Can nhiệt loại S được bọc sứ bên ngoài được sử dụng để đo nhiệt độ lò nung, lò đốt rác, lò thêu với khả năng chịu nhiệt cao từ 1400-1600oC. Đối với nhiệt độ cao dưới 1200oC chúng ta có can nhiệt loại K nhưng khi quá nhiệt thì can K sẽ bị nổ hoặc chảy phần đầu dò. Can nhiệt loại S giải quyết vấn đề đo nhiệt độ cao mà can K không thể chịu được. Chúng ta cùng tìm hiểu can nhiệt loại S có đặc điểm gì nhé.
Can nhiệt loại S là gì ?
Can nhiệt loại S còn được gọi là Thermocouple Type S là một loại cảm biến nhiệt độ được bọc sứ bên ngoài cho khả năng chịu nhiệt lên tới 1600oC. Can nhiệt S được sử dụng cho lò đốt, lò nung, lò hơi, luyện thép có nhiệt độ cao mà các thiết bị đo khác không thể đo được.
Đầu dò can nhiệt S được cắm trực tiếp vào vùng nhiệt cần đo, cảm biến can S sẽ đo nhiệt độ và biến đổi thành tín hiệu điện đưa về bộ hiển thị nhiệt độ hoặc trung tâm để giám sát.
Thông số kỹ thuật
Để tìm hiểu về can nhiệt loại S chúng ta cùng xem các thông số kỹ thuật của của nó như thế nào trước nhé.
Cấu tạo Thermocoupel loại S
Cảm quan bên ngoài thì đầu dò can S có thiết kế giống hoàn toàn với can K hay các loại can nhiệt loại Thermocouple khác. Tuy nhiên, điểm khác biệt nằm ở kích thước của lỏi đầu dò cảm biến, vị trí đo nhiệt độ của can S. Can nhiệt loại S được có cấu tạo thành 6 phần như sau :
- Đầu kết nối – củ hành
Đầu kết nối điện còn được gọi là đầu củ hành, đây là phần chịu trách nhiệm chính để bảo vệ dây tín hiệu kết nối với màn hình hiển thị nhiệt độ hoặc PLC để điều khiển. Vật liệu đầu kết nối này thường được làm bằng Nhôm được sơn tĩnh điện.
Thermocouple loại S có tín hiệu ngõ ra 4-20mA sẽ được tích hợp bộ chuyển đổi nhiệt độ nằm bên trong đầu kết nối này.
- Ống dẩn dây tín hiệu
Cảm quan bên ngoài chúng ta chỉ thấy một đoạn kim loại nối với phần sứ đo nhiệt. Đây là vị trí chịu nhiệt khá cao được làm bằng inox 316: hoặc Inconel hay hợp kim nhôm có khả năng chịu nhiệt cao & giúp tản nhiệt tại khu vực đo.
Bên trong là hai ống mao dẩn bảo vệ dây tín hiệu truyền lên từ đầu cảm biến. Khoảng cách của ống dẩn này phải tối thiểu 150mm để nhiệt độ được giảm nhiệt nhanh nhất có thể.
- Kết nối cơ khí
Theo tiêu chuẩn thì các can S sẽ không có kết nối ren mà cảm biến sẽ thả trực tiếp vào trong lò nung. Một số trường hợp chúng ta muốn gia cố chúng ta có thể dùng thêm phị kiện mặt bích hoặc ren nối vào đoạn ống dẩn tín hiệu. Việc định vị mặt bích này khá đơn giản thông qua các vít lục giác chìm.
- Sứ bảo vệ ngoài cùng
Đầu dò cảm biến được bao bọc bởi nhiều lớp sứ khác nhau. Trong đó lớp sứ ngoài cùng phải chịu được sự va đập nhẹ, có độ cứng cao & truyền nhiệt tốt vào bên trong. Chính vì thế lớp sứ bên ngoài phải có độ dày phù hợp với nhiệt độ cần đo.
Can S có hai thang đo nhiệt độ là 1350oC và 1600oC, nhiệt độ càng cao thì lớp sứ càng dày để bảo vệ đầu dò không bị cháy khi nung ở nhiệt độ cao. Vật liệu của lớp này bao gồm hợp chất : carbon – Ekatech, hỗn hợp kính cường lực, sapphire, Ekatech S được trộn với nhau tạo thành lớp Ceramic bên ngoài.
