Cảm biến can nhiệt bọc sứ

Xin chào tất cả các bạn nhé, trong bài viết này mình xin giới thiệu đến các bạn một vài dòng cảm biến đo nhiệt độ trong công nghiệp. Và đặc biệt hơn là những dòng cảm biến này có khả năng chịu nhiệt rất cao và được bọc bên ngoài một lớp sứ để bảo vệ. Nếu các bạn đang có nhu cầu tìm hiểu và chọn mua cho mình một thiết bị như vậy thì có thể tham khảo bài viết này nhé. Nội dung bài viết gồm khái niệm về cảm biến can nhiệt bọc sứ loại K – loại S là gì ? Các phạm vi có thể được ứng dụng thiết bị này ? Cấu tạo của thiết bị ra sao ? Các thông số kỹ thuật ? Các cách thức sử dụng cũng như một vài thông tin liên quan khác.

Nếu các bạn cần sử dụng đến cảm biến để đo lường nhiệt độ trong công nghiệp thì đã quá quen thuộc với dòng cảm biến pt100 đúng không nào ? Dòng cảm biến này có khả năng đo lường tốt trong khoảng -50-500°C một cách dễ dàng, và khoảng nhiệt này cũng được sử dụng rất nhiều nên dần chúng trở nên phổ biến. Tuy nhiên nếu các bạn cần đo lường nhiệt độ lên đến 1200°C thậm chí cao hơn mức đó thì ta phải sử dụng đến các dòng cảm biến có bọc sứ các bạn nhé.

Cảm biến can nhiệt bọc sứ là gì ?

Trước khi vào nội dung chính thì chúng ta sẽ cùng nhau tìm hiểu về dòng thiết bị này trước nhé. Cảm biến can nhiệt bọc sứ hay còn gọi là cặp nhiệt điện, cảm biến can nhiệt S-K-B-R (tên tiếng Anh là Thermocouple Type S-K-B-R) là những thiết bị đo nhiệt độ cao trong công nghiệp. Điểm chung của các dòng cảm biến này là đều có chung cấu tạo dạng “củ hành” và phần que đo được phủ bên ngoài một ống sứ để bảo vệ khỏi các tác nhân ảnh hưởng từ nhiệt. Các dòng cảm biến can nhiệt bọc sứ đều có 2 dây ngõ ra các bạn nhé, chính vì thế nên thường được gọi là cặp nhiệt điện.

Mình xin giới thiệu đến các bạn các dòng cảm biến can nhiệt bọc sứ loại S-K-B-R được sản xuất bởi hãng Asit – Italy và hiện nay đang được bên Công Ty BFF độc quyền phân phối ở thị trường Việt Nam hiện nay. Các thiết bị từ hãng này đều đạt chất lượng Châu Âu và có chứng từ kèm theo cho khách hàng khi chọn mua. Sản phẩm bên mình có thời gian giao hàng nhanh nhất ở thời điểm hiện nay, chính vì thế rất thuận lợi cho những bạn đang cần sử dụng gấp.

Cấu tạo của cảm biến can nhiệt bọc sứ như thế nào ?

Trong phần này mình sẽ nói rõ hơn về cấu tạo của thiết bị này để các bạn có thể dễ dàng tìm hiểu nhé, cụ thể thì một cảm biến can nhiệt loại sứ sẽ có các bộ phận như sau:

• Phần head (đầu củ hành): đây là phần to nhất của cảm biến có cấu tạo bên trong dạng rỗng để chúng ta có thể đấu dây tín hiệu ngõ ra của cảm biến. Với cảm biến can nhiệt bọc sứ loại S-K-B-R thì sẽ có 2 dây tín hiệu ra từ củ hành, hơn nữa thì không gian bên trong còn có thể chứa được 1 bộ chuyển đổi tín hiệu mV sang 4-20ma dạng tròn nữa đấy.
• Phần que đo của cảm biến: phần này là phức tạp nhất vì chúng được cấu tạo từ nhiều lớp khác nhau, cụ thể tính từ trong ra ngoài như sau:
  • Lớp thứ nhất: là 2 thanh kim loại được làm bằng vật liệu khác nhau dùng để đo lường và đưa ra tín hiệu mV
  • Lớp thứ hai: bao gồm các ống sứ nhỏ tầm 2-3cm bọc bên ngoài lớp thứ nhất có nhiệm vụ giảm nhiệt
  • Lớp thứ ba: là một ống số lớn có đường kính từ 10mm giúp bảo vệ lớp thứ nhất và lớp thứ 2 khỏi nhiệt độ cao bên ngoài môi chất.

