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.

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 (ví dụ như RTD và thermocouple), xử lý chúng, và cung cấp một tín hiệu đầu ra mạnh mẽ. Không phải tất cả các bộ chuyển đổi đều được thiết kế và thực hiện như nhau, bộ chuyển đổi thường là độc quyền của nhà sản xuất cụ thể.

Hình 1. Các loại bộ chuyển đổi cho hệ thống cảm biến nhiệt độ

Bộ chuyển đổi kết hợp ba hệ thống phụ; các hệ thống phụ đầu vào chuyển đổi tín hiệu đo lường cảm biến thành một tín hiệu kỹ thuật số (gọi là chuyển đổi Analog-to-Digital hoặc A/D); các hệ thống phụ tiếp nhận tín hiệu kỹ thuật số này và thực hiện điều hòa và qua các thao tác toán học khác nhau để tạo ra một phép đo nhiệt độ dưới hình thức kỹ thuật số; và các hệ thống phụ đầu ra chuyển tín hiệu kỹ thuật số này sang một tín hiệu đầu ra analog mạnh mẽ (D/A). Tham khảo hình 2.

Hình 2. Sơ đồ khối của bộ chuyển đổi

1. Lựa chọn bộ chuyển đổi đơn, kép hoặc đa điểm

Tất cả các bộ chuyển đổi cho phép ít nhất một đầu vào cảm biến. Tuy nhiên, một số bộ chuyển đổi nhiệt độ có khả năng đầu vào kép, cho phép chúng chấp nhận đầu vào từ hai bộ cảm biến cùng một lúc. Cảm biến kép cung cấp một thước đo đáng tin cậy hơn thông qua cảm biến dự phòng và phát hiện sự sai lệch cảm biến. Chúng cũng có thể cung cấp một phép đo khác biệt hoặc nhiệt độ trung bình của hai bộ cảm biến. Nhiều bộ chuyển đổi có tùy chọn đầu vào kép có thể được sử dụng dự phòng với tính năng Hot Backup®, giám sát sai lệch, hoặc theo dõi sự xuống cấp thermocouple. Xem hình 3.

Hình 3. Bộ chuyển đổi với đầu vào đơn hoặc kép

Bộ chuyển đổi nhiều đầu vào chấp nhận lên đến 8 đầu vào cảm biến và rất hữu ích trong các ứng dụng có nhiều điểm đo nhiệt độ tập trung trong một khu vực, được gọi là bộ chuyển đổi mật độ cao. Xem hình 4.

Hình 4. Bộ chuyển đổi đa điểm

Bộ chuyển đổi mật độ cao giảm thiểu chi phí lắp đặt trong các ứng dụng như bộ trao đổi nhiệt, nồi hơi, lò phản ứng hóa học, và các cột chưng cất. Chúng cũng thường được sử dụng cho hiển thị nhiệt độ của lò nung và lò phản ứng. Xem hình 5.

Hình 5.  Đo nhiệt độ lò phản ứng

Một bộ chuyển đổi thông minh cung cấp một phép đo nhiệt độ chính xác hơn và mạnh mẽ hơn được cung cấp bởi hệ thống I/O có dây trực tiếp. Một bộ chuyển đổi thông minh cung cấp cách ly tín hiệu, lọc, tuyến tính, loại cảm biến hoặc bù trừ cảm biến vào phép đo trước khi gửi các giá trị cho các hệ thống máy chủ.

Bộ chuyển đổi có sẵn các kiểu vỏ bọc khác nhau để gắn trên nhiều loại vật liệu xây dựng khác nhau. Chúng có thể được gắn kết trọn vẹn với một tổ hợp cảm biến / thermowell tại điểm đo và truyền tải về một tín hiệu có dây hoặc không dây. Ngoài ra, chúng có thể được gắn kết từ xa. Chúng có thể được cấu hình cục bộ hoặc từ xa và có thể cung cấp chỉ số địa phương.

Hình 6. Transmitter trong hệ thống cảm biến nhiệt độ

2. Lựa chọn loại bộ chuyển đổi, tùy chọn vỏ và gắn kết

Có nhiều lựa chọn để lắp bộ chuyển đổi dựa trên các điều kiện tại điểm đo, tiêu chuẩn, chính sách của nhà máy và sở thích người dùng. Xem hình 7.

Tốt nhất việc lựa chọn một bộ chuyển đổi nên dựa vào đánh giá tất cả các yếu tố liên quan thông qua việc trả lời các câu hỏi như:

• Nhiệt độ môi trường xung quanh vị trí đo có trong giới hạn của bộ chuyển đổi không?

• Vị trí đo có dễ tiếp cận không?

• Cần phải có hiển thị nhiệt độ tại chỗ không? Người vận hành có thể xem hiển thị ở đâu?

• Có rung động mạnh ở điểm đo không?

• Phân loại khu vực là gì? Cơ quan phê duyệt là gì?