- Ống bảo vệ đầu dò
Bao bọc bảo vệ đầu dò nhiệt S bên từ bên trong là một lớp seramic hỗn hợp của : TEP, Nhôm Oxide, gốm. Phần sứ này giúp định vị cố định và bảo vệ đầu dò nhiệt thêm một lớp nữa tránh sự tác động từ bên ngoài.
Giữa hai lớp sứ này phải có một khoảng không vừa đủ để truyền nhiệt mà không ảnh hưởng tới việc giản nở của cảm biến khi đo nhiệt độ cao.
- Đầu dò nhiệt độ
Lõi của cảm biến chính là đầu dò nhiệt can S được dùng để đo nhiệt độ. Cảm biến can nhiệt S chỉ đo nhiệt tại đầu dò còn các vị trí khác không hề có tác dụng gì. Phần lõi của can S có hai đường kính là phi 3.5mm hoặc 5mm
- Đường kính 3.5mm chịu được nhiệt độ 1350oc
- Đường kính 5.0mm chịu được nhiệt độ 1600oC
Thông qua bằng mắt thường chúng ta không thể biết được cảm biến Thermocouple S được sản xuất theo chuẩn nào mà phải dựa vào Code của sản phẩm của từng nhà sản xuất.
Cách chọn can nhiệt S
Để chọn được một can nhiệt loại S phù hợp với nhu cầu cần sử dụng cho lò nung chúng ta cần biết các thông tin sau :
- Nhiệt độ cần đo
- Độ dài của đầu dò Thermocouple S
- Tín hiệu ngõ ra dạng millivoltage hay analog 4-20mA
- Cảm biến có một đầu dò hay hai đầu dò
Trong bốn tiêu chí trên thì nhiệt độ đo thực tế chiếm phần quan trọng nhất bởi chúng ta có hai lựa chọn thang nhiệt là 1350oC và 1600oC. Nếu chọn sai thang nhiệt thì cảm biến can nhiệt loại S sẽ dể bị cháy hoặc gây lãng phí.
So sánh can nhiệt Pt100 và can nhiệt loại S
Can nhiệt pt100 có độ chính xác cao hơn rất nhiều so với can nhiệt loại S nhưng khả năng chịu nhiệt lại thấp hơn rất nhiều. Đối với Pt100 tiêu chuẩn G7 sẽ có thang nhiệt cao nhất là 850oC và thang nhiệt thông thường sử dụng là 600oC. Như vậy để đo nhiệt độ từ 850oC trở xuống chúng ta có thể dùng đầu dò nhiệt Pt100 nhưng ở nhiệt độ cao hơn chúng ta phải dùng tới Thermocouple.
Ưu điểm của can nhiệt Pt100
- Độ chính xác cao
- Thời gian đáp ứng nhanh
- Khả năng chịu nhiệt lên tới 850oC cho loại đặc biệt và 600oC cho loại tiêu chuẩn
- Thân làm bằng inox 304 hoặc 316L chống được sự va đập
- Dùng được cho hầu hết các ứng dụng đo nhiệt độ : nước, không khí, đường ống, bồn chứa …
- Nhiều loại để lựa chọn
- Mức độ phổ biến cao nên dể dàng thay thế, sửa chữa
- Giá thành thấp phù hợp cho các ứng dụng liên quan tới đo nhiệt độ
Ưu điểm của can nhiệt loại S
- Chịu được nhiệt độ lên tới 1600oC
- Sử dụng tốt trong hầu hết các ứng dụng cần đo nhiệt độ trực tiếp
Nhược điểm của đầu dò PT100
- Không thể đo nhiệt độ quá cao
- Dể nhầm lẫn giữa pt100 và các loại thermocouple 2 dây
Nhược điểm của can nhiệt loại S
- Giá thành quá cao
- Dể vỡ nếu có va đập mạnh từ bên ngoài vào phần sứ
Cách sử dụng can nhiệt S
Việc bỏ ra một số tiền lớn để mua can nhiệt S mà không biết cách sử dụng sao cho chính xác và hiệu quả nhất thì thật là đáng tiếc. Có nhiều cách sử dụng khác nhau tuỳ theo mục đích của người sử dụng. Chúng ta cùng tìm hiểu nhé.
