Thiết bi đo nhiệt độ là một thiết bị rất cần thiết, được con người sử dụng nhiều trong công nghiệp. Nó có chức năng đo và hiển thị chính xác độ biến thiên nhiệt độ của môi trường cần đo.
1 Một số thiết bị đo nhiệt độ phổ biến
Đồng hồ đo nhiệt độ
Đồng hồ đo nhiệt độ là một thiết bị sử dụng để đo nhiệt độ và hiển thị lên bề mặt đồng hồ để chúng ta có thể dễ dàng quan sát, bằng cách sử dụng nhiều nguyên tắc khác nhau. Nó có thể đo nhiệt độ chất rắn, chất lỏng hoặc khí. Đồng hồ đo nhiệt độ được tạo thành từ hai bộ phận chính: bộ phận cảm biến nhiệt độ và bộ phận chuyển đổi vật lý thành số đọc cho người dùng quan sát.
Về cơ bản 1 đồng hồ nhiệt độ chia làm 2 phần, là phần cảm biến nhiệt độ và phần hiển thị nhiệt độ. Với loại hiển thị kim sẽ có 1 cơ cấu gọi là bộ truyền động, với loại hiển thị số sẽ có 1 bộ phận gọi là bộ xử lý tín hiệu.
Can nhiệt
Can nhiệt hay có tên gọi khác là cặp nhiệt điện, điện trở hay cảm biến nhiệt. Chúng được sử dụng cho các ứng dụng đo nhiệt độ cao trong các hoạt động sản xuất công nghiệp.
Có rất nhiều loại can nhiệt, mỗi loại sẽ có điểm đặc biệt riêng về phạm vi nhiệt độ, độ bền, chống hóa chất, khả năng chống rung, và mức độ tương thích khi ứng dụng.
Để lựa chọn cảm biến thật không hề dễ dàng, do đó cách an toàn và hay được sử dụng nhất là lựa chọn theo ” ngành nghề”. Bởi vì, mỗi loại cảm biến được thiết kế để phục vụ cho một chuyên ngành riêng.
Súng đo nhiệt độ từ xa
Súng Đo Nhiệt Độ Từ Xa là thiết bị sử dụng công nghệ cảm ứng bức xạ hồng ngoại để có thể đo được các nguồn nhiệt từ xa mà không cần tiếp xúc trực tiếp, mà vẫn cho kết quả chính xác cao và nhanh chóng
Đây là loại máy dùng để đo nhiệt độ bề mặt của vật ở xa, cao, khó tiếp cận, trong môi trường khắc nghiệt, và có nhiệt độ khu vực quá nóng, nguy hiểm đến tính mạng.
Tuy nhiên, loại súng đo nhiệt độ này rất dễ dàng, an toàn cho mọi người sử dụng. Chỉ cần ngắm và bóp cò, ngay lập tức màn hình LCD hiển thị nhiệt độ. Tia laser màu đỏ giúp bạn nhắm vào các mục tiêu cả gần và xa.
Máy đo nhiệt độ tiếp xúc
Máy dùng để đo nhiệt độ của nhiều vật như thức ăn, nước uống như thịt, cá, sữa, cà phê… trong quá trình nấu nướng. Cung cấp nhiệt độ chính xác sâu bên trong để người dùng có thể điều chỉnh nhiệt độ phù hợp. Đồng thời, máy còn có khả năng cảnh báo mức nhiệt độ cao thấp tùy theo người dùng cài đặt.
Nhiệt kế điện tử
Nhiệt kế điện tử là một thiết bị y tế cần thiết, không thể thiếu nếu trong mỗi gia đình đặc biệt trong những gia đình có trẻ nhỏ.
Nhiệt kế điện tử dễ dàng cho người sử dụng và cho kết quả đo nhanh và chính xác hơn. Đặc biệt, nhiệt kế điện tử không hay bị vỡ như nhiệt kế thủy ngân vì vậy an toàn hơn cho trẻ nhỏ. Nhiệt kế điện tử rất dễ đọc do có màn hình kỹ thuật số hiển thị kết quả nhiệt độ đo được.
