Cặp nhiệt điện là gì? Cấu tạo| Phân loại và ứng dụng

Cặp nhiệt điện có tính ứng dụng cao trong những ngành nghề, lĩnh vực công nghiệp là chính với cách thức hoạt động dựa theo nguyên lý Seeback để sử dụng đo đạc các môi trường, chất có nhiệt độ cao. Vậy chi tiết cặp nhiệt điện là gì, cấu tạo của chúng, thiết bị này có bao nhiêu loại phổ biến hiện này và cụ thể chúng được ứng dụng trong những máy móc, ngành nghề nào? Để giải đáp được những thắc mắc liên quan, xin mời bạn cùng theo dõi bài viết sau đây với CtiSupply nhé!

Tìm hiểu cặp nhiệt điện là gì?

Cặp nhiệt điện là gì? Thực chất chúng là một thiết bị được sử dụng với mục đích chính là để đo đạc nhiệt độ trong các ngành công nghiệp, đặc biệt là ở những khu vực hay môi trường có mức nhiệt cao, thường xuyên dao động liên tục. Cặp nhiệt điện còn có tên gọi khác như là can nhiệt, cặp nhiệt ngẫu hay tên tiếng Anh là Thermocouple trong đó thermos là nhiệt độ và couple là cặp.

Cấu tạo

Cấu tạo chính của 1 cặp nhiệt ngẫu sẽ bao gồm 5 phần chính là:

• Measuring Junction: được biết là bộ phận quan trọng nhất trong 1 cặp nhiệt điện. Chúng sẽ gồm 2 thanh kim loại làm từ 2 chất liệu khác nhau được hàn lại ở 1 đầu.
• Thermocouple wires: dây kết nối 2 bộ phận là bộ điều khiển và bộ phận đo nhiệt độ với nhau.
• Ceramic insulators: phần sức cách nhiệt được dùng để nhằm mục đích giữ dây cặp nhiệt điện có thể cách điện dọc theo toàn bộ chiều dài của phần đầu dò.
• Protective sheath: vỏ bên ngoài của thiết bị cặp nhiệt. Chúng thường được làm bằng chất liệu inox chịu được nhiệt độ tối đa 1200 độ C. Với những cặp nhiệt điện có thang đo cao hơn mức 1200 độ C thì phần vỏ sẻ được làm bằng chất liệu sứ.
• Connection head: nơi chứa dây kết nối của cặp nhiệt điện. Với các bộ chuyển đổi cặp nhiệt điện ra 4-20mA thì sẽ được cho vào đây.

Những loại cặp nhiệt điện phổ biến hiện nay

Tùy thuộc theo môi trường nhiệt độ đo mà sẽ có rất nhiều loại cặp nhiệt điện khác nhau. Trong đó nếu xét theo hình dạng sẽ phân làm 2 loại chính là can nhiệt đầu dò và can nhiệt loại dây. Còn nếu phân loại dựa theo mức thang đo nhiệt độ sẽ gồm có các loại sau:

• Cặp nhiệt điện loại B (Platium Rhodium – 30%/ Platium Rhodium – 6%): với phạm vi đo rộng từ 0 đến 1700 độ C với sai số từ 0.25% – 0.5%. Là sản phẩm có độ ổn định, chính xác trong những môi trường nhiệt độ cực cao.
• Cặp nhiệt điện loại K (Niken – Crom / Niken – Alumel): khoảng đo rộng từ -270 độ C đến 1200 độ C với mức sai số chỉ tầm từ 0.75%. Là loại cặp nhiệt điện được sử dụng nhiều hiện nay khi vừa có độ chính xác, phạm vi làm việc lại lớn giúp tiết kiệm được chi phí cho người sử dụng.

