Trong cuộc sống hằng, con người thực hiện hàng tỉ phép đo nhiệt độ khác nhau trên TV, báo đài và trong các bệnh viện, trường học. Các phương thức đo này đa phần là sử dụng các thiết bị được gọi là nhiệt kế. Trong công nghiệp người ta dùng cảm biến nhiệt độ để đo và giám sát nhiệt độ trên các đường ống, bồn chứa, lò xấy, lò nung gia nhiệt. Bằng các loại cảm biến nhiệt độ như RTD – Pt100, Thermocouple chúng ta dể dàng biết được nhiệt độ tại vị trí cần đo.

Cảm biến nhiệt độ là gì, chọn cảm biến nhiệt độ sao cho đúng, tất tần tật về cảm biến nhiệt độ, cảm biến nhiệt độ pt100, cảm biến nhiệt độ can K, cảm biến nhiệt độ can J, cảm biến nhiệt độ 4-20mA, bộ chuyển đổi tín hiệu nhiệt độ. Tất cả sẽ được chia sẻ trong bài viết này giúp mọi người có cái nhìn chính xác hơn về cảm biến nhiệt độ cũng như cách chọn cảm biến nhiệt độ sao cho đúng .

Cảm Biến Nhiệt Độ Là Gì ?

Cảm biến nhiệt độ hay còn được gọi là ” sensor nhiệt độ ” một thiết bị được dùng để đo nhiệt độ và có chức năng truyền tín hiệu về một nơi khác để xem, giám sát & điều khiển mà không cần phải tới vị trí của cảm biến để xem. Khi nhiệt độ thay đổi cảm biến sẽ thay đổi tín hiệu truyền về, các màn hình hiển thị nhiệt độ nhận được sự thay đổi này và hiển thị đúng nhiệt độ của cảm biến đang đo được.

Cảm biến nhiệt độ có khá nhiều loại khác nhau phục vụ cho từng điều kiện đo khác nhau. Tương ứng với một loại cảm biến nhiệt độ lại có một dạng tín hiệu của loại cảm biến đó. Cùng tìm hiểu các loại cảm biến nhiệt độ công nghiệp nhé.

Phân Loại Cảm Biến Nhiệt Độ

Khi lựa chọn cảm biến nhiệt độ để đo cho một môi trường nhất định chắc hẳn bạn sẽ cảm thấy bối rối với vô vàng loại cảm biến nhiệt khác nhau. Nhưng thật ra chỉ có vài 5 loại chính được sử dụng trong thực tế. Sự phân loại cảm biến nhiệt theo tính chất và cấu tạo của từng loại cảm biến. Chúng ta cùng xem các loại cảm biến nhiệt độ nhé.

Cảm biến nhiệt độ phòng

Nếu bạn cần tìm một cảm biến nhiệt độ đơn giản, dể sử dụng thì loại cảm biến tích hợp vừa đo – hiển thị vừa truyền tín hiệu về là sự lựa chọn thông minh nhất. Bởi bạn không cần cài đặt thông số cũng như hiệu chỉnh, tất cả được tích hợp ngay bên trong thiết bị với màn hình LCD hiển thị nhiệt độ & tín hiệu ngõ ra cũng được tiêu chuẩn dạng analog 4-20mA.

Cảm biến nhiệt độ phòng phù hợp lắp trong phòng làm việc, phòng sạch, nhà sách, bênh viện, phòng lưu trữ hồ sơ, giấy tờ. Loại cảm biến nhiệt này hiển thị giá trị nhiệt độ và độ ẩm đo được ngay trên cảm biến, đồng thời cũng truyền tín hiệu về trung tâm để lưu trữ dữ liệu.

Cảm biến sẽ được lắp trên tường tại khu vực muốn đo nhiệt độ, độ ẩm. Màn hình hiển thị nhiệt độ ở trên và độ ẩm ở dưới với độ chính xác cao. Độ nhạy của cảm biến gần như tức thời chưa tới 1s khi nhiệt độ phòng thay đổi. Việc giám sát, điều khiển nhiệt độ, độ ẩm trở nên đơn giản khi sử dụng loại tích hợp này.

