CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ 9CAN NHIỆT) VÀ ỨNG DỤNG TRONG CÔNG NGHIỆP

CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ (CAN NHIỆT) VÀ ỨNG DỤNG TRONG CÔNG NGHIỆP

Cảm biến đo nhiệt độ là gì?

Là cảm biến được sử dụng để đo nhiệt độ, khi nhiệt độ thay đổi thì các cảm biến sẽ đưa ra một dạng tín hiệu mà từ tín hiệu này các bộ đọc sẽ đọc được và quy ra nhiệt độ. Với mỗi loại cảm biến sẻ có dạng tín hiệu khác nhau. Có loại thì đưa ra tín hiệu điện trở, được gọi là nhiệt điện trở hoặc có tên gọi khác là RTD. Thông thường là cảm biến Pt100, Pt1000, Pt50, CU50. Có loại đưa ra tín hiệu mV được gọi là cặp nhiệt và nó chỉ có hai dây tín hiệu ra. Thông thường là cảm biến K, R, S, B,T,E.

Ngoài ra cảm biến nhiệt độ còn có loại chuyên dùng trong phòng hoặc trong đường ống có phạm vi thấp và chính xác cao. Với loại cảm biến này có ngõ ra tín hiệu 4-20mA, 0-10VDC hoặc RS485. Với loại cảm biến này thì tích hợp cảm biến nhiệt độ và cảm biến đo ẩm bên trong với hai ngõ ra riêng biệt.

1. Cảm biến nhiệt độ PT100.

Là loại cảm biến khi nhiệt độ thay đổi khi tín hiệu của nó sẻ thay đổi theo tín hiệu điện trở.Các loại cảm biến nhiệt độ dạng điện trở Pt là ký hiệu hóa học cho bạch kim (Platium) và nó cũng chính là thành phần cấu tạo nên cảm biến. Các dòng khác có thể sử dụng Cu (đồng) hoặc Ni (Niken) tương ứng. Tương tự như vậy đối với Pt50, Cu50, Cu100… Gọi là Pt100, là vì khi ở nhiệt độ 0 độ C thì điện trở của nó là 100 ohm. Và từ đây bạn cũng có thể hiểu tại sao gọi là cảm biến Pt1000 và Pt50. Và nói tới độ chính xác thì Pt1000 là loại cảm biến có độ chính xác cao nhất. Thông thường nhiệt độ của RTD là -200~500 độ C, -50-150 độ C, -200~300 độ C.

Các dãy đo thông dụng của cảm biến Pt100:

• Dãy đo 0 ÷ 100°C
• Dãy đo 0 ÷ 300°C
• Dãy đo 0 ÷ 450°C
• Dãy đo 0 ÷ 500°C
• Dãy đo -50 ÷ 100°C
• Dãy đo -50 ÷ 450°C
• Dãy đo -50 ÷ 500°C

 

 

2. Cảm biến can nhiệt K – Thermocouple type K:

Đây là loại cảm biến can nhiệt hay cặp nhiệt điện (Cr – Al) gồm các hợp kim có chứa niken. Dòng này sẽ phù hợp để điều chỉnh nhiệt độ cao trong môi trường oxy hóa nhưng không được sử dụng trong môi trường khí quyển. Can nhiệt sử dụng phổ biến nhất trong công nghiệp, đo nhiệt độ các ứng dụng có nhiệt độ hoạt động trong khoảng dưới 1200º C. Các đặc điểm như sau:

