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 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. Giá trị đo càng gần với giá trị thực tế thì hệ thống càng chính xác.

Hình 1. Có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến độ chính xác của toàn bộ hệ thống đo nhiệt độ

1. Các yếu tố ảnh hưởng độ chính xác

1.1. Lỗi tình huống tồi tệ nhất (Worst Case Error – WCE)

Lỗi tình huống tồi tệ nhất (Worst Case Error – WCE) là lỗi có thể xảy ra lớn nhất theo các điều kiện biết trước. Những tính toán này là tổng các giá trị thô của độ chính xác tham chiếu, hiệu ứng nhiệt độ số và các hiệu ứng nhiệt độ môi trường xung quanh đầu vào và đầu ra.

1.2. Lỗi tổng quát có thể xảy ra (Total Probable Error – TPE)

Lỗi tổng quát có thể xảy ra (Total Probable Error – TPE) là căn bậc hai của tổng các bình phương của nhiều yếu tố sai số ảnh hưởng đến độ chính xác. Nó là phép tính phản ánh sai số có thể xảy ra của hệ thống cảm biến và bộ chuyển đổi (transmitter), dựa trên các điều kiện lắp đặt dự kiến.

1.3. Khả năng lặp lại

Khả năng lặp lại của một hệ thống đo lường là mức độ đo lặp lại trong điều kiện không thay đổi cho thấy kết quả tương tự.

1.4. Độ chính xác đầu vào

Độ chính xác đầu vào (còn gọi là độ chính xác kỹ thuật số) là duy nhất cho mỗi đầu vào cảm biến. Ví dụ, độ chính xác đầu vào của một nhiệt điện trở (RTD) khoảng +/-0.1°C (0.18°F) đối với bộ chuyển đổi chất lượng cao. Độ chính xác đầu vào của thermocouple (T/C) thay đổi theo loại T/C từ khoảng +/-0.2°C (0.36°F) đến +/- 0.8°C (1.44°F).

Có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến độ chính xác của bộ chuyển đổi, bao gồm bù nhiệt độ môi trường xung quanh, bù điểm lạnh (CJC) và lựa chọn cảm biến.

1.5. Độ chính xác đầu ra

Đây là một mệnh đề về độ chính xác của giai đoạn chuyển đổi số / tương tự (D/A) được đưa ra như một % khoảng đo. (Điển hình là 0.02% khoảng đo).

1.6. Bù nhiệt độ xung quanh

Độ chính xác của cả hai đầu vào và đầu ra sẽ thay đổi với sự dao động nhiệt độ môi trường xung quanh của bộ chuyển đổi. Đây được gọi là hiệu ứng nhiệt độ môi trường xung quanh. Các lỗi điển hình đối với một RTD platin 100Ω (α = 0.000385) cho mỗi °C thay đổi trong nhiệt độ xung quanh là 0.0015°C (0.0027°F) đối với đầu vào và 0.001% khoảng cho đầu ra. Những sai sót này được so sánh với nhiệt độ môi trường tham khảo (được nhà sản xuất quy định) là 20°C (68°F). T/C có dữ liệu tương tự.

Các bộ chuyển đổi được đặc trưng qua quá trình sản xuất trong phạm vi hoạt động được chỉ định của chúng để bù đắp cho những dao động này để duy trì độ chính xác và độ ổn định của phép đo. Khoảng nhiệt độ môi trường xung quanh của bộ chuyển đổi là –40 đến 85°C (–40 đến 185°F).

Hình 2. Hình ảnh lắp đặt thực tế hệ thống cảm biến nhiệt độ

2. Ví dụ về tính toán lỗi

Đối với bộ chuyển đổi HART 4–20mA khi sử dụng đầu vào cảm biến Pt100 (α=0.000385) với khoảng hoạt động 0–100°C hoạt động ở nhiệt độ môi trường xung quanh là 30°C (86°F), các mệnh đề sau sẽ đúng: (Sử dụng các dữ liệu lỗi điển hình được liệt kê ở phần 1.5 và 1.6 và như trong data sheet sản phẩm)

2.1. Hiệu ứng thay đổi nhiệt độ số (lỗi đầu vào)

Lỗi đầu vào = (Hiệu ứng nhiệt độ môi trường xung quanh) x (Độ thay đổi nhiệt độ xung quanh)

= (0.0015°C/°C) x (30°-20°)

= 0.015°C (0.027°F)

2.2. Hiệu ứng thay đổi xung quanh D/A (Lỗi đầu ra)

Hiệu ứng D/A = (Đặc điểm bộ chuyển đổi D / A từ data sheet) x (Khoảng nhiệt độ) x (Độ thay đổi nhiệt độ xung quanh)