Hiện nay có nhiệt loại nhiệt kế điện tử khác nhau: nhiệt kế đo tai, đo trán, đo miệng, đo hậu môn, mỗi nhiệt kế sẽ có công dụng và chức năng khác nhau.
2 Các loại cảm biến nhiệt độ
Mặc dù trên thị trường có rất nhiều loại thiết bị đo nhiệt độ độ nhưng đều sử dụng 6 loại linh kiện cảm biến nhiệt độ sau: cặp nhiệt độ, nhiệt điện trở, bán dẫn, thermistor, nhiệt kế bức xạ.
Cặp nhiệt độ (Thermocouples)
Thermocouple (còn gọi là cặp nhiệt điện hay can nhiệt) là một trong những cảm biến nhiệt độ được sử dụng nhiều nhất trong tất cả các ngành công nghiệp. Thermocouple chuyển đổi nhiệt độ cần đo thành tín hiệu điện áp.
Cặp nhiệt độ có tên tiếng anh là Thermocouples được đánh giá cao về độ bền cũng như khả năng đo chính xác nhiệt độ cao.
Tuy nhiên những nhược điểm của loại này khiến nhiều người phân vân: Độ nhạy đo không cao. Trong quá trình vận hành, có rất nhiều yếu tố tác động làm sai số khi đo.
Cặp nhiệt độ sẽ dùng để đo nhiệt của nhớt trong các loại máy nén, trong các lò nhiệt, công việc có tính chất khắc nghiệt cao. Tầm đo nhiệt độ của Thermocouples từ âm 100°C đến 1400°C.
Cấu tạo của cặp nhiệt độ Thermocouples
Cặp nhiệt độ được cấu tạo từ 2 dây kim loại khác nhau và chúng sẽ được hàn dính 1 đầu đo hay còn gọi là đầu nóng. Còn hai đầu còn lại thì được gọi là đầu lạnh hay còn gọi là đầu chuẩn.
Giữa đầu nóng và đầu lạnh sẽ có sự chênh lệch nhiệt độ làm phát sinh ra một loại sức điện động V tại vị trí đầu lạnh.
Tùy thuộc vào chất liệu mà việc ổn định cũng như đo được nhiệt độ tại đầu lạnh sẽ bị ảnh hưởng. Và cũng vì lý do này mà các hãng kỹ thuật cung cấp nhiều chủng loại cặp nhiệt độ khác nhau như: J, E, K, R, S, T. Mỗi loại cặp này có thông số về sức điện động khác nhau. Khách hàng cần phải chú ý hơn để chọn đầu dò cũng như loại bộ điều khiển sao cho nhanh chóng, tiết kiệm nhất.
Lưu ý khi sử dụng cặp nhiệt độ Thermocouples
Khi lắp đặt và sử dụng cặp nhiệt độ Thermocouples nên không cần nối dây dài thêm bởi các tín hiệu mV nối sẽ suy hao rất nhiều.
Dây của cảm biến nên để ở những nơi thoáng mát, nên tránh việc cộng dây dính vào môi trường đo.
Trước khi sử dụng thì khách hàng cần offset thiết bị.
Khách hàng lưu ý đến ký hiệu để lắp đặt vào các bộ khuyếch đại cho chính xác vì tín hiệu điện cho ra chính là điện áp có cực dương và cực âm.
Đầu dò nhiệt điện trở (RTD – Resitance temperature detector)
Đầu dò nhiệt điện trở có tên gọi khác là điện trở hay cảm biến nhiệt. Chức năng là dùng để đo nhiệt độ trong các máy móc, đo nhiệt độ môi trường, nhiệt độ trong đời sống sinh hoạt hằng ngày, trong hoạt động sản xuất công nghiệp. Can nhiệt sẽ cung cấp thông tin về nhiệt độ một cách chính xác nhất cho người dùng.
Ưu điểm nổi bật của RTD đó là: Chiều dài dây nối kéo dài, không hạn chế. Thiết kế dễ sử dụng. Độ chính xác của thiết bị này cao hơn so với cặp nhiệt điện.
Tuy nhiên, thiết bị vẫn có nhược điểm như: Giá thành cao hơn so với cặp nhiệt độ nên khách hàng cần cân nhắc. Dải đo của RTD thì hẹp hơn, bé hơn so với cặp nhiệt.
