Cặp nhiệt điện là gì

Cặp nhiệt điện là gì?

Trong bài viết này, chúng tôi sẽ hướng dẫn bạn một trong những thiết bị cảm biến nhiệt độ được sử dụng phổ biến nhất… cặp nhiệt điện.

Chúng ta sẽ thảo luận những điều cơ bản về cách chúng hoạt động; những điều bạn cần cân nhắc khi chọn cặp nhiệt điện và sau đó là những thách thức liên quan đến việc đưa cặp nhiệt điện vào ứng dụng công nghiệp.

Nếu bạn đang quyết định những dụng cụ nào sẽ được đưa vào một máy hoặc vào một quy trình; bạn càng có nhiều thông tin thì càng tốt.

Sau khi nói tất cả những điều đó; chúng ta hãy bắt đầu đi bộ xuống làn đường cặp nhiệt độ…

Cặp nhiệt điện những điều cơ bản cần biết

Cặp nhiệt độ là một thiết bị cực kỳ đơn giản dùng để đo nhiệt độ.

Cặp nhiệt điện là gì

Cặp nhiệt điện có xu hướng rẻ; bền và có thể được chế tạo thành nhiều hình dạng và kích cỡ khác nhau.

các loại cặp nhiệt điện

Mối nối nóng cặp nhiệt điện

Một cặp nhiệt điện được tạo thành từ hai dây kim loại không giống nhau. Không giống nhau chỉ là một cách nói hoa mỹ của Khác biệt. Nhưng vì một số lý do không xác định, từ đó thường được sử dụng khi thảo luận về cặp nhiệt độ.

Trong mọi trường hợp; các dây kim loại chỉ được kết nối với nhau ở một nơi; điển hình là đầu của cặp nhiệt điện.

Rất nhiều nhà sản xuất gọi đường giao nhau đó bằng các tên khác nhau. Mối nối nóng, mối nối đo lường, điểm cảm biến, hoặc mối nối cảm biến. Tất cả các thuật ngữ đó đều đề cập đến cùng một thứ… nơi mà các kim loại khác nhau được kết hợp với nhau sẽ đo nhiệt độ.

Cấu tạo cặp nhiệt điện

Kết nối ngõ ra cặp nhiệt điện

Sau đó, các dây ở đầu đối diện với điểm nối cảm biến được để sẵn để kết nối với một số loại dụng cụ đo lường; như máy phát nhiệt độ, bộ hiển thị điện tử đơn giản. Hoặc thậm chí trực tiếp với thẻ đầu vào cặp nhiệt điện PLC.

Ngõ ra cặp nhiệt điện

Giao diện lạnh cặp nhiệt điện

Các đầu nối dây trên thiết bị đo lường thường được gọi là Nối nguội .

Trong khi điểm nối nóng đề cập đến đầu của cặp nhiệt điện; sẽ tiếp xúc với nguồn nhiệt quan tâm; thì điểm nối lạnh đề cập đến các kết nối dây của cặp nhiệt điện xảy ra ngay tại dụng cụ đo; thường không tiếp xúc với cùng một năng lượng nhiệt.

Giao diện lạnh cặp nhiệt điện

Hiệu ứng nhiệt điện

Tất cả các cặp nhiệt điện đều hoạt động theo cùng một cách. Chúng tạo ra một hiệu điện thế nhỏ khi chúng tiếp xúc với nhiệt.

Hiệu ứng cặp nhiệt điện

Nếu bạn quan tâm đến tính chất vật lý chi tiết của cách thức hoạt động này. Bạn có thể nghiên cứu các chủ đề như Hiệu ứng nhiệt điện. Hoặc hiệu ứng Seebeck. Nhưng nói một cách đơn giản hơn; khi bạn đốt nóng một miếng kim loại. Các electron trong kim loại muốn chuyển động xung quanh nhiều hơn và sẽ có xu hướng di chuyển qua kim loại ra khỏi nhiệt.

Vì các êlectron mang điện tích âm; nên đầu miếng kim loại lạnh hơn sẽ mang điện âm so với đầu nóng hơn.

Cặp nhiệt điện hoạt động như thế nào?

Một cặp nhiệt điện hoạt động dựa trên; sự chuyển động của các electron trong dây kim loại, của nó do sự chênh lệch nhiệt giữa điểm nối nóng và lạnh.

