Cảm biến nhiệt độ PT100 3 dây

Chào các bạn, trong bài viết này mình xin giới thiệu đến các bạn một dòng cảm biến chuyên dùng trong việc đo lường nhiệt độ. Đó là Cảm biến nhiệt độ PT100 3 dây, là một trong những dòng cảm biến nhiệt độ được dùng phổ biến nhất trên thị trường hiện nay. Trong bài viết chúng ta sẽ cùng nhau tìm hiểu về khái niệm của cảm biến pt100 ? Các cấu tạo ? Ứng dụng ? Phân loại cũng như các cách thức sử dụng khác liên quan. Qua đó chúng ta sẽ có thêm các lựa chọn mới trong việc chọn mua và sử dụng thiết bị này.

Nhu cầu đo lường nhiệt độ trong các lĩnh vực sản xuất hay chế tạo ngày càng tăng cao. Và cũng cũng là lý do mà các loại thiết bị hay cảm biến được ra đời để đáp ứng các nhu cầu này. Cảm biến nhiệt độ pt100 dạng 3 dây cũng là một trong số đó vì đặc thù khoảng đo từ -80÷600°C, rất phù hợp cho nhiều ứng dụng khác nhau. Và để hiểu chi tiết hơn về loại thiết bị này chúng ta cùng nhau tìm hiểu về chúng nhé.

Cảm biến nhiệt độ PT100 3 dây là gì ?

Cảm biến đo lường nhiệt độ dạng 3 dây là một dạng của cảm biến nhiệt độ RTD được sử dụng rộng rãi phổ biến trong công nghiệp với ưu điểm độ chính xác tương đối cao và dãy đo nhiệt độ khá rộng phù hợp cho nhiều ứng dụng khác nhau. Trong một số trường hợp cảm biến nhiệt độ PT100 3 dây có thể được thiết kế đặc biệt để chịu được nhiệt độ -200÷850°C  tuy nhiên trong các trường hợp nhiệt độ cao người ta thường chuyển qua sử dụng cảm biến Thermocouple can K để tăng độ bền của cảm biến.

So với cảm biến nhiệt độ 2 dây thì cảm biến pt100 3 dây sẽ có độ chính xác cao hơn. Chúng thường được sản xuất bởi các hãng như Jumo , Wika , Georgin, Rose Mount Emersion,…Tuy nhiên thì ở Việt Nam chúng ta cũng thường sử dụng các loại giá rẻ của Đài Loan và Trung Quốc. Nhưng khi dùng cảm biến xứ xuất từ những nước này sẽ phải chấp nhận cảm biến có độ sai số cao và tuổi thọ thấp hơn do giá thành khá rẻ.

Cấu tạo của cảm biến pt100 là gì ?

• 1. Phần đầu của cảm biến Pt100: Đầu cảm biến là thiết bị đo chính của cảm biến cũng là thành phần quan trọng nhất của cây cảm biến nhiệt độ điện trở. Trong đó độ nhạy của cảm biến là yếu tố quan trong nhất, độ nhạy kém sẽ dẩn đến hoạt động đo chính xác của cảm biến. Lưu ý rằng độ nhạy của cảm biến chính là thời gian đáp ứng của cảm biến nó khác toàn toàn với độ chính xác của cảm biến.

• 2. Dây tín hiệu của pt100: Dây tín hiệu được kết nối với đầu dò cảm biến với ngõ ra dạng 2 dây, 3 dây hoặc 4 dây. Vật liệu của dây tín hiệu được sử dụng tuỳ theo từng loại đầu dò.

• 3. Chất cách điện bằng gốm: Gốm là một vật liệu giúp ngăn chặn ngắn mạch và cách điện các dây nối từ vỏ bọc bảo vệ.

• 4. Chất làm đầy: Chất làm đầy bao gồm bột alumina được làm khô và điền đầy vào bên trong không chừa một khoảng trống nào để bảo vệ cảm biến khi bị rung động.

• 5. Vỏ bảo vệ: Vỏ bảo vệ là thành phần tiếp xúc trực tiếp với nguồn nhiệt cần đo. Nó bảo vệ đầu dò cảm biến và dây tín hiệu của cảm biến. Vỏ bảo vệ cần được làm bằng đúng vật liệu và kích thướt để có thể bảo vệ được các thành phần bên trong. Pt100 là gì ?

