Dây Cảm Biến Nhiệt Độ

Dây cảm biến nhiệt độ là một loại dây dẫn được sử dụng để đo lường nhiệt độ của môi trường xung quanh hoặc của một vật thể cụ thể. Dây cảm biến nhiệt độ sẽ có một đầu kim loại làm nhiệm vụ đo nhiệt độ. Phần dây chính là phần lấy tín hiệu ngõ ra.

Cảm biến nhiệt độ loại dây sẽ thường dùng cho các môi trường có nhiệt độ tương đối thấp. Nhiệt độ đo tối ưu nhất đối với loại cảm biến này là nhỏ hơn 400oC và khuyến cáo đo từ 200-300oC.

Nguyên lý hoạt động:

Có hai loại dây cảm biến nhiệt độ thường gặp nhất: RTD và Thermocouple. Trong đó RTD thường được gắn liền với tên gọi cảm biến nhiệt độ Pt100. Còn thermocouple còn được gọi là can nhiệt ( TC ).

Khi đo nhiệt độ thì RTD sẽ cho ra giá trị điện trở. Trong khi đó, thermocouple lại cho ra tín hiệu mV.

Tín hiệu truyền về của 02 loại cảm biến nhiệt độ này hoàn toàn khác biệt nhau. Tuy nhiên, rất nhiều người nhầm lẫn giữa cảm biến nhiệt độ PT100 và can nhiệt ( TC ).

Có hai loại dây cảm biến nhiệt độ chính:

Dây cảm biến nhiệt độ RTD: Loại dây này sử dụng điện trở của kim loại để đo lường nhiệt độ. Loại dây này phổ biến nhất là PT100, có điện trở 100 ohm ở 0°C.

Dây cảm biến RTD Pt100 sẽ có 3 loại: 2 dây, 3 dây , 4 dây. Tất cả đều cho ra giá trị điện trở khi đo nhiệt độ.

Dây cảm biến nhiệt độ TC: Loại dây này sử dụng hiệu điện thế giữa hai dây kim loại khác nhau để đo lường nhiệt độ. Loại dây này phổ biến nhất là K-Type, có thể đo lường nhiệt độ trong khoảng -200°C đến 1200°C.

Đối với dây cảm biến nhiệt độ loại K thường chỉ đo nhiệt độ tới 400oC. Khi đo nhiệt độ cao hơn rất dễ bị cháy. Tốt nhất khi đo nhiệt độ cao thì dùng loại can nhiệt có đầu HEAD.

Lưu ý: dây cảm biến nhiệt độ can nhiệt chỉ có duy nhất 2 dây. Dù bạn đang dùng can K, J hay can nhiệt khác đều cũng chỉ có 2 dây ngõ ra. Đa số mọi người nhầm lẫn giữa Pt100 2 dây và dây can nhiệt có 2 dây.

Ứng dụng:

• Ngành công nghiệp: Dây chuyền sản xuất, lò nung, hệ thống HVAC, máy móc và thiết bị.
• Nông nghiệp: Kho lạnh, nhà kính, hệ thống tưới tiêu.
• Y tế: Phòng thí nghiệm, tủ bảo quản thuốc, máy móc y tế.
• Xây dựng: Hệ thống sưởi ấm, hệ thống thông gió, hệ thống điều hòa.
• Gia đình: Máy lạnh, tủ lạnh, lò nướng, máy nước nóng.

Dây cảm biến nhiệt độ – Dây bù nhiệt

Dây bù nhiệt là loại dây dẫn điện được sử dụng để truyền tín hiệu nhiệt từ các loại cảm biến nhiệt độ như: can nhiệt S, R, K, PT100,… đến các thiết bị đo. Dây bù nhiệt có chức năng bù áp dạng (mV) đối với các loại Thermocouple, khi truyền tín hiệu đi xa sẽ dẫn đến hiện tượng sụt áp trên dây.

