Các dòng cảm biến nhiệt độ

Chào các bạn, hôm nay thông qua bài viết này mình xin chia sẻ đến các bạn các dòng cảm biến nhiệt độ được dùng trên thị trường hiện nay. Trong bài viết mình sẽ nêu rõ các định nghĩa của từng loại cảm biến, bên cạnh đó là làm rõ về phân loại, thông số của từng loại cũng như các đặc điểm về phạm vi ứng dụng của chúng. Hy vọng thông qua bài viết có thể giúp ích cho những bạn chưa biết muốn tìm hiểu và một phần nào đó có thể hỗ trợ thêm cho những bạn muốn chọn mua và sử dụng.

Trong các khu công nghiệp, các xí nghiệp hay các cơ sở sản xuất hiện nay thì việc sử dụng các dòng cảm biến nhiệt độ hiện nay là chuyện rất thường gặp. Không chỉ có thể giúp chúng ta đo lường nhiệt độ một cách chính xác mà còn có thể đảm nhiệm việc giám sát an toàn cho thiết bị và cả công nhân lao động. Hiện nay trên thị trường có khá nhiều loại cảm biến, tuy nhiên trong bài viết này mình chỉ giới thiệu về các loại thường gặp nhất. Vậy cụ thể như thế nào thì chúng ta cùng nhau tìm hiểu nhé.

Cảm biến nhiệt độ là gì ?

Phần này sẽ dành riêng cho những bạn nào chưa biết về các loại cảm biến nhiệt độ là gì. Cảm biến nhiệt độ hiện nay thường được gọi chung là cảm biến Thermocouple (hay cặp nhiệt điện). Các cảm biến nhiệt độ thường được cấu tạo từ hai đầu với hai loại vật liệu khác nhau. Hai đầu dây sẽ được hàn với nhau tại một điểm duy nhất, khi đường giao nhau này trải qua sự thay đổi nhiệt độ, điện áp được tạo ra, điện áp ngõ ra dạng mV. Điện áp sau đó có thể được giải mã bằng cách sử dụng bảng tham chiếu cặp nhiệt điện để tính toán nhiệt độ.

Thông thường thì các dòng cảm biến nhiệt độ hiện nay sẽ được chia ra làm hai dòng lớn, đó là cảm biến dạng PT và cảm biến dạng can nhiệt. Trong đó các dòng PT với PT100, PT500, PT1000 là các dòng được dùng khá phổ biến hiện nay trên thị trường. Bên cạnh đó là các dòng cảm biến can nhiệt S, K, R, E, T, …. là những dòng cảm biến đo nhiệt độ mức cao. Cá biệt các dòng can nhiệt R – S – B sẽ ít thấy hơn vì chúng thường được dùng trong các ứng dụng có nhiệt độ khá cao.

So sánh và phân loại các dòng cảm biến nhiệt độ hiện nay:

Trong phần này mình sẽ liệt kê ra các dòng cảm biến nhiệt độ được dùng rộng rãi hiện nay. Bên cạnh đó mình sẽ nêu rõ các đặc điểm, thông số kỹ thuật của từng loại cũng như các đặc tính khác của chúng.

Các dòng cảm biến nhiệt độ hiện nay hầu hết đều có chung về cách thức hình thành và nguyên lý hoạt động. Chúng chỉ khác nhau ở vật liệu cấu thành nên cảm biến và quan trọng nhất là khác nhau về khoảng đo. Mỗi loại sẽ có khoảng đo khác nhau dành cho các ứng dụng khác nhau, chính vì thế các bạn nên lưu ý vấn đề này. Còn bây giờ thì chúng ta cùng nhau tìm hiểu nhé.

