Việc sử dụng cảm biến nhiệt độ ngày càng phổ biến trong công nghiệp. Cảm biến nhiệt độ thay thế cho các cách thức đo nhiệt độ khác trong công nghiệp. Cảm biến nhiệt độ được sử dụng rộng rãi nhất là cảm biến nhiệt độ RTD hay còn có tên gọi khác là PT100 hoặc Ni100… Vậy cảm biến nhiệt độ RTD là gì cùng mình tìm hiểu nhé.
Cảm biến nhiệt độ RTD là gì?
RTD là tên viết tắt của Resistance Temperature Detectors là thiết bị đo nhiệt độ bằng điện trở. Nói cách đơn giản và dễ hiểu cảm biến nhiệt độ RTD là một thiết bị đo nhiệt độ bằng điện trở. Ta có một số loại cảm biến nhiệt độ phổ biến nhất hiện này là cảm biến nhiệt độ PT100, Ni100, PT1000, Ni1000….
Cấu tạo của cảm biến nhiệt độ RTD?
Cảm biến nhiệt độ RTD được cấu tạo từ vật liệu platium hoặc Niken. Trong đo platium được sử dụng nhiều hơn vì độ tinh khiết của platium khá cao lên đến 99%. Loại cảm biến nhiệt độ làm từ vật liệu này cho độ chính xác cực cao nên nó được sử dụng rất nhiều trong công nghiệp.
Cảm biến nhiệt độ RTD thường có vỏ bảo vệ làm từ vật liệu thép không ghỉ 316L để bảo vệ phần dây platium bên trong.
Cảm biến có 2 phần, phần đầu dò đưa trực tiếp vào vị trí có nhiệt độ cao để đo nhiệt độ. Phần đầu tín hiệu phần này chuyển đổi tín hiệu nhiệt thành tín hiệu trở đưa về bộ điều khiển.
Nguyên lý làm việc
Nguyên lý làm việc của RTD khá đơn giản. Khi các bạn đưa đầu dò của cảm biến nhiệt độ RTD vào vị trí cần đo nhiệt. Khi nhiệt độ tại đầu dò nhiệt thay đổi thì điện trở xuất ra tại phần còn lại của cảm biến nhiệt độ thay đổi. Ví dụ nhiệt độ thay đổi từ 0 đến 40 độ thì tín hiệu trở xuất ra là 100Ω đến 115,54Ω.
Sự khác biệt giữa RTD và thermocouple
RTD và thermocouple được thể hiện bởi nguyên lý làm việc. Để hiểu hơn ta phải biết thermocouple là gì đã nhé!
Thermocouple là cảm biến nhiệt độ cặp nhiệt điện. Nó được cấu tạo bởi 2 kim loại khác nhau. Một đầu được nối chung lại được gọi là đầu dò (hay đầu nóng). Đầu còn lại được nối với dây dẫn xuất tín hiệu điện ra ngoài.
Tín hiệu của thermocouple là tín hiệu miniVon. Vậy sự khác biệt nào giữa RTD và thermocouple là gì?
Câu trả lời là nó khác nhau về tín hiệu trả về và cấu tạo. Tín hiệu RTD trả về tín hiệu điện trở còn thermocouple trả về tín hiệu là miniVon. Vì thế khi sử dụng cảm biến nhiệt độ các bạn phải xác định xem bộ điều khiển của các bạn có thể được được tín hiệu điện trả về hay không.
Sự khác nhau tiếp theo đó là về cấu tạo của RTD và thermocouple khác nhau. RTD được cấu tạo chỉ từ platium cuốn trên đầu que dò. Thermocouple thì được cấu tạo từ 2 kim loại khác nhau.
Ưu điểm của cảm biến nhiệt độ RTD
Mỗi một loại cảm biến nhiệt độ điều có ưu điểm và nhược điểm riêng. Để nói rõ hơn về ưu điểm của RTD mình sẽ so sánh nó với cảm biến nhiệt độ khác như thermocouple.
RTD cho độ chính xác cao hơn so với thermocouple. Độ chính xác cao lại mang đến nhiệt độ chính xác nhất cho bạn. Ngoài ra RTD còn ổn định theo thời gian. Sau 1 năm độ trôi sai số của RTD là 0,1% rất thấp so với các cảm biến đo nhiệt độ khác.
Ưu điểm tiếp theo của RTD là có dải đo khá rộng. RTD có thể đo được từ -200○C đến 850○C . Dải đo khoảng 1000○C . Với dải đo này phù hợp với khá nhiều mức đo nhiệt độ khác nhau.
