Cảm biến nhiệt độ - can nhiệt K

 Can nhiệt K

• Dãy đo cảm biến: 0-1200°C.
• Ngõ ra (Output): mV/V.
• Độ dài cảm biến: 100mm, 150mm, 200mm, 500mm và 1000mm 
• Đường kính cảm biến:  Ø10mm, Ø12mm, Ø20mm, Ø22mm.
• Ứng dụng: trong các lò hơi, các lò nung, các ống khói, các nơi có nhiệt độ cao trong dãy đo,…

Cảm biến nhiệt độ loại K là gì ?

Dành cho những bạn nào chưa biết thì cảm biến can nhiệt K là một thiết bị đo lường nhiệt độ thường dùng trong công nghiệp. Chúng có nguyên lý đo lường và cấu tạo gần giống so với các loại cảm biến can nhiệt khác. Tuy nhiên điểm khác nhau sẽ nằm ở khoảng đo và vật liệu cấu thành cảm  biến. So với dòng cảm biến nhiệt độ pt100 thì cảm biến loại K sẽ có phạm vi sử dụng hẹp hơn do đặc thù về khoảng nhiệt. Nhưng xét về tổng thể thì cũng có rất nhiều nơi cần dùng đến các loại cảm biến nhiệt độ can K như thế này.

Can nhiệt loại K có tên tiếng Anh là Thermocouple type K là dòng cảm biến hoạt động Theo nguyên lý sự thay đổi suất điên động theo nhiệt độ của cặp nhiệt. Cặp nhiệt được cấu tạo từ hai vật liệu kim loại khác nhau. Đối với cảm biến nhiệt độ loạ K thì vât liệu tạo thành là cặp nhiệt chromel–alumel. Có thể đo nhiệt độ trong khoảng từ -20-1350°C đó là theo lý thuyết. Nhiệt độ thực tế chỉ từ -50-1200°C. Và dãy nhiệt độ còn phụ thuộc vào vật liệu của lớp kim loại bảo vệ bên ngoài.

Trong trường hợp dùng nhiệt độ dưới 800°C thì vật liệu cảm biến của can nhiệt K thông thường là Inox 304 và 316. Nếu đo lên 1200°C phải dùng vật liệu là inconel 600. Tín hiệu ngõ ra của can nhiệt K là mV, vì can nhiệt K sẽ nhạy nhiệt độ hơn dòng Pt100. Nhưng sẽ có sai số cao hơn nếu truyền ở khoảng cách xa.

Thành phần cấu tạo và đặc điểm của can nhiệt K:

• 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.
• 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.

• 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.
• 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.

Khác biệt giữa cảm biến can nhiệt K và PT100:

Điểm khác biệt lớn nhất mà chúng ta có thể biết đến đó là khoảng nhiệt độ có thể đo đạc. Thông thường cảm biến can nhiệt sẽ có khoảng nhiệt đo đạc trong khoảng 0÷1200°C, trong khi đó thì cảm biến pt100 chỉ có khoảng đo trong khoảng 0÷600°C. Chính vì thế mà khi cần đo lường nhiệt độ trong khoảng dưới 1200°C thì cảm biến can nhiệt K là một sự lựa chọn hàng đầu hiện nay.

Hơn nữa vì làm việc trong môi trường nhiệt độ rất cao, 1200°C là khoảng nhiệt độ khiến cho sắt thép nóng chảy. Chính vì thế mà cấu tạo của cảm biến can nhiệt K sẽ được thiết kế sao cho ít chịu hư hỏng của bức xạ nhiệt đo môi trường gây ra. Nhất là ở bộ phận đầu dò nhiệt độ, là nơi tiếp xúc với môi trường nhiệt độ cao nên sẽ được làm bằng vật liệu chịu nhiệt.

