RTD và Thermocouple khác nhau thế nào? Nên chọn loại nào cho nhà máy
Khi cần đo nhiệt độ có tín hiệu điện để đưa về PLC hoặc bộ điều khiển, các kỹ sư thường đứng giữa hai lựa chọn sử dụn RTD (điển hình là Pt100) và thermocouple (cặp nhiệt điện). Cả hai đều là cảm biến nhiệt độ công nghiệp phổ biến nhưng nguyên lý, dải làm việc và cách đấu nối khác nhau hoàn toàn. Chọn nhầm thì hoặc đo sai hoặc cảm biến hỏng nhanh hoặc tốn tiền không cần thiết.
Nếu anh chị chưa nắm sự khác biệt giữa đồng hồ hiển thị tại chỗ và cảm biến truyền tín hiệu, nên đọc trước bài đồng hồ nhiệt độ công nghiệp là gì để có bức tranh tổng quan rồi quay lại bài này để đi sâu vào hai loại cảm biến điện.
Nguyên lý hoạt động
RTD (Resistance Temperature Detector) đo nhiệt độ dựa trên việc điện trở của kim loại tăng theo nhiệt độ. Loại phổ biến nhất là Pt100: dây bạch kim có điện trở 100 ohm ở 0 °C, tăng khoảng 0,385 ohm cho mỗi độ C. Bộ điều khiển cấp một dòng điện nhỏ qua cảm biến đo điện áp rơi rồi quy đổi ra nhiệt độ.
Thermocouple gồm hai dây kim loại khác loại hàn với nhau ở đầu đo. Chênh lệch nhiệt độ giữa đầu đo (đầu nóng) và đầu nối vào thiết bị (đầu lạnh) sinh ra một điện áp cỡ milivolt. Điện áp này phụ thuộc vào cặp vật liệu gọi là loại K, J, T, E, N, S, R, B. Vì đo dựa trên chênh lệch nhiệt độ nên thiết bị đọc luôn phải bù nhiệt độ đầu lạnh.
Điểm khác biệt cốt lõi RTD là cảm biến thụ động cần được cấp dòng để đo còn thermocouple là cảm biến tự phát điện áp nhưng tín hiệu rất yếu.
So sánh trực tiếp RTD và Thermocouple
| Tiêu chí | RTD Pt100 | Thermocouple |
| Dải nhiệt làm việc điển hình | Khoảng -200 đến 600 °C | Loại K đến khoảng 1.200 °C; loại S, R, B lên trên 1.500 °C |
| Độ chính xác | Cao hơn, ví dụ Class A khoảng ±(0,15 + 0,002·t) °C | Thấp hơn, thường vài độ C tùy loại và cấp |
| Độ ổn định dài hạn | Rất tốt, trôi chậm | Trôi nhiều hơn, nhất là ở nhiệt độ cao |
| Thời gian phản hồi | Chậm hơn | Nhanh hơn, đặc biệt loại đầu tiếp đất hoặc dây nhỏ |
| Tín hiệu | Điện trở, tuyến tính tốt | Điện áp mV, phi tuyến, dễ nhiễu |
| Dây nối | Dây đồng thường 2/3/4 dây | Bắt buộc dây bù hoặc dây cùng loại đến tận thiết bị |
| Giá | Cao hơn | Thấp hơn |
| Độ bền rung sốc | Trung bình | Tốt hơn |
Khi nào chọn RTD
RTD là lựa chọn mặc định cho phần lớn ứng dụng dưới 600 °C khi cần độ chính xác và độ ổn định như nước làm mát, hơi bão hòa, dầu truyền nhiệt, sản xuất thực phẩm, dược phẩm, hóa chất, phòng sạch, kho lạnh. Ưu điểm lớn nhất là độ ổn định nhiều năm mà ít phải hiệu chuẩn lại.