Cuối cùng giá thành của cảm biến nhiệt độ RTD khá thấp so với nhưng loại cảm biến nhiệt độ khác như can nhiệt,…
Nhược điểm của cảm biến nhiệt độ RTD
Tuy có những ưu điểm như thế nhưng RTD cũng tồn tại một vài nhược điểm như sau:
Dải đo tuy rộng lên đến 1000○C nhưng nó không thể đo được nhiệt độ trên 1000○C nữa. Đối với các lò nung thì các bạn nên sử dụng can nhiệt thermocouple. Can nhiệt có thể đo đến 1700○C với can loại R và loại S.
Khả năng phản ứng nhiệt của cảm biến RTD lại chậm hơn so với can nhiệt.
Ứng dụng của cảm biến nhiệt độ
Cảm biến nhiệt độ RTD được sử dụng trong công nghiệp để đo nhiệt độ không quá cao từ -200○C đến 850○C. Thế nên cảm biến đo phù hợp để đo trong lò hơi, lò đốt,…
Đối với các các khu vực có nhiệt độ cao hơn 850○C các bạn phải sử dụng can nhiệt thermocouple để đo.
Các biện pháp chống nhiễu cho cảm biến nhiệt độ
Trong một vài trường hợp khi sử dụng cảm biến nhiệt độ chúng ta thường gặp là bộ điều khiển không thể đọc được tín hiệu điện trở. Hoặc chúng ta muốn đưa tín hiệu truyền đi xa hơn. Để giải quyết những vấn đề đó giải pháp được đưa ra là sử dụng bộ chuyển đổi tín hiệu.
Bộ chuyển đổi tín hiệu sẽ giúp các bạn điện trở của RTD thành tín hiệu analog 4-20mA hoặc 0-10V. Vì 2 tín hiệu analog này được sử dụng có trên hầu hết tất cả các thiết bị điều khiển và hiển thị hiện tại. Tín hiệu analog 4-20mA hoặc 0-10V có tính ổn định cao, dễ dàng xử lý và có thể truyền đi xa được. Vì thế tín hiệu analog 4-20mA, 0-10V được sử dụng rất nhiều trong công nghiệp ngày nay. Mình sẽ giới thiệu cho các bạn 2 bộ chuyển đổi đến từ Ý. Có chất lượng đạt tiêu chuẩn G7. Và có độ chính xác cao.
Bộ chuyển đổi tín hiệu RTD thành tín hiệu analog 4-20mA T120
Bộ chuyển đổi tín hiệu RTD thành tín hiệu analog 4-20mA T120 được sản xuất từ Italia. Với thiết kế nhỏ gọn có thể gắn bên trong đầu củ hành của cảm biến nhiệt độ RTD. Việc gắn trực tiếp vào đầu củ hành cũng tăng thêm khả năng chống nhiễu đến từ bên ngoài cảm biến nhiệt độ RTD. Tuy nhiên bộ chuyển đổi này có giá thành rẻ nên không được trang bị chức năng cách ly chông nhiễu. Tuy nhiên nó có thể cài đặt nhiệt độ xuất tín hiệu theo ý muốn.
Thông số kĩ thuật của bộ chuyển đổi T120
- Nguồn cấp : 5…30Vdc
- Sai số : 0.1%
- Tín hiệu ngõ vào : PT100, Ni 100, loại 2 dây, 3 dây, 4 dây
- Tín hiệu ngõ ra : 4-20mA, 20-4mA
- Nhiệt độ xung quanh tiếp xúc với T120 : -40…+85ºC
Bộ chuyển đổi tín hiệu RTD thành tín hiệu analog K109PT
Bộ chuyển đổi K109PT được thiết kế để lắp đặt trên DIN Rail trong tủ điện. Nó có thiết kế rất nhỏ gọn nên không chiếm nhiều diện tích trong tủ. Cài đặt dễ dàng bằng DIP-SWITCH. Có thể đọc được các tín hiệu RTD 2 dây, 3 dây, 4 dây. Độ chính xác cao, cách ly chống nhiễu lên đến 1500VAC cho tín hiệu đầu vào, đầu ra và cả nguồn. Nó có thể xuất tín hiệu 4-20mA hoặc 0-10V, 0-5V… Tùy thuộc vào bộ xử lý của bạn nó sẽ cho đầu ra tương ứng.
