So sánh cảm biến nhiệt độ PT100 và PT1000

So sánh cảm biến nhiệt độ PT100 và PT1000 giúp chúng ta không nhầm lẫn giữa các loại cảm biến RTD nhất là cảm biến PT100 luôn bị nhầm lẫn với can nhiệt hoặc NTC.

Tôi một kỹ sư với hơn 20 năm kinh nghiệm, tôi may mắn được làm việc với hầu hết các loại cảm biến nhiệt độ Pt100 lẫn PT1000. Về ngoại hình bạn sẽ không bao giờ phân biệt được đâu là Pt100 và đâu là Pt1000.

Dưới đây tôi sẽ so sánh cảm biến nhiệt độ Pt100 và Pt1000 dựa vào kinh nghiệm thực tế mà tôi đúc kết được. Hy vọng rằng sẽ giúp ích được cho các bạn.

Các cảm biến PT100 và PT1000 đều là loại cảm biến nhiệt độ điện trở (RTD – Resistance Temperature Detector) thường được sử dụng trong đo lường công nghiệp và khoa học. Tuy nhiên, chúng có một số khác biệt nhất định.

Cảm biến nhiệt độ điện trở (RTD) là gì?

Cảm biến nhiệt độ điện trở (RTD) là một loại cảm biến nhiệt độ hoạt động dựa trên nguyên tắc điện trở của kim loại thay đổi theo nhiệt độ. Điện trở của kim loại tăng theo nhiệt độ, do đó bằng cách đo điện trở của RTD, chúng ta có thể xác định được nhiệt độ môi trường xung quanh.

Cảm biến nhiệt độ RTD có nhiều loại: Pt100, Pt500, Pt1000, Ni100, Ni500. Pt ở đây là thuật ngữ được viết tắt cho kim loại bạch kim – Platium và Ni là thuật ngữ viết tắt cho Niken.

Platium có độ tinh khiết cao đến 99% vì loại cảm biến làm từ vật liệu này sẽ có độ chính xác cao nên nó được sử dụng rất phổ biến trong công nghiệp.

Vì vậy khi so sánh cảm biến nhiệt độ Pt100 và Pt1000 chúng ta thấy rõ sự khác biệt chính là điện trở suất tại 0oC lần lượt là 100 ohm và 1000 ohm.

Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của cảm biến RTD

Cảm biến nhiệt độ RTD có 02 loại : có đầu HEAD bảo vệ dây tín hiệu hoặc không có. Dù là thiết kế loại nào thì bản chất cảm biến nhiệt độ RTD cũng có cấu tạo và nguyên lý giống như nhau.

Cấu tạo:

• Điện trở cảm biến: thường được làm từ bạch kim (Pt) do bạch kim có đặc tính thay đổi điện trở theo nhiệt độ tuyến tính và ổn định cao. PT100 có điện trở danh định là 100 ohm ở 0°C, còn PT1000 có điện trở danh định là 1000 ohm ở 0°C.
• Vỏ bọc: thường làm bằng inox bao bọc đầu Platium bên trong
• Đầu cảm biến ( Head ): tùy thuộc vào loại RTD có thể có hoặc không có đầu HEAD này. Đầu cảm biến dùng để bảo vệ tín hiệu ngõ ra và còn có chức năng bảo vệ bộ chuyển đổi tín hiệu nhiệt độ ( khi lắp thêm ). Các loại RTD loại dây sẽ không có đầu kết nối Head này.

Nguyên lý hoạt động:

• Dòng điện nhỏ được đi qua điện trở cảm biến.
• Điện trở của cảm biến thay đổi theo nhiệt độ môi trường. Nhiệt độ tăng – điện trở tăng và ngược lại.
• Sự thay đổi điện trở này được đo bằng bộ hiển thị nhiệt độ Pt100, bộ điều khiển nhiệt độ hoặc bộ chuyển đổi tín hiệu nhiệt độ.

Bảng so sánh điện trở của PT100 và PT1000 khi nhiệt độ tăng:

Như bảng so sánh điện trở Pt100 và Pt1000 trên cho thấy:

• Điện trở của cả PT100 và PT1000 đều tăng theo nhiệt độ.
• PT1000 có điện trở cao hơn gấp 10 lần PT100 ở cùng nhiệt độ.
• Mối quan hệ giữa điện trở và nhiệt độ của cả hai loại cảm biến đều gần như tuyến tính trong phạm vi nhiệt độ hoạt động.