Đầu Dò Nhiệt Loại K

Nếu bạn đang tìm một giải pháp đo nhiệt độ dưới 600oC thì tôi khuyên bạn nên chọn một loại đầu dò nhiệt độ khác thay cho đầu dò nhiệt độ K. Bởi, Đầu dò nhiệt độ K thuộc can nhiệt Thermocouple có thể chịu nhiệt độ cao nhưng lại có sai số khá lớn so với đầu dò nhiệt Pt100. Các dây cảm biến nhiệt độ loại K sẽ chịu được nhiệt độ giới hạn max 400oC tương tự như cảm biến RTD cùng loại.

Đầu dò nhiệt loại K được sử dụng phổ biến bởi sự tiện dụng và khả năng chịu nhiệt độ cao. Cấu tạo của đầu dò nhiệt độ can nhiệt Thermocouple gồm hai điện cực Dương ( + ) và Âm ( – ). Khi nhiệt độ thay đổi thì điện áp đo được giữa hai điện cực này thay đổi tương ứng theo. Điều quan trọng nhất chính là vật liệu của đầu dò phải chịu được nhiệt độ cao để không bị cháy.

Can nhiệt Thermocouple đo nhiệt độ có nhiều loại trong đó cảm biến nhiệt độ loại K được sử dụng nhiều nhất với khả năng đo nhiệt độ lớn nhất 1200oc dung để đo nhiệt độ cho các lò đốt rác, đo nhiệt độ lò hơi, đo nhiệt độ xi măng, đo nhiệt độ lò nung thép …

Can nhiệt loại K có hai loại loại bằng Inox và bằng sứ ( Ceramic ). Trong đó, loại bằng sứ cho khả năng chịu nhiệt độ cao hơn nhưng khả năng vỡ dể hơn khi có lực tác động từ bên ngoài.

Bản chất của cảm biến nhiệt độ can K có vỏ Inox bên ngoài là để bảo vệ nhiệt tiếp xúc trực tiếp với đầu dò & tránh va đập. Do có một lớp inox bên ngoài nên nhiệt độ đo của đầu dò can K chỉ đạt tới 1100oC cho loại vỏ Inox 316 hoặc 1150oC cho loại vỏ inox Inconel 600.

Các môi trường có khả năng va đập cao thì can nhiệt K là lựa chọn phù hợp nhất. Các chấn động & va đập không làm ảnh hưởng tới cảm biến giúp cảm biến hoạt động bền bỉ hơn.

Nhìn bằng mắt thường chúng ta khó mà phân biệt được giữa đầu dò nhiệt độ loại K hay can B. Việc xác định phụ thuộc rất nhiều và nhà cung cấp và Nhãn dán trên thiết bị. Tất nhiên chúng ta có một thiết bị đo chuyên dụng sẽ dể dàng xác định can sứ này là loại Thermocouple gì.

Thermocouple mang tới giải pháp đo nhiệt độ cao trên 1200 – 1800oC với nhiều loại can nhiệt khác nhau như : can nhiệt loại K đo được nhiệt độ từ 0-1200oC, can nhiệt R đo từ 0-1600oC, can nhiệt S đo từ 0-1600oC … cho khả năng đo nhiệt cao phục vụ cho các lò đốt hoặc các nhà máy gốm sứ.

Ở nhiệt độ thấp hơn chúng ta dể dàng bắt gặp các loại cảm biến nhiệt độ Pt100 với khả năng đo rất chính xác. Thermocouple loại can sứ có nhiều loại khác nhau phù hợp cho từng dải đo nhiệt độ :

• Can sứ loại K chịu max 1200oC
• Can sứ loại S max 1350oC cho lỏi 0.35mm & 1600oC cho lỏi 0.5mm
• Hoặc can R đo max 1600oC
• Cao hơn can B đo được nhiệt độ 1700oC

Để sử dụng can nhiệt Ceramic bằng sứ một cách an toàn chúng ta cần phải chọn dải đo của đầu dò nhiệt độ cao hơn so với nhiệt độ đo thực tế. Ví dụ, nhiệt độ trong lò nung 1200oC 24/24h liên tục thì chúng ta không thể dùng can K dải đo 0-1200oC để đo 1200oc vì đó là giới hạn của cảm biến. Trong trường hợp này chúng ta có thể chọn can S lỏi 0.35mm đo được nhiệt độ max 1350oC là phù hợp nhất.