Phạm vi ứng dụng của cảm biến can K:

Nếu hiểu một cách tổng quát nhất thì chúng ta sẽ căn cứ vào khoảng nhiệt độ đo đạc của cảm biến mà sử dụng. Cụ thể thì bất cứ các ứng dụng nào có nhiệt độ trong khoảng 0÷1200°C thì có thể dùng loại cảm biến này để đo được. Tuy nhiên nếu để liệt kê ra một số ứng dụng thì cũng không khó lắm. Các bạn sẽ thấy những loại cảm biến can nhiệt K trong các lò nấu kim loại, nhất là trong các ngành công nghiệp đúc khung máy. Có thể là khung máy cho xe, cho động cơ,…

Bên cạnh đó trong các ngành luyện kim cũng có dùng nhiều đến các loại cảm biến này. Để có thể nấu chảy kim loại như sắt thép thì đòi hỏi lượng nhiệt phải từ trên 1000°C. Chính vì thế mà việc sử dụng loại cảm biến can nhiệt này sẽ là cách thức để đảm bảo đủ lượng nhiệt cung cấp cho kim loại có thể nóng chảy.

Các thông số của cảm biến can nhiệt K:

• Model: sản phẩm có mã là ASTCH và T1F1 (đối với can nhiệt K Inox); ASTCG và T2M1 (đối với can nhiệt K bằng sứ)
• Hãng sản xuất: sản phẩm được bên mình nhập khẩu từ hãng Noken, Asit – Italy
• Dãy đo cảm biến: nhiệt độ đo lường của cảm biến thường trong khoảng 0-800°C, 0-1100°C và 0-1200°C.
• Ngõ ra (Output): thường là tín hiệu điện áp mV/V. Có thể tùy chọn theo bộ chuyển tín hiệu 4-20ma để đưa về tủ điện
• Độ dài cảm biến: chúng ta có các loại có độ dài như 100mm, 150mm, 200mm, 500mm và 1000mm tùy nhu cầu mà chọn cho phù hợp.
• Đường kính cảm biến: có thể tùy chọn đường kính cảm biến như Ø6mm, Ø8mm, Ø10mm, Ø12mm, Ø20mm, Ø22mm,…Ø27mm
• Ứng dụng: trong các lò hơi, các lò nung, các ống khói, các nơi có nhiệt độ cao trong dãy đo,…
• Tiêu chuẩn bảo vệ: chống bụi chống nước đạt IP65
• Vật liệu: Inox và sứ
• Thời gian bảo hành: lên đến 12 tháng 1 đổi 1 nếu có lỗi từ nhà sản xuất.

Lưu ý: các bạn nên chọn mua những sản phẩm của các thương hiệu nổi tiếng đến từ Châu Âu, hạn chế mua các sản phẩm đến từ Trung Quốc vì rất nhanh hỏng và đo lường không chính xác. Vì một khi đo lường không chính xác sẽ dẫn đến quá nhiệt, gây hư hỏng thiết bị, dễ xảy ra tai nạn lao động,…

Cách kiểm tra cảm biến can nhiệt K như thế nào ?

Trong quá trình sử dụng chắc chắn sẽ có lúc chúng ta cảm biến gặp vấn đề gì đó, có thể nguyên nhân là do cảm biến đã không còn sử dụng được nữa. Vậy nếu chúng ta muốn kiểm chứng vấn đề này thì phải làm như thế nào. Lúc này chúng ta sẽ dùng đồng hồ vạn năng VOM để kiểm tra tín hiệu mV theo mức nhiệt của cảm biến. Cụ thể thì ứng với một mức tín hiệu mV sẽ có mức nhiệt độ kèm theo. Cụ thể như thế nào thì các bạn tham khảo theo bảng dưới đây nhé.

Cách thức chọn mua cảm biến nhiệt độ:

Đây có thể là phần chung nhất mà mình luôn đề cập đến trong các bài viết về cảm biến nhiệt độ. Vì hầu hết các loại cảm biến đo lường nhiệt độ hiện nay gần như là cùng chung bản chất. Chính vì thế các yếu tố chọn mua sẽ không khác nhau lắm so với các loại cảm biến với nhau. Cụ thể khi chọn mua các bạn cần xác định rõ các yếu tố như sau:

Khoảng nhiệt cần đo lường:

Thông thường thì khi mua thiết bị chúng ta sẽ được nhân viên bán hàng tư vấn. Tuy nhiên sẽ không ai am hiểu về môi trường làm việc của chúng ta hơn chúng ta được. Chính vì thế việc xác định rõ khoảng nhiệt độ mong muốn là điều rất quan trọng. Việc này có ý nghĩa khá lớn, vì nếu khoảng nhiệt môi trường quá chênh lệch so với khoảng nhiệt đo đạc của cảm biến sẽ dẫn đến sai số. Nhưng một khi trong các ứng dụng cần độ chính xác cao mà xuất hiện sai số thì việc tổn thất là rất lớn. Nếu các bạn đo nhiệt độ dưới 500°C thì chúng ta nên dùng cảm biến PT100, chỉ khi nào đo lường nhiệt độ 800°C  hay 1200°C  thì khi đó mới dùng đến can nhiệt loại K các bạn nhé.

