Cảm Biến Nhiệt Độ 4-20mA – Tại Sao Phải Khác Biệt

Khi nhắc tới cảm biến nhiệt độ chúng ta thường nghe tới cảm biến nhiệt độ Pt100 3 dây và can nhiệt loại K. Cảm biến nhiệt độ 4-20mA được xem là sự kết hợp tuyệt vời giữa cảm biến nhiệt độ và bộ chuyển đổi tín hiệu nhiệt độ. Từ cảm biến nhiệt độ sẽ cho ra tín hiệu 4-20mA trực tiếp về bộ hiển thị nhiệt độ hoặc bộ điều khiển nhiệt độ hay PLC. Tại sao cảm biến nhiệt độ Pt100 lại được sử dụng phổ biến hơn so với việc dùng cảm biến nhiệt độ trực tiếp. Cùng tìm hiểu xem thế nào nhé.

Các loại cảm biến nhiệt độ

Cảm biến nhiệt độ có khá nhiều loại khác nhau cho một ứng dụng duy nhất là đo nhiệt độ. Trong bài viết này mình chỉ chia sẻ hai loại cảm biến nhiệt độ phổ thông nhất được dùng trong công nghiệp đó là cảm biến nhiệt độ PT100 và can nhiệt loại K. Chúng ta cùng tìm hiểu nhé.

Cảm biến nhiệt độ Pt100

Cảm biến nhiệt độ Pt100 3 dây được xem là hình mẫu của cảm biến nhiệt độ loại RTD với loại Pt100 có 3 dây tín hiệu ngõ ra. Cảm biến hoạt động dựa trên sự thay đổi của điện trở. Tức là giá trị của điện trở của cảm biến sẽ thay đổi theo nhiệt độ tác động lên cảm biến.

Cảm biến nhiệt độ Pt100 được sử dụng trong hầu hết bởi các lý do :

• Độ chính xác cao
• Đa dạng kích thước, kiểu dáng
• Thời gian đáp ứng nhanh
• Giá thành tương đối rẻ
• Dể sử dụng
• Tương thích với các bộ hiển thị nhiệt độ

Chính vì các ưu điểm vượt trội của cảm biến nhiệt độ Pt100 so với các loại cảm biến khác nên nó được sử dụng trong hầu hết các ứng dụng cần đo nhiệt độ. Tuy nhiên, nhiệt độ cao nhất của cảm biến Pt100 có thể làm việc được là 850oC. Khi cần đo tại nhiệt độ cao hơn chúng ta cần một sự lựa chọn khác. Đó chính là can nhiệt loại K.

Can nhiệt loại K

Can nhiệt loại K bằng sứ cho khả năng chịu nhiệt cao hơn hẳn so với cảm biến nhiệt độ Pt100. Khả năng chịu nhiệt có thể lên tới 1200oC với vỏ bằng sứ hoặc vật liệu Inconel. Một điểm khác biệt giữa cảm biến nhiệt độ Pt100 và can nhiệt loại K đó chính là tín hiệu ngõ ra. Trong khi tín hiệu ngõ ra của Pt100 là điện trở thì can nhiệt loại K sẽ cho ra tín hiệu Mili voltage ( mV ). Tín hiệu mV cũng phi tuyến và đúng trong một khoảng nhất định. Các bộ hiển thị nhiệt độ được thiết kế riêng cho can nhiệt loại K để hiển thị được nhiệt độ chính xác.

Các ưu điểm của can nhiệt loại K :

• Khả năng chịu được nhiệt độ cao tới 1200oC
• Có 3 loại vật liệu được sử dụng : sứ, Inox 316L và Inconel.
• Giá thành khá thấp so với các loại can nhiệt R – S – B.

Các nhược điểm của can nhiệt loại K :

• Thời gian đáp ứng khá chậm
• Độ chính xác không cao vì đo nhiệt độ cao
• Giá thành cao hơn so với cảm biến nhiệt độ pt100

Can nhiệt loại K được sử dụng rộng rãi trong các lò đốt có nhiệt độ từ 800oC trở lên và cao nhất là 1200oC. Bên cạnh đó chúng ta còn có các loại cảm biến nhiệt độ khác thường được sử dụng. Cùng tìm hiểu các loại nào được dùng trong công nghiệp nữa nhé.

Các loại cảm biến nhiệt độ khác

Ngoài các cảm biến nhiệt độ Pt100 và can K chúng ta thường bắt gặp các loại cảm biến nhiệt độ khác :

• Can nhiệt loại J – R – S – B : hoạt động tương tự như can nhiệt loại K, tín hiệu ngõ ra cũng là mV nhưng cho khả năng chịu nhiệt độ cao hơn. Nhiệt độ cao nhất 1600oC với can S – B – R.
• Cảm biến nhiệt độ NTC, PTC, PT500, PT1000 : hoạt động tương tự cảm biến Pt100 với ngõ ra điện trở nhưng có giá trị khác so với Pt100.

Tuỳ theo ứng dụng và nhu cầu sử dụng chúng ta sử dụng các loại cảm biến nhiệt độ khác nhau sao cho phù hợp. Bên cạnh cảm biến nhiệt độ thì bộ chuyển đổi tín hiệu nhiệt độ đóng vai trò quan trọng trong việc truyền tín hiệu về bộ hiển thị nhiệt độ hay về trung tâm.