Cảm biến nhiệt độ Pt100

Cảm biến nhiệt độ Pt100 là một loại cảm biến khi có sự thay đổi nhiệt độ thì điện trở xuất bên trong của chính nó cũng thay đổi. Nó hoạt động giống như thuỷ ngân khi nhiệt độ tăng thì giản ra và khi nhiệt độ giảm thì co lại vậy. Đối với đầu dò nhiệt độ Pt100 thì tại 0 độ C sẽ có giá trị là 100 ohm, khi nhiệt độ tăng thì giá trị điện trở cũng tăng theo. Chính là vì thế mà nó còn được gọi là cảm biến nhiệt độ Pt100.

Điều này giải thích tại sao Pt1000 luôn có độ chính xác cao hơn rất nhiều so với PT500, Pt100, Pt50. Tuy nhiên, độ chính xác của cảm biến nhiệt độ lại được phân loại theo Class B, Class A, Class AA ( A + ).

Cảm biến nhiệt độ Pt100 là một loại trong các cảm biến nhiệt nhưng được sử dụng nhiều nhất trong các ứng dụng đo nhiệt độ bởi giá thành rẻ và độ chính xác cao hơn rất nhiều so với can nhiệt loại Thermocouple. Khả năng đo nhiệt độ lạnh âm sâu cũng như nhiệt độ chịu được lên tới 850oC. Chúng ta cần phân biệt rõ giữa cảm biến nhiệt độ PT100 2 dây và 3 dây. Các thang đo của cảm biến nhiệt độ Pt100 :

• -80…600oC
• -200…850oC
• -80…250oC
• -40…500oC

Trong các thang đo này thì thang đo nhiệt độ -80…600oC được sử dụng nhiều nhất mà giá thành lại không cao như loại -200…850oC. Vật liệu sử dụng cho cảm biến nhiệt độ Pt100 là Inox 304 hoặc Inox 316. Vật liệu Inox 316 được xem là loại vật liệu cứng & khó bị ăn mòn hơn so với đầu dò nhiệt độ inox 304 nên tối ưu nhất chúng ta nên chọn loại vật liệu Inox 316 cho cảm biến nhiệt độ.

Chúng tôi thấy rằng rất nhiều người yêu cầu cảm biến nhiệt độ Pt100 2 dây mà không biết rằng đây là loại sai số cao nhất so với loại 3 dây và 4 dây. Cảm biến nhiệt độ Pt100 3 dây trong đó có hai dây là nối chung với nhau, tương ứng với loại 4 dây.

• Cảm biến nhiệt độ PT100 2 dây : là loại có sai số cao nhất do ảnh hương của điện trở trên 2 dây. Chính vì thế mà can nhiệt pt100 rất hiếm khi sử dụng. Rất nhiều người sử dụng nhầm lẫn giữa đầu dò nhiệt độ PT100 và can nhiệt Thermocouple.
• Cảm biến nhiệt độ Pt100 3 dây : đây là loại được sử dụng phổ biến nhất do có độ chính xác tương đối cao. Hai dây chung triệt tiêu điện trở cho nhau & dây còn lại đóng vai trò dây biến đổi giá trị điện trở khi nhiệt độ thay đổi.
• Cảm biến nhiệt độ Pt100 4 dây : được xem là cảm biến nhiệt độ chính xác nhất trong họ RTD nhưng giá thành cũng cao nhất nên chỉ phục vụ cho một số yêu cầu cần độ sai số thấp.

Khi bạn đang tìm một cảm biến nhiệt độ Pt100 2 dây thì tôi chắc rằng rất hiếm có ai có sẵn loại này bởi nó không phổ biến. Tuy nhiên, bạn vẫn có thể dùng cảm biến nhiệt độ Pt100 3 dây thay thể cho loại 2 dây. Bởi, can nhiệt Pt100 3 dây có 2 dây chung cùng màu, chúng ta chỉ cần jump chúng lại với nhau thì nó sẽ hoạt động như một cảm biến nhiệt độ Pt100 2 dây chính hiệu.

Cảm biến nhiệt độ Thermistor

Từ Thermistor được kết hợp bởi Thermal và Resistor. Cảm biến nhiệt độ Thermistor hoạt động dựa trên sự thay đổi trở kháng của tác dụng của nhiệt độ một cách rõ rệt so với các loại cảm biến nhiệt độ khác. Thermistor có hai loại NTC và PTC hoạt động dựa vào sự biến thiên của hệ số K. Khi nhiệt độ tăng trở kháng của cảm biến tăng thì nó là PTC, ngược lại khi trở kháng của cảm biến giảm khi nhiệt độ tăng thì nó NTC.

