Các cảm biến nhiệt độ RTD (Resistance Temperature Detector – nhiệt điện trở – Pt100) được chia làm nhiều loại theo từng tiêu chí khác nhau. Mỗi loại có các thuộc tính riêng biệt cho từng ứng dụng và phương pháp lắp đặt.

Các loại cảm biến nhiệt độ RTD và ưu nhược điểm

Các cảm biến nhiệt độ RTD (Resistance Temperature Detector – nhiệt điện trở – Pt100) được chia làm nhiều loại theo từng tiêu chí khác nhau. Mỗi loại có các thuộc tính riêng biệt cho từng ứng dụng và phương pháp lắp đặt.

Hình 1. Hình ảnh bên ngoài của cảm biến nhiệt độ RTD

1. Phân loại theo vật liệu cấu tạo RTD

Dựa vào vật liệu cấu tạo, RTD gồm các loại platin, đồng, niken,…

RTD platin được sử dụng phổ biến nhất vì độ chính xác cao, khả năng lặp lại tốt và tuyến tính trong một phạm vi nhiệt độ rộng và nó thể hiện sự thay đổi điện trở lớn trên mỗi mức độ thay đổi nhiệt độ.

RTD đồng và niken với chi phí thấp hơn platin, thường được sử dụng trong các ứng dụng công nghiệp ít quan trọng do độ chính xác, tuyến tính hạn chế và phạm vi nhiệt độ tương đối hẹp.

Hình 2. Sự thay đổi điện trở theo nhiệt độ

2. Phân loại theo cấu trúc RTD

2.1. Cảm biến dây quấn

Các thành phần dây quấn trục được sản xuất thường có từ 100 Ω đến 1000 Ω, trong đó 100 Ω là sự lựa chọn phổ biến nhất cho các ứng dụng công nghiệp. Chúng có phạm vi từ –200 đến 850 °C (–328 đến 1562 °F) và có phạm vi tối đa từ –240 đến 960 °C (–400 đến 1760 °F). Xem hình 3.

Hình 3. Cảm biến dây quấn quanh trục

2.2. Cảm biến cuộn

Cảm biến cuộn, còn được gọi là cảm biến theo kiểu cuộn lò xo (Coil Suspension), là một biến thể của các cảm biến dây quấn được thiết kế cho các ứng dụng chắc chắn, đòi hỏi độ chính xác cao và phản ứng nhanh. Chúng khó sản xuất và do đó chỉ có sẵn ở một số ít các nhà cung cấp. Tham khảo hình 4.

Cảm biến được cấu tạo bởi một dây platin độ tinh khiết cao được quấn trong một cuộn dây xoắn ốc để giảm độ căng và đảm bảo đọc chính xác trong một khoảng thời gian dài. Mỗi cuộn dây xoắn ốc được tráng hoàn toàn trong một chất cách điện bằng gốm có độ tinh khiết cao và bao quanh bằng một bột gốm tráng kín có chất kết dính. Cấu trúc này cung cấp một bộ cảm biến không biến dạng so với thiết bị dây quấn hoặc màng mỏng, nhưng vẫn có một số biến dạng do sự khác nhau về hệ số giãn nở nhiệt giữa trục hoặc nền và thành phần platin và cũng từ lớp phủ thủy tinh. Những cảm biến cuộn lò xo này tăng khả năng chống rung và chống sốc mà không ảnh hưởng đến khả năng mở rộng hay co lại của cuộn dây. Đây là lý do tại sao các cảm biến cuộn lò xo thường là sự lựa chọn tốt hơn so với các cảm biến màng mỏng cho các ứng dụng siêu lạnh (cryogenic).

Chúng hoạt động tốt trong khoảng –200 đến 1000 °C (–328 đến 1832 °F).

Hình 4. Cảm biến cuộn lò xo

2.3. Cảm biến màng mỏng

Các thành phần màng mỏng được sản xuất bằng cách lắng một màng mỏng platin tinh khiết trên một bề mặt gốm trong một mô hình giống như mê cung. Xem hình 5.

