Để chuyên dụng cho việc nhận biết nhiệt độ trong hệ thống, ta sử dụng cảm biến nhiệt độ công nghiệp. Vậy tại sao ta lại sử dụng thiết bị chuyên dụng này thay cho các cảm biến nhiệt độ phổ thông khác? Thế mạnh của loại cảm biến này là gì? Chúng tôi xin phép được hướng dẫn mọi thông tin mà bạn cần biết.
Ngoài ra, chúng tôi cũng sẽ giới thiệu về cảm biến nhiệt độ công nghiệp chuyên dụng – Pt100. Thứ đang hô mưa, gọi gió trên thị trường cảm biến nhiêt!!!!
Cảm biến nhiệt độ công nghiệp là gì?
Cảm biến là những sản phẩm, linh kiện thay thế cho ngũ quan con người để nhận biết môi trường. Chúng sẽ biết được giá trị đo được và thông báo lại cho hệ thống hiện thị/ điều khiển.
Do thế, tên gọi sản phẩm đã nói lên công dụng. Cảm biến nhiệt độ vốn để nhận biết nhiệt độ môi trường mà nó đang đo đạc. Nhìn chung, các sản phẩm đều nhận biết nhiệt độ với độ chính xác cao vì chẳng ai sử dụng một thiết bị sai lệch cả phải không nào? Thế tại sao lại có cảm biến nhiệt độ công nghiệp riêng biệt mà ta không sử dụng những IC cảm biến nhiệt độ thông thường?
Định nghĩa cảm biến nhiệt độ công nghiệp.
“Ngộ độc thông tin”. Phải, đó là điều chắc chắn sẽ diễn ra khi bạn cố tiêu hóa hết kiến thức về các cảm biến nhiệt độ. Nhưng ta phải thừa nhận một sự thật rành rạch về chúng rằng chẳng có sản phẩm nào là tuyệt đối cả. Chúng đều có những đặc tính, khả năng làm việc, sự giới hạn,… khác nhau. Bởi lẽ đó mà nhiều phân lớp khác nhau đã rẽ nhánh nhằm hoạt động chuyên biệt cho một nhu cầu cụ thể.
Vì thế nên cảm biến nhiệt độ công nghiệp là cảm biến nhiệt độ chuyên dùng trong môi trường công nghiệp như sản xuất thực phẩm, hóa chất, dược phẩm,…. Các ứng dụng đó đều có một điểm chung là yêu cầu khắt khe và phức tạp đặc trưng. Ví dụ như: khoảng nhiệt độ rộng, nhiệt độ quá cao/ quá thấp, độ ăn mòn của hóa chất, độ bền của thiết bị đo. Ta sử dụng cảm biến nhiệt độ công nghiệp như một công cụ chuyên biệt để giải quyết những vấn đề này.
Cấu tạo của cảm biến nhiệt độ công nghiệp.
Thông thường, cảm biến nhiệt độ công nghiệp thường có những bộ phận chính như sau:
- Đầu dò cảm biến nhiệt độ công nghiệp: Sở dĩ được nêu tên đầu tiên là do đây là phần quan trọng nhất của sản phẩm. Chính là thứ dùng để “nhận biết” nhiệt độ. Do tiếp xúc trực tiếp với môi trường cần đo nên chất lượng của đầu dò cảm biến nhiệt độ rất quan trọng. Vì thế, đầu dò này phải đảm bảo được khả năng chịu nhiệt, có thể chống chịu được va đập cũng như đủ dài để tiếp xúc với môi trường đo.
- Dây kết nối giữa đầu dò và đầu kết nối: Có thể coi đây như một “người đưa tin” của thiết bị đảm nhận nhiệm vụ truyền giá trị mà đầu dò đo được đến đầu kết nối.
- Bộ phận cách điện/ cách nhiệt: Được làm bằng gốm, tránh những sự cố như đoản mạch. Cũng như bảo vệ các đầu kết nối khỏi nhiệt độ cao.
- Chất làm đầy: Thường được làm từ bột alumina, có đặc tính là mịn. Được thêm vào nhằm làm đầy các chỗ trống. Bởi lẽ các tác động từ môi trường hoạt động cả trong lẫn ngoài xuất hiện thường xuyên xảy ra nên chúng cần được bảo vệ.
