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.

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.

1. Nguyên lý hoạt động của RTD:

Hình 1. Hình ảnh RTD

RTD (Resistance Temperature Detector – nhiệt điện trở – Pt100) hoạt động dựa trên nguyên tắc điện trở của kim loại tăng lên khi nhiệt độ tăng lên – hiện tượng đó gọi là nhiệt điện trở suất. Do đó, đo nhiệt độ có thể được suy ra bằng cách đo điện trở của cảm biến RTD.

Hình 2. Cấu tạo RTD

Hình 3. Nguyên lý hoạt động RTD

Khi nhiệt độ môi trường tăng hoặc giảm, điện trở RAB (điện trở của RTD) sẽ tăng hoặc giảm theo nhiệt độ môi trường (nhiệt độ tăng thì điện trở tăng, nhiệt độ giảm thì điện trở giảm). Đo giá trị điện trở đó ta có thể suy ra ngược lại giá trị của nhiệt độ.

Cảm biến RTD có thể được chế tạo từ platin, đồng hoặc niken. 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. Đồng và niken thường được sử dụng trong các ứng dụng công nghiệp ít quan trọng do độ chính xác và tuyến tính hạn chế, và các phạm vi nhiệt độ tương đối hẹp.

Hình 4. Sự thay đổi điện trở theo nhiệt độ

Các giá trị điện trở thay đổi theo một hệ số Alpha α (đối với RTD platin). Hệ số alpha được xác định bằng phương trình:

Alpha = (R100 - R0) ÷ 100 R0

(Trong đó, R0 là điện trở của cảm biến tại 0 °C và R100 là điện trở của cảm biến tại 100 °C)

RTD platin có các giá trị alpha khác nhau từ 0.00375 đến 0.003927, tùy theo độ tinh khiết của platin, giá trị alpha cao nhất cho thấy platin có độ tinh khiết cao nhất. RTD platin có alpha 0.00385 là tiêu chuẩn phổ biến và thương mại nhất trên toàn thế giới.

2. Nguyên lý hoạt động của Thermocouple:

Hình 5. Hình ảnh thermocouple

Cặp nhiệt điện (Thermocouple – T/C – can nhiệt) là một thiết bị cảm biến nhiệt điện mạch kín bao gồm hai dây kim loại khác nhau được nối lại ở hai đầu. Một dòng điện được tạo ra khi nhiệt độ ở một đầu khác với nhiệt độ ở đầu còn lại. Hiện tượng này được biết đến như là hiệu ứng Seebeck, đây là cơ sở để đo nhiệt độ cặp nhiệt điện.

Hình 6. Nguyên lý hoạt động thermocouple

Khi nhiệt độ môi trường tăng hoặc giảm, tác động lên đầu nóng của thermocouple, do hiệu ứng Seebeck nên điện áp VAB ở đầu lạnh của thermocouple sẽ tăng hoặc giảm theo nhiệt độ môi trường (nhiệt độ tăng thì điện áp tăng, nhiệt độ giảm thì điện áp giảm). Đo giá trị điện áp VAB ta có thể suy ra ngược lại giá trị của nhiệt độ.

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:
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.


Có thể bạn quan tâm:
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.


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.