1. Cảm biến nhiệt độ dạng PT:

Các loại cảm biến nhiệt độ dạng điện trở PT là ký hiệu hóa học cho bạch kim (Platinum) và nó cũng chính là thành phần cấu tạo nên cảm biến. Các dòng khác có thể sử dụng Cu (đồng) hoặc Ni (Niken) tương ứng. Con số PT100 thể hiện giá trị 100 ohm tại 0°C. Tương tự như vậy đối với Pt50, Cu50, Cu100…

Dòng cảm biến dạng PT thường sẽ có các model như Pt100, PT500, PT1000,…đây là một dòng cảm biến nhiệt độ được dùng nhiều nhất hiện nay bởi đặc thù khoảng đo. Nhất là dòng cảm biến nhiệt độ Pt100 thường có khoảng nhiệt trong khoảng 0÷600°C, là khoảng nhiệt thường thấy nhất trong các ứng dụng cần đo lường hiện nay. Cụ thể về dòng cảm biến dạng PT các bạn có thể tham khảo bài viết Cảm biến nhiệt độ PT100 để có thể hiểu rõ hơn.

2. Cảm biến can nhiệt K – Thermocouple type K:

• Thành phần niken là từ tính, và như các kim loại từ tính khác, sẽ có độ lệch trong đầu ra khi vật liệu đạt tới điểm Curie, xảy ra ở nhiệt độ 350 °C (662 °F) đối với cặp nhiệt điện loại K. Điểm Curie là nơi vật liệu từ trải qua một sự thay đổi đáng kể trong tính chất từ của nó và gây ra sự sai lệch lớn đến tín hiệu đầu ra.
• Nó có thể được sử dụng trong không khí liên tục oxy hoá hoặc trung hòa.• Hầu hết sử dụng ở trên 538 °C (1000 °F).
• Tiếp xúc với lưu huỳnh góp phần vào sự hư hỏng sớm.
• Hoạt động ở nồng độ oxy thấp gây ra một sự dị thường gọi là quá trình oxy hóa ưu tiên của crom trong dây dương gây ra tình trạng gọi là ‘green rot’ tạo ra các sai lệch lớn nghiêm trọng nhất trong khoảng 816 đến 1038 °C (1500 đến 1900 °F). Việc thông gió hoặc bít kín ống bảo vệ có thể ngăn ngừa hoặc giảm nhẹ tình trạng này.
• Chu kỳ trên và dưới 1000 °C (1800 °F) không được khuyến nghị do thay đổi đầu ra từ các hiệu ứng trễ.
• Cảm biến cặp nhiệt điện loại K (Niken-Crom / Niken-Alumel) là các loại cảm biến nhiệt độ được dùng phổ biến nhất hiện nay vì giá thành khá hợp lý, độ bền cao, khoảng nhiệt độ vừa phải.

• Có thể tùy chọn sai số thấp nhất là : ±1,1°C hoặc 0.4%
• Chúng thường có dãy đo trong khoảng nhiệt -270 ÷ 1200°C.
• Sai số tiêu chuẩn của cảm biến can nhiệt K trong khoảng  ±2,2°C hoặc 0,75%.
• Chromel® gồm 90% niken và 10% crom; Alumel® là hợp kim bao gồm 95% niken, 2% mangan, 2% nhôm và 1% silic.
• Loại K là một trong những cặp nhiệt điện phổ biến nhất với độ nhạy khoảng 41 μV/ºC.
• Chromel® là dây dương, Alumel® là dây âm.
• Không tốn kém, và phạm vi của nó là từ –270 °C đến +1372 °C (–454 °F đến +2501 °F) và tương đối tuyến tính.