Các phạm vi có thể ứng dụng dòng cảm biến can nhiệt bọc sứ S-K-B-R này:

Có thể nói thì chúng ta có thể ứng dụng được các dòng cảm biến can nhiệt này trong những ứng dụng có nhiệt độ cao như:

• Các lò nấu kim loại
• Các lò đốt rác
• Các lò đốt trong sản xuất sơn
• Các lò đốt, lò hơi công nghiệp
• Các nhà máy nhiệt điện
• Các nhà máy xi măng
• …

Cụ thể hơn thì mình sẽ nói các ứng dụng của các khoảng nhiệt cho từng dòng cảm biến nhé:

• Cảm biến can nhiệt bọc sứ loại K: dùng cho mức nhiệt trong khoảng 0-1200°C
• Cảm biến can nhiệt bọc sứ loại S: dùng cho mức nhiệt trong khoảng 0-1600°C
• Cảm biến can nhiệt bọc sứ loại R: dùng cho mức nhiệt trong khoảng 0-1600°C
• Cảm biến can nhiệt bọc sứ loại B: dùng cho mức nhiệt trong khoảng 0-1700°C
• Cảm biến can nhiệt Inox loại K: dùng cho mức nhiệt trong khoảng 0-1100°C
• Cảm biến nhiệt độ Pt100: dùng cho mức nhiệt trong khoảng 0-500°C
• Bên cạnh đó thì còn nhiều dòng cảm biến nhiệt độ khác như can E, can J, can T,…

Các thông số kỹ thuật của cảm biến can nhiệt bọc sứ:

• Model: sản phẩm có mã là ASTCG series và ASTCH series
• Xuất xứ: được bên mình nhập khẩu từ hãng Asit và Noken của Italy 
• Loại cảm biến: các loại can nhiệt S, can nhiệt K, can nhiệt B, can nhiệt R,…
• Dãy đo lớn nhất: có thể chịu được mức nhiệt trong khoang 0-1200°C, 0-1600°C, 0-1700°C
• Vật liệu cấu tạo: Ceramic 610 và Ceramic 710.
• Đường kính đầu dò: Ø17mm đối với Ceramic, còn khi làm bằng Inox là Ø21mm. Bên cạnh đó chúng ta có thể tùy chọn nhiều kích thước khác nhau.
• Chiều dài cảm biến: có thể lên đến 2000mm.
• Ngõ ra (Output): tín hiệu mV, có thể tùy chọn 4-20mA hoặc không tùy vào nhu cầu.
• Có thể chọn loại đơn (2 dây) hoặc loại đôi (4 dây).

Phân biệt cảm biến can nhiệt và cảm biến pt100 như thế nào ?

Nếu các bạn còn đang phân vân việc loại nào là cảm biến can nhiệt và loại nào là cảm biến pt100 và hơn hết thì chúng có gì khác nhau thì mình sẽ trình bày rõ trong phần này:

• Khoảng nhiệt đo lường: như ở trên mình có trình bày thì với cảm biến pt100 ta chỉ có thể đo lường trong khoảng 0-500°C và muốn đo cao hơn ta sẽ sử dụng can nhiệt S, can nhiệt K, can nhiệt B, can nhiệt R,…
• Số lượng dây tín hiệu ra: với cảm biến nhiệt độ pt100 chúng ta thường sẽ có 3 dây tín hiệu ngõ ra hoặc 6 dây tín hiệu nếu đó là dạng pt100 đôi. Còn với các dòng cảm biến can nhiệt thì sẽ có mặc định là 2 dây tín hiệu.
• Vật liệu cấu thành cảm biến: với cảm biến pt100 thì luôn được cấu thành từ inox, còn với cảm biến can nhiệt thì sẽ được cấu thành từ inox hoặc sứ tùy vào loại can nhiệt. Với các dòng can nhiệt dưới 1100°C thì sẽ được cấu tạo từ Inox và trên mức đó thì phải được bọc một ống sứ bên ngoài để đảm bảo an toàn.

• Giá thành của cảm biến: các dòng cảm biến đo mức dạng pt100 sẽ luôn có giá thành thấp hơn các dòng cảm biến can nhiệt. Giá sẽ phụ thuộc vào nhiều yếu tố như khoảng nhiệt cần đo, vật liệu cảm biến, kích thước (chiều dài và đường kính que đo), hãng sản xuất,…
• Mức độ phổ biến: phần này thì chắc có lẽ ai cũng biết rồi đúng không nào, với lợi thế khoảng nhiệt dưới 500°C thì cảm biến pt100 sẽ được sử dụng nhiều nhất trong công nghiệp hiện nay. Còn với đặc thù các khoảng nhiệt cao thì các dòng cảm biến can nhiệt chỉ được sử dụng trong một vài lĩnh vực nhất định nào đó thôi các bạn nhé.