• Cảm biến cặp nhiệt điện loại K (Niken-Crom / Niken-Alumel) là các loại cảm biến nhiệt độ được dùng phổ biến nhất hiện nay vì giá thành khá hợp lý, độ bền cao, khoảng nhiệt độ vừa phải.
• Có thể tùy chọn sai số thấp nhất là : ±1,1°C hoặc 0.4%
• Chúng thường có dãy đo trong khoảng nhiệt -270 ÷ 1200°C.
• Sai số tiêu chuẩn của cảm biến can nhiệt K trong khoảng  ±2,2°C hoặc 0,75%.
• Chromel® gồm 90% niken và 10% crom; Alumel® là hợp kim bao gồm 95% niken, 2% mangan, 2% nhôm và 1% silic.
• Loại K là một trong những cặp nhiệt điện phổ biến nhất với độ nhạy khoảng 41 μV/ºC.
• Chromel® là dây dương, Alumel® là dây âm.
• Không tốn kém, và phạm vi của nó là từ –270 °C đến +1372 °C (–454 °F đến +2501 °F) và tương đối tuyến tính.
• Thành phần niken là từ tính, và như các kim loại từ tính khác, sẽ có độ lệch trong đầu ra khi vật liệu đạt tới điểm Curie, xảy ra ở nhiệt độ 350 °C (662 °F) đối với cặp nhiệt điện loại K. Điểm Curie là nơi vật liệu từ trải qua một sự thay đổi đáng kể trong tính chất từ của nó và gây ra sự sai lệch lớn đến tín hiệu đầu ra.
• Nó có thể được sử dụng trong không khí liên tục oxy hoá hoặc trung hòa.• Hầu hết sử dụng ở trên 538 °C (1000 °F).
• Tiếp xúc với lưu huỳnh góp phần vào sự hư hỏng sớm.
• Hoạt động ở nồng độ oxy thấp gây ra một sự dị thường gọi là quá trình oxy hóa ưu tiên của crom trong dây dương gây ra tình trạng gọi là ‘green rot’ tạo ra các sai lệch lớn nghiêm trọng nhất trong khoảng 816 đến 1038 °C (1500 đến 1900 °F). Việc thông gió hoặc bít kín ống bảo vệ có thể ngăn ngừa hoặc giảm nhẹ tình trạng này.
• Chu kỳ trên và dưới 1000 °C (1800 °F) không được khuyến nghị do thay đổi đầu ra từ các hiệu ứng trễ.

 

 

3. Cảm biến can nhiệt J – Thermocouple type J:

Cảm biến nhiệt độ can J hay cặp nhiệt điện bao gồm cực dương sắt và cực âm (hợp kim đồng – niken). Được chỉ định để đo nhiệt độ trung bình trong việc giảm khí quyển và với sự hiện diện của hydro và carbon. Sự hiện diện của sắt gây nguy hiểm cho hoạt động của nó trong quá trình oxy hóa các quả cầu. Can nhiệt J có thể đo nhiệt độ từ 200ºC – 1200ºC. Phù hợp để sử dụng trong chân không, không khí giảm hoặc trơ.

• Cảm biến nhiệt độ dạng cặp nhiệt điện loại J (Iron / Constantan) là các loại cảm biến cũng được dùng khá phổ biến giống loại K . Nó có phạm vi nhiệt độ nhỏ hơn và tuổi thọ ngắn hơn ở nhiệt độ cao hơn các loại cảm biến can K nhưng tương đương với loại K về chi phí và độ tin cậy.
• Dãy đo nhiệt độ dao động trong khoảng: -210 ÷ 760°C
• Sai số của can nhiệt J thường là ±-2,2°C hoặc 0,75%.
• Có thể tùy chọn sai số thấp nhất : ±1,1°C hoặc 0,4%
• Các cặp nhiệt điện loại J có phạm vi tiềm năng hạn chế hơn loại K từ –200 đến +1200 °C (–328 đến 2193 °F), nhưng độ nhạy cao hơn khoảng 50 μV/ºC.
• Nó có nhiệt độ tuyến tính trong khoảng 149 đến 427 °C (300 đến 800 °F) và trở nên dễ gãy dưới 0 °C (32 °F).
• Tại điểm Curie của sắt 770 °C (1418 °F) có sự thay đổi đột ngột và vĩnh viễn về đặc tính đầu ra, xác định giới hạn nhiệt độ trên thực tế.
• Sắt bị oxy hóa ở nhiệt độ cao hơn 538 °C (1000 °F) gây ảnh hưởng xấu đến độ chính xác của nó. Chỉ dây đo nặng được sử dụng ở những điều kiện này.
• Loại J phù hợp để sử dụng trong bầu không khí chân không, giảm, hoặc trơ.
• Nó sẽ giảm tuổi thọ nếu sử dụng trong môi trường oxy hóa.
• Các thành phần cảm biến trần không được để ở nơi chứa lưu huỳnh trên 538 °C (1000 °F).

