Cấu Tạo Cảm Biến Nhiệt Độ Pt100

Cảm biến nhiệt độ là một thiết bị đo nhiệt độ nhằm đưa một giá trị nhiệt độ thành tín hiệu mà các thiết bị ghi dữ liệu có thể hiểu được, ứng dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp và các lĩnh vực khác. Cảm biến nhiệt độ có nhiều loại, trong đó nổi bật nhất phải kể đến cảm biến nhiệt độ pt100. Đây chính là lý do vì sao hôm nay HUPHACO giới thiệu đến bạn đọc về hệ thống cảm biến nhiệt độ, cấu tạo, nguyên lý và phương pháp đối dây của nó. Nếu bạn có “hứng thú” tìm hiểu cấu tạo cảm biến nhiệt độ pt100, hãy dành 15 phút đọc qua các thông tin được chọn lọc và tổng hợp dưới đây!

Cảm biến nhiệt độ pt100 là một đầu dò nhiệt độ chuyển đổi nhiệt độ tại khu vực đo được thành tín hiệu điện ở đầu ra. Hệ thống cảm biến nhiệt độ pt100 được sử dụng chủ yếu để đo lường và kiểm soát các thông số nhiệt độ trong công nghiệp cũng như một số lĩnh vực khác. Một đầu dò cảm biến pt100 thường bao gồm hai bộ phận chính: đầu dò nhiệt độ và dây truyền tín hiệu ngõ ra.

Nội Dung Chính

Toggle

• Cấu tạo của cảm biến nhiệt độ pt100
  • – Đầu cảm biến (Platinum/Nickel):
  • – Dây tín hiệu của cảm biến nhiệt độ:
  • – Chất cách điện bằng gốm:
  • – Chất làm đầy:
  • – Vỏ bảo vệ:
  • – Đầu nối (đầu củ hành)
  • – Kết nối cơ khí
  • – Sứ cách nhiệt 
• Nguyên lý hoạt động của cảm biến nhiệt độ pt100
  • Các đặc tính ưu việt của cảm biến nhiệt độ pt100
  • Phương pháp đấu dây của cảm biến nhiệt độ PT100
  • Sai số của cảm biến nhiệt độ Pt100
  • Vì sao cảm biến nhiệt độ Pt100 sử dụng kết nối ba dây?

Cấu tạo của cảm biến nhiệt độ pt100

Dù có thiết kế đơn giản nhưng cảm biến nhiệt độ pt100 lại được cấu tạo từ 6 thành phần chính. Cụ thể như sau:

– Đầu cảm biến (Platinum/Nickel):

Có thể nói đây là thành phần quan trọng nhất của pt100. Độ nhạy của đầu cảm biến xác định được sự thay đổi của nhiệt độ. Nếu như độ nhạy kém, kết quả đo nhiệt độ sẽ không chính xác. Cho nên, đầu cảm biến sau khi kết nối với dây tín hiệu sẽ được đặt bên trong ống để bảo vệ. Ngoài ra, cũng nên lưu ý độ nhạy của cảm biến tương ứng với thời gian đáp ứng của cảm biến, khác hoàn toàn với độ chính xác của hệ thống cảm biến.

– Dây tín hiệu của cảm biến nhiệt độ:

Dây tín hiệu được kết nối với đầu dò cảm biến. Dây tín hiệu có dạng 2 dây, 3 dây hoặc bốn dây. Chất liệu của dây tín hiệu cũng đa dạng, phụ thuộc vào từng loại đầu dò

– Chất cách điện bằng gốm:

Gốm là vật liệu được sử dụng để cách điện, ngăn chặn ngắn mạch, đảm bảo an toàn trong quá trình tiếp xúc trực tiếp với hệ thống cảm biến nhiệt độ RTD Pt100.

– Chất làm đầy:

Chất làm đầy được cấu tạo từ bột alumina để khô rồi điền đầy bên trong hệ thống cảm biến, không để lại bất kỳ khoảng trống nào với mục đích bảo vệ cảm biến khi bị rung.

– Vỏ bảo vệ:

Vỏ bảo vệ tiếp xúc trực tiếp với nguồn nhiệt cần đo lường. Vỏ bảo vệ có tác dụng “giữ gìn” đầu dò cảm biến và dây tín hiệu của cảm biến. Vỏ bảo vệ cần làm đúng vật liệu và kích thước để bảo vệ thành phần bên trong. Một số trường hợp nhất định, ngoài vỏ bảo vệ hệ thống cảm biến còn sử dụng thêm ống bảo vệ ngoài (Thermowell/Protect tube)

– Đầu nối (đầu củ hành)

Đầu nối cảm biến pt100 thường được làm bằng các loại vật liệu cách điện như nhựa, nhôm hoặc gốm. Tùy mục đích sử dụng mà gắn thêm bộ chuyển đổi tín hiệu nhiệt độ.