Dựa vào bảng so sánh điện trở của Pt100 và Pt1000 chúng ta thấy rõ Pt1000 dường như tốt hơn PT100 khá nhiều về mọi mặt. Nhưng chúng ta cần xem ưu và nhược điểm trước khi ra quyết định chọn loại RTD nào cho phù hợp.

Ưu điểm của cảm biến PT100 và PT1000

Độ chính xác cao: Cả PT100 và PT1000 đều có độ chính xác cao, tuy nhiên PT1000 có độ chính xác cao hơn một chút so với PT100. Điều này là do PT1000 có điện trở danh định cao hơn (1000 ohm so với 100 ohm), dẫn đến ít nhiễu hơn và độ chính xác đo lường cao hơn.

Độ nhạy: Tương tự như độ chính xác, PT1000 cũng có độ nhạy cao hơn PT100. Điều này có nghĩa là PT1000 có thể đo được những thay đổi nhiệt độ nhỏ hơn so với PT100. Do đó, PT1000 phù hợp hơn cho các ứng dụng cần theo dõi những thay đổi nhiệt độ tinh vi, ví dụ như trong sản xuất linh kiện điện tử hoặc kiểm soát nhiệt độ trong lò nung.

Ổn định của nhiễu: PT1000 ít bị ảnh hưởng bởi nhiễu điện từ (EMI) hơn so với PT100. Đây là một lợi thế quan trọng trong môi trường công nghiệp, nơi có nhiều thiết bị điện có thể gây ra nhiễu EMI.

Ổn định cao: Điện trở của bạch kim ít bị ảnh hưởng bởi các yếu tố bên ngoài như thời gian, giúp cho cảm biến hoạt động ổn định trong thời gian dài. Thông thường, độ trôi của PT100 và PT1000 là 0,1% sau một năm sử dụng. Rất thấp so với các loại cảm biến nhiêt độ khác.

Phạm vi đo rộng: PT100 và PT1000 có thể đo được trong một dải nhiệt độ rộng -200…+850oC, tùy thuộc vào loại và cấu tạo của cảm biến. Bạn cần xem xét thông số kỹ thuật của từng loại bởi có loại chỉ đo được 0-200oC.

Thiết kế: đa dạng với chiều dài, đường kính, loại dây, loại cây…. Kết nối linh hoạt với kiểu ren, mặt bích, clamp hoặc không ren.

Nhược điểm của cảm biến PT100 và PT1000

• Dải đo nhiệt độ -200…+850oC danh nghĩa. Thực tế chỉ đo tốt từ 500-600oC. Với nhiệt độ cao hơn cần chọn sang loại cảm biến khác.
• Độ nhạy với nhiệt: PT100 và PT1000 sẽ có độ nhạy kém hơn so với can nhiệt và các loại khác.
• Giá thành: Giá thành của cảm biến PT1000 thường cao hơn Pt100 do ít phổ biến và thường phải nhâp theo yêu cầu.
• Thời gian đáp ứng: PT1000 có thời gian đáp ứng chậm hơn PT100. Điều này có nghĩa là PT1000 có thể không phù hợp cho các ứng dụng cần đo những thay đổi nhiệt độ nhanh chóng.
• Phổ biến: Pt100 phổ biến hơn PT1000 nên việc thay thế, sửa chữa đơn giản dễ dàng hơn PT1000 rất nhiều. Đây là điều kiện quan trọng khi chọn loại cảm biến nhiệt độ.

So sánh cảm biến nhiệt độ PT100 và PT1000

Cảm biến nhiệt độ PT100 và Pt1000 đều thuộc họ RTD tức là cảm biến nhiệt độ RTD bao gồm: Pt100, Pt500, Pt1000, Ni100, Ni500. Tuy nhiên, cảm biến PT100 và PT1000 thường được sử dụng nhất.

Về bản chất bên trong:

• Pt100 có điên trở 100 ohm tạo 0oC
• Pt1000 có điện trở 1000 ohm tại 0oC

Chúng ta thấy rằng điện trở định danh của PT1000 lớn hơn gấp 10 lần so với Pt100. Điều này đồng nghĩa sai số trên dây dẫn do điện trở sẽ khác nhau.

Ngoài điểm khác nhau này, tất cả các thông số kỹ thuật của hai loại RTD này đều như nhau về đường đặc tuyến, dãi đo nhiệt độ, hệ số nhiệt, thời gian đáp ứng.

