Các cảm biến nhiệt độ RTD (Resistance Temperature Detector – nhiệt điện trở – Pt100) được chia làm nhiều loại theo từng tiêu chí khác nhau. Mỗi loại có các thuộc tính riêng biệt cho từng ứng dụng và phương pháp lắp đặt.
1. Phân loại theo vật liệu cấu tạo RTD
Dựa vào vật liệu cấu tạo, RTD gồm các loại platin, đồng, niken,…
RTD platin được sử dụng phổ biến nhất vì độ chính xác cao, khả năng lặp lại tốt và tuyến tính trong một phạm vi nhiệt độ rộng và nó thể hiện sự thay đổi điện trở lớn trên mỗi mức độ thay đổi nhiệt độ.
RTD đồng và niken với chi phí thấp hơn platin, thường được sử dụng trong các ứng dụng công nghiệp ít quan trọng do độ chính xác, tuyến tính hạn chế và phạm vi nhiệt độ tương đối hẹp.
2. Phân loại theo cấu trúc RTD
2.1. Cảm biến dây quấn
Các thành phần dây quấn trục được sản xuất thường có từ 100 Ω đến 1000 Ω, trong đó 100 Ω là sự lựa chọn phổ biến nhất cho các ứng dụng công nghiệp. Chúng có phạm vi từ -200 đến 850 °C (-328 đến 1562 °F) và có phạm vi tối đa từ -240 đến 960 °C (-400 đến 1760 °F). Xem hình 3.
2.2. Cảm biến cuộn
Cảm biến cuộn, còn được gọi là cảm biến theo kiểu cuộn lò xo (Coil Suspension), là một biến thể của các cảm biến dây quấn được thiết kế cho các ứng dụng chắc chắn, đòi hỏi độ chính xác cao và phản ứng nhanh. Chúng khó sản xuất và do đó chỉ có sẵn ở một số ít các nhà cung cấp.
Cảm biến được cấu tạo bởi một dây platin độ tinh khiết cao được quấn trong một cuộn dây xoắn ốc để giảm độ căng và đảm bảo đọc chính xác trong một khoảng thời gian dài. Mỗi cuộn dây xoắn ốc được tráng hoàn toàn trong một chất cách điện bằng gốm có độ tinh khiết cao và bao quanh bằng một bột gốm tráng kín có chất kết dính. Cấu trúc này cung cấp một bộ cảm biến không biến dạng so với thiết bị dây quấn hoặc màng mỏng, nhưng vẫn có một số biến dạng do sự khác nhau về hệ số giãn nở nhiệt giữa trục hoặc nền và thành phần platin và cũng từ lớp phủ thủy tinh. Những cảm biến cuộn lò xo này tăng khả năng chống rung và chống sốc mà không ảnh hưởng đến khả năng mở rộng hay co lại của cuộn dây. Đây là lý do tại sao các cảm biến cuộn lò xo thường là sự lựa chọn tốt hơn so với các cảm biến màng mỏng cho các ứng dụng siêu lạnh (cryogenic).
Chúng hoạt động tốt trong khoảng -200 đến 1000 °C (-328 đến 1832 °F).
2.3. Cảm biến màng mỏng
Các thành phần màng mỏng được sản xuất bằng cách lắng một màng mỏng platin tinh khiết trên một bề mặt gốm trong một mô hình giống như mê cung.
Sau đó bộ cảm biến được ổn định bởi quá trình ủ nhiệt độ cao và cắt tỉa cho thích hợp với giá trị R0. Những cảm biến nhỏ gọn này sau đó được phủ lớp thủy tinh mỏng. Khu vực mà dây dẫn cảm biến gắn vào được phủ một lớp thủy tinh dày hơn để bảo vệ cơ và bảo vệ độ ẩm. Với kích thước nhỏ và khối lượng thấp, những cảm biến này có khả năng chịu rung nhiều hơn kiểu dây quấn và thường là sự lựa chọn tốt hơn cho các ứng dụng như vậy.
Thiết kế màng mỏng sẽ là lựa chọn cho các ứng dụng cần đáp ứng nhanh nhất và rẻ nhất.