Nếu hai dây dẫn của cặp nhiệt điện được làm bằng cùng một loại kim loại; các điện tử trong cả hai dây sẽ chuyển động ra xa nhiệt với tốc độ gần như nhau. Vì vậy bạn không thể thực sự đo được sự khác biệt về điện tích của hai dây.

Nhưng nếu bạn nhớ lại; cặp nhiệt điện được tạo thành từ hai loại dây kim loại khác nhau… Và những dây đó chỉ được kết nối với nhau ở điểm nối nóng… đầu cảm biến của cặp nhiệt điện.

Nguyên lý hoạt động cặp nhiệt điện

Các kim loại khác nhau trong các dây đó; hay chính xác hơn là các electron trong các dây kim loại khác nhau đó, phản ứng với nhiệt khác nhau.

Dây dẫn cặp nhiệt điện

Khi tiếp xúc với nhiệt; các electron từ một trong các dây dẫn sẽ muốn chuyển động xung quanh với một tốc độ nhất định. Các electron từ dây kia sẽ muốn chuyển động với một tốc độ khác.

– Dây dẫn có các êlectron chuyển động càng nhiều; thì càng nhiễm điện âm ở chỗ tiếp giáp nguội… do đó sẽ được gọi là dây dẫn âm .

– Dây dẫn có các êlectron chậm hơn sẽ không tích tụ nhiều điện tích; nên được gọi là dây dẫn dương .

Sự khác biệt về điện tích giữa các dây dẫn dương và âm; có thể được đo và sử dụng để tính nhiệt tại điểm nối nóng.

Đây là nguyên tắc cơ bản về cách hoạt động của cặp nhiệt điện. Vì vậy chúng ta hãy xem xét điều này kỹ hơn ở một loại cặp nhiệt cụ thể để đảm bảo rằng chúng ta đã nắm được.

Cặp nhiệt điện Type-K

Chúng ta hãy xem xét kỹ một cặp nhiệt điện Type-K. Cặp nhiệt điện Type-K có lẽ là loại cặp nhiệt điện được sử dụng phổ biến nhất trong các ứng dụng công nghiệp; vì nó phản ứng có thể đoán trước được trên một phạm vi nhiệt độ rất rộng (giả sử khoảng -330 ° F đến khoảng +2460 ° F).

Cặp nhiệt điện type k

Phạm vi nhiệt độ chính xác sẽ thay đổi một chút dựa trên cách nhà sản xuất chế tạo thân của đầu dò và vật liệu cách điện được sử dụng. Nhưng với phạm vi rộng đó; bạn có thể thấy lý do tại sao nó có thể xử lý hầu hết mọi ứng dụng…

Cặp nhiệt điện Type-K được làm từ hợp kim kim loại Chromel và Alumel .

Khi chúng tôi đốt nóng dây dẫn; bạn sẽ nhận thấy rằng các điện tử trong dây Chromel không chuyển động xung quanh nhiều như các điện tử trong dây Alumel.

Trong một khoảng thời gian rất ngắn; bạn có thể thấy dây Alumel có nhiều electron thu thập hơn ở đầu tiếp xúc lạnh… đầu lạnh hơn… có nghĩa là dây Alumel sẽ mang điện tích âm so với dây Chromel.

Sự khác biệt về điện tích này; còn được gọi là điện áp, có thể được đo.

Thermocouple voltage

Nhiệt tác dụng lên dây kim loại càng nhiều; thì các êlectron càng muốn chuyển động xung quanh và càng thoát ra khỏi nhiệt.

Với hai loại dây kim loại khác nhau; hiệu điện thế sẽ tăng và giảm theo sự thay đổi nhiệt tại điểm phát hiện.

Thermocouple voltage change

Điện áp của cặp nhiệt điện rất nhỏ. Sự thay đổi thực tế của điện áp trên mỗi độ C là rất nhỏ. Ví dụ, đối với Loại K, sự thay đổi là khoảng 41 µV / °C. Ngoài ra, điều thú vị là tất cả các điện áp T / C đều là 0 mv ở 0 °C.

Bảng tra nhiệt type k

Bởi vì các nhà sản xuất cặp nhiệt điện lựa chọn cẩn thận các hợp kim kim loại khi họ chế tạo cặp nhiệt điện. Nên bất kỳ ai cũng có thể chuyển đổi các điện áp đó thành nhiệt độ bằng cách sử dụng các phép tính tiêu chuẩn.