                

4. Cảm biến can nhiệt E – Thermocouple type E:

Cảm biến can nhiệt E có công suất nhiệt điện cao kết hợp cực dương của cặp nhiệt điện kiểu K và cực âm của cặp nhiệt điện kiểu J . Đặc biệt chỉ định trong khí quyển oxy hóa. Có nhiệt độ đo được từ -270ºC – 870ºC. Được khuyến cáo sử dụng cho môi trường oxy hóa liên tục hoặc khí trơ. Sai số không ổn định khi đo nhiệt độ âm.

• Cảm biến nhiệt độ dạng cặp nhiệt điện loại E (Niken-Crom / Constantan) có tín hiệu mạnh hơn và độ chính xác cao hơn các loại cảm biến đo lường nhiệt độ loại K hoặc J ở dải nhiệt độ vừa phải từ 537°C trở xuống.
• Dãy đo nhiệt độ của cảm biến dao động trong khoảng: -270÷870°C
• Sai số của can nhiệt E ±1,7°C hoặc ±0,5%
• Có thể tùy chọn sai số thấp nhất ±1,0°C hoặc 0,4%
• Chromel là một hợp kim của 90% niken và 10% crom và là dây dương.
• Constantan là hợp kim thường gồm 55% đồng và 45% niken.
• Loại E có phạm vi tiềm năng từ –270 đến 1000 °C (–454 đến 1832 °F).
• Nó không có từ tính và có điện áp đầu ra cao nhất so với thay đổi nhiệt độ của bất kỳ loại tiêu chuẩn nào (68 μV/°C).
• Nó cũng có xu hướng lệch nhiều hơn các loại khác.
• Khuyến cáo sử dụng cho môi trường oxy hóa liên tục hoặc khí trơ.
• Các giới hạn lỗi của nó chưa được thiết lập để sử dụng dưới mức không.

                                                                      

5. Cảm biến can nhiệt N – Thermocouple type N:

Cảm biến can nhiệt loại N hay cặp nhiệt điện loại N cho nhiệt độ cao tương tự như loại K, dải đo tiềm năng trong khoảng từ -270ºC – 1300ºC nhưng có độ phản ứng trễ nhiệt ít hơn.

·         Cảm biến nhiệt độ dạng cặp nhiệt điện loại N (Nicrosil / Nisil) sẽ có cùng độ chính xác và giới hạn nhiệt độ như cảm biến loại K. tuy nhiên loại N sẽ đắt hơn một chút.

·         Dãy đo nhiệt độ dao động trong khoảng: -270 ÷ 1300°C

·         Sai số của can nhiệt loại N là ±2,2°C hoặc ±0,75%

·         Có thể tùy chọn sai số thấp nhất ±1,1°C hoặc 0,4%

·         Nicrosil là hợp kim niken có chứa 14.4% crom, 1.4% silic, và 0.1% magie và là dây dương.

·         Nisil là hợp kim của hợp kim niken với 4.4% silic.

·         Cặp nhiệt điện loại N là thiết kế mới nhất đã được các tiêu chuẩn quốc tế chấp nhận và đang ngày càng được sử dụng rộng khắp trên thế giới.

·         Các hợp kim này cho phép loại N đạt được độ ổn định nhiệt điện cao hơn các loại kim loại cơ bản E, J, K và T.

·         Các cặp nhiệt điện loại N có độ nhạy 39 μV/°C và phạm vi tiềm năng từ –270 đến 1300 °C (–454 đến 2372 °F).

·         Các cặp nhiệt điện loại N đã được sử dụng đáng tin cậy trong thời gian dài ở nhiệt độ tối thiểu 1200 °C (2192 °F).

·         Một số nghiên cứu đã chỉ ra rằng, trong không khí oxy hoá, sự ổn định nhiệt điện của cặp nhiệt điện loại N tương tự như cặp nhiệt điện kim loại quý của các thermocouple ANSI loại R và S lên tới 1200 °C (2192 °F).

·         Không đặt các cặp nhiệt điện loại N vào chân không hoặc giảm hoặc xen kẽ không khí giảm / oxy hóa.

