Đồng hồ nhiệt độ công nghiệp là gì? Phân biệt các loại phổ biến

Đồng hồ nhiệt độ công nghiệp là thiết bị đo và hiển thị nhiệt độ của môi chất (khí, hơi, chất lỏng) trong đường ống, bồn chứa hoặc thiết bị gia nhiệt. Khác với nhiệt kế phòng thí nghiệm, thiết bị công nghiệp phải chịu được rung động, áp suất trong đường ống, môi trường ăn mòn và vận hành liên tục nhiều năm.

Vấn đề là "đồng hồ nhiệt độ" không phải một loại thiết bị duy nhất, có ít nhất 4 nhóm khác nhau về nguyên lý, và chọn nhầm nhóm là nguyên nhân phổ biến nhất khiến phép đo không đạt yêu cầu.

1. Đồng hồ nhiệt độ lưỡng kim (bimetal thermometer)

Đồng hồ nhiệt độ lưỡng kim

Đây là loại phổ biến và đơn giản nhất. Bên trong que cắm có một dải kim loại gồm hai lớp vật liệu khác nhau ghép lại, mỗi lớp giãn nở theo nhiệt độ với tốc độ khác nhau. Khi nhiệt độ thay đổi, dải này xoắn lại hoặc duỗi ra làm quay kim chỉ trên mặt số.

Ưu điểm: không cần nguồn điện, cấu tạo đơn giản, giá thấp, bền, đọc trực tiếp tại chỗ.

Nhược điểm: không xuất tín hiệu điện (trừ dòng có tiếp điểm), độ chính xác thấp hơn cảm biến điện tử, chỉ đọc được tại vị trí lắp.

Dùng khi: cần giám sát nhiệt độ trực quan tại chỗ, không cần đưa dữ liệu về phòng điều khiển. Ví dụ điển hình là kiểm tra nhiệt độ nước làm mát, dầu bôi trơn, đường ống hơi tại hiện trường.

2. Đồng hồ nhiệt độ đọc xa qua ống mao dẫn (capillary)

Đồng hồ nhiệt độ dạng dây

Loại này có phần cảm biến (bầu chứa khí hoặc chất lỏng) đặt tại điểm cần đo, nối với mặt đồng hồ qua một ống mao dẫn dài. Khi nhiệt độ tăng, chất bên trong bầu giãn nở, đẩy áp suất qua ống mao dẫn làm quay kim.

Ưu điểm: đọc được nhiệt độ tại vị trí cách xa điểm đo (vài mét đến vài chục mét), không cần nguồn điện.

Nhược điểm: ống mao dẫn dễ hỏng nếu gập, va đập, độ chính xác bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ môi trường dọc theo ống.

Dùng khi: điểm đo nằm ở vị trí nguy hiểm, quá nóng, hoặc khó tiếp cận, cần đưa mặt hiển thị ra chỗ dễ quan sát.

3. Cảm biến điện trở RTD (Pt100)

Cảm biến nhiệt độ RTD PT100

RTD hoạt động dựa trên nguyên lý điện trở của kim loại thay đổi theo nhiệt độ. Loại phổ biến nhất là Pt100 - dây bạch kim có điện trở 100 ohm ở 0 °C. Bộ điều khiển đo điện trở này và quy đổi ra nhiệt độ.

Các dòng RTD dạng vỏ bọc (sheathed type) của Wise sử dụng phần tử điện trở nguyên khối nối với cáp MI (dây dẫn bọc vỏ kim loại nén bột MgO) cho tuổi thọ dài hơn và thời gian phản hồi nhanh, dây điện trở bằng bạch kim độ tinh khiết cao giúp đạt độ chính xác tốt hơn.

Ưu điểm: độ chính xác cao, ổn định lâu dài, tuyến tính tốt, phù hợp truyền tín hiệu về hệ thống điều khiển.

Nhược điểm: cần nguồn và bộ chuyển đổi tín hiệu, giá cao hơn bimetal, dải nhiệt độ tối đa thấp hơn cặp nhiệt điện.

Dùng khi: cần độ chính xác cao, cần đưa dữ liệu về PLC/SCADA, dải nhiệt độ từ khoảng -200 đến 600 °C.

4. Cặp nhiệt điện (thermocouple)

Thermocouple gồm hai dây kim loại khác loại hàn với nhau tại một đầu, chênh lệch nhiệt độ giữa đầu đo và đầu tham chiếu sinh ra một điện áp nhỏ tỷ lệ với nhiệt độ.

Ưu điểm: đo được nhiệt độ rất cao (loại K, S, R có thể lên trên 1.000 °C), phản hồi nhanh, bền cơ học và giá rẻ.

Nhược điểm: độ chính xác và độ ổn định dài hạn kém hơn RTD, tín hiệu yếu dễ nhiễu và cần bù nhiệt đầu lạnh.

Dùng khi: lò nung, lò hơi, luyện kim, nhiệt luyện, những nơi vượt quá dải làm việc của RTD.

Nội dung so sánh sâu giữa RTD và thermocouple (hai lựa chọn thường bị cân nhắc nhầm) được trình bày riêng ở bài [RTD và Thermocouple khác nhau thế nào?].

Ống bảo vệ (thermowell) - bộ phận thường bị quên

Một chi tiết kỹ thuật quan trọng: trong hầu hết ứng dụng công nghiệp, cảm biến nhiệt độ không được cắm trực tiếp vào môi chất mà phải đặt trong ống bảo vệ (thermowell) - một ống kim loại kín một đầu lắp vào đường ống.

Lý do: thermowell cho phép tháo cảm biến ra kiểm tra, hiệu chuẩn hoặc thay thế mà không phải dừng hệ thống và xả áp đồng thời bảo vệ cảm biến khỏi ăn mòn, mài mòn do dòng chảy và áp suất. Nhược điểm là làm chậm thời gian phản hồi vì nhiệt phải truyền qua thành ống trước khi đến cảm biến. Khi cần phản hồi nhanh, phải chọn thermowell thành mỏng hoặc có khe khí nhỏ.

Câu hỏi thường gặp

Pt100 và Pt1000 khác nhau thế nào? Cùng nguyên lý, khác giá trị điện trở ở 0 °C (100 ohm và 1.000 ohm). Pt1000 ít bị ảnh hưởng bởi điện trở dây dẫn hơn nên phù hợp khi khoảng cách dây dài nhưng Pt100 vẫn phổ biến hơn trong công nghiệp.

Đồng hồ nhiệt độ lưỡng kim có chính xác không? Đủ chính xác cho giám sát vận hành thông thường, nhưng không đạt mức chính xác của RTD. Nếu cần kiểm soát nhiệt độ chặt chẽ trong sản xuất (dược phẩm, thực phẩm, hóa chất) nên dùng RTD.

Có cần hiệu chuẩn cảm biến nhiệt độ định kỳ không? Có. Cả bimetal, RTD và thermocouple đều trôi giá trị theo thời gian, đặc biệt khi làm việc ở nhiệt độ cao. Chu kỳ hiệu chuẩn tùy yêu cầu ngành và kết quả kiểm tra thực tế.

Bài liên quan: [Đồng hồ nhiệt độ Wise: dòng T500, T700 và cảm biến RTD] · [RTD và Thermocouple khác nhau thế nào?]

Cần tư vấn chọn loại cảm biến nhiệt độ phù hợp dải nhiệt và yêu cầu chính xác của hệ thống? Liên hệ HT Việt Nam hoặc gọi điện Mr Hoàng: 0919 914 138

Tham khảo thêm các dòng đồng hồ nhiệt độ công nghiệp TẠI ĐÂY