Trên thực tế; hầu hết các nhà sản xuất sẽ cung cấp một số biểu đồ điện áp đến nhiệt độ để bạn có thể biết rõ về sự chênh lệch nhiệt độ; giữa các điểm giao nhau nóng và lạnh.

type-k

Cách chọn cặp nhiệt điện

Có nhiều loại cặp nhiệt độ khác nhau. Hầu hết các nhà sản xuất đều có hướng dẫn lựa chọn để giúp bạn quyết định mua gì.

Ngoài ra, hầu hết các nhà sản xuất uy tín cũng sẽ có các chuyên gia hỗ trợ kỹ thuật sẵn sàng hướng dẫn bạn; qua một loạt câu hỏi để giúp chọn đúng loại cặp nhiệt điện cho ứng dụng của bạn.

1. Phạm vi và độ chính xác

Bạn sẽ cần phải xem xét những thứ như phạm vi nhiệt độ; bạn đang cố gắng đo và độ chính xác bạn muốn có.

Điều này sẽ giúp thu hẹp hai dây kim loại khác nhau mà bạn cần sử dụng. Loại cặp nhiệt điện dựa trên loại kim loại được sử dụng trong dây cảm biến.

Cách chọn cặp nhiệt điện

Type-K

Như chúng tôi đã đề cập trước đây, cặp nhiệt điện Type-K được làm từ dây hợp kim Chromel và Alumel . Nó có thể được sử dụng để đo nhiệt độ từ khoảng -330 ° F đến hơn +2460 ° F. Phạm vi nhiệt độ đó có thể bao gồm một loạt các ứng dụng.

Bạn cần lưu ý rằng độ chính xác của cặp nhiệt điện Type-K; có thể chỉ khoảng cộng hoặc trừ 5 ° F trên toàn bộ phạm vi. Đôi khi điều đó tốt, nhưng đôi khi cần chính xác hơn.

Cặp nhiệt điện loại K

Cặp nhiệt điện Type T

Nếu bạn đang xem xét một ứng dụng đông lạnh cần độ chính xác cao hơn. Nhưng bạn không cần lo lắng về nhiệt độ cao, bạn có thể xem xét một cặp nhiệt điện Type-T.

Một cặp nhiệt điện Kiểu T được làm từ một dây đồng và một dây Đồng-Niken. Cặp nhiệt độ Type-T thường chính xác trong phạm vi một hoặc hai độ… do đó; chúng chính xác gấp đôi so với cặp nhiệt độ Type-K.

Cặp nhiệt điện Type-T thường có thể đo thậm chí thấp hơn -330 ° F; nhưng đầu trên của dải thường chỉ hơn 600 ° F. Chúng chính xác hơn nhưng có phạm vi đo lường hạn chế hơn.

Cặp nhiệt điện loại T

Đây là những đánh đổi phổ biến đối với cặp nhiệt điện. Các cặp kim loại có thể làm được nhiều việc hơn thường kém chính xác hơn… một loại kích thước của tất cả các giao dịch nhưng không có trường hợp nào là chủ. Nếu bạn muốn độ chính xác cao hơn, bạn cần những kim loại đắt tiền hơn hoặc bạn cần thu hẹp phạm vi nhiệt độ.

2. Kiểu dáng cặp nhiệt điện

Dây xoắn.

Ngoài các LOẠI cặp nhiệt độ khác nhau, còn có các KIỂU DÁNG khác nhau.

Nhiều ứng dụng để đo nhiệt độ có thể thoát khỏi chỉ với việc sử dụng dây cặp nhiệt điện với các đầu được xoắn lại với nhau.

Trong trường hợp đó, cần phải cẩn thận để bảo vệ dây khỏi rung động hoặc hư hỏng vật lý, nhưng khả năng chỉ sử dụng một cặp dây mềm có thể giải quyết rất nhiều thách thức cơ học với việc lấy vị trí điểm phát hiện trong khu vực bạn cần đo.

Vỏ bọc bảo vệ

Trong trường hợp muốn bảo vệ nhiều hơn một chút, các dây được bọc trong một đầu dò, chỉ là một số loại vỏ bảo vệ và một số vật liệu cách điện để giúp bảo vệ dây.