 

• Cặp nhiệt điện loại J (Iron/ Constantan): phạm vi đo của loại cặp nhiệt điện này sẽ từ -210 độ C đến 760 độ C với mức sai số chủ 0.4% – 0.75%. Là sản phẩm có tuổ thọ ngắn hơn so với loại cặp nhiệt điện loại K nhưng bù lại hiệu quả làm việc tốt, độ chính xác cao ở phạm vị nhiệt rộng và cũng khá tiết kiệm chi phí nên cũng nằm trong số những loại cặp nhiệt điện phổ biến
• Cặp nhiệt điện loại E (Niken – Crom/ Constantan): dải nhiệt hoạt động tốt của thiết bị này là từ -270 độ C đến 870 độ C. So với 2 loại K hay J thì nó cho kết quả chính xác cao hơn, tín hiệu cho ra cũng mạnh hơn. Mức sai số của cặp nhiệt điện loại E sẽ là tầm 0.4% – 0.5%
• Cặp nhiệt điện loại N (Nicrosil/ Nisil): phạm vi đo của cặp nhiệt loại N nằm trong khoảng từ -270 độ C đến 392 độ C với mức sai số tầm 0.75%. Giá bán của can nhiệt loại N khá mắc, tốn nhiều chi phí hơn các loại khác

• Cặp nhiệt điện loại R (Platium Rhodium – 13%/ Bạch kim): Với phạm vi mức nhiệt hoạt động từ -50 độ C đến 1500 độ C mức sai số tiêu chuẩn là từ 0.1% – 0.25%. Là loại có thể đo nhiệt độ cao nhưng mức chi phí bỏ ra khá đắc.
• Cặp nhiệt điện loại T (Đồng/ Constantan): là loại cặp nhiệt điện có tính ổn định tốt nhất, chúng được dùng nhiều cho những mức nhiệt độ thấp với phạm vi hoạt động từ -270 độ C đến 370 độ C. Mức sai số tầm 0.75%, có thể tùy chỉnh xuống mức 0.4%.
• Cặp nhiệt điện loại S (Bạch kim Rhodium – 10%/ Bạch kim): phạm vi hoạt động tốt của can nhiệt loại S là từ -50 độ C đến 1600 độ C có sai số từ 0.1% – 0.25% với ưu điểm nổi bật là tính ổn định cao, độ bền toosrt, giá thành rẻ hơn loại R.

• Cặp nhiệt điện loại W5 (Rheni – 3%/ Rheni – 25%): Là can nhiệt có thể đo được mức nhiệt tối đa lên đến 2310 độ C – cao nhất trong tất cả các loại cặp nhiệt điện hiện có.

Nguyên lý hoạt động

Ứng dụng nguyên lý Seebeck, cặp nhiệt điện tại phần hàn lại ở 2 mảnh kim loại sẽ được sử dụng để đo đạc nhiệt độ – điểm nóng. Trong đó có điểm lạnh đã được xác định nhiệt độ từ trước. Khi ta đưa điểm nóng vào vị trí cần đo sẽ thấy phần nhiệt tại đó thay đổi, điện áp tại điểm lạnh cũng tăng không tuyến tính. Khi đó khi đo sự thay đổi điện áp tại điểm lạnh thì sẽ biết được nhiệt độ tại điểm nóng là bao nhiêu.

Ứng dụng

Cặp nhiệt điện hiện nay đã được ứng dụng trong nhiều ngành nghề, lĩnh vực công nghiệp ở các nhà máy, công xưởng như:

• Chế biến thực phẩm: cặp nhiệt điện có tác dụng giúp kiểm soát được nhiệt độ của lò nướng, ấm nước và giám sát hoạt động của bếp điện trong quá trình chế biến thức ăn, sản xuất đồ uống,..
• Sử dụng trong các môi trường nhiệt độ cực thấp: khi ở những môi trường có mức nhiệt độ dưới 0 độ C đến – 200 độ C thì những can nhiệt loại K, E, T được ưu tiên sử dụng đo đạc, đáp ứng được nhu cầu công việc tại mức nhiệt đó
• Dùng cho máy đùn: các cặp nhiệt điện sẽ gắn trong bộ chuyển đổi ren để nhằm nhận biết định vị các đầu cảm biến trong nhựa nóng chảy, áp cao trong máy đùn để thay thế dễ dàng
• Làm trong các lò nung
• Đo đạc kim loại nóng chảy: thường sẽ sử dụng các loại can nhiệt loại S, R, hoặc K, N, B để tiếp xúc với kim loại đang nóng chảy để đo đạc kết quả

