Bạn có bao giờ tự hỏi, tại sao một ly bia mát lạnh lại ngon hơn hẳn khi trời nóng bức? Hay tại sao việc kiểm soát nhiệt độ trong lò nung lại quan trọng đến thế đối với chất lượng sản phẩm thép? Câu trả lời nằm ở cảm biến nhiệt độ 4-20mA; yếu tố tưởng chừng đơn giản nhưng lại đóng vai trò then chốt trong vô vàn ngành công nghiệp.

Tuy nhiên, đo lường nhiệt độ không phải lúc nào cũng dễ dàng. Các phương pháp truyền thống như sử dụng nhiệt kế thủy ngân hay cặp nhiệt điện; thường gặp phải những hạn chế về độ chính xác, độ ổn định và khả năng truyền tín hiệu đi xa. Từ đó gây không ít khó khăn cho các doanh nghiệp trong việc giám sát; và điều khiển nhiệt độ một cách hiệu quả.

Vậy giải pháp nào cho bài toán nan giải này? Câu trả lời chính là cảm biến nhiệt độ 4-20mA – một công nghệ đo lường tiên tiến; đã và đang cách mạng hóa cách chúng ta tiếp cận việc kiểm soát nhiệt độ trong công nghiệp.

Vậy cảm biến nhiệt độ 4-20mA là gì? Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của nó ra sao? Tại sao nó lại được ưa chuộng đến vậy? Hãy cùng chúng tôi khám phá trong bài viết chi tiết dưới đây.

Cảm biến nhiệt độ là gì?

Định nghĩa chung về cảm biến nhiệt độ

Ví dụ như, bạn là một đầu bếp đang chuẩn bị món súp hải sản. Bạn cần đảm bảo nhiệt độ của nồi súp luôn ở mức hoàn hảo để hương vị được trọn vẹn nhất. Hay bạn là một kỹ sư vận hành nhà máy điện; cần theo dõi sát sao nhiệt độ của các lò hơi để đảm bảo an toàn và hiệu suất hoạt động.

Trong cả hai trường hợp này, bạn đều cần đến một “đôi mắt thần”; có khả năng nhìn thấy nhiệt độ một cách chính xác nhất. Đó chính là cảm biến nhiệt độ.

Vậy cảm biến nhiệt độ là gì? Nói một cách đơn giản, cảm biến nhiệt độ là một thiết bị điện tử có khả năng chuyển đổi nhiệt độ thành một tín hiệu điện có thể đo lường được. Tín hiệu này sau đó có thể được xử lý; hiển thị hoặc truyền đi để phục vụ cho các mục đích giám sát; điều khiển hoặc tự động hóa.

Các loại cảm biến nhiệt độ phổ biến

Có rất nhiều loại cảm biến nhiệt độ khác nhau, mỗi loại có những ưu điểm và ứng dụng riêng. Chúng ta có thể phân loại chúng theo nhiều cách:
  • Cảm biến nhiệt độ tiếp xúc: Đo nhiệt độ bằng cách tiếp xúc trực tiếp với vật thể hoặc môi trường cần đo. Ví dụ: nhiệt điện trở Pt100, cặp nhiệt điện.
  • Cảm biến nhiệt độ không tiếp xúc: Đo nhiệt độ từ xa bằng cách phát hiện bức xạ hồng ngoại phát ra từ vật thể. Ví dụ: cảm biến hồng ngoại.
  • Cảm biến nhiệt độ analog: Tạo ra tín hiệu điện liên tục (dòng điện mA hay điện áp V); tỷ lệ thuận với nhiệt độ đo được. Cảm biến nhiệt độ 4-20mA chính là một ví dụ điển hình của loại cảm biến này.
  • Cảm biến nhiệt độ digital: Tạo ra tín hiệu điện đóng ngắt ON OFF cho Relay; đèn báo hoặc xuất tín hiệu digital input PLC.

Tại sao là tín hiệu 4-20mA ?

Cảm biến nhiệt độ 4-20mA là một trong những lựa chọn phổ biến nhất trong ngành công nghiệp nhờ vào tính linh hoạt và độ chính xác cao. Loại cảm biến này kết hợp khả năng đo lường chính xác của cảm biến analog với tín hiệu 4-20mA mạnh mẽ; cho phép truyền dữ liệu nhiệt độ đi xa mà không bị suy hao, rất phù hợp cho các ứng dụng công nghiệp đòi hỏi khoảng cách dây dẫn lớn.