• Khu vực nhà máy có yêu cầu cài đặt An toàn nội bộ (Intrinsically Safe - IS) không?

• Có các nguồn nhiễu điện từ (EMI), nhiễu sóng radio (RFI) hoặc điện cực gần điểm đo không?

• Đo lường này có liên quan đến Hệ thống Thiết bị An toàn (SIS) không?

• Có xem xét đến vệ sinh không?

• Có môi trường ăn mòn không?

Qua nhiều lần kiểm tra, tư vấn kỹ thuật và hoạt động của quy trình sẽ tạo điều kiện thuận lợi cho chúng ta trong việc lựa chọn bộ chuyển đổi.

Hình 7. Lựa chọn loại bộ chuyển đổi và tùy chọn

Bộ chuyển đổi có các kiểu gắn kết phổ biến nhất là:

• Đầu gắn

• Lỗ gắn hoặc ngăn kép

• Đường ray

3. Tùy chọn khác

Có nhiều tùy chọn và tính năng bổ sung cho bộ chuyển đổi có thể làm cho việc sử dụng, cài đặt, hiệu chỉnh và bảo trì dễ dàng hơn. Một số lựa chọn phổ biến được đề nghị được mô tả dưới đây.

3.1. Hiển thị tại chỗ

Nhiều mô hình cung cấp một màn hình tinh thể lỏng (LCD) gắn với mặt của bộ chuyển đổi. Có hai loại, tiêu chuẩn và giao diện người vận hành tại chỗ.

3.1.1. Màn hình LCD tiêu chuẩn

Các màn hình LCD tiêu chuẩn hiển thị nhiệt độ đo được, phạm vi, đơn vị kỹ thuật, trạng thái thiết bị, thông báo lỗi và thông báo chẩn đoán. Xem hình 8.

Hình 8. Bộ chuyển đổi kép với màn hình LCD

3.1.2. Màn hình giao diện người vận hành tại chỗ (Local Operator Interface – LOI)

Giao diện LOI cung cấp khả năng cấu hình tại chỗ của thiết bị mà không cần gắn máy tính xách tay hoặc thiết bị giao tiếp. Các nút trên LOI được sử dụng để thực hiện cấu hình bằng cách làm theo hướng dẫn. Khi LOI không được sử dụng để cấu hình, màn hình sẽ hiển thị thông tin giống như màn hình LCD chuẩn. Xem hình 9.

Hình 9. Bộ chuyển đổi gắn đầu với LOI

3.2. Bảo vệ thoáng qua

Hầu hết các bộ chuyển đổi chất lượng cao thường được bảo vệ khỏi các hư hỏng tiềm ẩn do điện áp cao do máy hàn, khởi động động cơ, sét đánh, thiết bị chuyển mạch và vô tình tiếp xúc với đường dây điện lên đến 500 – 700 VAC.

Tuy nhiên, sét đánh và các vấn đề điện áp quá tải khác có thể gây ra xung và sét ở các mức điện áp cao hơn. Bảo vệ bổ sung cho các thiết bị nhận tín hiệu nên được sử dụng cho các khu vực lắp đặt có nguy cơ cao hơn. Nhiều bộ chuyển đổi cung cấp các lựa chọn bảo vệ thoáng qua được tích hợp sẵn vào dải đầu cuối bên trong vỏ. Đối với các bộ chuyển đổi khác, có thể sử dụng thiết bị bảo vệ bên ngoài. Xem hình 10.

Hình 10. Bảo vệ thoáng qua khối đầu cuối

Tia sét thoáng qua có thể đánh vào đường tín hiệu đầu ra, truyền cho phía bộ chuyển đổi và sau đó được phản xạ lại về phía thiết bị nhận. Trường hợp này yêu cầu bổ sung thêm các thiết bị ngoại vi ở thiết bị nhận.

Lưu ý:

- Thiết bị ngăn chặn bên ngoài không được sử dụng cho các ứng dụng chống nổ. Một bộ chuyển đổi với thiết bị ngăn chặn tích hợp được sử dụng cho các ứng dụng này.

- Đối với các khu vực có nguy cơ cao, nên xem xét bảo vệ thoáng qua cho tất cả các thiết bị đo đạc và kiểm soát quan trọng.

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.


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.


Có thể bạn quan tâm:
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.


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 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:


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.


Đặc điểm của cảm biến nhiệt độ thermocouple loại K (cặp nhiệt điện loại K)

Cảm biến nhiệt độ thermocouple loại K (cặp nhiệt điện loại K) là loại thermocouple được sử dụng phổ biến nhất trong các ngành công nghiệp.


Hiệu ứng Seebeck trong hoạt động của cảm biến nhiệt độ thermocouple

Hiệu ứng Seebeck là cơ sở để đo nhiệt độ của thermocouple. Theo đó, điện áp đo tại đầu lạnh tỷ lệ thuận với sự khác biệt về nhiệt độ giữa đầu nóng và đầu lạnh.


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.