- Vỏ bảo vệ: Mang trọng trách bảo vệ tất cả các bộ phận quan trọng của cảm biến. Để tăng hiệu suất bảo hộ, một số loại cảm biến công nghiệp sẽ được bọc thêm một lớp “thermowell”.
- Đầu kết nối: Được làm bằng vật liệu cách điện với nhiệm vụ “ngoại giao”. Đây là bộ phận kết nối với các thiết bị đọc.
Nguyên lý hoạt động.
Nói không ngoa thì bản chất việc đo của các cảm biến nhiệt độ công nghiệp là nhờ vào sự thay đổi điện trở. Nghĩa rằng, khi nhiệt độ môi trường thay đổi, giá trị điện trở của cảm biến cũng sẽ thay đổi theo. Có một sự liên hệ giữa hai giá trị nhiệt độ và điện trở trong sự thay đổi này. Chúng thường được biểu thị bằng một đồ thị thể hiện giá trị điện trở ở mức nhiệt độ tương ứng. Ví dụ như cảm biến nhiệt độ công nghiệp Pt100 sẽ cho ra giá trị điện trở bằng 100Ω khi ở nhiệt độ 0℃.
Vì thế một bộ chuyển đổi tín hiệu, thứ chuyên dụng để biến giá trị cảm biến thành giá trị analog (0-10V; 0-20mA; 4-20mA;…) sẽ được thêm vào. Chúng như một “thông dịch viên” để đọc cảm biến và đưa ra một kiểu tín hiệu chung, chuyên dụng cho hệ thống công nghiệp.
Khi nào cần sử dụng cảm biến nhiệt độ công nghiệp?
Như đã nói ở trên yêu cầu sử dụng của mỗi môi trường làm việc sẽ khác nhau. Chính vì vậy, cảm biến nhiệt độ công nghiệp sẽ được sử dụng chủ yếu trong các hệ thống mang tính công nghiệp cao. Với những yêu cầu, đòi hỏi khắt khe về việc đo, đọc nhiệt độ.
Những đặc tính, điểm mạnh của cảm biến nhiệt độ công nghiệp.
Khi nói về đặc tính của cảm biến nhiệt độ công nghiệp, ta không thể không nói tới những điều sau:
- Khoảng đo nhiệt độ rộng: Có thể đo được trong khoảng từ âm vài chục đến hàng trăm độ ℃.
- Độ chính xác cao: Sai số nhiệt độ của các cảm biến chuyên dụng trong lĩnh vực này thường nhỏ hơn 1%.
- Tốc độ đáp ứng nhanh: Nhiệt độ đo được sẽ bám sát nhiệt độ thực tế nhất có thể.
- Độ bền cao: Đây cũng là một trong những tiêu chí quan trọng. Bởi lẽ trong môi trường công nhiệp, sẽ có khả năng xảy ra các hiện tượng va đập tới cảm biến. Một đầu dò cảm biến nhiệt độ chất lượng sẽ kéo theo một cảm biến nhiệt độ “xịn xò”.
So sánh cảm biến nhiệt độ công nghiệp với các IC cảm biến nhiệt độ.
Ta có thể so sánh hai loại cảm biến dựa trên những đặc tính như sau:
| Đặc tính | Cảm biến nhiệt độ công nghiệp | IC cảm biến nhiệt độ. |
| Kích thước | To hơn (lên đến vài chục xen ti mét) | Nhỏ (thường chỉ bằng ngón áp út) |
| Khoảng nhiệt độ | Có thể từ âm vài trăm đến dương vài ngàn ℃ | Có thể chỉ từ âm vài chục đến dương vài trăm ℃ |
| Độ bền | Bền, chịu được va đập tốt | Kém bền, dễ hư hại |
| Độ chính xác | Cao hơn | Thấp hơn |
| Giao tiếp | Chuyên dụng trong công nghiệp | Sử dụng trong các mạch điện tử |
Như vậy có thể thấy rằng, trong các linh kiện điện tử nhất định, sử dụng IC cảm biến nhiệt độ sẽ có lợi thế hơn. Nhưng trong môi trường công nghiệp, nơi điều kiện làm việc khắc nhiệt và sử dụng một định dạng tín hiệu đặc trưng thì cảm biến nhiệt độ công nghiệp lại lên ngôi.