Do những khó khăn liên quan đến việc kết hợp các hệ số nhiệt của sự giãn nở của lớp phủ platin với vật liệu đế, phạm vi của các cảm biến này có phần hơi hạn chế so với kiểu dây quấn và thường là -200 đến 800 °C (-328 đến 1472 °F).
3. Phân loại theo phương pháp lắp đặt
Các cảm biến khác nhau có nhiều phương pháp lắp đặt khác nhau. Mỗi loại có các thuộc tính riêng biệt cho mỗi ứng dụng và phương pháp lắp đặt.
3.1. Kiểu viên nang
Kiểu viên nang chỉ đơn giản là vỏ bọc cảm biến với dây dẫn. Viên nang thường được sử dụng với phụ kiện nén và có thể có hiệu quả về chi phí khi các điều kiện môi trường như áp suất cao hoặc nhiệt độ không phải là một mối quan tâm.
3.2. Kiểu có ren
Kiểu có ren là kiểu viên nang với một bộ lắp vào bằng ren để cung cấp kết nối cho quy trình và đầu hoặc vỏ kết nối. Lợi ích của kiểu có ren là khả năng cài đặt nó trực tiếp vào một quy trình hoặc thermowell mà không có phần mở rộng. Ba kiểu phổ biến là:
3.2.1. Hàn kín tổng quát
Viên nang hàn với một bộ phận nối bằng ren tạo ra một điểm đóng kín quy trình. Khi điều kiện cho phép, nó có thể được trực tiếp tiếp xúc vào quy trình mà không có thermowell để cải thiện thời gian đáp ứng. Điểm đóng kín bị hạn chế bởi kết nối bằng ren và do đó có tỷ trọng áp suất thấp hơn so với đạt được bằng cách sử dụng các thermowell được hàn hoặc có gờ. Kiểu hàn kín tổng quát không được khuyến cáo sử dụng với thermowell bởi vì đầu cảm biến sẽ không chạm vào đáy nên tạo ra độ trễ nhiệt.
3.2.2. Đệm lò xo
Một lò xo nằm trong bộ nối bằng ren cho phép viên nang di chuyển, đảm bảo tiếp xúc với đáy của một thermowell. Đệm lò xo này cung cấp liên tục tiếp xúc với đáy, cho phép chịu được rung động tốt hơn và tốc độ đáp ứng nhanh hơn đáng kể của phép đo.
3.2.3. Đệm lò xo lưỡi lê
Một kiểu đệm lò xo lưỡi lê thì tương tự như kiểu đệm lò xo nhưng cho phép loại bỏ các viên nang mà không tháo gỡ các nối ren khỏi thermowell. Điều này giúp tiết kiệm được sự xoắn của các dây dẫn và thiệt hại tiềm ẩn khi loại bỏ một loại ren.
3.3. Kiểu DIN
Kiểu DIN là một viên nang cảm biến với một tấm hình tròn cung cấp một phương pháp gắn kết hiệu quả cho các đầu nối hoặc vỏ bọc. Xem hình 9.
Lợi ích của kiểu DIN là khả năng lắp đặt và thay thế các cảm biến mà không cần tháo đầu nối hoặc vỏ khỏi quy trình khi cảm biến được đưa vào qua vỏ máy thay vì đúc vào đáy. Tất cả các kiểu DIN đều là đệm lò xo. Hai kiểu phổ biến là:
3.3.1. Dây dẫn bay
Một tấm DIN gắn vào phần cuối của nắp. Kiểu dây dẫn bay thường được sử dụng với bộ chuyển đổi tín hiệu gắn đầu. Đệm lò xo được cung cấp bởi các ốc vít của bộ chuyển đổi.
3.3.2. Khối đầu cuối
Một tấm DIN với một khối thiết bị đầu cuối được gắn vào cuối của nắp. Kiểu khối đầu cuối thường được sử dụng trong các cấu hình gắn kết từ xa, nơi mà bộ chuyển đổi nằm ở nơi khác và dây được chạy giữa cảm biến và bộ chuyển đổi. Đệm lò xo được cung cấp bởi các ốc vít của khối thiết bị đầu cuối hoặc bộ chuyển đổi.
Cảm ơn các bạn đã đọc bài chia sẻ. Mong nhận được sự góp ý của các bạn.
Chúc bạn thành công!