• 6. Đầu nối: Đầu nối cảm biến thường làm bằng các vật liệu cách điện như: nhựa, nhôm hay gốm.

Nguyên lý làm việc của cảm biến pt100 như thế nào ?

Đầu dò nhiệt độ Pt100 hoạt động vô cùng đơn giản. Khi ở nhiệt độ 0ºC thì giá trị ngõ ra của nó là 100Ω. Khi phần đầu của Pt100 đo được nhiệt độ thì giá trị điện trở ngõ ra sẽ thay đổi theo. Giá trị điện trở sẽ tỷ lệ thuận với nhiệt độ mà cảm biến đo được. Việc chúng ta cần làm là cho đầu dò pt100 vào môi trường đang có nhiệt độ mà ta mong muốn và đấu dây về các thiết bị hiển thị hay bộ chuyển đổi là xem như hoàn tất.

Tuy nhiên thì chúng ta không thể sử dụng trực tiếp tín hiệu điện trở từ Pt100 được mà bắt buộc phải đưa nó qua bộ hiển thị nhiệt độ hoặc các transmitter chuyển đổi về dạng dòng 4-20mA, áp 0-10V. Thông thường Pt100 3 dây được sử dụng phổ biến nhất và mỗi dây sẽ phân biệt với nhau qua màu sắc. Như hình trên, chúng ta sẽ đấu 3 dây tín hiệu này về transmitter hoặc bộ hiển thị, điều khiển pt100. Về các thiết bị này thì mình sẽ để cập bên dưới nhé.

Phân biệt cảm biến pt100 2 dây, 3 dây, 4 dây:

Cảm biến nhiệt độ sẽ có các loại đầu ra như 2 dây, 3 dây hoặc bốn dây khác nhau. Cụ thể thì cấu tạo linh kiện bên trong từng đầu dây cảm biến sẽ như sau:

Với cảm biến pt100 2 dây:

Đây là một cấu hình đơn giản nhất là sử dụng hai dây dẫn. Nó chỉ được sử dụng khi độ chính xác cảm biến không cao vì điện trở của các dây kết nối luôn bao gồm với cảm biến sẽ dẫn đến lỗi trong tín hiệu. Điều này áp dụng như nhau cho cầu cân bằng và hệ thống cầu cố định. Các giá trị của điện trở chì chỉ có thể được xác định trong một phép đo riêng biệt mà không có cảm biến nhiệt kế điện trở và do đó không thể điều chỉnh liên tục trong quá trình đo nhiệt độ.

Với cảm biến pt100 3 dây:

Loại này thì có độ chính xác cao hơn so với dòng cảm biến 2 dây ngõ ra. Để giảm thiểu tác động của điện trở chì, có thể sử dụng cấu hình ba dây. Sử dụng phương pháp này hai dẫn đến cảm biến là trên cánh tay liền kề, có một sức đề kháng chì trong mỗi cánh tay của cây cầu và do đó sức đề kháng chì bị hủy bỏ. Cáp kết nối chất lượng cao nên được sử dụng cho loại cấu hình này vì giả định được thực hiện là hai điện trở chì là như nhau.

Với cảm biến pt100 4 dây:

Bốn cấu hình nhiệt kế trở kháng dây thậm chí còn làm tăng độ chính xác và độ tin cậy của điện trở được đo. Sơ đồ dưới cùng là một cấu hình thay thế tốt hơn mà chúng tôi sử dụng trong tất cả các RTD Pt100.

Phân loại cảm biến nhiệt độ pt100 3 dây:

Thông thường thì cảm biến nhiệt độ pt100 sẽ có hai dạng cấu tạo chủ yếu đó là dạng dây và dạng củ hành. Mỗi loại sẽ khác nhau về vật liệu cấu thành cũng như khoảng nhiệt đo lường. Cụ thể như sau:

Dạng củ hành: thường dụng trong các ứng dụng có nhiệt độ cao từ -200÷850°C. Vì làm việc trong môi trường có nhiệt độ cao đến vậy nên cảm biến phải được cấu tạo từ các loại vật liệu chịu nhiệt cũng như chống va đập và có phần củ hành bảo vệ mạch đấu dây.