Cảm biến nhiệt độ công nghiệp có thể ứng dụng vào lĩnh vực nào?
Hẳn trong môi trường công nghiệp. Sẽ có những hệ thống cần sự giám sát nhiệt độ môi trường đòi hỏi độ chính xác cao, độ ổn định tốt, đáp ứng nhanh, không ảnh hưởng đến môi trường, độ bền cao.
- Đo nhiệt độ của chất lỏng: Trong các bể chứa hoặc trong các dây truyền sản xuất. Cảm biến sẽ được gắn trực tiếp vào để đo nhiệt độ chất lỏng nhằm thăm nhiệt của đối tượng.
- Lò hơi: Vốn phổ biến trong các dây truyền sản xuất. Nhiệt độ lò hơi thường có thể lên trên 200℃, với đặc tính là khả năng chịu nhiệt tốt của mình.
- Lò đốt: Chúng thường dùng để đốt rác, thiêu, hoặc nung,…. Các lò đốt có thể phải đạt nhiệt độ trên 1500℃ mới có thể thực hiện nhiệm vụ của mình. Do đó ta cần một thiết bị chịu được khoảng nhiệt độ lớn mới có thể áp dụng cho lĩnh vực này.
- Ấp trứng trong công nghiệp: Tôi nghĩ rằng không có lò ấp trứng nào cần đến mức nhiệt lên đến hàng trăm ℃ đâu. Tuy mức nhiệt nhỏ nhưng độ chính xác đòi hỏi lại không, vì thế ta nên sử dụng cảm biến nhiệt độ cho quá trình kiểm soát môi trường ấp trứng.
- Đo nhiệt độ hóa chất: Các phản ứng nguy hiểm có thể xảy ra khi bộ ba “hóa chất”, “nhiệt độ”, “kim loại” đi chung. Để đảm bảo ta có thể đo được nhiệt độ của chúng, các cảm biến nhiệt chuyên dụng được sử dụng cho mục đích này.
Xu hướng sử dụng đối với cảm biến nhiệt độ công nghiệp.
Với lượng kinh nghiệm từng trải, kiến thức tìm tòi và thu thập của mình. Tôi xin giải trình xu hướng của cảm biến nhiệt độ công nghiệp hiện nay với các bạn. Trước đó tôi nghĩ, ta nên tìm hiểu về thị trường cảm biến nhiệt độ.
Phân tích thị trường cảm biến nhiệt độ công nghiệp.
Theo APAC, thị trường cảm biến nhiệt độ vốn đã cảm thấy lượng “nhiệt” lớn. Ước tính cho thấy rằng tổng giá trị thị trường trong năm 2021 đã đạt được 5,9 tỉ USD và được kỳ vọng sẽ đạt đến ngưỡng 8,0 tỉ USD trong năm 2028. Cùng với tỉ lệ tăng trưởng lên đến 4,5%, một con số ấn tượng không kém. “Hùng vĩ” là từ ta có thể dùng để nói về những con số đó. Xu hướng của sử dụng của người tiêu dùng là gì? Ta xét dựa trên các loại cảm biến nhiệt độ công nghiệp đang hiện có.
Các loại cảm biến nhiệt độ công nghiệp phổ biến trên thị trường.
Hiện nay, hai loại cảm biến nhiệt độ công nghiệp phổ biến trên thị trường chính là RTD và Thermocouple.
Thermocouple: Thường được sử dụng trong công nghiệp, tự động hóa và những ứng dụng thường ngày. Với nguyên lý hoạt động rất đơn giản, khoảng hoạt động cao. Nhưng nếu nói đến về độ chính xác, nó vẫn kém cạnh một bậc so với RTD.
RTD (Resistance Temperature Detector): Chúng được phân cấp bởi chất liệu bên trong đầu dò cảm biến nhiệt độ. Đó chính là ni-ken, đồng và bạch kim. Đây là phân loại cảm biến có độ chính xác cao nhất. Ngoài ra tính ổn định, độ bền và sự đáp ứng nhanh cũng là điều đáng nói.