Vậy tín hiệu 4-20mA là gì? Đây là một loại tín hiệu analog, trong đó dòng điện 4mA tương ứng với giá trị nhiệt độ thấp nhất; và 20mA tương ứng với giá trị nhiệt độ cao nhất.

Ưu điểm lớn nhất của tín hiệu 4-20mA là khả năng truyền tín hiệu đi xa mà không bị suy hao, rất phù hợp cho các ứng dụng công nghiệp đòi hỏi khoảng cách dây dẫn lớn. Ngoài ra, tín hiệu 4-20mA còn có khả năng chống nhiễu tốt, giúp đảm bảo độ chính xác của dữ liệu đo được.

Cấu tạo của cảm biến nhiệt độ 4-20mA (PT100 + Transmitter)

Để hiểu rõ hơn về cỗ máy đo lường nhiệt độ tuyệt vời này, chúng ta hãy cùng mổ xẻ cấu tạo chi tiết của nó. Cảm biến nhiệt độ 4-20mA (PT100 + Transmitter) gồm hai thành phần chính; hoạt động nhịp nhàng như trái tim và khối óc.

Nhiệt điện trở Pt100

Nhiệt điện trở Pt100, hay còn gọi là RTD (Resistance Temperature Detector); chính là trái tim của cảm biến, nơi cảm nhận mọi sự thay đổi nhiệt độ dù là nhỏ nhất.

Được làm từ bạch kim nguyên chất (vì thế mới có tên Pt100), linh kiện này có khả năng thay đổi điện trở một cách tuyến tính theo nhiệt độ. Khi nhiệt độ tăng, điện trở của Pt100 cũng tăng theo một tỷ lệ nhất định; và ngược lại.

Nếu nói về ưu điểm của Pt100 thì ta phải đề cập đến 3 vấn đề chính sau: độ chính xác cao, ổn định, dải đo rộng:
  • Độ chính xác cao: Pt100 được biết đến với khả năng đo lường nhiệt độ cực kỳ chính xác; với sai số chỉ khoảng 0.1 – 0.3°C.
  • Ổn định: Đặc tính điện trở của bạch kim rất ổn định theo thời gian; đảm bảo sự chính xác của cảm biến trong suốt quá trình sử dụng.
  • Dải đo rộng: Pt100 có thể đo được nhiệt độ trong một phạm vi rất rộng; từ -200°C đến 850°C, đáp ứng nhu cầu đa dạng của các ngành công nghiệp.

Transmitter (Bộ chuyển đổi tín hiệu nhiệt độ)

Nếu Pt100 là trái tim cảm nhận nhiệt độ, thì Transmitter chính là khối óc xử lý và truyền tải thông tin. Nhiệm vụ của Transmitter là chuyển đổi tín hiệu điện trở từ Pt100 thành tín hiệu dòng điện 4-20mA. Tín hiệu này sau đó được truyền đi một cách dễ dàng và ổn định trên đường dây dài; đến các thiết bị điều khiển hoặc hiển thị.
Các loại Transmitter phổ biến:
  • Transmitter tích hợp: Được tích hợp trực tiếp vào đầu củ hành Pt100; giúp tiết kiệm không gian và giảm chi phí lắp đặt.
  • Transmitter gắn rời: Là một module riêng biệt, có thể được lắp đặt ở vị trí thuận tiện; linh hoạt hơn trong việc lựa chọn và thay thế.

Các thành phần khác (tùy chọn)

  • Vỏ bảo vệ: Bảo vệ cảm biến khỏi các tác động của môi trường như bụi; nước; hóa chất…
  • Màn hình hiển thị: Hiển thị trực tiếp giá trị nhiệt độ đo được, giúp người dùng dễ dàng quan sát và kiểm tra.
  • Đầu nối tín hiệu: Kết nối cảm biến với các thiết bị khác trong hệ thống.
Với sự kết hợp hoàn hảo giữa trái tim Pt100 nhạy bén và khối óc Transmitter thông minh; cảm biến nhiệt độ 4-20mA (PT100 + Transmitter) đã trở thành một công cụ không thể thiếu trong việc đo lường và kiểm soát nhiệt độ.

Nguyên lý hoạt động của cảm biến nhiệt độ 4-20mA

Sau khi đã khám phá trái tim và khối óc của cảm biến nhiệt độ 4-20mA; giờ là lúc chúng ta tìm hiểu về vũ điệu nhịp nhàng giữa dòng điện và nhiệt độ – nguyên lý hoạt động cốt lõi của thiết bị này.