Cấu tạo dây bù nhiệt:

• Dây bù nhiệt được cấu tạo bởi nhiều sợi dây nhỏ, được làm từ các vật liệu khác nhau như: đồng, niken, crom, nhôm,…
• Lõi dây được bện hoặc xoắn lại với nhau để tăng độ bền và khả năng chống nhiễu.
• Vỏ bọc ngoài của dây bù nhiệt được làm từ các vật liệu như: PVC, Teflon, XLPE,… để bảo vệ dây khỏi các tác động môi trường.

Nguyên lý hoạt động:

• Dây bù nhiệt hoạt động dựa trên nguyên lý bù trừ điện áp sinh ra do sự chênh lệch nhiệt độ giữa hai đầu dây.
• Khi nhiệt độ ở hai đầu dây bù nhiệt khác nhau, sẽ tạo ra một điện áp nhỏ.
• Điện áp này được khuếch đại và bù trừ bởi các thiết bị đo, để hiển thị giá trị nhiệt độ chính xác.

Ứng dụng dây cảm biến:

• Dây bù nhiệt được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng đo lường nhiệt độ như:
  • Ngành công nghiệp: Dây chuyền sản xuất, lò nung, hệ thống HVAC, máy móc và thiết bị.
  • Nông nghiệp: Kho lạnh, nhà kính, hệ thống tưới tiêu.
  • Y tế: Phòng thí nghiệm, tủ bảo quản thuốc, máy móc y tế.
  • Xây dựng: Hệ thống sưởi ấm, hệ thống thông gió, hệ thống điều hòa.
  • Gia đình: Máy lạnh, tủ lạnh, lò nướng, máy nước nóng.

Giá thành:

Dây bù nhiệt có giá thành khá cao, phải nói là rất cao. Khi kéo dây đi xa sẽ tốn rất nhiều chi phí. Một trong những giải pháp khi muốn truyền tín hiệu nhiệt độ đi xa đó chính là dùng bộ chuyển đổi tín hiệu nhiệt độ.

Bộ chuyển đổi tín hiệu nhiệt độ

Bộ chuyển đổi tín hiệu nhiệt độ giải quyết vấn đề nan giải khi mà cần phải truyền tín hiệu nhiệt độ đi xa. Nếu không có bộ chuyển đổi tín hiệu nhiệt độ bạn phải dùng dây bù nhiệt.

Nếu chỉ truyền khoảng cách gần thì dây bù nhiệt là giải pháp tối ưu nhất về chi phí. Tuy nhiên, việc truyền đi xa thì dây bù nhiệt có giá thành rất cao & khi đi xa dây bù nhiệt cũng hoạt động tốt như chính tên gọi của nó.

Chính vì thế, bộ chuyển đổi tín hiệu nhiệt độ là một giải pháp cứu cánh cho trường hợp này. Tuy nhiên, khi tìm hiểu thì các bạn sẽ thấy có rất nhiều loại bộ chuyển đổi tín hiệu nhiệt độ khác nhau, với nhiều thương hiệu khác nhau và nhiều thiết bị với giá thành rất chênh lệch nhau.

Bộ chuyển đổi tín hiệu PT100 T120 –T121

Bộ chuyển đổi tín hiệu nhiệt độ Pt100 T120 và T121 được thiết kế riêng dành cho các cảm biến có đầu HEAD. Tức là bộ chuyển đổi sẽ nằm bên trong đầu HEAD và truyền tín hiệu 4-20mA về trung tâm.

Tuy nhiên, để tiết kiệm chi phí thì dây cảm biến nhiệt độ cũng có thể dùng được với bộ chuyển đổi nhiệt độ T120 và T121. Cụ thể:

T120 phù hợp với các loại dây cảm biến nhiệt độ RTD PT100 2 dây, 3 dây , 4 dây nhưng không thể dùng vơi dây cảm biến nhiệt độ loại K ( Thermocouple ) hay cảm biến nhiệt độ thermistor.