6. Cảm biến can nhiệt S – Thermocouple type S:

Cảm biến loại S bao gồm các kim loại quý (Bạch kim và Rhodium) cho phép thu được các phép đo rất chính xác. Đặc biệt chịu được ở nhiệt độ cao từ 50ºC – 1768ºC, nó thường được sử dụng trong khí quyển oxy hóa. Nó không thực sự được khuyến khích trong việc giảm khí quyển hoặc những thứ có chứa hơi kim loại. Nó được sử dụng trong thí nghiệm và để xác định ” Thang đo Nhiệt độ theo tiêu chuẩn Quốc tế (International Temperature Scale)

·         Cảm biến can nhiệt S (Bạch kim Rhodium – 10% / Bạch kim) là các loại cảm biến nhiệt độ được sử dụng trong các ứng dụng nhiệt độ rất cao. Nó thường được tìm thấy trong các ngành công nghiệp sinh học, dược phẩm và trong các lò đốt, lò hơi. Nó đôi khi được sử dụng trong các ứng dụng nhiệt độ thấp hơn vì độ chính xác và ổn định cao có lớp vỏ bảo vệ thường là bằng sứ.

·         Dãy đo nhiệt độ dao động trong khoảng: -50 ÷ 1600°C

·         Sai số của can nhiệt S là ±1,5°C hoặc ± 0,25%

·         Có thể tuỳ chọn sai số thấp nhất: ±0,6°C hoặc 0,1%

                          

 

 

7. Cảm biến can nhiệt R – Thermocouple type R:

• Cảm biến nhiệt độ dạng ặp nhiệt điện loại R (Platinum Rhodium -13% / Bạch kim) là loại được sử dụng trong các ứng dụng nhiệt độ rất cao. Nó có tỷ lệ Rhodium cao hơn cảm biến can S, chính vì thế nên giá thành chúng đắt hơn. cảm biến can R rất giống với can S về hiệu suất. Nó đôi khi được sử dụng trong các ứng dụng nhiệt độ thấp hơn vì độ chính xác và ổn định cao. Va có lớp vỏ bảo vệ luôn luôn bằng sứ.
• Dãy đo nhiệt độ dao động trong khoảng: -50 ÷ 1500°C
• Sai số của can nhiệt R là ±1,5°C hoặc ± 0,25%
• Có thể tùy chọn sai số thấp nhất là ±0,6°C hoặc 0,1%.

                                      

 

8. Cảm biến can nhiệt B – Thermocouple type B:

• Cảm biến cặp nhiệt điện loại B (Platinum Rhodium – 30% / Platinum Rhodium – 6%): cặp nhiệt điện loại B được sử dụng trong các ứng dụng nhiệt độ rất cao. Nó có giới hạn nhiệt độ cao nhất trong tất cả các cặp nhiệt điện được liệt kê ở trên. Nó duy trì mức độ chính xác và ổn định cao ở nhiệt độ rất cao. Thường thấy trong các ứng dụng lò nấu kim loại, nhiệt luyện kim loại trong các ngành công nghiệp luyện kim. Cũng có thể thấy chúng trong các máy kiểm tra độ bền nhiệt.
• Dãy đo nhiệt độ dao động trong khoảng: 0 ÷ 1700°C
• Sai số của can nhiệt B là ±0,5%
• Có thể tùy chọn sai số thấp nhất là ±0,25%.

                                                                     

Lưu ý khi chọn mua cảm biến nhiệt độ:

Để có thể lựa chọn các loại cảm biến nhiệt độ hiện nay nhằm phục vụ cho các công việc hàng ngày các bạn cần lưu ý một số vấn đề sau:

• Nên xác định rõ khoảng nhiệt độ mong muốn mà mình muốn đo lường, không nên chọn khoảng nhiệt quá chênh lệch giữa cảm biến và môi trường đo đạc. Điều này sẽ dẫn đến sai số trong quá trình làm việc của cảm biến.
• Các môi trường cần đo lường có dễ ăn mòn cảm biến hay không, nếu có thì cần dùng loại cảm biến đặc biệt.
• Chiều dài cảm biến cần đo là bao nhiêu ? Có khác nhiều kích thước cho chúng ta lựa chọn như 20mm, 30mm, 40mm, 100mm, 200mm, 300mm, 400mm, …2000mm
• Có dùng loại có ngõ ra dạng analog 4-20mA hay tín hiệu  điện 0-10V hay RS485 (RS232) không.

Nếu cần thêm thông tin bạn có thể liên hệ với nhà cung cấp để được cung cấp thêm thông tin chi tiết.