Quy trình hoạt động của cảm biến nhiệt độ 4-20 mA

Đầu tiên là quá trình Pt100 cảm nhận nhiệt độ. Khi tiếp xúc với môi trường cần đo, nhiệt điện trở Pt100 sẽ cảm nhận sự thay đổi nhiệt độ và phản ứng bằng cách thay đổi điện trở của chính nó. Nhiệt độ càng cao, điện trở càng lớn và ngược lại.

Tiếp tục là transmitter đo lường điện trở Pt100. Có thể gọi đây là quá trình “đọc vị” PT100 của transmitter. Transmitter sẽ liên tục đo lường giá trị điện trở của Pt100.

Tiếp theo, Transmitter phiên dịch thành tín hiệu 4-20mA. Dựa trên giá trị điện trở đo được, Transmitter sẽ phiên dịch nó thành một tín hiệu dòng điện 4-20mA tương ứng. Ví dụ, nếu Pt100 đo được nhiệt độ là 0°C; Transmitter sẽ xuất ra tín hiệu 4mA. Nếu nhiệt độ là 100°C, tín hiệu sẽ là 20mA.

Cuối cùng là quá trình truyền đi tín hiệu 4-20mA. Tín hiệu 4-20mA cuối cùng sẽ “lên đường”. Tín hiệu dòng điện 4-20mA này sau đó được truyền đi trên đường dây đến bộ điều khiển hoặc thiết bị hiển thị, nơi nó sẽ được giải mã và hiển thị dưới dạng giá trị nhiệt độ cụ thể.

Mối quan hệ giữa giá trị nhiệt độ và tín hiệu dòng điện 4-20mA.

Để cho các bạn có thể tiếp cận một cách trực quan nhất về cảm biến nhiệt độ 4-20mA; mình sẽ đưa ra mối liên hệ giữa nhiệt độ và dòng điện. Có thể thấy mối quan hệ giữa giá trị nhiệt độ; và tín hiệu dòng điện 4-20mA là một mối quan hệ tỷ lệ thuận.

Nghĩa là khi nhiệt độ tăng, tín hiệu dòng điện cũng tăng theo một tỷ lệ nhất định; và ngược lại. Nhờ vào mối quan hệ tuyến tính này; việc chuyển đổi giữa nhiệt độ và tín hiệu 4-20mA trở nên dễ dàng và chính xác hơn bao giờ hết.

Ví dụ:

Nhiệt độ 0°C tương ứng với tín hiệu 4mA
Nhiệt độ 25°C tương ứng với tín hiệu 8mA
Nhiệt độ 50°C tương ứng với tín hiệu 12mA
Nhiệt độ 75°C tương ứng với tín hiệu 16mA

Nhiệt độ 100°C tương ứng với tín hiệu 20mA

Với nguyên lý hoạt động đơn giản nhưng hiệu quả; cảm biến nhiệt độ 4-20mA đã chứng minh được tính ưu việt của mình trong việc đo lường; và kiểm soát nhiệt độ một cách chính xác. Nhờ vào tính chất giám sát tuyến tính nhiệt độ ra dòng điện 4-20mA; ta sẽ không bao giờ bỏ lỡ bất cứ giá trị nhiệt độ nào. Vì vậy nó được ứng dụng rất nhiều trong công nghiệp điều khiển tự động hóa.

Lựa chọn cảm biến nhiệt độ 4-20mA phù hợp

Dải đo nhiệt độ: Đây là yếu tố quan trọng hàng đầu. Bạn cần xác định rõ phạm vi nhiệt độ mà bạn muốn đo để lựa chọn cảm biến có dải đo phù hợp. Đừng quên tính đến cả những biến động nhiệt độ có thể xảy ra trong quá trình vận hành.

Độ chính xác: Mỗi ứng dụng sẽ đòi hỏi một mức độ chính xác khác nhau. Ví dụ, trong ngành dược phẩm, việc đo lường nhiệt độ của các lò phản ứng yêu cầu độ chính xác rất cao; trong khi đó, đối với việc giám sát nhiệt độ môi trường trong nhà máy, độ chính xác có thể không cần quá khắt khe.

Loại đầu dò: Pt100 thường được ưu tiên cho các ứng dụng đòi hỏi độ chính xác cao và ổn định; đặc biệt là trong môi trường khắc nghiệt. Thermocouple: Phù hợp cho các ứng dụng đo nhiệt độ cao và có khả năng chống nhiễu tốt hơn.

