Cảm biến nhiệt độ trong công nghiệp

Cảm biến nhiệt độ trong công nghiệp có những tên gọi khác là như can nhiệt, cặp nhiệt, nhiệt điện trở. Đây là một thiết bị điện tử đo nhiệt độ của đối tượng cần đo và chuyển dữ liệu nhiệt độ đầu vào thành dữ liệu điện tử để hiển thị, ghi lại, giám sát hoặc điều khiển.

Tuy nhiên, để rõ hơn Cảm biến nhiệt độ trong công nghiệp. Mời bạn cùng tìm hiểu bài viết bên dưới của ĐẠI DƯƠNG CORP nhé!

Cảm biến nhiệt độ trong công nghiệp là gì?

Cảm biến nhiệt độ trong công nghiệp có những tên gọi khác là như can nhiệt, cặp nhiệt, nhiệt điện trở. Đây là một thiết bị điện tử đo nhiệt độ của đối tượng cần đo và chuyển dữ liệu nhiệt độ đầu vào thành dữ liệu điện tử để hiển thị, ghi lại, giám sát hoặc điều khiển.

Hiện nay, loại cảm biến được sử dụng phổ biến nhất là nhiệt kế, được sử dụng để đo nhiệt độ, chất lỏng và chất khí, ứng dụng trong các phòng nghiên cứu khoa học.

Đối với các loại cảm biến nhiệt thì có 2 yếu tố ảnh hưởng trực tiếp đến độ chính xác đó là “Nhiệt độ môi trường cần đo” và “Nhiệt độ cảm nhận của cảm biến”. Điều đó nghĩa là việc truyền nhiệt từ môi trường vào đầu đo của cảm biến nhiệt tổn thất càng ít thì cảm biến đo càng chính xác.

Điều này phụ thuộc lớn vào chất liệu cấu tạo nên phần tử cảm biến (cảm biến nhiệt đắt hay rẻ cũng do nguyên nhân này quyết định). Đồng thời ta cũng rút ra 1 nguyên tắc khi sử dụng cảm biến nhiệt đó là: Phải luôn đảm bảo sự trao đổi nhiệt giữa môi trường cần đo với phần tử cảm biến. Xét về cấu tạo chung thì cảm biến nhiệt có nhiều dạng.

Tuy nhiên, chiếc cảm biến được ưa chuộng nhất trong các ứng dụng thương mại và công nghiệp thường được đặt trong khung làm bằng thép không gỉ, được nối với một bộ phận định vị, có các đầu nối cảm biến với các thiết bị đo lường.

Cấu tạo của cảm biến nhiệt độ trong công nghiệp

Thiết bị đo cảm biến nhiệt độ thường được cấu chính từ 2 dây kim loại được gắn vào đầu nóng và đầu nạnh. Ngoài ra chúng còn được cấu tạo bởi các bộ phận như sau:

• Cảm biến: Bộ phận quan trọng nhất cho biết độ chính xác của toàn bộ thiết bị cảm biến. Bộ sản phẩm này được đặt bên trong vỏ bảo vệ sau khi đã kết nối với đầu nối.
• Dây kết nối: Bộ phận này được kết nối bằng 2, 3 hoặc 4 dây, phụ thuộc hoàn toàn vào điều kiện sử dụng đầu đo.
• Chất cách điện: Đây là bộ phận đóng vai trò làm chất cách điện ngừa đoản mạch và thực hiện cách điện giữa các dây nối với phần vỏ bảo vệ.
• Chất làm đầy: Là bột alumina được làm mịn, sấy khô và rung với chức năng là lắp đầy các khoảng trống để bảo vệ khỏi các tác động từ bên ngoài.
• Lớp vỏ: Bộ phận này được dùng làm bảo vệ bộ phận cảm biến, dây kết nối.
• Đầu kết nối: Thường được làm từ vật liệu cách điện, chứa cá bảng mạch cho phép kết nối với các điện trở.

Các loại cảm biến nhiệt độ hiện nay

Có nhiều loại CBNĐ khác nhau. Một số CBNĐ yêu cầu tiếp xúc trực tiếp với đối tượng vật lý đang được theo dõi (cảm biến nhiệt độ tiếp xúc), trong khi những cảm biến khác đo gián tiếp nhiệt độ của đối tượng (cảm biến nhiệt độ không tiếp xúc).

Thermocouple (Cặp nhiệt điện)

Cặp nhiệt điện (Viết tắc là T/C) là một thiết bị cảm biến nhiệt độ nhiệt điện mạch kín bao gồm hai dây dẫn bằng kim loại khác nhau được nối ở hai đầu. Dòng điện được tạo ra khi nhiệt độ ở một đầu nối khác với nhiệt độ ở đầu kia. Hiện tượng này được gọi là hiệu ứng Seebeck, là cơ sở để đo nhiệt độ của cặp nhiệt điện.