Để có thể hiểu rõ và chi tiết hơn về loại cảm biến can nhiệt K thì các bạn có thể tham khảo về bài viết Cảm biến can nhiệt K

3. Cảm biến can nhiệt J – Thermocouple type J:

• Cảm biến nhiệt độ dạng cặp nhiệt điện loại J (Iron / Constantan) là các loại cảm biến cũng được dùng khá phổ biến giống loại K . Nó có phạm vi nhiệt độ nhỏ hơn và tuổi thọ ngắn hơn ở nhiệt độ cao hơn các loại cảm biến can K nhưng tương đương với loại K về chi phí và độ tin cậy.
• Dãy đo nhiệt độ dao động trong khoảng: -210 ÷ 760°C
• Các cặp nhiệt điện loại J có phạm vi tiềm năng hạn chế hơn loại K từ –200 đến +1200 °C (–328 đến 2193 °F), nhưng độ nhạy cao hơn khoảng 50 μV/ºC.
• Nó có nhiệt độ tuyến tính trong khoảng 149 đến 427 °C (300 đến 800 °F) và trở nên dễ gãy dưới 0 °C (32 °F).
• Tại điểm Curie của sắt 770 °C (1418 °F) có sự thay đổi đột ngột và vĩnh viễn về đặc tính đầu ra, xác định giới hạn nhiệt độ trên thực tế.
• Sắt bị oxy hóa ở nhiệt độ cao hơn 538 °C (1000 °F) gây ảnh hưởng xấu đến độ chính xác của nó. Chỉ dây đo nặng được sử dụng ở những điều kiện này.
• Sai số của can nhiệt J thường là ±-2,2°C hoặc 0,75%.
• Có thể tùy chọn sai số thấp nhất : ±1,1°C hoặc 0,4%
• Loại J phù hợp để sử dụng trong bầu không khí chân không, giảm, hoặc trơ.
• Nó sẽ giảm tuổi thọ nếu sử dụng trong môi trường oxy hóa.
• Các thành phần cảm biến trần không được để ở nơi chứa lưu huỳnh trên 538 °C (1000 °F).

4. Cảm biến can nhiệt E – Thermocouple type E:

• Cảm biến nhiệt độ dạng cặp nhiệt điện loại E (Niken-Crom / Constantan) có tín hiệu mạnh hơn và độ chính xác cao hơn các loại cảm biến đo lường nhiệt độ loại K hoặc J ở dải nhiệt độ vừa phải từ 537°C trở xuống.
• Dãy đo nhiệt độ của cảm biến dao động trong khoảng: -270÷870°C
• Sai số của can nhiệt E ±1,7°C hoặc ±0,5%
• Loại E có phạm vi tiềm năng từ –270 đến 1000 °C (–454 đến 1832 °F).
• Nó không có từ tính và có điện áp đầu ra cao nhất so với thay đổi nhiệt độ của bất kỳ loại tiêu chuẩn nào (68 μV/°C).
• Nó cũng có xu hướng lệch nhiều hơn các loại khác.
• Có thể tùy chọn sai số thấp nhất ±1,0°C hoặc 0,4%
• Chromel là một hợp kim của 90% niken và 10% crom và là dây dương.
• Constantan là hợp kim thường gồm 55% đồng và 45% niken.
• Khuyến cáo sử dụng cho môi trường oxy hóa liên tục hoặc khí trơ.
• Các giới hạn lỗi của nó chưa được thiết lập để sử dụng dưới mức không.