Các đầu dò cặp nhiệt điện có kiểu Không bao quanh , Nối đất và Tiếp xúc . Kiểu đầu dò cặp nhiệt độ bạn chọn cũng sẽ dựa trên ứng dụng của bạn.

Cặp nhiệt có vỏ bọc bảo vệ

Cặp nhiệt điện mối nối tiếp xúc là khi các dây cảm ứng được nối với nhau vượt ra ngoài phần cuối của vỏ bọc đầu dò.

Cặp nhiệt điện tiếp xúc có thời gian phản ứng nhanh nhất với sự thay đổi nhiệt độ, nhưng vì tiếp giáp cảm ứng tiếp xúc nên dễ bị vỡ hơn. Các đầu dò này thường được sử dụng để đo các chất khí.

Đối với chất ăn mòn và chất lỏng, cặp nhiệt điện được nối đất hoặc không có xung quanh hoạt động tốt nhất.

2) Đầu dò nối đất là khi điểm nối cảm biến tiếp xúc trực tiếp với phần cuối của vỏ bọc.

Điều này làm cho sự truyền nhiệt ở cuối vỏ bọc nhanh hơn, giúp cải thiện thời gian đáp ứng của cặp nhiệt điện, nhưng nó cũng làm cho dây cảm ứng dễ bị nhiễu điện hơn như các vòng nối đất. Điều này có thể làm mất đi độ chính xác của đầu dò nối đất.

3) Một đầu dò không được bao quanh là khi mối nối cảm biến được nối ngay bên trong đầu của đầu dò. Điều này có nghĩa là có một lớp vật liệu cách điện nhỏ giữa điểm nối cảm biến và đầu của đầu dò.

Nó cách điện cho dây cảm ứng khỏi nhiễu điện, nhưng sự truyền nhiệt chậm hơn do làm bằng vật liệu cách điện. Vì vậy, một đầu dò không có xung quanh có xu hướng chính xác hơn, nhưng phản hồi chậm hơn.

Như đã thảo luận, độ chính xác của cặp nhiệt điện rất nhạy cảm với các loại kim loại được sử dụng trong hệ thống dây điện. Thật không may, điều này làm cho việc cài đặt trong một ứng dụng công nghiệp trở nên khó khăn.

Vì sao cặp nhiệt điện dùng dây bù nhiệt

Một vấn đề mà bạn cần phải giải quyết là một cái gì đó được gọi là Cold Junction Compensation .

Trước đó trong bài viết này, chúng tôi đã nói rằng tín hiệu của cặp nhiệt điện dựa trên sự khác biệt về nhiệt độ giữa điểm nối nóng và lạnh. Nhưng chúng ta cần thực hiện một hiệu chỉnh tín hiệu nhỏ để chuyển chênh lệch nhiệt độ đó thành nhiệt độ tuyệt đối.

dây bù nhiệt

Ví dụ: nếu nhiệt độ trong lò phản ứng là 700 ° F, nhưng nhiệt độ môi trường bên ngoài tại vị trí của mối nối lạnh của dụng cụ đo lường là 70 ° F, milivolt của cặp nhiệt điện sẽ chỉ hiển thị nhiệt độ 664 ° F.

Tệ hơn nữa, khi nhiệt độ môi trường lên xuống trong ngày và đêm, số đọc đo được có thể thay đổi, ngay cả khi nhiệt độ lò phản ứng không đổi.

Mô phỏng cặp nhiệt điện

May mắn thay, hầu hết các thiết bị đo lường có thể thực hiện bù điểm lạnh… hoặc với thiết bị tích hợp tiêu chuẩn hoặc với phần bổ sung bù điểm nối lạnh tùy chọn  .

Các bộ phận bù điểm nguội đo nhiệt độ của kim loại tại các đầu nối dây của điểm lạnh và sau đó thực hiện hiệu chỉnh tính toán tín hiệu.

Bằng cách đó, bây giờ lò phản ứng sẽ đọc đúng 700 ° F, và số đọc sẽ không thay đổi… ngày hay đêm… miễn là nhiệt độ của lò phản ứng không thay đổi. Vì vậy, đối với hầu hết các phần, bù giao nhau lạnh là khá dễ dàng để giải quyết.