Các bạn muốn biết thêm về cảm biến pt100 có thể tham khảo bài viết: cảm biến nhiệt độ pt100

So sánh các đặc điểm của từng loại cảm biến can nhiệt bọc sứ:

Trong phần này mình sẽ giới thiệu chi tiết hơn về đặc điểm của từng dòng cảm biến can nhiệt S, can nhiệt K, can nhiệt B, can nhiệt R,…để các bạn có thể nhận thấy được sự khác biệt của chúng các bạn nhé.

Cảm biến can nhiệt K – Can nhiệt bọc sứ loại K – Thermocouple type K:

Đây là loại cảm biến can nhiệt hay cặp nhiệt điện (Cr – Al) gồm các hợp kim có chứa niken. Dòng này sẽ phù hợp để điều chỉnh nhiệt độ cao trong môi trường oxy hóa nhưng không được sử dụng trong môi trường khí quyển. Can nhiệt sử dụng phổ biến nhất trong công nghiệp, đo nhiệt độ các ứng dụng có nhiệt độ hoạt động trong khoảng dưới 1200ºC. Các đặc điểm như sau:

• Cảm biến cặp nhiệt điện loại K (Niken-Crom / Niken-Alumel) là các loại cảm biến nhiệt độ được dùng phổ biến nhất hiện nay vì giá thành khá hợp lý, độ bền cao, khoảng nhiệt độ vừa phải.
• Có thể tùy chọn sai số thấp nhất là : ±1,1°C hoặc 0.4%
• Chúng thường có dãy đo trong khoảng nhiệt -270 ÷ 1200°C.
• Sai số tiêu chuẩn của cảm biến can nhiệt K trong khoảng  ±2,2°C hoặc 0,75%.
• Chromel® gồm 90% niken và 10% crom; Alumel® là hợp kim bao gồm 95% niken, 2% mangan, 2% nhôm và 1% silic.
• Loại K là một trong những cặp nhiệt điện phổ biến nhất với độ nhạy khoảng 41 μV/ºC.
• Chromel® là dây dương, Alumel® là dây âm.
• Không tốn kém, và phạm vi của nó là từ –270 °C đến +1372 °C (–454 °F đến +2501 °F) và tương đối tuyến tính.
• Thành phần niken là từ tính, và như các kim loại từ tính khác, sẽ có độ lệch trong đầu ra khi vật liệu đạt tới điểm Curie, xảy ra ở nhiệt độ 350 °C (662 °F) đối với cặp nhiệt điện loại K. Điểm Curie là nơi vật liệu từ trải qua một sự thay đổi đáng kể trong tính chất từ của nó và gây ra sự sai lệch lớn đến tín hiệu đầu ra.
• Nó có thể được sử dụng trong không khí liên tục oxy hoá hoặc trung hòa.• Hầu hết sử dụng ở trên 538 °C (1000 °F).
• Tiếp xúc với lưu huỳnh góp phần vào sự hư hỏng sớm.
• Hoạt động ở nồng độ oxy thấp gây ra một sự dị thường gọi là quá trình oxy hóa ưu tiên của crom trong dây dương gây ra tình trạng gọi là ‘green rot’ tạo ra các sai lệch lớn nghiêm trọng nhất trong khoảng 816 đến 1038 °C (1500 đến 1900 °F). Việc thông gió hoặc bít kín ống bảo vệ có thể ngăn ngừa hoặc giảm nhẹ tình trạng này.
• Chu kỳ trên và dưới 1000 °C (1800 °F) không được khuyến nghị do thay đổi đầu ra từ các hiệu ứng trễ.

Cảm biến can nhiệt S – Can nhiệt bọc sứ loại S – Thermocouple type S:

Cảm biến loại S bao gồm các kim loại quý (Bạch kim và Rhodium) cho phép thu được các phép đo rất chính xác. Đặc biệt chịu được ở nhiệt độ cao từ 50ºC – 1768ºC, nó thường được sử dụng trong khí quyển oxy hóa. Nó không thực sự được khuyến khích trong việc giảm khí quyển hoặc những thứ có chứa hơi kim loại. Nó được sử dụng trong thí nghiệm và để xác định ” Thang đo Nhiệt độ theo tiêu chuẩn Quốc tế (International Temperature Scale).