Ngoài 6 thành phần chính cấu tạo nên cảm biến pt100; còn có một số thành phần khác:

– Kết nối cơ khí

Đây là phần kết nối giữa cảm biến nhiệt độ & khu vực cần lắp để đo nhiệt độ . Các chuẩn kết nối ren thông dụng : G1/2 , G1/4 , G3/8

– Sứ cách nhiệt 

Đây là lớp sứ ngăn cách giữa phần cảm biến & tín hiệu ngõ ra giúp định vị bộ chuyển đổi nhiệt độ Pt100 nếu có. Một thiết bị đơn gỉan nhưng có nhiệm vụ cách điện & cách nhiệt để bảo vệ bộ chuyển đổi tín hiệu khi tích hợp chung với cảm biến nhiệt.

Nguyên lý hoạt động của cảm biến nhiệt độ pt100

Đầu dò cảm biến chủ yếu là cặp nhiệt điện hoặc điện trở nhiệt. Bộ chuyển đổi tín hiệu bao gồm một đơn vị đo lường, xử lý tín hiệu và đơn vị chuyển đổi. Cảm biến nhiệt độ pt100 thay đổi giá trị điện trở khi nhiệt độ tăng. Nếu tăng, nó được gọi là điện trở dương. Nếu tăng theo nhiệt độ nhưng giá trị điện trở giảm thì nó được gọi là điện trở âm. Hầu hết các cảm biến nhiệt độ điện trở được làm bằng Pt. Chúng là loại ổn định nhất, có khả năng kháng axit và kiềm, tuyến tính khá, được lựa chọn và sử dụng nhiều nhất.

Các đặc tính ưu việt của cảm biến nhiệt độ pt100

– Vỏ thép không gỉ, độ bền lý tưởng

– Vít di động cố định, dễ sử dụng

– Được sản xuất theo tiêu chuẩn quốc tế IEC751

– Đầu dò có sẵn với nhiều kích thước khác nhau, đem lại nhiều lựa chọn hơn khi sử dụng

– Độ chính xác cao, độ ổn định cao, độ nhạy cao

– Kích thước nhỏ gọn, kinh tế và rất thực tế

Pt100, có nghĩa là điện trở là 100 ohms ở 0 độ. Cảm biến nhiệt độ PT100 là cảm biến nhiệt độ điện trở được làm bằng bạch kim (Pt). Đầu dò cảm biến nhiệt độ này thuộc về điện trở dương. Mối quan hệ giữa điện trở và sự thay đổi của nhiệt độ được tính theo công thức :

R = Ro (1 + αT)

Các thông số kỹ thuật của cảm biến nhiệt độ Pt100 như sau:

– Phạm vi đo: -200 ° C ~ + 850 ° C

– Giá trị độ lệch cho phép △ ° C: A mức ± (0,15 + 0,002 │ t │), mức B ± (0,30 + 0,005 t )

– Thời gian đáp ứng nhiệt <30s

– Độ sâu chèn tối thiểu của điện trở nhiệt ≥ 200mm; cho dòng điện ≤ 5mA.

>>> Hệ thống cảm biến nhiệt độ Pt100 có ưu điểm nổi bật :

– Chống rung, ổn định tốt.

– Độ chính xác cao gần như tuyệt đối.

– Khả năng chịu áp lực cao.

Phương pháp đấu dây của cảm biến nhiệt độ PT100

Cảm biến nhiệt độ PT100 có hai màu chính : trắng và đỏ  được sử dụng làm đại diện cho ba dây. Hai dây này có độ đều đặn như sau: Điện trở giữa 2 dây khác màu là 110 ohms ở nhiệt độ thường; giữa hai dây cùng màu 0 ohms . Về nguyên tắc thì hai dây cùng màu là như nhau – không phân biệt sự khác nhau.

Có ba đầu nối cố định bộ chuyển đổi tín hiệu được nối với đầu dò cảm biến. Một đầu được nối với thiết bị và một đầu cuối nối cố định với đầu dò cảm biến.Hai dây màu đỏ được kết nối với hai đầu cố định khác trên đồng hồ. Vị trí của hai dây màu đỏ có thể hoán đổi cho nhau. Ngoài ra cũng nên lưu ý, nếu có một đường nối dài gián tiếp, thông số kỹ thuật và chiều dài của ba dây đỏ và  này phải giống nhau, không được khác biệt.