Dạng dây: các loại cảm biến pt100 dạng dây thường có cấu tạo rất đơn giản chỉ bao gồm đầu dò và dây kết nối. Thích hợp đo lường nhiệt độ trong các ứng dụng có khoảng nhiệt -50÷400°C.

Các thông số kỹ thuật của cảm biến nhiệt độ PT100:

Hiện bên mình đang cung cấp hai dòng pt100 của Italy và Pháp, có các thông số kỹ thuật như sau:

• Đường kính đầu dò: có các kích thước thông dụng như 3mm, 5mm, 6mm, 8mm, 10mm, 12mm, 15mm,…tùy theo nơi lắp đặt và nhiệt độ mà chọn kích thước phù hợp.
• Chiều dài đầu dò: chiều dài đầu dò có các loại như 30mm, 40mm, 50mm, 60mm, 70mm, 80mm, 90mm, 100mm, 110mm, 120mm,…2000mm.
• Kiểu kết nối: các ren thông dụng trong cơ khí như G1/4, G1/2, G3/8,…
• Vật liệu dùng cho đầu dò: làm bằng SS304, SS310, SS316.
• Số lượng đầu ra dây: có thể tùy chọn loại 2 dây, 3 dây và 4 dây tùy vào mức nhiệt độ đo lường cũng như độ chính xác trong quá trình đo.
• Đối với loại dây: Ta có thể chọn thêm phần chiều dài dây nối, nhưng tiêu chuẩn là 2000mm. Có thể chọn lại dài hơn hoặc ngắn hơn tùy vào nhu cầu.
• Đối với loại củ hành: có thể chọn head có transmitter hay không, có chống cháy nổ hay không.

Cách thức chọn mua cảm biến nhiệt độ pt100 như thế nào ?

Cảm biến nhiệt độ pt100 là thiết bị được sử dụng khá phổ biến hiện nay, nên ít nhiều các bạn đã từng sử dụng chắc cũng không cần tham khảo thêm phần này đúng không nào ? Tuy nhiên thì sẽ có một số bạn chưa biết thông tin về cách thức đo lường như thế nào nên mình sẽ hướng dẫn các bạn nhé. Cụ thể thì để co thể chọn mua cho mình một cảm biến phù hợp, ta cần quan tâm đến các thông số như sau:

• Loại đầu dò: sẽ có 2 loại củ hành và dạng dây, tùy vào nhu cầu của các bạn
• Mức nhiệt cần đo là vào nhiêu: với dạng dây thì có thể đo lường trong khoảng 0-250°C còn với củ hành thì là 0-400°C nhé.
• Chiều dài que đo: chúng ta sẽ có các kích thước chiều dài que đo khác nhau để có thể lựa chọn như 50mm, 100mm, 200mm, 300mm,…
• Đường kính que đo là bao nhiêu: thông thường thì bên mình sẽ có các loại đường kính như ø3mm, ø5mm, ø6mm, ø8mm và ø10mm.

Cách thức sử dụng cảm biến nhiệt độ PT100 3 dây:

Thông thường thì ứng dụng chung của cảm biến pt100 là đo lường nhiệt độ rồi đúng không nào ? Tuy nhiên trong phần này ta không đề cập để chúng nữa mà sẽ quan tâm đến kết nối đầu ra của cảm biến nhé. Với dạng 3 dây đầu ra thì chúng ta có thể kết nối tới nhiều loại thiết bị khác đấy. Cụ thể sẽ có một số loại như sau:

Kết nối với PLC điều khiển:

Đây là một ứng dụng khá phổ biến trong quá trình đo lường nhiệt độ. Việc cần dùng đến PLC để điều khiển các loại thiết bị điện tử trong đó có cảm biến pt100 là điều dễ hiểu. Cảm biến không chỉ đo lường mà dựa vào nó chúng ta có thể dùng như là một loại thiết bị cảm nhận nhằm điều khiển một loại thiết bị khác dưới sự điều khiển của PLC.