Một đầu được gọi là đầu nối nóng trong khi đầu kia được gọi là đầu nối lạnh. Điểm nối nóng (phần tử đo) được đặt bên trong vỏ bọc cảm biến và tiếp xúc với quá trình (process). Điểm nối lạnh, hoặc điểm nối tham chiếu, là điểm kết thúc bên ngoài quá trình (process) nơi nhiệt độ được biết và nơi điện áp được đo. (ví dụ: trong temperature transmitter, thẻ đầu vào của hệ thống điều khiển hoặc bộ điều hòa tín hiệu khác.)

Theo hiệu ứng Seebeck, điện áp đo được tại điểm nối lạnh tỷ lệ với sự chênh lệch nhiệt độ giữa điểm nối nóng và điểm tiếp giáp lạnh. Điện áp này có thể được gọi là điện áp Seebeck, điện áp nhiệt điện hoặc EMF nhiệt điện. Khi nhiệt độ tăng lên ở điểm nóng, điện áp quan sát được ở điểm lạnh cũng tăng không tuyến tính với nhiệt độ tăng. Mức độ tuyến tính của mối quan hệ nhiệt độ – điện áp phụ thuộc vào sự kết hợp của các kim loại được sử dụng để tạo ra T/C.

Các loại cặp nhiệt điện

Có nhiều loại T / C sử dụng các kết hợp kim loại khác nhau. Các tổ hợp này có các đặc tính đầu ra khác nhau xác định phạm vi nhiệt độ mà nó có thể đo và đầu ra điện áp tương ứng.

Có những loại T / C có thể đo nhiệt độ thấp tới – 270 ° C (-464 ° F) và những loại khác có thể đo lên đến 1768 ° C (3214 ° F).

RTD – (Nhiệt điện trở kim loại)

Nhiệt điện trở kim loại (RTD) dựa trên nguyên tắc điện trở của kim loại tăng khi nhiệt độ tăng – một hiện tượng được gọi là điện trở suất nhiệt (Thermal Resistivity). Do đó, phép đo nhiệt độ có thể được suy ra bằng cách đo điện trở của phần tử RTD.

RTD được cấu tạo bằng vật liệu điện trở có gắn các dây dẫn và thường được đặt trong một vỏ bọc bảo vệ. Vật liệu điện trở có thể là bạch kim, đồng hoặc niken, phổ biến nhất là bạch kim vì độ chính xác cao, độ lặp lại tuyệt vời và độ tuyến tính đặc biệt trong một phạm vi rộng và nó thể hiện sự thay đổi điện trở lớn theo mức độ thay đổi nhiệt độ.

Hai kiểu cảm biến RTD phổ biến nhất là loại dây quấn (wire-wound) và màng mỏng (thin film).

RTD dây quấn

Được sản xuất bằng cách quấn dây điện trở xung quanh trục gài bằng sứ hoặc bằng cách cuộn dây theo hình xoắn ốc được hỗ trợ trong vỏ bọc bằng sứ – do đó có tên là dây quấn.

RTD màng mỏng

Để sản xuất cảm biến RTD dạng màng mỏng, một lớp phủ điện trở mỏng được đặt trên một nền gốm phẳng (thường là hình chữ nhật).

Đồng và niken thường được sử dụng trong các ứng dụng công nghiệp ít quan trọng hơn do độ chính xác và độ tuyến tính hạn chế, và phạm vi nhiệt độ tương đối hẹp.

Các phần tử niken (Nickel elements) có một phạm vi nhiệt độ giới hạn vì lượng thay đổi của điện trở trên mỗi mức độ thay đổi của nhiệt độ trở nên rất phi tuyến tính ở nhiệt độ trên 300 ° C. Việc sử dụng RTD bằng niken đã giảm trong những năm qua do các hạn chế về hiệu suất của nó và vì chi phí của RTD Bạch kim hiện là một khoản chênh lệch rất nhỏ.

Đồng có mối quan hệ điện trở rất tuyến tính với nhiệt độ, nhưng vì đồng bị oxy hóa ở nhiệt độ vừa phải, không nên sử dụng đồng quá 150 ° C.

Đồng RTD thường được sử dụng trong các phép đo nhiệt độ cuộn dây của động cơ, máy phát điện và tuabin. RTD đồng 10 Ω đã phổ biến nhất trong những năm qua nhưng hiện đang nhường chỗ cho đến các loại 100 Ω (Pt100) và thậm chí 1000 Ω để có được độ phân giải tốt hơn, do đó cung cấp phép đo chính xác hơn.

Platinum (Bạch kim) RTD cũng đang ngày càng phổ biến cho các ứng dụng này. Do điều kiện khắc nghiệt trong các cuộn dây này và thực tế là không thể thay thế các cảm biến mà không cần tháo rời động cơ, nhiều nhà cung cấp và người dùng đang chọn RTD phần tử kép và một số đang sử dụng thiết kế RTD màng mỏng do khả năng chịu rung và tuổi thọ dài hơn.

