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.

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.

Hình 1. Hình ảnh các loại thermowell của cảm biến nhiệt độ

1. Xác định chiều dài chèn

Xác định đường kính bể chứa hoặc đường ống để xác định độ dài chèn của thermowell. Không có công thức chuẩn để xác định độ dài chèn của thermowell. Thay vào đó, có một số phương pháp phổ biến mà các ngành công nghiệp tuân theo và được đánh giá kỹ thuật tốt. Phương pháp lý tưởng nhất là đầu thermowell phải nằm ở điểm dòng chảy tối ưu, tức là gần đường tâm, nơi điều kiện dòng chảy hỗn độn và đặc trưng cho nhiệt độ đường ống vận hành thực tế. 

Đo nhiệt độ dọc theo tường ống sẽ có một sự sai lệch do dòng chảy chậm hơn và hiệu ứng nhiệt của tường ống. Đối với các loại bình chứa khác, phải hiểu rõ lưu lượng dòng chảy để đảm bảo đặt vị trí của đầu thermowell ở điểm tối ưu. Phương pháp tổng quát cho chiều dài chèn vào ống để đạt được hiệu suất tối ưu là gấp 10 lần đường kính thermowell đối với khí hoặc gas, và 5 lần đường kính đối với chất lỏng. Một phương pháp khác là ít nhất 1/3 lần đường ống dẫn vào chất lỏng và 2/3 lần đường vào đường ống vào khí hoặc gas. Viện Dầu mỏ Hoa Kỳ (API) có một khuyến cáo cụ thể về việc sử dụng chiều dài chèn của bộ cảm biến là hơn 50mm (2 inch).

Hình 2. Hình ảnh lắp đặt thực tế

Một khi chiều dài chèn tối ưu đã được xác định, thermowell có thể được xác định với kích thước "U" yêu cầu. Xem hình 3 và hình 4. Các kích thước khác của thermowell có thể được xác định bằng cách xem xét các yếu tố như:

• Độ dày cách nhiệt.
• Kiểu kết nối.
• Độ dài trễ.
• Chiều dài của bất kỳ phần mở rộng yêu cầu lọt qua lớp cách nhiệt.
- Lưu ý đầu kết nối hoặc kích thước vỏ bộ chuyển đổi tích hợp thêm vào chiều dài mở rộng liên quan đến sự can thiệp vào các cấu trúc hoặc thiết bị lân cận.

Với cách kết nối với quá trình, đường kính đường ống hoặc bể chứa, và kích thước cách nhiệt đường ống, thì kích thước tổng thể của thermowell có thể được xác định. Tham khảo catalogue của nhà cung cấp để được hướng dẫn thêm.

Hình 3. Bản vẽ thermowell điển hình (hệ Anh)

Hình 4. Bản vẽ thermowell điển hình (hệ Met)

2. Cấu trúc thân thermowell

Các yếu tố cần được xem xét khi lựa chọn cấu trúc thân, bao gồm áp suất vận hành, tốc độ đáp ứng mong muốn của phép đo, lực kéo của dòng chất lỏng tác động lên thermowell và ảnh hưởng rung động gây ra xoáy.

Thân là phần của một thermowell được đưa vào trong đường ống vận hành. Các cấu trúc thân thông thường là thẳng, bước và giảm dần. Xem hình 5.

Hình 5. Các cấu trúc thân thermowell

2.1. Thermowell cấu trúc thẳng

Thermowell cấu trúc thẳng có cùng đường kính dọc theo toàn bộ chiều dài ngâm. Chúng có cấu trúc lớn nhất đối với môi trường vận hành và do đó có lực kéo cao nhất so với các kiểu cấu trúc khác có cùng đường kính gốc. Do có đường kính đầu lớn, nên có khối lượng lớn hơn cần làm nóng, do đó làm chậm thời gian đáp ứng của bộ phận đo. Xem hình 6.