Thiết kế nhỏ gọn nên cảm biến NTC hoặc PTC chỉ phù hợp cho các ứng dụng đo nhiệt độ trên bo mạch vi điều khiển hoặc trong các hệ thống HVAC, máy điều hoà nhiệt độ, tủ lạnh…Cảm biến nhiệt độ NTC 10K được sử dụng nhiều nhất so với các loại NTC khác.

Mạch Cảm Biến Nhiệt Độ LM35 | IC Cảm Biến Nhiệt Độ

Loại cảm biến nhiệt độ có thiết nhỏ gọn có tín hiệu ngõ ra dạng Analog được ứng dụng trong giám sát nhiệt độ bo mạch hoặc học tập nghiên cứu. Loại cảm biến nhiệt độ IC này có giá thành rẻ phù hợp cho các bạn sinh viên làm đồ án tốt nghiệp.

Chọn cảm biến nhiệt độ sao cho đúng ?

Việc chọn cảm biến nhiệt độ sao cho đúng ảnh hưởng trực tiếp khả năng đo chính xác, độ bền cũng như giá thành của cảm biến nhiệt độ. Vì có rất nhiều chủng loại cảm biến nhiệt độ khác nhau cũng như giá thành chênh lệch rất lớn giữa các hãng làm chúng ta bối rối không biết nên mua loại nào cho phù hợp.

Để chọn mua cảm biến nhiệt độ như ý muốn bạn cần xác định rõ loại cảm biến nhiệt độ cần mua cũng như thông số kỹ thuật của từng loại. Một cách đơn giản hơn hãy tìm một nhà cung cấp chuyên nghiệp để tư vấn & cấp thiết bị cho phù hợp.

Cảm biến nhiệt độ loại dây

Cảm biến nhiệt độ loại dây bao gồm RTD và cả Thermocouple trong đó RTD được sử dụng phổ biến hơn với Pt100 3 dây có thể đo được nhiệt độ -40…200oC hoặc 0-400oC . Ngoài ra còn có Thermocouple loại K , loại J – 2 dây cũng đo trong hai ngưỡng nhiệt độ này .

Thang đo nhiệt độ của cảm biến nhiệt độ loại dây

• 0-400oC
• -40-200oC
• -40-200oC
• -50-240oC
• -20-150oC

Các loại cảm biến nhiệt độ loại dây

• Pt 100 2 dây , 3 dây , 4 dây
• Pt 1000 2 dây , 3 dây , 4 dây
• Ni 100 . 2 dây , 3 dây , 4 dây
• PTC 1 Kohm tại 25oC
• NTC 10 Kohm tại 25oC
• Thermocouple type J ( Fe-Co )
• Thermocouple type K ( Cr-Al )
• TC T ( Cu – Co )

Đường kính, chiều dài & kết nối ren của cảm biến nhiệt độ loại dây

• Phi 4mm, Phi 6mm, Phi 8mm, phi 10mm …
• Dài 50mm, 100mm, 150mm, 200mm, 250mm ….
• Ren kết nối ( nếu có ) : G1/8, G1/4, G1/2

Độ dài của dây tiêu chuẩn thường là 2m, tuỳ chọn có thể dài tới vài chục mét tuỳ theo ứng dụng thực tế. Cảm biến nhiệt độ loại có dây sẳn này có giá thành khá thấp nhưng vẫn đảm bảo đo tốt trong nhiều điều kiện khác nhau. Về độ bền thì chắc chắn không thể so sánh với cảm biến loại đầu củ hành ( Head mounted ).

Để chọn cảm biến nhiệt độ loại dây chúng ta cần xác định các thông số sau:

• Loại đầu cảm biến nhiệt độ : Pt100 hay can nhiệt thermocouple
• Đường kính đầu dò nhiệt độ
• Độ dài của đầu dò nhiệt độ
• Thang đo nhiệt độ
• Loại có kết nối ren hay không có ren
• Dây tín hiệu dài bao nhiêu mét

Với các thông số trên chúng ta hoàn toàn tự tin để chọn một cảm biến nhiệt độ sử dụng cho bất kỳ môi trường nào. Nếu bạn chưa rõ hãy liên hệ với nhà cung cấp để được tư vấn thêm.