Nếu muốn do nhiệt độ dùng trong công nghiệp môi trường, công nghiệp gia công vật liệu, gia công hóa chất với khoảng nhiệt từ -200°C đến 700°C thì lựa chọn ngay thiết bị nhiệt điện thở.
Cấu tạo của nhiệt điện trở
Cảm biến nhiệt điện trở RTD sẽ gồm các dây kim loại như: Patium, Niken, Đồng… Các dây đồng này sẽ được quấn theo kiểu đầu to.
Thiết bị này sẽ hoạt động theo một nguyên lý đó là: Khi nhiệt thay đổi sẽ kéo theo điện trở giữa 2 đầu dây kim loại thay đổi. Lúc này, phụ thuộc vào chất liệu kim loại mà có độ tuyến tính trong 1 khoảng nhiệt độ nhất định
Người ta phân loại RTD theo số lượng dây như: RTD 2 dây RTD 3 dây RTD 4 dây.
Trong các loại cảm biến RTD thì loại PT được làm từ chất liệu Platinum bởi vì Platinum có tính chất chống oxi hóa tốt, dải nhiệt độ đo được dài, điện trở xuất cao, độ nhạy bén cao. Các loại cảm biến RTD Platinum: 100, 200, 500, 1000.
Lưu ý khi sử dụng nhiệt điện trở
Nhiệt điện trở hay RTD loại 4 dây thì có thể giảm điện trở của dây dẫn đến ½ lần, từ đó các sai số sẽ hạn chế được phần nào.
Do hoạt động của loại cảm biến nhiệt điện trở là biến thiên theo nhiệt điện trở nên khi lắp đặt không quan tâm đến chiều đấu nối dây.
Nếu so sánh với loại cặp nhiệt độ thì loại cảm biến nhiệt điện trở RTD có cách sử dụng dễ dàng hơn. Trong quá trình lắp, chúng ta có thể nối thêm dây tuy nhiên cần phải đảm bảo các yếu tố như: chất lượng dây tốt, dây chống nhiễu cao, được hàn kĩ lưỡng.
Nhiệt điện trở (Thermistor)
Nhiệt điện trở là loại điện trở có trở kháng của nó thay đổi một cách rõ rệt dưới tác dụng nhiệt. Nhờ đặc tính thay đổi điện trở một cách rõ rệt như vậy nên nhiệt điện trở được sử dụng trong các mạch điện với các vai trò như: cảm biến nhiêt.
Khi bạn cần đo nhiệt của thiết bị đang làm việc với mức nhiệt tầm 50°C thì gợi ý mà các chuyên gia đưa ra là sử dụng cảm biến thermistor.
Thermistor cũng có những ưu điểm như: Tuổi thọ cao, dễ sản xuất cũng như chế tạo, giá thành thấp. Bên cạnh ưu điểm, khi có nhu cầu mua, sử dụng thermistor thì khách hàng cần cân nhắc nhược điểm như: Dãy tuyến tính hẹp. Vì vậy mà loại cảm biến thermistor được dùng rất nhiều trong mạch điện tử hay thực hiện chức năng bảo vệ, ép vào cuộc dây động cơ.
Cấu tạo của Thermistor
Thermistor được cấu thành từ rất nhiều chất liệu khác nhau như: cobalt, mangan, nickel hay các chất oxid kim loại…
Các chất bột cấu tạo nên loại cảm biến này sẽ được các hãng quyết định hòa trộn theo khối lượng và tỉ lệ nhất định. Sau đó, chúng được nén lại và đem đi nung nóng với nhiệt độ cao. Khi nhiệt độ thay đổi thì mức độ dẫn điện của hỗn hợp này sẽ thay đổi.
Nguyên lý hoạt động của các thermistor đó là điện trở sẽ thay đổi phụ thuộc vào nhiệt độ thay đổi.
Trên thị trường có 2 loại cảm biến nhiệt Thermistor đó là:
+ Hệ số nhiệt âm NTC: Điện trở sẽ giảm theo nhiệt độ
+ Hệ số nhiệt dương PTC: Điện trở sẽ tăng theo nhiệt độ
Trong đó, loại Thermistor NTC là được sử dụng rộng rãi nhất.