Hình 6. Thermowell cấu trúc thẳng

2.2. Thermowell cấu trúc bước

Thermowell cấu trúc bước có hai phần thẳng với phần đường kính nhỏ hơn ở đầu. Xem hình 7. Đối với cùng một đường kính gốc như một thermowell cấu trúc thẳng, thiết kế này ít tiếp xúc với dòng lưu chất và do đó có ít lực kéo hơn và thời gian đáp ứng nhanh hơn do khối lượng nhỏ hơn ở đầu. Nhìn chung, thermowell cấu trúc bước sẽ có tường mỏng hơn. Theo hình học thiết kế của nó, vỏ cấu trúc bước có tần số tự nhiên cao hơn so với các thiết kế cấu trúc khác có cùng đường kính gốc và do đó ít bị ảnh hưởng bởi sự rung động gây ra hư hỏng. 

Hình 7. Thermowell cấu trúc bước

2.3. Thermowell cấu trúc giảm dần

Thermowell cấu trúc giảm dần có đường kính ngoài giảm dần từ gốc ra đầu. Đối với cùng một đường kính gốc, cấu trúc này đại diện cho một sự dung hòa giữa thermowell cấu trúc thẳng và cấu trúc bước. Đó là lực kéo sẽ ít hơn cấu trúc thẳng, nhưng nhiều hơn cấu trúc bước. Thời gian đáp ứng cũng nhanh hơn cấu trúc thẳng và chậm hơn so với cấu trúc bước. Hai dạng chung của một thermowell cấu trúc thân giảm dần là đồng nhất (giảm đều từ gốc đến đầu) và không đồng nhất (phần thẳng nối tiếp phần giảm dần). Xem hình 8. Bởi vì hình dạng của nó là một sự thỏa hiệp tốt cho sức mạnh giữa hai loại khác nhau. Đây là lựa chọn phổ biến cho các ứng dụng dòng chảy tốc độ cao, nơi sức mạnh dòng chảy quá lớn để sử dụng cấu trúc bước và thiết kế giảm dần có phản ứng nhanh hơn so với cấu trúc thẳng, do đó cung cấp sự cân bằng tối ưu giữa sức mạnh và thời gian đáp ứng.

Hình 8. Thermowell cấu trúc giảm dần có ren và mặt bích

3. Lắp đặt không có thermowell

Trong các ngành công nghiệp, thermowell được sử dụng cho hầu hết các ứng dụng đo nhiệt độ. Một số ví dụ về ngoại lệ đối với quy tắc đó bao gồm các ứng dụng cho không khí áp suất rất thấp hoặc các hệ thống thông gió, đo nhiệt độ gối đỡ, và dầu nhờn trong máy nén. Lý do ngâm trực tiếp thường liên quan đến yêu cầu đáp ứng nhanh hơn hoặc khi có những hạn chế về không gian như rò rỉ trong máy nén. Lắp đặt cảm biến nhiệt độ mà không có thermowell được chấp nhận trong một số ứng dụng hoặc khi có các điều kiện nhất định:
• Dòng lưu chất không ăn mòn hoặc không nguy hiểm.
• Quá trình này không chịu áp suất đáng kể.
• Rò rỉ không khí được cho phép.
• Thành phần cảm biến chính có độ bền cơ khí tĩnh và động cần thiết cho ứng dụng.
• Sự hư hỏng của cảm biến có thể được chịu được cho đến khi quá trình được thuận tiện tắt và giả sử hoạt động có thể tiếp tục mà không sử dụng phép đo.
• Không có mối nguy hiểm con người nếu cảm biến nhiệt độ được đưa ra khỏi đường ống, ống dẫn.

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 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.


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.


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.


Hướng dẫn sử dụng đầu chuyển ren cho đồng hồ áp suất

Đồng hồ áp suất và đường ống có ren kết nối khác nhau có thể kết nối với nhau bằng đầu chuyển ren.