5. Cảm biến can nhiệt N – Thermocouple type N:

• Cảm biến nhiệt độ dạng cặp nhiệt điện loại N (Nicrosil / Nisil) sẽ có cùng độ chính xác và giới hạn nhiệt độ như cảm biến loại K. tuy nhiên loại N sẽ đắt hơn một chút.
• Dãy đo nhiệt độ dao động trong khoảng: -270 ÷ 1300°C
• Sai số của can nhiệt loại N là ±2,2°C hoặc ±0,75%
• Có thể tùy chọn sai số thấp nhất ±1,1°C hoặc 0,4%
• Các hợp kim này cho phép loại N đạt được độ ổn định nhiệt điện cao hơn các loại kim loại cơ bản E, J, K và T.
• Các cặp nhiệt điện loại N có độ nhạy 39 μV/°C và phạm vi tiềm năng từ –270 đến 1300 °C (–454 đến 2372 °F).
• Các cặp nhiệt điện loại N đã được sử dụng đáng tin cậy trong thời gian dài ở nhiệt độ tối thiểu 1200 °C (2192 °F).
• Một số nghiên cứu đã chỉ ra rằng, trong không khí oxy hoá, sự ổn định nhiệt điện của cặp nhiệt điện loại N tương tự như cặp nhiệt điện kim loại quý của các thermocouple ANSI loại R và S lên tới 1200 °C (2192 °F).
• Nicrosil là hợp kim niken có chứa 14.4% crom, 1.4% silic, và 0.1% magie và là dây dương.
• Nisil là hợp kim của hợp kim niken với 4.4% silic.
• Cặp nhiệt điện loại N là thiết kế mới nhất đã được các tiêu chuẩn quốc tế chấp nhận và đang ngày càng được sử dụng rộng khắp trên thế giới.
• Không đặt các cặp nhiệt điện loại N vào chân không hoặc giảm hoặc xen kẽ không khí giảm / oxy hóa.

6. Cảm biến can nhiệt S – Thermocouple type S:

• Cảm biến can nhiệt S (Bạch kim Rhodium – 10% / Bạch kim) là các loại cảm biến nhiệt độ được sử dụng trong các ứng dụng nhiệt độ rất cao. Nó thường được tìm thấy trong các ngành công nghiệp sinh học, dược phẩm và trong các lò đốt, lò hơi. Nó đôi khi được sử dụng trong các ứng dụng nhiệt độ thấp hơn vì độ chính xác và ổn định cao có lớp vỏ bảo vệ thường là bằng sứ.
• Dãy đo nhiệt độ dao động trong khoảng: -50 ÷ 1600°C
• Sai số của can nhiệt S là ±1,5°C hoặc ± 0,25%
• Có thể tuỳ chọn sai số thấp nhất: ±0,6°C hoặc 0,1%Các bạn cũng có thể tham khảo chi tiết hơn về loại cảm biến này thông qua bài viết: Cảm biến can nhiệt S

7. Cảm biến can nhiệt R – Thermocouple type R:

• Cảm biến nhiệt độ dạng ặp nhiệt điện loại R (Platinum Rhodium -13% / Bạch kim) là loại được sử dụng trong các ứng dụng nhiệt độ rất cao. Nó có tỷ lệ Rhodium cao hơn cảm biến can S, chính vì thế nên giá thành chúng đắt hơn. cảm biến can R rất giống với can S về hiệu suất. Nó đôi khi được sử dụng trong các ứng dụng nhiệt độ thấp hơn vì độ chính xác và ổn định cao. Va có lớp vỏ bảo vệ luôn luôn bằng sứ.
• Dãy đo nhiệt độ dao động trong khoảng: -50 ÷ 1500°C
• Sai số của can nhiệt R là ±1,5°C hoặc ± 0,25%
• Có thể tùy chọn sai số thấp nhất là ±0,6°C hoặc 0,1%

8. Cảm biến can nhiệt B – Thermocouple type B:

• Cảm biến cặp nhiệt điện loại B (Platinum Rhodium – 30% / Platinum Rhodium – 6%): cặp nhiệt điện loại B được sử dụng trong các ứng dụng nhiệt độ rất cao. Nó có giới hạn nhiệt độ cao nhất trong tất cả các cặp nhiệt điện được liệt kê ở trên. Nó duy trì mức độ chính xác và ổn định cao ở nhiệt độ rất cao. Thường thấy trong các ứng dụng lò nấu kim loại, nhiệt luyện kim loại trong các ngành công nghiệp luyện kim. Cũng có thể thấy chúng trong các máy kiểm tra độ bền nhiệt.
• Dãy đo nhiệt độ dao động trong khoảng: 0 ÷ 1700°C
• Sai số của can nhiệt B là ±0,5%
• Có thể tùy chọn sai số thấp nhất là ±0,25%