Cảm biến can nhiệt K bọc sứ

Để có thể biết chính xác khoảng nhiệt của từng loại cảm biến các bạn có thể tham khảo bài viết: http://tancuongphat.com/dau-do-nhiet-do-pt100-776

Kích thước cảm biến:

Việc xác định kích thước của cảm biến đôi khi cũng không quan trọng lắm trong một số trường hợp. Tuy nhiên nếu chúng ta cần lắp đặt thiết bị trong một không gian quá chật hẹp thì cần quan tâm điều này. Cụ thể chúng ta cần biết chính xác đường kính thân cảm biến, chiều dài cảm biến để có thể bố trí cho phù hợp.

Với cảm biến can nhiệt K thì chúng ta sẽ có các thông số như sau để có thể tùy chọn sao cho phù hợp:

• Loại cảm biến can nhiệt K: thường sẽ có 3 loại chính là dạng dây (dạng que) khoảng đo 0-400°C , dạng củ hành que đo bằng inox 0-1200°C và củ hành que đo bằng sứ 0-1200°C.
• Chiều dài que đo: thường sẽ có các chuẩn như 50mm, 100mm, 200mm,…2000mm để chúng ta lựa chọn sao cho phù hợp.
• Đường kính que đo: thường theo chuẩn 3mm, 5mm, 6mm, …27mm đổi với can nhiệt K dạng dây và can nhiệt K dạng củ hành. Riêng với can nhiệt K bằng sứ thì mặc định đường kính sẽ không thay đổi như 16mm 17mm hay 18mm tùy theo hãng sản xuất

Vật liệu làm cảm biến:

Đây là phần quan trọng không kém đối với việc chọn mua cảm biến nhiệt độ. Chúng ta cần xác định xem môi trường làm việc của chúng ta có bị tác động nhiều với các yếu tố vật lý hay hoá học hay không. Vì các loại cảm biến sẽ có loại có vật liệu cấu thành từ Niken hay Crom. Đây là những vật liệu tốt có khả năng chống ăn mòn hay chịu nhiệt. Cần phải chọn cho phù hợp để tiết kiệm chi phí đầu tư. Thường sẽ có 2 dạng chính là Inox và sứ ceramic, một vài hãng còn có các loại vật liệu đặc biệt như inconel 600 nữa đấy. Nhưng theo mình đánh giá thì inox là đã đủ dùng ở nước ta rồi.

Tín hiệu ngõ ra của cảm biến:

Hiện nay đại đa số nhà máy sử dụng can nhiệt K đều không cần chuyển đổi. Tuy nhiên nếu các bạn có nhu cầu chuyển đổi từ mV sang 4-20ma thì ta phải trang bị thêm bộ chuyển. Bộ chuyển sẽ có 2 dạng là dạng tròn gắn thẳng vào đầu củ hành và 1 dạng nữa là dạng gắn tủ điện DIN RAIL. Cả hai đều tốt cả nhưng theo mình thấy nên dùng loại gắn tủ vì chúng thường có hệ số cách ly tín hiệu cao, giúp chống nhiễu.

Bộ chuyển tín hiệu TC K sang analog

Số lượng dây ra cảm biến:

Thông thường thì cảm biến sẽ ra 2 dây với can nhiệt K dạng đơn. Nhưng nếu các bạn muốn dùng can nhiệt K đôi 4 dây thì cũng có thể yêu cầu cho nhà cung cấp nhé. Lưu ý là cảm biến can nhiệt loại k ra 4 dây tức là sẽ có 2 con cảm biến can nhiệt trong 1 khung vỏ. Chính vì thế tín hiệu ngõ ra cũng sẽ có 2 kênh mV để đưa về thiết bị nhận như bộ hiển thị, bộ chuyển tín hiệu, PLC hay các hệ thống điều khiển khác.