Thông số kĩ thuật của bộ chuyển đổi T120
- Nguồn cấp : 19,2…30Vdc
- Độ chính xác : 99,9%
- Tín hiệu ngõ vào : PT100, Ni 100, loại 2 dây, 3 dây, 4 dây
- Tín hiệu ngõ ra : 4-20mA, 20-4mA, 0-10V, 0-5V…
- Nhiệt độ xung làm việc: -20…+60ºC
- Cách ly chống nhiễu: 1500VAC
- Cài đặt: DIP-SWITCH
Còn nhiều bộ chuyển đổi khác nữa. Trên đây là 2 bộ chuyển đổi được sử dụng rộng rãi và có giá thành rẻ nhất. Các bộ chuyển đổi khác sẽ cao cấp hơn nhiều tính năng và độ chính xác cao hơn. Tùy vào nhu cầu các bạn có thể lựa chọn bộ chuyển đổi sao cho phù hợp. Các bạn có thể tham khảo thêm bài viết: Bộ chuyển đổi RTD để biết thêm thông tin về các bộ chuyển đổi nhé.
Cách lựa chọn cảm biến nhiệt độ
Nếu các bạn đã biết về cảm biến nhiệt độ RTD rồi thì việc lựa chọn một con cảm biến nhiệt độ dựa trên các tiêu chí nào. Sau đây là các tiêu chi lựa chọn một bộ chuyển đổi nhiệt độ RTD.
Dải đo của cảm biến nhiệt độ RTD
Đầu tiên là dải đo của cảm biến nhiệt độ. Tùy vào nhiệt độ của nhà máy bạn bạn sẽ lựa chọn phù hợp. Nếu nhiệt độ quá cao các bạn nên lựa chọn can nhiệt. Nếu nhiệt độ vừa phải các bạn chọn cảm biến nhiệt độ RTD sẽ có chi phí thấp hơn. Quan trọng nhất là bạn phải biết nhiệt độ mình mong muốn là bao nhiêu. Ví dụ bạn chỉ cần đo tời 200 ºC các bạn chọn RTD là quá hợp lý. Nếu nhiệt độ bạn mong muốn là 1000 ºC thì tốt nhất các bạn nên chọn can nhiệt loại K.
Chiều dài que đầu dò cảm biến nhiệt độ
Điều quan trong nhất rằng chiều dài que đo dài làm sao có thể vào được vị trí cần đo nhiệt độ. Nếu que đo quá ngăn sẽ không thể đo chính xác được.
Chiều dài que đo tiêu chuẩn thường là 50, 100, 200mm. Ngoài ra còn có nhiều lựa chọn độ dài que đo khác nứa như: 250, 300, 500mm…
Môi trường đo nhiệt độ
Môi trường đo nhiệt phải xem có các chất ăn mòn hay là không. Nếu đo trong môi trường có chất ăn mòn phải có thêm ông termowell để bảo vệ.
Môi trường đo có chống cháy nổ hay không. Nếu môi trường đo của bạn nguy hiểm yêu cầu chống cháy nổ các bạn phải chọn các loại cảm biến nhiệt độ chống cháy nổ.
Đường kính que dò
Đường kính que dò sẽ ảnh hưởng đến độ nhạy của cảm biến nhiệt độ RTD. Vì bên ngoài cảm biến được bọc một lớp Inox. Đường kính nhỏ sẽ cho độ nhạy cao. Đường kính lớn sẽ cho độ nhạy thấp.
Chọn loại dây hay loại củ hành
Nếu không gian lắp đặt của bạn nhỏ bạn nên chọn loại dây. Bởi vị loại dây phù hợp cho nhưng không gian nhỏ khó lắp đặt. Tuy nhiên loại dây lại không thể đo nhiệt độ quá cao trên 400 độ C. Nếu nhiệt độ cao hơn 400 độ C các bạn nên chọn loại đầu củ hành. Đầu củ hành cho độ chính xác cao hơn, có chỗ cho bộ chuyển đổi trực tiếp. Tuy nhiên đầu củ hành chỉ thích hợp với những vị trí có đường kính lớn mà thôi.
Ren kết nối
Đối với cảm biến nhiệt độ ta có thể chọn ren kết nối phù hợp với yêu cầu. Tuy nhiên trên thị trường có bộ chuyển ren ta có thể sử dụng để đổi các loại ren khác nhau. Tuy nhiên các bạn phải xem xét đến ren kết nối nếu yêu cầu phải kín để có thể vận hành.
Đối với các loại cảm biến nhiệt độ có đầu dò bằng sứ thì không có ren kết nối. Bạn phải chọn đường kính sao cho đúng với đường kính cần đo.
Đó là nhưng tiêu chí để các bạn lựa chọn một con cảm biến nhiệt độ RTD. Nếu có bất cứ thắc mắc nào. Xin vui lòng liên hệ
Kỹ sư Cơ – Điện tử
Phạm Đức Thắng
Mobi:0368216443