• Cảm biến can nhiệt S (Bạch kim Rhodium – 10% / Bạch kim) là các loại cảm biến nhiệt độ được sử dụng trong các ứng dụng nhiệt độ rất cao. Nó thường được tìm thấy trong các ngành công nghiệp sinh học, dược phẩm và trong các lò đốt, lò hơi. Nó đôi khi được sử dụng trong các ứng dụng nhiệt độ thấp hơn vì độ chính xác và ổn định cao có lớp vỏ bảo vệ thường là bằng sứ.
• Dãy đo nhiệt độ dao động trong khoảng: -50 ÷ 1600°C
• Sai số của can nhiệt S là ±1,5°C hoặc ± 0,25%
• Có thể tuỳ chọn sai số thấp nhất: ±0,6°C hoặc 0,1%

Cảm biến can nhiệt R – Can nhiệt bọc sứ loại R – Thermocouple type R:

Cảm biến nhiệt độ dạng ặp nhiệt điện loại R (Platinum Rhodium -13% / Bạch kim) là loại được sử dụng trong các ứng dụng nhiệt độ rất cao. Nó có tỷ lệ Rhodium cao hơn cảm biến can S, chính vì thế nên giá thành chúng đắt hơn. cảm biến can R rất giống với can S về hiệu suất. Nó đôi khi được sử dụng trong các ứng dụng nhiệt độ thấp hơn vì độ chính xác và ổn định cao. Và có lớp vỏ bảo vệ luôn luôn bằng sứ.

• Dãy đo nhiệt độ dao động trong khoảng: -50 ÷ 1600°C
• Sai số của can nhiệt R là ±1,5°C hoặc ± 0,25%
• Có thể tùy chọn sai số thấp nhất là ±0,6°C hoặc 0,1%

Cảm biến can nhiệt B – Can nhiệt bọc sứ loại B – Thermocouple type B:

• Cảm biến cặp nhiệt điện loại B (Platinum Rhodium – 30% / Platinum Rhodium – 6%): cặp nhiệt điện loại B được sử dụng trong các ứng dụng nhiệt độ rất cao. Nó có giới hạn nhiệt độ cao nhất trong tất cả các cặp nhiệt điện được liệt kê ở trên. Nó duy trì mức độ chính xác và ổn định cao ở nhiệt độ rất cao. Thường thấy trong các ứng dụng lò nấu kim loại, nhiệt luyện kim loại trong các ngành công nghiệp luyện kim. Cũng có thể thấy chúng trong các máy kiểm tra độ bền nhiệt.
• Dãy đo nhiệt độ dao động trong khoảng: 0 ÷ 1700°C
• Sai số của can nhiệt B là ±0,5%
• Có thể tùy chọn sai số thấp nhất là ±0,25%

Bộ hiển thị và điều khiển nhiệt độ:

Nếu các bạn sử dụng cảm biến nhiệt độ nói chung và cảm biến can nhiệt bọc sứ loại K, S, T, E, J, R,…nói riêng thì sẽ cần dùng đến một màn hình hiển thị rời đúng không nào ? Và nếu chúng ta thêm các tín hiệu như chuyển đổi tín hiệu, cách ly tín hiệu, điều khiển relay on/off thì quả là một điều tuyệt vời. Hơn nữa thì với các môi trường đo nhiệt độ cao thì không dễ gì để chúng ta có thể giám sát giá trị nhiệt độ, chính vì thế việc lắp một màn hình rời ở nơi dễ quan sát là kéo tín hiệu từ cảm biến về là một quyết định sáng suốt.

Mình xin giới thiệu đến các bạn dòng màn hình hiển thị giá trị nhiệt độ có model là OM402UNI được bên mình nhập khẩu về từ hãng Orbit Merret của Cộng Hòa Séc. Sản phẩm có thể hiển thị số và kí tự thông qua 6 LED, có thể tùy chỉnh số thập phân và các kí hiệu đơn vị như độ C, độ K, độ F,…Ngoài ra thì thiết bị này còn có thể xuất ra nhiều dạng tín hiệu khác nhau như analog 4-20ma, 0-20ma, 0-5v, 0-10v, relay on/off và đặc biệt hơn nữa là chúng ta có thể tùy chọn option có ngõ ra dạng truyền thông Modbus RTU nữa đấy. Các bạn tham khảo một vài thông số dưới đây nhé.