= 0.001% / °C x Khoảng nhiệt độ x (Nhiệt độ môi trường - Nhiệt độ tính toán) ° C

= 0.001% / °C x 100 °C x (30-20) °C

= 0.001% / °C x 100 °C x 10 °C

= 0.01 °C (0.018 °F)

2.3. Lỗi trường hợp tồi tệ nhất (Worst Case Error – WCE)

WCE = Độ chính xác số (Đầu vào) + Độ chính xác D/A (Đầu ra) + Hiệu ứng nhiệt độ số thay đổi xung quanh + Hiệu ứng D / A thay đổi xung quanh

= Lỗi đầu vào + Lỗi đầu ra + Hiệu ứng thay đổi xung quanh đầu vào + Hiệu ứng thay đổi xung quanh đầu ra

= 0.1 °C + (0.02% khoảng / °C) (100 °C) + 0.015 + 0.01

= 0.1 °C + 0.02 °C + 0.015 °C + 0.01 °C

= 0.145 °C (0.261 °F)

2.4. Lỗi tổng quát có thể xảy ra (Total Probable Error – TPE)

(Đối với khoảng 100 ° C và sử dụng các thông số kỹ thuật từ data sheet của sản phẩm điển hình)

TPE = √ (Độ chính xác đầu vào số lý thuyết của bộ chuyển đổi)2 + (Đặc điểm kỹ thuật lỗi đầu ra (D/A))2 + (Hiệu ứng thay đổi xung quanh đầu vào)2 + (Hiệu ứng thay đổi xung quanh đầu ra)2

= √ (Kỹ thuật số)2 + (D/A)2 + (Hiệu ứng nhiệt độ số)2 + (Hiệu ứng nhiệt độ D/A)2 °C

= √ (0.1)2 + (0.02)2 + (0.015)2 + (0.01)2 °C

= 0.1 °C (0.18 °F)

Hình 3. Hình ảnh lắp đặt thực tế hệ thống cảm biến nhiệt độ

3. Các yếu tố độ chính xác liên quan cảm biến

3.1. Bù điểm lạnh (CJC)

Bù điểm lạnh (CJC) rất quan trọng đối với độ chính xác của phép đo nhiệt độ khi sử dụng thermocouple. Vì tính chính xác của CJC phụ thuộc chủ yếu vào độ chính xác của phép đo nhiệt độ chuẩn, nên một nhiệt điện trở hoặc RTD platin chính xác thường được sử dụng để xác định nhiệt độ này.

3.2. Lựa chọn, hiệu chỉnh và lắp đặt bộ cảm biến phù hợp

Lựa chọn, hiệu chỉnh và lắp đặt bộ cảm biến phù hợp là một thành phần quan trọng khác của tính chính xác hệ thống đo lường. Tất cả các cảm biến đều có sự không chính xác vốn có hoặc sự sai lệch tỷ lệ với một đường biểu diễn lý tưởng được gọi là khả năng thay đổi của cảm biến. Bộ chuyển đổi có thể bù đắp cho sự sai lệch này bằng cách cho phép người sử dụng điều chỉnh các đường cong cảm biến được xác định trong bộ nhớ của bộ chuyển đổi bằng cách thay đổi kỹ thuật số để giải thích các đầu vào cảm biến. Hiệu chỉnh nhà máy cũng có thể được thực hiện bằng dữ liệu ba hoặc năm điểm.

3.3. Kết hợp bộ chuyển đổi – cảm biến

Một sự bù đắp chính xác hơn cho sự không chính xác của RTD được cung cấp bởi kết nối bộ chuyện đổi - cảm biến bằng cách sử dụng phương trình Callendar-Van Dusen (CVD) của bộ chuyển đổi. Phương trình này mô tả mối quan hệ giữa điện trở và nhiệt độ của nhiệt điện trở platin (RTDs). Quá trình kết hợp cho phép người sử dụng nhập bốn hằng số Callendar-Van Dusen (CVD) cụ thể vào bộ chuyển đổi. Bộ chuyển đổi sử dụng các hằng số cảm biến cụ thể này để giải phương trình CVD để phù hợp với bộ chuyển đổi với bộ cảm biến đó và cung cấp độ chính xác vượt trội. Sự cải tiến chính xác cho kết hợp cảm biến thường là 7: 1. Tham khảo hình 4.

Hình 4. So sánh kết hợp bộ chuyển đổi – cảm biến.

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 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.


Có thể bạn quan tâm:
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.


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.


Xác định chiều dài chèn thermowell của cảm biến nhiệt độ

Thermowell của cảm biến nhiệt độ được xác định để thích ứng với độ dày của đường ống hoặc các cân nhắc khác như áp suất vận hành, thời gian đáp ứng.


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.