Môi trường hoạt động: Môi trường làm việc của cảm biến (nhiệt độ, độ ẩm, áp suất, hóa chất…) sẽ ảnh hưởng đến vật liệu và thiết kế của cảm biến. Hãy đảm bảo rằng cảm biến bạn chọn có khả năng chịu đựng được các điều kiện khắc nghiệt của môi trường.

Ngân sách: Giá cả của cảm biến nhiệt độ 4-20mA có thể dao động đáng kể tùy thuộc vào thương hiệu; tính năng và chất lượng. Hãy xác định ngân sách của bạn trước khi lựa chọn để đảm bảo có được giải pháp tối ưu nhất về cả hiệu quả và chi phí.

“Top 3” cảm biến nhiệt độ 4-20mA đáng tin cậy nhất hiện nay

Trong thế giới công nghiệp đầy biến động, việc lựa chọn một cảm biến nhiệt độ 4-20mA chất lượng cao; đáng tin cậy giống như việc tìm được một người đồng đội vững chắc, luôn sẵn sàng đồng hành cùng bạn trên mọi nẻo đường sản xuất.

Cảm biến nhiệt độ Seneca PT100

Seneca, thương hiệu đến từ nước Ý xinh đẹp, đã khẳng định được tên tuổi của mình trong lĩnh vực tự động hóa công nghiệp; với những sản phẩm chất lượng cao và độ chính xác vượt trội. Với tiêu chuẩn khắc khe của châu Âu; cảm biến nhiệt độ PT100 của Seneca là một minh chứng rõ nét cho điều đó.

Thông số kỹ thuật:

  • Loại cảm biến: Pt100
  • Đầu ra: Tín hiệu analog 4-20mA
  • Cấp chính xác: Lớp A (± 0.15 °C hoặc 1/10 DIN ở 0 °C) hoặc lớp B (± 0.3 °C ở 0 °C)
  • Vật liệu: Thép không gỉ AISI 316
  • Cấp bảo vệ: IP66 / IP68
  • Chiều dài: 50, 100, 150, 200, 250, 300 mm
  • Đường kính: Ø 6, 8 mm (hoặc theo yêu cầu)

Tính năng nổi bật:

  • Độ chính xác cao: Đảm bảo kết quả đo đáng tin cậy.
  • Đa dạng về kiểu dáng và kích thước: Phù hợp với nhiều ứng dụng khác nhau.
  • Khả năng chống nhiễu tốt: Hoạt động ổn định trong môi trường công nghiệp khắc nghiệt.
  • Dễ dàng tích hợp: Giao tiếp dễ dàng với các thiết bị khác trong hệ thống.

Ưu điểm của cảm biến nhiệt độ Seneca PT100

  • Chất lượng và độ tin cậy cao: Sản phẩm của Seneca được sản xuất theo tiêu chuẩn chất lượng nghiêm ngặt, đảm bảo độ bền và tuổi thọ lâu dài.
  • Đa dạng về tùy chọn: Seneca cung cấp nhiều tùy chọn về chiều dài, đường kính và kiểu dáng đầu dò, đáp ứng nhu cầu đa dạng của khách hàng.

Cảm biến nhiệt độ Pixsys PT100 PTS

Pixsys, một thương hiệu đến từ châu Âu, được biết đến với sự đa dạng về sản phẩm và giải pháp đo lường; điều khiển trong công nghiệp. Cảm biến nhiệt độ Pixsys PT100 PTS là một trong những sản phẩm nổi bật của hãng, được thiết kế để đáp ứng nhu cầu đa dạng của khách hàng.

Thông số kỹ thuật:

  • Loại cảm biến: Pt100 Class B
  • Đầu ra: 4-20mA
  • Vật liệu vỏ: Thép không gỉ AISI 316L (tiêu chuẩn thực phẩm)
  • Cấp bảo vệ: IP65
  • Dải đo: -100°C đến +500°C
  • Đường kính: 4mm, 6mm, 8mm
  • Chiều dài: 50, 100, 150, 200, 250, 300, 350, 400, 450, 500mm hoặc 1m, 1.5m
  • Kiểu kết nối: 1/8″, 1/4″, 1/2″, 1″ male GAS cố định hoặc trượt, 1/8″, 1/4″, 1/2″, 1″ male NPT cố định

Tính năng nổi bật:

  • Hiệu suất cao: Đo lường nhiệt độ nhanh chóng và chính xác với thời gian đáp ứng 6.5 giây.
  • Tính linh hoạt: Có thể cấu hình và điều chỉnh để phù hợp với nhiều ứng dụng khác nhau với nhiều tùy chọn về chiều dài, đường kính và kiểu kết nối.
  • Độ bền cao: Vỏ bọc thép không gỉ AISI 316L đảm bảo khả năng chống ăn mòn và chịu được các điều kiện môi trường khắc nghiệt.
  • Đa dạng kết nối: Cung cấp nhiều tùy chọn kết nối, bao gồm cả kết nối ren và kết nối cáp.
  • Tiêu chuẩn thực phẩm: Vật liệu thép không gỉ AISI 316L đáp ứng các tiêu chuẩn vệ sinh an toàn thực phẩm.