Ví dụ nhé, ta có thể dùng PLC điều khiển cảm biến pt100 khi đến mức nhiệt độ nào đó mà ta cài đặt trước thì PLC sẽ ngừng kích hoạt máy giá nhiệt để nhiệt độ có thể ổn định hơn. Và lưu ý là với ứng dụng này chúng ta cần dùng đến bộ chuyển tín hiệu pt100 sang 4-20ma nhé, vì PLC hiện nay chỉ nhận các tín hiệu dạng 4-20ma mà thôi.

Thông số của bộ chuyển đổi tín hiệu pt100 sang 4-20ma:

• Xuất xứ: được nhập khẩu trực tiếp từ hãng Muesen – Đức.
• Ngõ vào (Input): các dạng tín hiệu của cảm biến Pt100 2 dây, Pt100 3 dây và Pt100 4 dây.
• Ngõ ra (Output): tín hiệu analog 4-20mA
• Nguồn cấp: 7,5÷45VDC, thường sử dụng nguồn 24VDC là chủ yếu
• Kích thước bộ chuyển đổi: 44 x18mm
• Nhiệt độ làm việc : -40÷85°C, mức chịu nhiệt thường thấy của các loại thiết bị công nghiệp
• Thời gian phản hồi : <1s
• Sai số: chỉ 0.1%
• Có thể cài đặt dãy đo tuỳ ý: -10÷50°C, 0÷100°C, -30÷200°C, -50÷400°C.
• Bảo hành: 18 tháng.
• Đạt các chứng chỉ về thiết bị điện như: IEC 60529,  IEC 61010, IEC 61326, Namur..

Kết nối với màn hình hiển thị:

Chúng ta có thêm một tùy chọn thiết bị hỗ trợ cảm biến đó là màn hình hiển thị nhiệt độ. Nếu chúng ta không trang bị PLC và muốn quan sát mức nhiệt bằng số liệu thì sao nào, ta sẽ phải cần dùng đến màn hình. Nó cho phép cảm biến kết nối với một màn hình và xuất ra giá trị đo đạc được. Việc này rất thuận tiện cho trường hợp chúng ta muốn điều chỉnh bằng tay và quan sát số liệu thông qua màn hình. Các bạn có thể tham khảo qua dòng màn hình hiển thị nhiệt độ tại đây.

Thông số của bộ hiển thị nhiệt độ:

• Model: sản phẩm có mã là OM402UNI.
• Hãng sản xuất: Orbit Merret – Cộng Hòa Séc. Đây là hãng mà bên mình đang làm đại điện phân phối chính hãng và độc quyền sản phẩm tại thị trường Việt Nam hiện nay.
• Ngõ vào (Input): các loại tín hiệu can nhiệt K, S, E, R,…, các dạng analog 4-20mA, 0-10vdc, 0-20mA, 0-5vdc. Ngoài ra còn đọc được tín hiệu điện trở và biến trở.
• Ngõ ra (Output): có thể xuất ra tín hiệu 4-20mA hoặc 0-10vdc và tín hiệu này sẽ không bị nhiễu khi truyền đi xa, chúng ta có thể dễ dàng đấu dây đến PLC điều khiển.Ngoài ra còn có thể xuất tín hiệu Relay (ON/OFF) chúng ta có thể chọn lên đến 4 relay. Có thể đấu dây để điều chỉnh đóng/ngắt motor bơm hay máy nạp liệu khi đến một nhiệt độ nào đó. Bên cạnh đó ngõ ra còn có modbus RS485, rất thích hợp cho truyền dữ liệu modbus trong giao thức Modbus RTU.
• Sử dụng nguồn: 220VAC.
• Màn hình hiển thị: trên 4 LED, 6 LED, 9 LED và 11 LED.
• Hệ số cách ly, chống nhiễu: 4000VAC.
• Sai số: 0,1% khi hiển thị

Trên đây là những thông tin cũng như các kiến thức cần thiết về Cảm biến nhiệt độ PT100 3 dây, hy vọng sẽ giúp ích cho những bạn có như sử dụng. Ngoài ra bên mình còn cung cấp các loại cảm biến nhiệt độ, màn hình hiển thị, bộ chuyển tín hiệu các bạn có thể tham khảo nếu có nhu cầu. Mọi thắc mắc cần tư vấn các bạn có thể liên hệ mình qua các thông tin sau:

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

Email: An.nguyen@bff-tech.com