Bảng tra nhiệt độ can nhiệt loại S
Can nhiệt S có tín hiệu ngõ ra dạng Milivoltage. Tại 0 độ C tương ứng với 0 milivoltage ( mV ), khi nhiệt độ tăng dần giá trị mV này cũng sẽ tăng theo. Tương ứng với một nhiệt độ can S đo được sẽ cho ra một tín hiệu mV khác nhau nhưng không tuyến tính. Chính vì thế để kiểm tra giá trị mV ngõ ra chúng ta cần dựa vào bảng tra nhiệt độ của can S.
Chúng ta cùng xem các điểm nhiệt :
- 100oC @ 0.646 mV
- 1000oC @ 9.587 mV
- 1600oC @ 17.777 mV
- Điều này nói lên điều gì ?
Chúng ta đã biết tín hiệu điện millivoltage rất nhỏ bởi 1V = 1000mV, mà tại 1600oC chỉ cho ra 17.777mV. Điều đó có nghĩa là nó rất dể sai lệch nếu như chúng ta lấy trực tiếp tín hiệu này về các bộ hiển thị hay điều khiển. Một số bộ hiển thị nhiệt độ can S chuyên dùng có thêm chức năng chống nhiễu và tự bù nhiệt bên trong thiết bị sẽ giảm thiểu được điều này.
Note : phần lớn các thiết bị sẽ không có chức năng này.
Cold Junction Compensation ( CJC ) là gì ?
Khi sử dụng bộ hiển thị hay bộ chuyển đổi can nhiệt Thermocoupl loại S chúng ta cần phải lưu ý chức năng : Cold Junction Compensation có bên trong thiết bị hay không. Bởi đây chính là chức năng tự bù nhiệt của thiết bị khi đọc các đầu dò nhiệt độ loại Thermocouple nói chung.
Nếu không có chức năng này hoặc có mà không có kích hoạt lên thì khi đó nhiệt độ đo được chắn chắn sẽ lệch từ 20-30oC. Mà phần lốn mọi người không biết tại tai sao & chữa cháy bằng cách mua dây bù nhiệt để giảm thiểu điều này. Đó là một sáng kiến sai lầm vì không chỉ làm tăng chi phí mà không giải quyết được cái gốc của vấn đề.
Tầm quan trọng của bộ chuyển đổi tín hiệu can S
Để truyền tín hiệu về nhanh và chính xác không bị ảnh hưởng bởi tín hiệu ngõ ra của Thermocouple loại S thì người ta chuyển đổi tín hiệu millivoltage thành 4-20mA ngay trên đầu cảm biến trước khi đưa về PLC.
Hoặc,
Dùng một bộ chuyển đổi tín hiệu lắp trong tủ điện có tích hợp chuẩn CJC ngay bên trong bộ chuyển đổi để đảm bảo tín hiệu không bị sai lệch khi truyền đi xa.
Bộ chuyển đổi nhiệt độ can S Model T121 được sử dụng để lắp ngay trên đầu cảm biến cho ra tín hiệu dạng 4-20mA chính xác nhất. Nếu nhiệt độ sử dụng quá cao có nguy cơ làm ảnh hưởng tới kết quả chuyển đổi của T121 thì chúng ta nên cân nhắc sử dụng bộ chuyển đổi K121.
Bởi,
Bộ chuyển đổi nhiệt độ K121 có độ chính xác cao, chống nhiễu, chức năng bù nhiệt tích hợp ngay bên trong & không cần cấp nguồn khi sử dụng.
Bộ hiển thị can nhiệt S tốt nhất
Ngoài nhu cầu truyền tín hiệu về PLC chúng ta còn muốn hiển thị nhiệt độ thực tế đo được từ thermocouple loại K và truyền tín hiệu về trung tâm. Nếu bạn không quan tâm sử sai lệch nhiệt độ bạn nên tìm mua bộ hiển thị rẻ nhất có thể từ China, Taiwan, Korea. Còn bạn thực sự muốn hiển thị được nhiệt độ chính xác thì bộ hiển thị nhiệt độ S311A-4-H.
Không đơn thuần là chỉ nhận tín hiệu từ can nhiệt S, bộ hiển thị nhiệt độ S311A có chức năng bù nhiệt CJC ngay bên trong đảm bảo nhiệt độ đọc được chính xác nhất. Ngoài ra, còn tích hợp thêm một cỗng ngõ ra 4-20mA / 0-10V truyền về PLC.