T121 được xem là bộ chuyển đổi tín hiệu nhiệt độ đa năng có thể nhận hầu hết các loại cảm biến nhiệt độ phổ biến trong công nghiệp và thí nghiệm. Cụ thể:

• Pt100 (EN 60751/A2, -200..+650°C, min span 20°C) • Ni100 (-60..+250°C, min span 20°C)
• Pt500 2,3,4 dây (-200..650°C)
• Pt1000 2,3,4 dây (-200..+200°C)
• TC J , K, R, S, T, B, E, N; input impedance 10 MΩ • Potentiometer: 500 Ω..100 kΩ
• Voltage: -150..+150 mV; input impedance 10 MΩ • Resistance: 0..+400 (1.760) Ω

Ngoài ra, T121 còn có một chức năng đáng giá chính là chống nhiễu 4-20mA trên đường tín hiệu. Chính vì thế mà giá thành của bộ chuyển đổi nhiệt độ T121 cũng sẽ cao hơn T120.

Cả hai loại bộ chuyển đổi nhiệt độ T120 và T121 đều cần phải cài đặt bằng phần mềm Easy setup của Seneca trước khi sử dụng. Việc cài đặt phải bằng cáp chuyên dụng cũa hãng.

Bạn cần liên hệ với nhà cung cấp để được cài đặt miễn phí trước lắp đặt và sử dụng.

Bộ chuyển đổi tín hiệu nhiệt độ PT100 – K120RTD

Bộ chuyển đổi tín hiệu nhiệt độ K120RTD được thiết kế riêng cho các loại PT100 2 dây, 3 dây, 4 dây. Với thiết kế lắp trên DIN RAIL của tủ điện K120RTD phù hợp với dây cảm biến nhiệt độ Pt100 và cả cảm biến nhiệt độ PT100 đầu HEAD DIN B.

• Tín hiệu đầu vào : PT100, Ni100 loại 2 dây, 3 dây, 4 dây đều nhận được hết.
• Nhiệt độ cài đặt : -200…+650oC
• Nhiệt độ nhỏ nhất cài đặt là 0-20oC
• Tín hiệu ngõ ra : 4-20mA 2 dây ( loop powered ) nha.
• Thời gian đáp ứng < 220ms
• Số kênh : 1 kênh duy nhất, nếu bạn cần 2 kênh ngõ ra thì dùng bộ Z170REG-1 nha.
• Chuẩn IP 20
• Kích thước : 6,2 x 93 x 102,5 mm. Nói tóm lại là nó quá nhỏ gọn và mỏng nữa.
• Nhiệt độ làm việc : -20…+65oC. Tủ nào nóng quá thì gắn thêm quạt hoặc máy lạnh nha.
• Cài đặt : DIP Switch ngay trên thiết bị hoặc phần mềm thông qua cáp của hãng.
• Kết nối dạng Terminal Gài
• Thiết bị bao gồm hộp nhựa, sách hướng dẫn đi kèm

Một trong những điểm khác biệt giữa T120 và K120RTD đó chính là K120RTD có các DIP Swich ngay trên thiết bị. Bạn có thể tự cài đặt nhiệt độ làm việc một cách nhanh chóng bất cứ lúc nào mà không cần dùng phần mềm hay cáp  chuyên dụng của hãng.

Đây chính là điểm khác biệt chính giữa loại lắp tủ điện và lắp bên trong đầu HEAD của cảm biến nhiệt độ PT100.

Bộ chuyển đổi tín hiệu can nhiệt

Bộ chuyển đổi tín hiệu can nhiệt nói chung và can K dùng để chuyển đổi tín hiệu mV của can nhiệt sang 4-20mA hoặc 0-10V. Các bộ chuyển đổi can nhiệt luôn có giá thành cao hơn hẵn so với bộ chuyển đổi nhiệt độ Pt100.

Bởi,

Tín hiệu mV của can nhiệt cần phải có thiết bị có chuẩn cao hơn để giải mã tín hiệu mV sang analog 4-20mA, 0-10V.