Cảm biến nhiệt độ PT100 có loại 2 dây, 3 dây và 4 dây. Trong đó, phổ biến nhất là loại cảm biến ba dây. Một dây nối với đầu dò cảm biến PT100, hai dây kia đối với bộ chuyển đổi tín hiệu bên ngoài lẫn bên trong với mục đích bù điện trở của dây qua cầu.

Cảm biến nhiệt độ PT100 bốn dây, hai dây nối với nguồn dòng không đổi đầu ra PLC và PLC đo điện áp trên PT100 qua hai dây còn lại. Cảm biến nhiệt độ PT100 bốn dây có độ chính xác cao nhất, có thể sử dụng ba dây. Lựa chọn hệ thống cảm biến PT100 2 dây, 3 dây hay bốn dây tùy thuộc vào nhu cầu, mục đích sử dụng và điều kiện kinh tế.

Sai số của cảm biến nhiệt độ Pt100

Bất kỳ một cảm biến nào cũng có sai số của chính bản thân đó & cảm biến nhiệt độ Pt100 cũng nằm trong số đó. Chúng ta xem Pt100 có sai số như thế nào nhé .

Cảm biến Pt100 chuẩn Châu Âu tính sai số theo chuẩn Classe từ C đến A. Trong  đó classe C có sai số cao nhất và Class AA có sai số nhỏ nhất. Tuy nhiên, phổ biến nhất là Class B và Class A được sử dụng nhiều nhất bởi giá thành hợp lý & độ chính xác phù hợp với các yêu cầu trong công nghiệp.

Sai số của Pt100 được tính như sau :

• Classe AA = 0.1 + 0.0017* | t | ( oC )
• Classe A = 0.15 + 0.02* | t | ( oC )
• Classe AA = 0.3 + 0.005* | t | ( oC )
• Classe AA = 0.6 + 0.01* | t | ( oC )

Nhìn vào công thức tính sai số của cảm biến Pt100 chúng ta rất khó hình dung được sẽ sẽ ảnh hưởng thế nào tới thực tế nhưng khi nhìn vào biểu đồ chúng ta thấy rất rõ sự khác biệt giữa các chuẩn Classes trong Pt100.

Vì sao cảm biến nhiệt độ Pt100 sử dụng kết nối ba dây?

Cảm biến nhiệt độ PT100 có giá trị điện trở là 100 Ω ở 0 ° C và tốc độ thay đổi điện trở là 0,3851 Ω / ° C. Do giá trị điện trở nhỏ và độ nhạy cao nên không thể bỏ qua điện trở của dây dẫn. Phương pháp kết nối ba dây có thể loại bỏ lỗi đo do điện trở của dây dẫn gây ra.

Diện tích mặt cắt ngang và chiều dài của ba dây được vẽ bởi PT100 như nhau (ví dụ r1 = r2 = r3). ​​Mạch đo điện trở Pt100 nói chung là một cây cầu không cân bằng. Điện trở bạch kim (Rpt100) được sử dụng làm điện trở của cầu. (r1) Được kết nối với đầu cung cấp điện của cầu, hai dây (r2, r3) khác được kết nối tương ứng với nhánh cầu, nơi đặt điện trở Pt100 và tay cầu liền kề, để hai nhánh cầu có cùng điện trở của điện trở dẫn cây cầu phải ở trạng thái cân bằng. Sự thay đổi điện trở chì không ảnh hưởng đến kết quả đo.

Kết luận:

Với việc chia sẻ cấu tạo cảm biến nhiệt độ Pt100 3 dây & nguyên lý đo của đầu dò nhiệt độ Pt100 sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực phát triển xã hội và đời sống. Chẳng hạn như tự động hóa trong công nghiệp; hiện đại hóa trong nông nghiệp; giám sát môi trường, an ninh; chẩn đoán y tế; phương tiện vận chuyển và sản xuất các thiết bị gia dụng. Chỉ bấy nhiêu thôi cũng đủ hiểu “giá trị” và tính ứng dụng của cảm biến nhiệt độ Pt100 rộng rãi như thế nào.

Kỹ sư Cơ – Điện Tử

Nguyễn Minh Hoà 

Mobi : 097879.5566

Mail : hoa.nguyen@huphaco.vn