Cảm biến nhiệt độ RTD Wise
Với RTD Wise, dòng R220 dạng vỏ bọc dùng phần tử điện trở nguyên khối nối với cáp MI (dây dẫn bọc kim loại nén bột MgO) cho tuổi thọ dài và phản hồi nhanh, dây điện trở bạch kim tinh khiết cho độ chính xác tốt. Toàn bộ nhóm này được tổng hợp trong trang cảm biến nhiệt độ Wise.
Lưu ý đấu dây RTD: dây dẫn dài làm tăng điện trở và gây sai số. Cấu hình 2 dây chỉ nên dùng khi khoảng cách ngắn. Cấu hình 3 dây là tiêu chuẩn công nghiệp, bù được điện trở dây. Cấu hình 4 dây cho độ chính xác cao nhất, dùng ở phép đo cần chuẩn.
Khi nào chọn Thermocouple
Thermocouple thích hợp cho hệ thống có nhiệt độ rất cao và cần phản hồi nhanh với chi phí thấp như lò nung, lò hơi, lò luyện kim, nhiệt luyện, ống khói, buồng đốt, những nơi vượt xa dải làm việc của Pt100, gần như chỉ có thermocouple đáp ứng được.
Thermocouple
Ba điều cần lưu ý khi dùng thermocouple:
- Luôn chọn đúng loại theo dải nhiệt và môi trường, ví dụ loại K phổ thông, loại N ổn định hơn ở nhiệt cao, loại T và E cho dải thấp và cần độ nhạy.
- Dây nối từ cảm biến về thiết bị phải là dây bù hoặc dây cùng loại, không dùng dây đồng thông thường vì mỗi mối nối kim loại khác loại sẽ sinh thêm điện áp gây sai số.
- Bù nhiệt độ đầu lạnh phải được thực hiện tại bộ đọc hoặc transmitter.
Wise có dòng cảm biến RTD và thermocouple nhiều điểm đo cho lò phản ứng, bồn chứa cần theo dõi phân bố nhiệt theo chiều cao hoặc phương ngang. Loại này thường dùng với thermocouple hoặc RTD tùy dải nhiệt của quá trình.
Vai trò của transmitter 4-20 mA
Cả tín hiệu điện trở của RTD lẫn tín hiệu mV của thermocouple đều yếu và dễ nhiễu nếu kéo dây xa. Cách xử lý chuẩn công nghiệp là lắp transmitter ngay tại đầu cảm biến để chuyển thành dòng 4-20 mA. Theo tài liệu hãng Wise, dòng T900 được thiết kế lắp vừa vào đầu nối tiêu chuẩn của cụm RTD hoặc thermocouple để cung cấp tín hiệu 4-20 mA. Dòng điện chuẩn này truyền xa hàng trăm mét, ít suy hao và ít nhiễu hơn tín hiệu gốc.
Nếu phòng điều khiển cách điểm đo vài chục mét trở lên, nên coi transmitter là hạng mục gần như bắt buộc, bất kể chọn RTD hay thermocouple.
Câu hỏi thường gặp
Pt100 và Pt1000 khác nhau thế nào? Cùng nguyên lý, khác điện trở ở 0 °C (100 ohm và 1.000 ohm). Pt1000 ít nhạy với điện trở dây hơn nên hợp với khoảng cách dây dài, nhưng Pt100 vẫn phổ biến hơn trong công nghiệp.
Có thể thay RTD bằng thermocouple mà không đổi gì không? Không. Hai loại cho tín hiệu khác bản chất nên phải đổi cả bộ đọc hoặc transmitter, kiểu đấu dây và loại dây nối.
Cảm biến nhiệt độ nên hiệu chuẩn bao lâu một lần? Không có chu kỳ cố định cho mọi nơi. Thermocouple ở nhiệt cao nên kiểm tra thường xuyên hơn vì trôi nhiều. Với RTD, chu kỳ dài hơn nhưng vẫn nên theo quy định của hệ thống chất lượng nhà máy.
Bài liên quan: Đồng hồ đo Wise: toàn bộ dòng sản phẩm · Đồng hồ nhiệt độ công nghiệp là gì?
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