Xem thêm : Top 13 + bộ hiển thị nhiệt độ phổ biến nhất

Cảm biến nhiệt độ 4-20mA

Tất cả các cảm biến nhiệt độ đều cho ra một dạng tín hiệu khác nhau. Trong khi đó các bộ hiển thị và PLC lại đọc tín hiệu chuẩn là 4-20mA. Chính vì thế mà nhu cầu cần cảm biến nhiệt độ 4-20mA ra đời để tương thích với PLC, DCS và các bộ hiển thị nhiệt độ tiêu chuẩn. Vậy cảm biến nhiệt độ 4-20mA là gì, cùng theo dõi nhé.

Cảm biến nhiệt độ 4-20mA là gì

Cảm biến nhiệt độ 4-20mA là tên gọi chung của các loại cảm biến nhiệt độ với tín hiệu ngõ ra dạng Analog 4-20mA. Như chúng ta đã biết các cảm biến khác nhau cho ra các loại tín hiệu không giống nhau, còn tín hiệu 4-20mA lại được xem là tiêu chuẩn trong điều khiển.

Để làm được điều đó cảm biến nhiệt độ được thiết kế đủ rộng để chứa một thiết bị được gọi là “ bộ chuyển đổi tín hiệu nhiệt độ”. Bộ chuyển đổi tín hiệu này có chức năng đọc các giá trị ngõ ra của cảm biến nhiệt. Ngay lập tức chuyển đổi giá trị nhận được thành tín hiệu dạng analog 4-20mA đưa về trung tâm.

Điều quan trọng nhất khi sử dụng bộ chuyển đổi nhiệt độ đó chính là “ đúng loại “. Tức là bộ chuyển phải có chức năng đọc được tín hiệu của loại cảm biến nhiệt đang dùng. Một số bộ chuyển đổi chỉ có thể giao tiếp được với cảm biến nhiệt độ Pt100 nhưng không thể đọc được các loại can nhiệt loại K – R – S – B … Chúng ta cần phải lưu ý khi chọn các bộ chuyển đổi tín hiệu sao cho phù hợp nhé.

Bộ chuyển đổi tín hiệu nhiệt độ Pt100

Bộ chuyển đổi tín hiệu nhiệt độ PT100 là một loại được thiết kế chuyên dùng cho các cảm biến nhiệt Pt100 loại 2 dây, 3 dây, 4 dây. Bởi cảm biến PT100 phổ biến, được sử dụng rộng rãi nên các nhà sản xuất chế tạo riêng một loại bộ chuyển đổi nhiệt độ Pt100 cho cảm biến nhiệt Pt100.

Xem chi tiết “ Bộ chuyển đổi tín hiệu T120 “.

Bộ chuyển đổi tín hiệu nhiệt độ T120 được thiết kế cho cảm biến nhiệt Pt100 & được lắp ngay trên đầu cảm biến để đảm bảo độ chính xác cao. Tín hiệu điện trở của Pt100 được chuyển đổi thành tín hiệu 4-20mA ngay lập tức. Chính vì thế tín hiệu truyền về có độ chính xác cao & thời gian đáp ứng nhanh hơn rất nhiều so với việc đọc trực tiếp giá trị điện trở.

Bộ chuyển đổi tín hiệu can K – S – R – B

Bộ chuyển đổi tín hiệu can nhiệt K – R – S – B là một loại chuyên dùng cho các loại Thermocouple và có thể thay đổi được loại can nhiệt đầu vào. Như vậy, với một bộ chuyển đổi tín hiệu can nhiệt chúng ta có thể sử dụng cho can K – can S – can R – can B với nhau. Tín hiệu ngõ ra cũng là tín hiệu 4-20mA tiêu chuẩn.

Bộ chuyển đổi tín hiệu nhiệt độ T121 được xem là giải pháp hoàn hảo cho các loại can nhiệt đo nhiệt độ cao như can K – S – R – B. Bên trong bộ T121 còn có chức năng chống nhiễu cho cảm biến bởi tín hiệu mV của can nhiệt rất nhạy với sự tác động của các sóng âm bên ngoài.

Các thang đo nhiệt độ dể dàng được cài đặt tương ứng với tín hiệu ngõ ra 4-20mA đạt độ chính xác cao nhất. Khi cài đặt bằng phần mềm chúng ta dể dàng nhận thấy chức năng JSC làm nhiệm vụ bù nhiệt sai số của tín hiệu mV khi truyền tới bộ chuyển đổi. Điều này hạn chế sai số của can nhiệt vốn rất cao từ các can nhiệt.

Như vậy, cảm biến nhiệt độ 4-20mA thực chất là một cây cảm biến nhiệt độ bình thường nhưng có tích hợp thêm một bộ chuyển đổi tín hiệu bên trong. Tương ứng với loại cảm biến nhiệt độ là gì chúng ta chọn bộ chuyển đổi tín hiệu cho phù hợp :

• T120 dùng cho PT100 không dùng được cho can nhiệt Thermocouple
• T121 dùng được cho cả Pt100 và các loại can nhiệt Thermocouple

Tôi mong rằng bài viết này sẽ hữu ích cho các bạn đang tìm hiểu về các cảm biến nhiệt độ cũng như bản chất của cảm biến nhiệt độ 4-20mA. Cần tư vấn thêm về cảm biến nhiệt độ 4-20mA các loại hãy liên hệ với chúng tôi để có giải pháp tốt nhất.

Kỹ sư Cơ – Điện Tử

Nguyễn Minh Hoà

Mobi : 0937.27.55.66

Mail : hoa.nguyen@huphaco.vn