Thermistor

Thermistor hay Nhiệt điện trở (là chữ ghép nối giữa “Thermal” và “Resistor”) là một điện trở nhạy với nhiệt. Một thay đổi nhỏ của nhiệt độ dẫn đến sự thay đổi điện trở của thermistor, sự thay đổi này chính xác và có thể dự đoán được. Mức độ thay đổi điện trở phụ thuộc vào thành phần độc đáo của nó.

Các loại nhiệt điện trở

Có hai loại nhiệt điện trở: Nhiệt điện trở NTC (Hệ số nhiệt độ âm) và nhiệt điện trở PTC (Hệ số nhiệt độ dương).

Sự khác biệt là nhiệt điện trở NTC thể hiện sự GIẢM điện trở khi nhiệt độ tăng lên, trong khi nhiệt điện trở PTC thể hiện sự TĂNG điện trở khi nhiệt độ tăng lên.

Các ứng dụng cho NTC và PTC Thermistors bao gồm:

• Bù nhiệt độ.
• Đo nhiệt độ.
• Kiểm soát nhiệt độ.
• Giới hạn dòng điện xâm nhập.

Lợi ích của NTC và PTC Thermistors

NTC Thermistors rất chắc chắn, đáng tin cậy và ổn định, đồng thời chúng được trang bị để xử lý các điều kiện môi trường khắc nghiệt và chống nhiễu tốt hơn các loại cảm biến nhiệt độ khác.

Kích thước nhỏ gọn: Các tùy chọn đóng gói cho phép chúng hoạt động trong không gian nhỏ hoặc chật hẹp; do đó chiếm ít diện tích hơn trên bảng mạch in.

Thời gian phản hồi nhanh: Kích thước nhỏ cho phép phản ứng nhanh với sự thay đổi nhiệt độ, điều này rất quan trọng khi cần phản hồi ngay lập tức.

Tiết kiệm chi phí: Không chỉ nhiệt điện trở ít tốn kém hơn so với các loại cảm biến nhiệt độ khác; nếu nhiệt điện trở đã mua có đường cong RT chính xác, không cần hiệu chuẩn nào khác trong quá trình lắp đặt hoặc trong thời gian hoạt động của nó.

Đối sánh điểm: Khả năng đạt được một điện trở cụ thể ở một nhiệt độ cụ thể.

Đối sánh đường cong: Các nhiệt điện trở có thể hoán đổi cho nhau với độ chính xác từ + 0,1˚C đến + 0,2˚C.

Các cân nhắc lựa chọn chung

Cho dù lắp đặt một hệ thống mới hay chỉ thay thế một thiết bị trong hệ thống hiện có, bạn nên cân nhắc những điểm chính này trước khi thực hiện lựa chọn của mình để đảm bảo kết quả mong muốn.

Điện trở cơ sở: Nếu bạn đang lắp đặt một ứng dụng mới, hãy nhớ chọn điện trở cơ sở phù hợp dựa trên các yêu cầu ứng dụng của bạn. Nếu bạn đang thay thế một nhiệt điện trở, hãy đảm bảo phù hợp với điện trở cơ sở hiện tại.

Điện trở so với Đường cong nhiệt độ: Nếu bạn đang lắp đặt một ứng dụng mới, hãy xác định mối quan hệ giữa điện trở và đường cong nhiệt độ chính xác. Nếu bạn đang thay thế một thiết bị, hãy đảm bảo khớp với thông tin từ nhiệt điện trở hiện có.

Bao bì nhiệt điện trở: Đảm bảo rằng bao bì đã chọn đáp ứng các yêu cầu ứng dụng của bạn.

Ứng dụng của cảm biến nhiệt độ trong đời sống hàng ngày

Cảm biến nhiệt độ hiện nay được ứng dụng nhiều dùng để đo nhiệt độ trong các lĩnh vực của cuộc sống, chi tiết như sau:

• Những loại nhiệt kế điện tử, bán dẫn, can nhiệt được sử dụng trong công nông nghiệp.
• Nhiệt kế điện tử sử dụng phổ biến đo nhiệt độ trong xe hơi, nước, sữa, chất lỏng khác.
• Cảm biến nhiệt điện trở kim loại sử dụng phổ biến trong công nghiệp nhiệt lạnh
• Cặp nhiệt điện loại K, T, R, S, B sử dụng phổ biến trong gia công vật liệu và hóa chất.
• Nhiệt kế được sử dụng đo nhiệt độ cơ thể.

Mong rằng qua bài viết trên đây của ĐẠI DƯƠNG CORP thì bạn đã biết được Cảm biến nhiệt độ trong công nghiệp nhé!