Vì loại Thermistor chỉ có thể tuyến tính trong một khoảng nhiệt độ từ 50 độ đến khoảng 150 độ C nên đó không phải là lựa chọn tối ưu nếu dùng để cảm biến đo nhiệt độ.
Thermistor được ưu tiên dùng để ngắt nhiệt, bảo vệ hệ thống nên trong các block lạnh cũng được lắp một số bộ thermistor gắn chặt với cuộn dây động cơ.
Lưu ý khi sử dụng Thermistor
Khi lựa chọn thermistor khách hàng cần phải căn cứ vào nhiệt độ môi trường sao cho phù hợp. Các loại cảm biến NTC, PTC có thể dễ dàng test với các đồng hồ VOM.
Vì loại cảm biến này biến thiên điện trở nên khi lắp hoặc sử dụng không quan tâm đến chiều đấu đây điện.
Khi lắp nên áp chặt vào bề mặt cần đo, lưu ý hạn chế làm tổn hại đến lớp vỏ bảo vệ bên ngoài.
Cảm biến bán dẫn (Temperature Sensor)
Nếu bạn cần một loại cảm biến nhiệt độ trong công nghiệp có mức đo nhiệt độ từ -50°C đến 150°C thì lựa chọn cảm biến bán dẫn rất thích hợp.
Thiết bị này có ưu điểm nổi bật như: Mạch xử lý được thiết kế đơn giản. Loại cảm biến này có khả năng chống nhiễu trong môi trường làm việc tốt, độ nhạy được đánh giá cao. Việc chế tạo, sản xuất thiết bị dễ dàng và cũng vì lý do này mà giá thành của thiết bị phải chăng, phù hợp với đa số khách hàng.
Song song với những ưu điểm trên thì thiết bị này vẫn có những khuyết điểm mà chúng ta cần phải khắc phục như: Thiết bị không thích hợp nhiệt độ rất cao. So sánh độ bền bỉ với các thiết bị cảm biến khác thì loại này kém bền hơn.
Loại cảm biến bán dẫn này thường dùng để lắp trong các thiết bị đo, thiết bị bảo vệ các mạch điện tử, đo nhiệt độ của không khí.
Cấu tạo của bán dẫn
Cảm biến nhiệt độ loại bán dẫn được hình thành từ các chất liệu bán dẫn. Và dựa trên nguyên lý cơ bản: Yếu tố nhiệt độ sẽ tác động đến sự phân cực của các chất bán dẫn. Hiện loại cảm biến nhiệt này có 3 loại: IC, Diode, Transistor.
Mức độ phân cực của các lớp P-N tuyến tính với nhiệt độ môi trường chính là nguyên lý hoạt động của loại cảm biến bán dẫn.
Sự phát triển vượt bậc của khoa học kỹ thuật đã góp phần sản xuất nhiều loại cảm biến hơn và khách hàng có thể dễ dàng tìm kiếm và chọn mua các loại cảm biến diode, cảm biến IC như LM35, LM 45, LM335.
Khi nhiệt độ thay đổi sẽ làm điện áp thay đổi và điện áp này được hình thành và phân áp từ một điện áp chuẩn trong mạch.
Gần đây, người ta sử dụng cảm biến nhiệt bán dẫn có tích hợp với chuẩn truyền thông. Từ đó tạo nên 1 thiết bị cảm biến nhiệt cao cấp và mở sang một xu hướng mới, đầy tiện ích “thế giới cảm ứng”.
Lưu ý khi sử dụng bán dẫn
Những môi trường làm việc có tính chất khắc nghiệt như: tính ăn mòn mạnh mẽ, độ rung sóc mạnh, va đập lớn, độ ẩm cao… sẽ không phù hợp với loại cảm biến nhiệt bán dẫn này.
Vì cảm biến nhiệt bán dẫn được cấu tạo từ nhiều bán dẫn nên khả năng chịu nhiệt kém, độ bền không cao. Với mỗi thiết bị sẽ có một ngưỡng nhiệt nhất định và nếu vượt ngưỡng thì lớp bảo vệ bị phá vỡ và thiết bị sẽ hỏng.