Chúng ta cùng xem bảng so sánh PT100 và PT1000

Phân biệt cảm biến nhiệt độ PT100 và PT1000

Nếu bạn đang có cảm biến nhiệt độ RTD nhưng không biết là Pt100 hay PT1000 thì chúng ta dễ dàng xác định bằng VOM. Qua đó chúng ta dễ dàng so sánh cảm biến nhiệt độ Pt100 và Pt1000 về điện trở.

Cách đo điện trở của cảm biến PT100 và PT1000 tại 30°C bằng VOM khá đơn giản như sau:

Thiết bị đo gồm:

• Cảm biến PT100 hoặc PT1000 ( chưa xác định )
• VOM (Vôn kế đa năng).
• Dây dẫn điện.

Các bước thực hiện:

Bước 1: Kết nối cảm biến với VOM:

• Sử dụng dây dẫn điện để kết nối hai đầu của cảm biến với hai đầu đo điện trở của VOM.
• Cảm biến sẽ có loại 2 dây, 3 dây hoặc 4 dây. Chỉ đo 2 dây khác màu với hai đầu của VOM ( theo hình ), nếu 3-4 dây cùng màu thì chập chung lại với nhau.

Bước 2: Cài đặt VOM để đo điện trở:

• Chọn thang đo điện trở phù hợp trên VOM. Thông thường, thang đo 1000Ω hoặc 2kΩ sẽ phù hợp cho cả PT100 và PT1000.

Bước 3: Đo điện trở của cảm biến:

• Đối với PT100:
  • Đặt cảm biến trong nước hoặc môi trường không khí ổn định tại 30°C.
  • Xem giá trị hiển thị bao nhiêu ohm.
• Đối với PT1000:
  • Tương tự như PT100, Đặt cảm biến trong nước hoặc môi trường không khí ổn định tại 30°C.
  • Xem giá trị hiển thị bao nhiêu ohm.

Bước 4: Giải thích kết quả:

• PT100: Điện trở của PT100 tại 30°C xấp xỉ 111,67Ω. Do đó, nếu giá trị đo được gần bằng 111.67Ω, nhiều khả năng đó là cảm biến PT100.
• PT1000: Điện trở của PT1000 tại 30°C xấp xỉ 1116,7Ω. Do đó, nếu giá trị đo được gần bằng 1116,7, nhiều khả năng đó là cảm biến PT1000.

Đối với các cảm biến can nhiệt K hoặc NTC- PTC sẽ ra kết quả khác biệt so với RTD. Vì thế nếu bạn đo ra kêt quả không giống Pt100, Pt1000 thì bạn nên kiểm tra lại loại cảm biến nhiệt độ của mình.

Lưu ý:

• Phương pháp này chỉ mang tính chất tham khảo, độ chính xác có thể phụ thuộc vào loại VOM, chất lượng cảm biến và điều kiện môi trường.
• Để xác định chính xác loại cảm biến và giá trị điện trở tại 30°C, nên sử dụng thiết bị đo chuyên dụng hoặc tham khảo tài liệu kỹ thuật của nhà sản xuất.
• Nước hoặc dung dịch glycol được sử dụng để đảm bảo nhiệt độ ổn định cho cảm biến trong quá trình đo.

Ngoài ra, bạn cũng có thể sử dụng máy đo nhiệt độ để đo trực tiếp nhiệt độ của cảm biến và sau đó tra cứu giá trị điện trở tương ứng trong bảng tra cứu hoặc công thức để tính toán điện trở tại 30°C.

Cách lựa chọn cảm biến điện trở bạch kim RTD phù hợp

Trong tất cả các ứng dụng phổ biến trong công nghiệp thì PT100 và Pt100 đều đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật. Tuy nhiên, PT100 được sử dụng phổ biến hơn Pt1000 dù Pt1000 có độ nhạy cao hơn so với Pt100.

• Cảm biến PT1000 có độ nhạy cao khi kéo đi xa thì sai số lơn hơn PT100 khá nhiều. Pt1000 phổ biến trong HVAC, Chiler.
• Cảm biến Pt100 tương thích với hầu hết các thiết bị, tương thích với tất các thiết bộ hiển thị, bộ điều khiển dùng trong công nghiệp. Việc thay thế, sửa chữa  trở nên đơn giản hơn rất nhiều so với Pt1000.