• T121 là bộ chuyển đổi tín hiệu can nhiệt K được thiết kế lắp trong đầu HEAD của cảm biến. Chúng ta cũng có thể dùng T121 cho dây nhiệt độ can nhiệt K. Điểm trừ khi lắp
• T121 trong tủ điện đó chính là chiếm nhiều không gian lắp đặt trong tủ điện hơn so với các loại lắp trên DIN Rail.

Bộ chuyển đổi nhiệt độ T121 có chi phí thấp hơn rất nhiều so với các bộ chuyển đổi can nhiệt khác lắp trên tủ điện. Nếu bỏ qua vấn đề thẫm mỹ khi lắp tủ điện thì T121 là sự lựa chọn tuyệt vời khi mà độ chính xác được đảm bảo với giá thành cạnh tranh.

• Nguồn cấp:7 ÷ 30 Vdc (loop powered, chúng ta sẽ thảo luận về vấn đề này sau).
• Cách ly:1,5 kVac.
• Tiêu chuẩn bảo vệ:
• Thời gian lấy mẫu:
• Loại bỏ tần số:>60dB từ 50 ÷ 60 Hz.
• Thời gian phản hồi:<620ms.
• Cấp độ chính xác:0,1% ( nhỏ nhất 0,1 ℃ ở RTD và 1℃ ở can nhiệt).
• Độ trượt nhiệt:< 100 ppm (thông thường: 30ppm).
• Độ phân giải chuyển đổi: 
• Sai số chuyển đổi:Tối đa là 0,1% của khoảng tỷ lệ hoặc 0,1 ℃.
• Sai số EMI:< 0,5 %.
• Nhiệt độ hoạt động:-40 ÷ 85 ℃.
• Kết nối:6 đầu kết nối dạng sping terminal cho dây dẫn với mặt cắt từ 0,2 đến 2,5 mm². Khoảng dây trần được khuyến cáo là 8 mm. Bên cạnh đó còn có một cổng kết nối TTL với 4 chân dùng để lập trình.

Ngoài ra,

Bộ chuyển đổi tín hiệu can nhiệt Z109REG2-1 là sự lựa chọn yêu thích của hầu hết các anh em kỹ thuật am hiểu thiết bị chuyển đổi tín hiệu. Khi mà, Z109REG2-1 có thể nhận tất cả các loại cảm biến nhiệt độ khác nhau & có thể cài đặt bằng DIP Switch trên thiết bị lẫn phần mềm miễn phí của hãng mà không cần dùng cáp chuyên dụng.

Z109REG2-1 ngoài độ chính xác cao còn có khả năng chống nhiễu cực tốt. Có thể nói đây là bộ chuyển đổi tín hiệu có cách ly và chống nhiễu tốt nhất của hãng Seneca trong lĩnh vực này với 4kVa cho mỗi tín hiệu vào – ra – nguồn.

Input : đa năng
– Analog : 0-20mA, 4-20mA , 0-10V, 0-5V …
– Cảm biến nhiệt độ RTD : Pt100, Pt500, Pt1000 , Ni100 …
– Thermocouple : loại J , K , R , S , B , N , T , E …
– NTC , PTC , KTY81, KTY 84 …
– Biến trở : 0-500 ohm , 0-100 Kohm …
Output 1 :
– Analog : 4-20mA, 0-20mA … điều chỉnh được tín hiệu ngõ ra
– Analog : 0-10V, 0-5V … điều chỉnh được tín hiệu ngõ ra
Output 2 : Relay
Nguồn cấp : 24Vac/dc

Bộ chuyển đổi tín hiệu đa năng Z109REG2-1 là sự lựa chọn tối ưu nhất khi bạn đang tìm một bộ chuyển đổi can nhiệt sang 4-20mA hoặc 0-10V và có thêm một cổng Relay Output để cảnh báo Alarm.

Xem thêm: cảm biến nhiệt độ

Chúc các bạn thành công !

Kỹ sư Cơ – Điện Tử

Nguyễn Minh Hòa