Với mỗi loại cảm biến bán dẫn thì chỉ mỗi loại tuyến tính trong một phạm vi giới hạn nào đó. Khi sử dụng ngoài phạm vi này thì cảm biến sẽ mất tác dụng. Hầu hết các chuyên gia đều khuyên khách hàng nên chú ý đến tầm đo để độ chính xác cao nhất.
Nhiệt kế bức xạ ( Pyrometer)
Ngoài các loại cảm biến trên thì khách hàng có thêm một sự lựa chọn khác đó là các hỏa kế hay gọi là nhiệt kế bức xạ, có tên tiếng anh là Pyrometer.
Ưu điểm nổi bật của thiết bị đo này là: Có thể sử dụng tốt trong những môi trường có tính chất khắc nghiệt mà không cần đo trực tiếp. Tuy nhiên, thiết bị này vẫn có nhược điểm đó là: Giá thành đầu tư cao, độ chính xác không tuyệt đối.
Cấu tạo khi sử nhiệt kế bức xạ
Hỏa kế là một thiết bị chuyên dụng được thiết kế ra nhằm đo được nhiệt độ của một số môi trường mà các thiết bị đo khác hoặc các thiết bị cảm biến thông thường không thể tiếp xúc được như: trong lò nung nhiệt cao, lò hơi hay môi trường hóa chất có tính ăn mòn mạnh, các nơi khó lắp các cảm biến. Cấu tạo của các hỏa kế sẽ bao gồm các mạch quang học và mạch điện tử.
Người ta phân chia thành 3 loại: hỏa kế màu sắc, hỏa kế bức xạ, hỏa kế cường độ ánh sáng.
Nguyên lý chế tạo và làm việc của hỏa kế đơn giản khi dựa trên việc đo tính chất bức xạ năng lượng của môi trường mang nhiệt.
Với tầm đo khoảng nhiệt từ -54°C đến 1000°C nên nhiệt kế bức xạ thường dùng trong các lò nung kim loại…
Lưu ý khi sử dụng hỏa kế
Cảm biến nhiệt độ công nghiệp loại hỏa kế khá đặc biệt, tùy thuộc vào model cũng như thiết kế của hãng sản xuất mà các hỏa kế sẽ có tầm đo không giống nhau.
Hỏa kế thường dùng để đo ở mức nhiệt độ cao. Tuy nhiên, vì thiết bị không tiếp xúc gần hoặc trực tiếp nên độ chính xác khi hiển thị của hỏa kế không cao. Đây là điều mà khách hàng cần chú ý. Ngoài ra, những yếu tố đến từ môi trường xung quanh cũng ảnh hưởng đến độ chính xác của thiết bị này như: Ánh sáng môi trường, góc độ đo và độ rung tay cầm.
Việc lựa chọn hỏa kế quang học và hỏa kế bức xạ toàn phần phải cân nhắc cẩn thận.
Việc lựa chọn loại cảm biến nhiệt độ công nghiệp nào để sử dụng có thể đáp ứng tất cả nhu cầu, yêu cầu kỹ thuật cũng như giá bán và chất lượng là vấn đề khó khăn của nhiều người nên cần phải tìm một địa chỉ uy tín, chuyên nghiệp nhất nhé.
Cảm biến hồng ngoại
Cảm biến hồng ngoại là một thiết bị điện tử được sử dụng để cảm nhận các đặc điểm nhất định của môi trường xung quanh bằng cách phát hoặc phát hiện bức xạ hồng ngoại. Những cảm biến này là cảm biến không tiếp xúc.
Ví dụ: nếu bạn giữ cảm biến hồng ngoại trước bàn mà không thiết lập bất kỳ tiếp xúc nào, cảm biến sẽ phát hiện nhiệt độ của bàn dựa trên giá trị bức xạ của nó. Các cảm biến này được phân thành hai loại như cảm biến hồng ngoại nhiệt và cảm biến hồng ngoại lượng tử.
Vì vậy, đây là tất cả về các loại cảm biến nhiệt độ khác nhau. Chi phí của cảm biến nhiệt độ phụ thuộc vào loại công việc mà nó được dự định. Tuy nhiên, độ chính xác của cảm biến sẽ quyết định giá. Vì vậy, chi phí phụ thuộc vào độ chính xác của cảm biến nhiệt độ.