Việc lựa chọn cảm biến PT100 hay PT1000 phụ thuộc vào nhiều yếu tố như:

• Loại cảm biến: có đầu bảo vệ ( HEAD )hay loại dây. Hai loại này dù là PT100 hoặc Pt1000 nhưng khác xa nhau về khả năng làm việc, độ bền và chi phí.
• Phạm vi nhiệt độ cần đo: nhiệt độ làm việc của cảm biến cần phải lớn hơn nhiệt độ đo thực tế.
• Độ chính xác: cảm biến RTD quy định độ chính xác Class C, Class B, Class A và Class AA. Bạn nên chọn tiêu chuẩn sai số cho phù hợp.
• Môi trường hoạt động: Chọn cảm biến có vỏ bọc phù hợp với môi trường (chịu nước, bụi bẩn, hóa chất).
• Chi phí: Xác định ngân sách và so sánh giá thành của các loại cảm biến khác nhau.
• Độ nhạy: Nếu cần độ nhạy cao để đo những thay đổi nhiệt độ nhỏ thì nên chọn PT1000.

Lưu ý khi lựa chọn RTD thay thế

• Các cảm biến Pt100 và Pt1000 có thể thay thế lẫn nhau một cách dễ dàng nếu như bạn nắm được bản chất của cảm biến. Nếu bộ hiển thị nhiệt độ đọc được cả Pt100 và Pt1000 thì việc thay thế Pt1000 thành PT100 trở nên đơn giản.
• Tương thích về kết nối, chiều dài, đường kính cảm biến là điều quan trong nhất.

Một số trường hợp nên chọn cảm biến PT1000:

• Cần độ chính xác cao: PT1000 có độ chính xác cao hơn PT100, phù hợp cho các ứng dụng đòi hỏi độ tin cậy cao như đo nhiệt độ trong phòng thí nghiệm, y tế, hoặc các quy trình công nghiệp quan trọng.
• Cần độ nhạy cao: PT1000 có độ nhạy cao hơn PT100, nghĩa là nó có thể đo được những thay đổi nhiệt độ nhỏ hơn. Điều này phù hợp cho các ứng dụng cần theo dõi những thay đổi nhiệt độ tinh vi, ví dụ như trong sản xuất linh kiện điện tử hoặc kiểm soát nhiệt độ trong lò nung.
• Cần đo trong môi trường nhiễu: PT1000 ít bị ảnh hưởng bởi nhiễu điện từ (EMI) hơn so với PT100, do đó nó phù hợp cho các ứng dụng trong môi trường có nhiều nhiễu, ví dụ như gần động cơ điện hoặc thiết bị điện tử.
• Cần đo trong phạm vi nhiệt độ rộng: PT1000 có phạm vi đo rộng hơn PT100, từ -200°C đến 850°C. Điều này phù hợp cho các ứng dụng cần đo nhiệt độ trong môi trường có nhiệt độ cao hoặc thấp.
• Cần tiết kiệm dây dẫn: Do điện trở danh định của PT1000 cao hơn PT100 (1000 ohm so với 100 ohm), sử dụng PT1000 có thể giúp giảm thiểu ảnh hưởng của điện trở dây dẫn đến độ chính xác đo lường, đặc biệt là khi cần đo trong khoảng cách xa.

Tuy nhiên, PT1000 cũng có một số nhược điểm:

• Giá thành cao hơn: PT1000 thường có giá thành cao hơn PT100 do không phổ biến và cần phải nhập theo yêu cầu.
• Kích thước lớn hơn: PT1000 thường có kích thước lớn hơn PT100, do đó nó có thể không phù hợp cho các ứng dụng cần kích thước nhỏ gọn.
• Thời gian đáp ứng chậm hơn: dù có độ nhạy cao nhưng PT1000 có thời gian đáp ứng chậm hơn PT100, do đó nó có thể không phù hợp cho các ứng dụng cần đo những thay đổi nhiệt độ nhanh chóng.
• Bộ hiển thị nhiệt độ PT1000: đa số các bộ hiển thị đều không thể đọc cảm biến nhiệt độ PT1000. Chỉ có bộ hiển thị Pixsys của Italy đều đọc được PT1000.
• Bộ chuyển đổi tín hiệu nhiệt độ: chỉ các bộ chuyển đổi tín hiệu nhiệt độ T121, K121, Z109REG2-1 của Seneca mới chuyển đổi được Pt1000 sang 4-20mA. Các bộ chuyển đổi nhiệt độ này lại có giá thành khá cao.

Mình đã so sánh cảm biến nhiệt độ PT100 và Pt1000 một cách chi tiết từ cấu tạo, nguyên lý hoạt động và khi nào nên chọn cảm biến Pt1000.

Tôi hy vọng rằng các bạn sẽ có sự lựa chọn phù hợp với nhu cầu đo nhiệt độ của mình.

Chúc các bạn thành công !