • RTD: Chỉ đo được trong phạm vi từ -200°C đến 850°C
• Độ bền:
  • Thermocouple: Chịu được nhiệt độ cao, do đó sẽ bền hơn
  • RTD: Có độ bền kém hơn cặp nhiệt điện mặc dù chỉ dủng để đo dải nhiệt độ thấp
• Giá thành:
  • Cặp nhiệt điện: Có giá thành rẻ do cấu tạo đơn giản, dễ chế tạo
  • Cảm biến nhiệt độ RTD: Giá thành khá cao, do chất liệu và cấu tạo phức tạp hơn
• Kích thước: Cả 2 loại khá tương đồng nhau nhưng thermocouple thì nhỏ gọn hơn chút
• Độ ổn định:
  • Cảm biến nhiệt thermocouple: Đo nhiệt độ cao thì độ tuyến tính thấp, không ổn định như RTD
  • RTD: Có độ ổn định cao, độ lặp lại phép đo tốt

Cần lưu ý gì khi chọn cảm biến nhiệt độ thermocouple

Theo kinh nghiệm của mình cũng như chia sẻ của anh em kỹ thuật trên các diễn đàn lớn như webdien, codientu, hvac…thì các bạn cần lưu ý một vài vấn đề sau để có thể chọn được cho mình một cảm biến nhiệt độ thermocouple đúng yêu cầu mà phù hợp với chi phí dự án:

• Quan trọng nhất vẫn là thang đo, điều này quyết định đến 99% rằng thiết bị bạn mua về có sử dụng được hay là không? Bạn cần xác định ước lượng phạm vi nhiệt độ cần đo để chọn được giới hạn hay phạm vi nhiệt độ của cặp nhiệt điện cho đúng.
• Vị trí lắp đặt, để chọn được độ dài cảm biến, kích thước dây dẫn
• Môi trường lắp đặt để xác định xem chọn vật liệu vỏ bằng gì? Có cần dùng thêm thermowell hay không?
• Độ chính xác yêu cầu, quyết định đến việc bạn sẽ chọn loại can nhiệt nào?
• Cuối cùng là giá thành, chi phí để chọn lựa giữa sản phẩm có thương hiệu, xuất xứ, tiêu chuẩn cao hay bình thường

Thermocouple

Mình hy vọng rằng, qua bài viết này, các bạn có thể hiểu được thế nào là cảm biến nhiệt độ thermocouple hay cặp nhiệt điện. Biết được chúng hoạt động dựa trên nguyên lý nào. Và nắm được những đặc điểm khác nhau giữa hai loại cảm biến đo nhiệt độ thường dùng là thermocouple và rtd. Cũng như nắm được cách chọn một cặp nhiệt điện sao cho đúng và hiệu quả nhất.

Chúc các bạn thành công! Đừng quên để lại bình luận phản bác hay đồng tình với bài viết của mình nhé!