Sau đó bộ cảm biến được ổn định bởi quá trình ủ nhiệt độ cao và cắt tỉa cho thích hợp với giá trị R0. Những cảm biến nhỏ gọn này sau đó được phủ lớp thủy tinh mỏng. Khu vực mà dây dẫn  cảm biến gắn vào được phủ một lớp thủy tinh dày hơn để bảo vệ cơ và bảo vệ độ ẩm. Với kích thước nhỏ và khối lượng thấp, những cảm biến này có khả năng chịu rung nhiều hơn kiểu dây quấn và thường là sự lựa chọn tốt hơn cho các ứng dụng như vậy.

Thiết kế màng mỏng sẽ là lựa chọn cho các ứng dụng cần đáp ứng nhanh nhất và rẻ nhất.

Do những khó khăn liên quan đến việc kết hợp các hệ số nhiệt của sự giãn nở của lớp phủ platin với vật liệu đế, phạm vi của các cảm biến này có phần hơi hạn chế so với kiểu dây quấn và thường là –200 đến 800 °C (–328 đến 1472 °F).

Hình 5. Cảm biến màng mỏng

3. Phân loại theo phương pháp lắp đặt

Các cảm biến khác nhau có nhiều phương pháp lắp đặt khác nhau. Mỗi loại có các thuộc tính riêng biệt cho mỗi ứng dụng và phương pháp lắp đặt.

3.1. Kiểu viên nang

Kiểu viên nang chỉ đơn giản là vỏ bọc cảm biến với dây dẫn. Viên nang thường được sử dụng với phụ kiện nén và có thể có hiệu quả về chi phí khi các điều kiện môi trường như áp suất cao hoặc nhiệt độ không phải là một mối quan tâm.

3.2. Kiểu có ren

Kiểu có ren là kiểu viên nang với một bộ lắp vào bằng ren để cung cấp kết nối cho quy trình và đầu hoặc vỏ kết nối. Lợi ích của kiểu có ren là khả năng cài đặt nó trực tiếp vào một quy trình hoặc thermowell mà không có phần mở rộng. Ba kiểu phổ biến là:

3.2.1. Hàn kín tổng quát - viên nang hàn với một bộ phận nối bằng ren tạo ra một điểm đóng kín quy trình. Khi điều kiện cho phép, nó có thể được trực tiếp tiếp xúc vào quy trình mà không có thermowell để cải thiện thời gian đáp ứng. Điểm đóng kín bị hạn chế bởi kết nối bằng ren và do đó có tỷ trọng áp suất thấp hơn so với đạt được bằng cách sử dụng các thermowell được hàn hoặc có gờ. Kiểu hàn kín tổng quát không được khuyến cáo sử dụng với thermowell bởi vì đầu cảm biến sẽ không chạm vào đáy nên tạo ra độ trễ nhiệt. Xem hình 6.

Hình 6. Hàn kín tổng quát

3.2.2. Đệm lò xo - một lò xo nằm trong bộ nối bằng ren cho phép viên nang di chuyển, đảm bảo tiếp xúc với đáy của một thermowell. Đệm lò xo này cung cấp liên tục tiếp xúc với đáy, cho phép chịu được rung động tốt hơn và tốc độ đáp ứng nhanh hơn đáng kể của phép đo. Xem hình 7.

Hình 7. Đệm lò xo

3.2.3. Đệm lò xo lưỡi lê - một kiểu đệm lò xo lưỡi lê thì tương tự như kiểu đệm lò xo nhưng cho phép loại bỏ các viên nang mà không tháo gỡ các nối ren khỏi thermowell. Điều này giúp tiết kiệm được sự xoắn của các dây dẫn và thiệt hại tiềm ẩn khi loại bỏ một loại ren. Xem hình 8.

Hình 8. Đệm lò xo lưỡi lê

3.3. Kiểu DIN

Kiểu DIN là một viên nang cảm biến với một tấm hình tròn cung cấp một phương pháp gắn kết hiệu quả cho các đầu nối hoặc vỏ bọc. Xem hình 9.

Lợi ích của kiểu DIN là khả năng lắp đặt và thay thế các cảm biến mà không cần tháo đầu nối hoặc vỏ khỏi quy trình khi cảm biến được đưa vào qua vỏ máy thay vì đúc vào đáy. Tất cả các kiểu DIN đều là đệm lò xo. Hai kiểu phổ biến là:

Hình 9. Kiểu DIN

3.3.1. Dây dẫn bay - Một tấm DIN gắn vào phần cuối của nắp. Kiểu dây dẫn bay thường được sử dụng với bộ chuyển đổi tín hiệu gắn đầu. Đệm lò xo được cung cấp bởi các ốc vít của bộ chuyển đổi.