Cảm biến nhiệt độ loại đầu củ hành ( Head Mouted )

Với thiết kế chắc chắn thân làm bằng Inox 316 bảo vệ đầu dò bên trong giúp cảm biến nhiệt độ loại đầu củ hành có thể đo được nhiệt độ cao hơn mà không bị cháy lỏi bên trong. Một số trường hợp cần đo nhiệt độ cao từ 1200oC trở lên thì phải dùng tới can sứ để đảm bảo cảm biến không bị cháy bên trong lỏi cảm biến. Cảm biến nhiệt độ can K được sử dụng phổ biến nhất với thang đo nhiệt độ 0-1200oC

Thang đo nhiệt độ của cảm biến nhiệt độ loại đầu củ hành – củ tỏi ( Head Mounted )

• Pt100 / Pt1000 : -80-600oC , -200-850oC , -80 – 250oC , -40 – 500oC
• Thermocouple loại J / T : max 600oC
• Thermocouple ( TC ) loại K stanless steel : max 1100oC
• TC loại K sứ : max 1200oC
• Thermocouple loại S sứ : max 1600oC
• TC loại R sứ : max 1600oC
• TC loại B sứ : max 1700oC

Khác với các loại cảm biến nhiệt độ thông thường có thiết kế đầu cảm biến bằng kim loại còn thì các loại can sứ có đầu cảm biến được bọc sứ để có khả năng chịu được nhiệt độ cao hơn. Tuy nhiên phần sứ này rất dể bị vỡ do tác động bên ngoài cũng như bị sốc nhiệt.

Các loại đường kính chuẩn của cảm biến nhiệt độ loại củ hành

– Ø 6mm , Ø 8mm , Ø 10mm, Ø 13mm, Ø 17mm , Ø 21mm,

– Ø 24mm, 32mm cho can S , can R , can B

Độ dài của cảm biến nhiệt độ loại củ hành

– 50mm, 100mm, 150mm, 200mm, 250mm, 300mm, 350mm, 400mm, 450mm, 500mm, 600mm, 700mm, 800mm, 900mm, 1000mm.

Các kiểu kết nối của cảm biến nhiệt độ

– Kết nối ren ngoài G 1/8 “, G 1/4 “, G 1/2″

– Kiểu kết nối Clamp dùng cho thực phẩm

– Kiểu kết nối dạng mặt bích chịu áp suất cao

– Kết nối ren trong G1/4″, G 1/2”

Các thông số cần biết khi chọn cảm biến nhiệt độ

• Loại cảm biến cần sử dụng : RTD , Thermocouple hay loại nào khác
• Độ dài đầu dò cảm biến nhiệt độ
• Đường kính của đầu dò cảm biến nhiệt độ
• Thang đo nhiệt độ cần đo
• Kiểu kết nối của cảm biến nhiệt độ
• Cảm biến nhiệt độ có cần tích hợp bộ chuyển đổi nhiệt độ 4-20mA hay không
• Môi trường đo nhiệt độ : nước , hoá chất , khí , hơi nóng … cần xác định rõ chọn cảm biến
• Chuẩn Atex được dùng cho cảm biến nhiệt độ Atex trong môi trường nguy hiểm như Zone 0 , zone 1 , zone 2 , zone 20 , zone 21 , zone 22 .

Với các thông tin tôi chia sẻ mong rằng mọi người sẽ biết cách chọn cảm biến nhiệt độ sao cho đúng cũng như các thông số kỹ thuật liên quan tới cảm biến nhiệt độ trong công nghiệp . Cần tư vấn về cảm biến nhiệt độ mọi người hãy liên hệ trực tiếp với chúng tôi để được tư vấn .

Xem thêm : các loại cảm biến nhiệt độ

Kỹ Sư Cơ – Điện Tử

Nguyễn Minh Hòa

Mobi : 0937 27 55 66

Mail : [email protected]

Web : mobitool.net

Các bài viết liên quan khác :

– Chuẩn chống cháy nỗ ATEX

– Cấu tạo cảm biến nhiệt độ

– Tại sao dùng tín hiệu 4-20mA