Thông số của bộ hiển thị và điều khiển nhiệt độ:

Ngõ vào (Input):

• Có thể đọc được khá nhiều loại tín hiệu như: tín hiệu pt100, cảm biến can nhiệt K, cảm biến can nhiệt S, cảm biến can nhiệt B, vv…
• Thiết bị còn đọc được các tín hiệu ít phổ biến trên thị trường như pt1000, pt500, cu50, vv…
• Có thể đọc các tín hiệu analog như: 4-20mA , 0-10v , 0-5V, 2-10V, 0-20mA, -2..2v, -10..10v, -40..40v
• Ngoài ra còn có thể nhận các tín hiệu đặc biệt như:  -60÷60mV, -150÷150mV, -300÷300mV, -1200÷1200 mV các tín hiệu phát ra từ các cảm biến đo độ PH.
• Hơn nữa, model còn nhận được các tín hiệu điện trở:  0÷100Ω, 0÷1kΩ, 0÷10kΩ, 0÷100kΩ có thể cài đặt lại các giá trị điện trở và biến trở bất kỳ theo ý muốn.

Ngõ ra (Output):

• Có các tín hiệu analog như: 0-2V, 0-5V, 0-10 V, ±10V,  0-5 mA, 0-20 mA, 4-20mA.
• Có thể được điều chỉnh ở dạng reply (ON/OFF) hay (NO/NC).
• Có các ngõ ra truyền thông modbus RS485, RS232 và Profibus.

Các thông số khác:

• Sai số: ± 0,1% trong quá trình hiển thị
• Có thể cài đặt nhiệt độ trong khoảng -9999÷9999°C
• Màn hình hiển thị: có độ phân giải 0,01C.
• Nguồn cấp: 80-250VAC hay 10-30VDC.
• Hệ số cách ly, chống nhiễu: 4000VAC.
• Thời gian bảo hành: 12 tháng, 1 đổi 1

Bộ chuyển tín hiệu mV sang 4-20ma:

Hầu hết các dạng tín hiệu ngõ ra của cảm biến can nhiệt là mV, và nếu các bạn chỉ có nhu cầu chuyển tín hiệu này sang analog 4-20ma và không có nhu cầu hiển thị thì như thế nào ? Lúc này ta có thể sử dụng đến bộ chuyển đổi tín hiệu can nhiệt sang 4-20ma dạng gắn head. Sở dĩ gọi là gắn head vì hầu hết các loại cảm biến can nhiệt đều ở dạng củ hành, mà đã là củ hành thì bên trong đó có thể chứa thêm một bộ chuyển đổi tín hiệu. Với vùng không gian bên trong củ hành chúng ta có thể dễ dàng lắp đặt loại thiết bị chuyển đổi này.

Mình xin giới thiệu đến các bạn dòng chuyển đổi tín hiệu đến từ hãng Muesen của Đức, đây là dòng chuyển đổi tín hiệu giá rẻ đến từ Châu Âu. Thiết bị này có khả năng chuyển các dạng tín hiệu mV về 4-20ma một cách dễ dàng. Các bạn tham khảo một vài thông số kỹ thuật dưới đây nhé.

Thông số của bộ chuyển đổi tín hiệu:

• Model: sản phẩm có mã là MST320
• Hãng sản xuất: sản xuất bởi hãng Muesen – Đức
• Ngõ vào: tín hiệu mV từ các cảm biến can nhiệt K, S, B, R, E,…
• Ngõ ra: tín hiệu analog 4-20ma
• Thời gian đáp ứng: có tốc độ phản hồi tín hiệu < 0.1s
• Sai số của thiết bị: <0.05%
• Nguồn cấp cho thiết bị: sử dụng nguồn 24vdc
• Khả năng chịu nhiệt: thiết bị chịu được nhiệt độ từ -40-85°C
• Thời gian bảo hành: lên đến 12 tháng.
• Thang đo nhiệt độ được calip thông qua bộ modern hart với độ chính xác cao.
• Thiết bị đạt các tiêu chuẩn Châu Âu.

Lời kết:

Trên đây là các thông tin và các kiến thức có liên quan về cảm biến can nhiệt bọc sứ loại S, K, R, B. Hy vọng sẽ giúp ích cho những bạn cần tìm hiểu cũng như đang muốn trang bị. Ngoài ra bên mình còn cung cấp các loại cảm biến nhiệt độ khác như cảm biến nhiệt độ pt100 và cảm biến can nhiệt các loại, các bạn có thể tìm hiểu nếu có nhu cầu. Mọi thắc mắc cần tư vấn các bạn vui lòng liên hệ mình qua các thông tin sau:

Phone – Zalo: 0779 81 81 84 (An Nguyễn)

Email: An.nguyen@bff-tech.com