Gương mặt vàng của làng cảm biến nhiệt độ công nghiệp – RTD Pt100.
Thừa hưởng đặc tính độ chính xác cao của dòng cảm biến RTD. Pt100 còn sở hữu nhiều điểm mạnh khác khiến chúng trở thành sản phẩm phổ biến nhất trên thị trường hiện nay nếu như không muốn nói gần như là toàn bộ.
Pt 100: Là cảm biến với đầu dò cảm biến nhiệt độ được cấu tạo từ bạch kim (Platinum). Và 100 là số biểu thị điện trở đạt được khi cảm biến ở môi trường 0℃ tức 100 Ω.
Ưu điểm của loại này đó chính là:
- Khung được làm bằng thép chống gỉ, có độ bền cao. Khiến sự tác động từ môi trường xung quanh gần như là không đáng kể. Giúp sản phẩm có thể “sinh tồn” trong mọi môi trường.
- Đầu dò cảm biến nhiệt độ RTD Pt100 được thiết kế với đa dạng kích thước, phù hợp cho nhiều loại hình công việc.
- Khoảng đo nhiệt độ cao. Thông thường cảm biến nhiệt độ RTD Pt100 sẽ đo được trong khoảng -200℃ đến +850℃.
- Kết nối, lắp đặt dễ dàng, thiết kế tinh tế đẹp đẽ cũng là điều đáng nói.
- Riêng độ bền thì miễn bàn rồi, tôi không nghĩ có loại sản phẩm nào có thể cạnh tranh về mặt giá thành cũng như chất lượng.
Bạn có thể tìm hiểu thêm về cảm biến nhiệt độ RTD tại đây.
Sử dụng cảm biến nhiệt độ công nghiệp như thế nào?
Khi nói đến cảm biến nhiệt độ công nghiệp, và cụ thể hơn là RTD Pt100. Chúng ta sẽ cần nắm được một số điều. Vì vậy chúng tôi xin phép được chia sẻ với các bạn như sau.
Đọc tín hiệu từ cảm biến nhiệt độ công nghiệp như thế nào?
Thông thường, trong công nghiệp nói chung, các dạng tín hiệu tường là digital hoặc analog. Tuy vậy, cảm biến RTD Pt100 sẽ không cho ta tín hiệu nào thuộc định dạng thế. Vì vậy ta phải sử dụng một bộ chuyển đổi tín hiệu chuyên dụng cho RTD Pt100.
Thiết bị này sẽ đọc giá trị điện trở đo được rồi từ đó đưa ra tín hiệu analog theo tỉ lệ tương ứng. Ví dụ: 1 cảm biến với khoảng đo là 0 đến 100℃ mà muốn đưa ra tín hiệu analog 4-20mA. Ta phải sử dụng một bộ chuyển đổi tín hiệu để đọc tín hiệu cảm biến. Chính bộ chuyển đổi này cũng sẽ đưa ra tín hiệu analog tương ứng. Hoặc nếu bạn muốn đơn giản hơn thì cũng có thể sử dụng một bộ hiển thị nhiệt độ chuyên dụng.
Có thể bạn muốn đọc thêm về bộ chuyển đổi nhiệt độ tại đây.
Hoặc tìm hiểu thêm về bộ hiển thị nhiệt độ tại đây.
Hệ thống hiển thị, điều khiển với cảm biến nhiệt độ công nghiệp.
Ta hãy lấy ví dụ với cảm biến đo nhiệt độ công nghiệp RTD Pt100 bạn nhé. Sau đây là những phương pháp bạn có thể sử dụng để đặt ra chỗ đứng cho cảm biến nhiệt độ công nghiệp.
Qua bài chia sẻ vừa rồi, tôi mong rằng các bạn đã có được một cái nhìn mới mẻ về cảm biến nhiệt độ công nghiệp. Không chỉ về khái niệm chung hay xu hướng thị trường, mà còn là về các ứng dụng cũng như cách sử dụng chúng. Chân thành cảm ơn vì sự quan tâm bạn đã bỏ ra, hẹn gặp lại bạn ở bài viết sau ♥♥♥♥♥♥♥.