Bộ chuyển đổi tín hiệu Seneca T120 cho PT100: “Cầu nối” thông minh, nhỏ gọn

Để tín hiệu từ cảm biến PT100 có thể giao tiếp được với các thiết bị khác trong hệ thống, chúng ta cần đến một cầu nối thông minh – đó chính là bộ chuyển đổi tín hiệu Seneca T120. Đây là sản phẩm tích hợp với đầu củ hành của PT100 các hãng Seneca hoặc Pixsys mình đã nêu ở trên để có thể cấu tạo thành một cảm biến nhiệt độ 4-20mA hoàn chỉnh.

Thông số kỹ thuật:

  • Ngõ vào: Pt100, Ni100 (2, 3 hoặc 4 dây)
  • Ngõ ra: 4-20mA (2 dây)
  • Nguồn cấp: 5 – 30 Vdc (loop-powered)
  • Độ chính xác: ±0.1% toàn thang đo
  • Thời gian đáp ứng: <620 ms
  • Cấp bảo vệ: IP20
  • Nhiệt độ hoạt động: -40°C đến +85°C
  • Kích thước: Ø 43,7 x 20 mm

Tính năng nổi bật:

  • Chuyển đổi tín hiệu chính xác: Đảm bảo tính toàn vẹn của dữ liệu đo được.
  • Dễ dàng cài đặt và cấu hình: Thông qua phần mềm EASY SETUP/EASY LP và giao tiếp qua cổng USB-TTL hoặc USB-RS232/TTL.
  • Lắp đặt đầu dò: Cho phép lắp đặt đầu dò Pt100 trực tiếp.
  • Tiết kiệm chi phí: Thiết kế loop-powered không cần nguồn cấp riêng.
  • Nhỏ gọn: Kích thước nhỏ giúp tiết kiệm không gian lắp đặt.

Ưu điểm của bộ chuyển đổi tín hiệu nhiệt trở T120

Tương thích cao: Bộ chuyển đổi tín hiệu Seneca T120 được thiết kế để hoạt động hoàn hảo với các cảm biến PT100 của Seneca và Ni100, đảm bảo tính tương thích và hiệu suất tối ưu.
Độ chính xác cao: Sản phẩm của Seneca được sản xuất theo tiêu chuẩn chất lượng nghiêm ngặt, đảm bảo độ ổn định và tuổi thọ lâu dài.
Như vậy, với sự đa dạng về thương hiệu, mẫu mã và tính năng, việc lựa chọn cảm biến nhiệt độ 4-20mA trở nên dễ dàng hơn bao giờ hết. Tùy vào nhu cầu và ngân sách, bạn có thể tìm thấy một giải pháp đo lường nhiệt độ tối ưu, đáng tin cậy và hiệu quả cho hoạt động sản xuất của mình.

Lời kết

Cảm biến nhiệt độ 4-20mA đã và đang chứng minh vai trò không thể thay thế trong việc nâng tầm hiệu quả và chất lượng của các quy trình công nghiệp. Với khả năng truyền tín hiệu xa, ổn định, độ chính xác cao và dễ dàng tích hợp, công nghệ này đã giải quyết những “nút thắt” cố hữu của các phương pháp đo lường nhiệt độ truyền thống.

Nếu bạn đang tìm kiếm một giải pháp đo lường nhiệt độ đáng tin cậy, hiệu quả và linh hoạt, thì tại Công ty Hưng Phát chúng tôi luông cung cấp những sản phẩm chất lượng và đáng tin cậy nhất đến tay bạn. Trong đó bao gồm những sản phẩm cảm biến nhiệt độ 4-20mA chất lượng cao từ các thương hiệu uy tín như Seneca hay Pixsys.

Hãy để công nghệ tiên tiến này đồng hành cùng bạn trên con đường chinh phục những đỉnh cao mới trong sản xuất và kinh doanh.

DMCA.com Protection Status