THERMOCOUPLE LÀ GÌ?

Cảm biến nhiệt độ thermocouple hay còn gọi là cặp nhiệt điện, được dùng để đo nhiệt độ dựa trên nguyên lý hay hiệu ứng được tìm ra bởi Nhà vật lý học người Đức tên là Thomas Seebeck (1770-1831). Và tên của ông cũng được đặt cho hiệu ứng này luôn. Hiệu ứng Seebeck, mà chúng ta thường hay gọi là hiệu ứng nhiệt điện.

Cảm biến nhiệt độ thermocouple

Hiệu ứng này ý nói rằng: Khi 2 kim loại khác nhau được nối với nhau ở một đầu và cấp nhiệt thay đổi tại điểm nối thì sẽ sinh ra một điện áp đo được, tương ứng với giá trị nhiệt độ tại điểm đo.

Để hiểu rõ hơn các bạn xem phần nội dung nói về cấu tạo của cặp nhiệt điện thermocouple bên dưới nhé!

Cấu tạo của cảm biến thermocouple:

Về cấu tạo thì một cảm biến nhiệt độ thermocouple có cấu tạo bao gồm hai dây kim loại khác nhau được nối với nhau ở một đầu để tạo thành một điểm nối. Khi điểm nối được cấp nhiệt độ (nóng hoặc lạnh), thì sẽ có một điện áp nhỏ được tạo ra trong mạch này, điện áp này có thể đo được và được quy đổi giá trị tương ứng với nhiệt độ tại điểm nối.

Cấu tạo cặp nhiệt điện thermocouple

Về lý thuyết thì điểm nối giữa 2 kim loại khác nhau bất kỳ nào cũng sinh ra điện áp, và đều có thể quy đổi ra giá trị nhiệt độ tương ứng được. Nhưng trong thực tế, thì các nhà nghiên cứu chỉ chọn một vài cặp kim loại để làm cảm biến nhiệt vì mục đích đảm bảo tính chính xác và độ tuyến tính cho phép đo. Để tìm hiểu kỹ hơn phần này, mời các bạn theo dõi tiếp mục phân loại phí bên dưới nhé.

Có mấy loại cảm biến thermocouple:

Trong thực tế, các cảm biến nhiệt độ thermocouple đều được chế tạo có một lớp vỏ bọc bên ngoài nhằm tránh những tác động của môi trường như: ăn mòn,… để nâng cao tuổi thọ, vòng đời của thiết bị.

Một số cặp nhiệt điện phổ biến thường được sử dụng trong công nghiệp như sau:

Cặp nhiệt điện loại K (Niken-Crom / Niken-Alumel)

Cặp nhiệt điện loại K (Niken-Crom / Niken-Alumel)

Là cặp nhiệt điện phổ biến nhất. Tính chính xác, độ tin cậy cao, giá thành thấp, có phạm vi cảm nhận nhiệt độ khá rộng.

• Phạm vi nhiệt độ: loại 270°C đến 1260°C

Cặp nhiệt điện loại J (Sắt / Constantan)

Loại J cũng khá phổ biến. Có độ tin cậy, tính chính xác và giá thành tương đương với loại K. Nhưng lại có phạm vi nhiệt độ và tuổi thọ thấp hơn loại K.

• Phạm vi nhiệt độ: -210°C đến 760°C

Cặp nhiệt điện thermocouple loại T (Đồng / Constantan)

Đây là cảm biến nhiệt độ thermocouple rất ổn định và thường được sử dụng trong các ứng dụng nhiệt độ cực thấp như đông lạnh hoặc hệ thống làm lạnh.

• Phạm vi nhiệt độ: -270°C đến 370°C

Cảm biến nhiệt độ thermocouple loại E (Niken-Crom / Constantan)

Loại E là loại có độ cảm nhận nhiệt mạnh hơn & độ chính xác cao hơn loại K, loại J ở dải nhiệt độ từ 537°C trở xuống.

• Phạm vi nhiệt độ: -270°C đến 870°C

Cặp nhiệt điện thermocouple loại N (Nicrosil / Nisil)

Có cùng độ chính xác và giới hạn nhiệt độ như loại K nhưng có giá thành sản phẩm đắt hơn một chút.