3.3.2. Khối đầu cuối - Một tấm DIN với một khối thiết bị đầu cuối được gắn vào cuối của nắp. Kiểu khối đầu cuối thường được sử dụng trong các cấu hình gắn kết từ xa, nơi mà bộ chuyển đổi nằm ở nơi khác và dây được chạy giữa cảm biến và bộ chuyển đổi. Đệm lò xo được cung cấp bởi các ốc vít của khối thiết bị đầu cuối hoặc bộ chuyển đổi.

Cảm ơn các bạn đã đọc bài chia sẻ. Mong nhận được sự góp ý của các bạn.

Chúc bạn thành công!

Chịu trách nhiệm nội dung

Đoàn Hữu Thắng

Kỹ sư Điện công nghiệp

Chủ đề liên quan:
Nguyên lý hoạt động của cảm biến nhiệt độ RTD và thermocouple

RTD và thermocouple là hai cảm biến nhiệt độ được sử dụng rộng rãi nhất trong các ngành công nghiệp. Tuy nhiên mỗi loại sẽ có nguyên lý hoạt động khác nhau.


Cách lựa chọn cảm biến nhiệt độ RTD và thermocouple

Mặc dù có nhiều loại cảm biến nhiệt độ, các nhiệt điện trở (Resistance Temperature Detector – RTD – Pt100) và cặp nhiệt điện (thermocouple – T/C) là phổ biến nhất các trong ngành công nghiệp quá trình.


Lợi thế của cảm biến nhiệt độ Pt100 3 dây

Cảm biến nhiệt độ Pt100 3 dây có ưu điểm hơn so với loại 2 dây do cảm biến nhiệt độ Pt100 3 dây có độ chính xác cao hơn so với loại 2 dây.


Có thể bạn quan tâm:
Các loại cảm biến nhiệt độ thermocouple và ưu nhược điểm

Các cảm biến thermocouple (T/C – cặp nhiệt điện – can nhiệt) được chia làm nhiều loại theo từng tiêu chí khác nhau. Mỗi loại có các thuộc tính riêng biệt cho từng ứng dụng và phương pháp lắp đặt.


Cách tính toán độ chính xác của toàn bộ hệ thống cảm biến nhiệt độ

Độ chính xác của một hệ thống cảm biến nhiệt độ là mức độ gần của giá trị đo với giá trị thực tế của nhiệt độ đó.


Cách chọn thermowell chính xác cho hệ thống cảm biến nhiệt độ

Cảm biến nhiệt độ được lắp đặt vào trong một thermowell để bảo vệ tránh khỏi các điều kiện môi trường ảnh hưởng xấu đến thành phần cảm biến.


Các phương pháp nối đất tốt nhất được đề nghị cho hệ thống cảm biến nhiệt độ

Hệ thống cảm biến nhiệt độ cần được nối đất cách ly để ngăn chặn điện áp cao gây hại cho hệ thống và con người.


Hướng Dẫn Xác Định Màu Dây Dẫn Cảm Biến Nhiệt Độ PT100, can nhiệt theo tiêu chuẩn

Tiêu chuẩn cho RTD công nghiệp IEC 60751-2008 quy định màu dây dẫn cho cảm biến nhiệt độ Pt100, can nhiệt như sau:


Cách lựa chọn bộ chuyển đổi thích hợp cho hệ thống cảm biến nhiệt độ

Bộ chuyển đổi (transmitter) tiếp nhận một loạt các tín hiệu đo lường từ cảm biến nhiệt độ, xử lý chúng, và cung cấp một tín hiệu đầu ra mạnh mẽ.


Ảnh hưởng của hiện tượng "green rot" đến cảm biến nhiệt độ thermocouple loại K

“Green rot” còn được gọi là “sự mục xanh”, là một trong những nguyên nhân gây hư hỏng cảm biến nhiệt độ thermocouple loại K.


Phương trình Callendar - Van Dusen trong hoạt động cảm biến nhiệt độ Pt100

Phương trình Callendar – Van Dusen (phương trình CVD) là phương trình mô tả mối quan hệ giữa điện trở và nhiệt độ trong cảm biến nhiệt độ Pt100 nói riêng và cảm biến nhiệt độ RTD nói chung.