Lưu ý những lỗi thường mắc phải của cặp nhiệt điện

Trong quá trình lắp đặt và sử dụng thì người dùng sẽ có thể mắc phải một số sự cố, lỗi mà bạn cần lưu ý như sau:

• Đấu dây sai cách: không chỉ trong cặp nhiệt điện mà nhiều thiết bị khác nhau đều có thể gặp sự cố khi đấu dây sai cách.
• Chọn nhầm thang đo nhiệt độ: nếu hiểu rõ, nắm vững các mức thang đo nhiệt độ của từng sản phẩm can nhiệt thì bạn có thể nâng cao được tuổi thọ cũng như độ bền của cặp nhiệt điện tốt hơn. Nếu chọn không đúng thang đo và lắp vào thì thiết bị sẽ nhanh hỏng hóc, không làm việc hiệu quả, có thể gây nên cháy nổ và tốn kém chi phí
• Không sử dụng bộ chuyển đổi: vì cặp nhiệt điện khi truyền tín hiệu ngõ ra sẽ ở dạng điện áp mV nên khi truyền đi xa sẽ gặp tình trạng sụt áp, bị nhiễu. Do đó sẽ cần dùng bộ chuyển đổi để cho ra tín hiệu 4-20mA giúp giảm nhiễu, truyền được xa tốt hơn

Tiêu chuẩn để chọn lựa can nhiệt phù hợp

Để chọn ra được một cặp nhiệt điện phù hợp để sử dụng cho mục đích của doanh nghiệp, xưởng sản xuất hay nhu cầu cá nhân thì cần lưu ý:

• Xem xét dãy đo nhiệt độ của thiết bị cặp nhiệt điện. Nên chọn lựa sản phẩm có mức đo chênh lệch cao hơn một mức với nhiệt độ sử dụng của hệ thống để đảm bảo độ bền
• Xác định được khoảng cách lắp đặt can nhiệt cụ thể.
• Cần tham khảo chi tiết thông số kỹ thuật từng loại cặp nhiệt điện để lựa chọn sản phẩm, thiết bị phù hợp cho mình.
• Chọn lựa kiểu kết nối cảm biến muốn sử dụng: dạng kết nối ren hay kết nối mặt bích.
• Xem xét khả năng bị ăn mòn của can nhiệt ở những môi trường khắc nghiệt.
• Xem xét tín hiệu ngõ ra của cặp nhiệt điện là loại nào: 0 – 10V hay 4 – 20mA.
• Xem chiều dài cảm biến cần đo và kích cỡ cảm biến cần đo.
• Mức giá thành sản phẩm, khả năng chi trả, chế độ bảo hành của sản phẩm.
• Đơn vị uy tin để lựa chọn mua cặp nhiệt điện chất lượng.

Hôm nay chúng ta đã cùng nhau tìm hiểu thêm về một thiết bị thú vị có tính ứng dụng cao hiện nay đó là cặp nhiệt điện. Hi vọng qua đó bạn đã có thêm thông tin, hiểu biết về thiết bị này cùng với đó là vận dụng tốt hơn các loại cặp nhiệt điện vào đời sống hay công việc của bản thân. Thường xuyên theo dõi các bài viết khác tại CtiSupply để không bỏ lỡ những kiến thức hay, thú vị, bổ ích về các sản phẩm, linh kiện điện tử với nhiều ứng dụng trong đời sống bạn nhé!