• Phạm vi nhiệt độ: -270°C đến 392°C

Tiếp theo là phần mình muốn chia sẻ với các bạn về các cảm biến nhiệt độ thermocouple mà sử dụng các kim loại cao cấp để đạt được những hiệu suất, những tính năng cao hơn như: chịu được nhiệt độ rất cao nhưng vẫn bền bỉ và giữ được độ chính xác cao. Mà về giá thành cũng khá cao so với các cặp nhiệt điện thermocouple mình nói ở phần trên!

Thermocouple loại S (Bạch kim Rhodium – 10% / Bạch kim)

Thermocouple loại S được sử dụng trong các ứng dụng nhiệt độ rất cao. Dễ dàng thấy cặp nhiệt điện thermocouple loại S trong các ngành công nghiệp như: ngành sinh học, dược phẩm…

• Phạm vi nhiệt độ: -50°C đến 1480°C

Can nhiệt loại R (Platinum Rhodium -13% / Bạch kim)

Cặp nhiệt điện loại R được sử dụng trong các ứng dụng có nhiệt độ rất cao. Do có tỷ lệ Rhodium cao hơn can nhiệt  S nên giá thành cũng đắt hơn.

• Phạm vi nhiệt độ: -50°C đến 1480°C

Cặp nhiệt điện loại B (Platinum Rhodium – 30% / Platinum Rhodium – 6%)

Cặp nhiệt điện loại B có giới hạn nhiệt độ cao nhất trong tất cả các cặp nhiệt điện. Cho nên can nhiệt loại B được dùng trong ứng dụng có nhiệt độ cực cao là  do nó duy trì được mức độ chính xác và ổn định cao ở nhiệt độ rất cao.

• Phạm vi nhiệt độ: 0°C đến 1700°C

Đặc điểm của cảm biến nhiệt độ thermocouple:

Mình chia sẻ với các bạn một vài đặc điểm đặc biệt của dòng cảm biến nhiệt độ thermocouple mà có thể các bạn chưa được biết:

• Mỗi cảm biến nhiệt độ thermocouple luôn chỉ có 2 dây đầu ra

• Cặp nhiệt điện thermocouple thì có phân biệt màu dây đầu ra

• Thermocouple thì đo điện áp để quy đổi thành nhiệt độ tương ứng

• Có phạm vi nhiệt độ rất cao.

• Luôn luôn sử dụng 2 loại kim loại khác nhau nối với nhau tạo thành điểm nối

Cảm biến nhiệt độ thermocouple khác gì với rtd pt100:

Thermocouple

Một số điểm khác biệt giữa thermocouple và cảm biến nhiệt độ rtd pt100 mà chúng ta có thể dễ dàng nhận biết như:

• Dây dẫn: Thermocouple chỉ có 2 dây. Rtd pt100 thì có loại 2 dây, 3 dây và 4 dây

• Phạm vi đo nhiệt độ của thermocouple cao hơn rất nhiều so với cảm biến nhiệt độ pt100

• Độ bền của cảm biến nhiệt độ thermocouple cao hơn nhiều so với rtd pt100

• Giá thành của cặp nhiệt điện cũng rẻ hơn cảm biến nhiệt pt100

• Kích thước cũng nhỏ gọn hơn.

Ưu nhược điểm của cảm biến nhiệt độ thermocouple:

Cách đo một cặp nhiệt điện:

Trong nội dung bài trước nói về “cảm biến nhiệt độ pt100” hay “rtd là gì”; mình cũng đã nói sơ qua về ưu nhược điểm của rtd pt100 so với thermocouple. Trong phần nội dung này mình chia sẻ thêm về ưu nhược điểm của cặp nhiệt điện:

• Ưu điểm:

  • Giá thành thấp, rẻ hơn rtd pt100

  • Đo nhiệt độ cao

  • Nhỏ gọn hơn, dễ lắp đặt hơn

  • Phạm vi nhiệt độ rộng

  • Độ bền cao

• Nhược điểm:

  • Mức độ tuyến tính, ổn định nhiệt thấp

  • Đo lặp lại thấp hơn Pt100

  • Độ nhạy nhiệt thấp hơn RTD Pt100

  • Sai số ở cao ở dải nhiệt độ cao

Khi nào cần sử dụng cảm biến nhiệt độ thermocouple ?

Một số ứng dụng thường thấy sự có mặt của cảm biến nhiệt độ thermocouple như: nhiệt điện, dược phẩm, dầu khí, xi măng, giấy& bột giấy, đo nhiệt độ ở lò nung, lò nhiệt luyện, luyện kim, và trong các môi trường khắc nghiệt…để tận dụng những ưu điểm của thiết bị này.