Cặp nhiệt điện có bù nhiệt

Giám sát nhiệt độ từ xa

Dây mở rộng và thiết bị đầu cuối

Nếu bạn cần kéo dài hệ thống dây điện của cặp nhiệt điện, bạn phải sử dụng một thứ gọi là dây nối dài cặp nhiệt điện để giảm số lượng lỗi.

Cố gắng nối dây tín hiệu bằng đồng tiêu chuẩn hoặc thậm chí sử dụng các khối đầu cuối tiêu chuẩn để mở rộng tín hiệu cặp nhiệt điện có thể tạo ra các điểm nối nguội bổ sung  trong mạch và gây ra nhiều lỗi tín hiệu hơn.

Nối dây cặp nhiệt điện

Dây nối dài của cặp nhiệt điện được bán theo Loại… giống như cặp nhiệt điện.

Dây nối của cặp nhiệt điện được cấu tạo bằng các loại kim loại giống như của cặp nhiệt điện, vì vậy khi cần nối dài mạch điện, phải sử dụng dây nối dài của cặp nhiệt điện cùng loại với cặp nhiệt điện.

Tương tự như vậy, nếu bạn cần sử dụng các khối đầu cuối để kết nối hệ thống dây điện, các khối đầu cuối phải được làm bằng cùng loại kim loại với các dây riêng lẻ.

Nếu bạn có cặp nhiệt điện Type-K, bạn cần sử dụng dây nối dài Type-K và các khối đầu cuối đặc biệt làm bằng Chromel và Alumel.

Việc cố gắng kéo dài một cặp nhiệt điện bằng dây đồng tiêu chuẩn sẽ dẫn đến sai số trong phép đo vì các chuyển động của electron sẽ bị gián đoạn bởi các kim loại khác nhau.

Vì sao nên sử dụng bộ chuyển đổi nhiệt độ?

Không nên chạy dây nối dài của cặp nhiệt điện trên một khoảng cách xa do độ nhạy của tín hiệu với nhiễu điện.

Nếu bạn đang cố gắng đi xa hơn 50 đến 100 ft, bạn cần cân nhắc sử dụng bộ truyền nhiệt độ có thể chuyển đổi tín hiệu milivôn sang loại tín hiệu khác chẳng hạn như 4-20mA.

Sử dụng transmitter nhiệt độ

Nếu bạn có nhiều phép đo nhiệt độ cần thực hiện ở một vị trí từ xa, giá đỡ I / O từ xa từ PLC của bạn có thể trở thành một lựa chọn tốt.

đầu dò nhiệt độ k

Các ứng dụng cặp nhiệt điện trong công nghiệp

Hãy xem hai ví dụ khác nhau. Đầu tiên, chúng tôi có một kho lạnh ở một đầu của một cơ sở công nghiệp. Phòng điều khiển hoặc giá đỡ chính của hệ thống điều khiển tập trung hơn nằm cách đó vài trăm bộ.

Một nhà kho lạnh đơn giản có thể không đòi hỏi nhiều tự động hóa, nhưng bạn có thể cần đảm bảo nhiệt độ bên trong kho vẫn lạnh.

Nếu sử dụng dây nối dài của cặp nhiệt điện, loại này rẻ tiền, nhưng bây giờ bạn biết mức tín hiệu của cặp nhiệt điện không thể chạy một quãng đường dài. Vậy bây giờ bạn phải làm gì?

Bạn có thể lắp đặt giá đỡ I / O từ xa từ hệ thống PLC, sau đó đặt thẻ I / O cặp nhiệt điện vào giá đỡ từ xa, nhưng giá đỡ và thẻ I / O có thể bắt đầu làm tăng chi phí tổng thể của giải pháp.

Thay vào đó, bạn có thể mua một bộ truyền nhiệt độ rẻ tiền có thể chuyển đổi tín hiệu milivôn từ cặp nhiệt điện thành tín hiệu 4-20mA tiêu chuẩn để có thể dễ dàng di chuyển trên một khoảng cách lớn hơn với khả năng chống nhiễu điện cao hơn.

Đo nhiệt độ kho lạnh

Ứng dụng trong hệ thống HVAC

Điều gì sẽ xảy ra nếu bạn cần thực hiện nhiều phép đo tại cùng một nhà kho. Điều gì sẽ xảy ra nếu có nhiều khu vực HVAC trong tòa nhà cần được tối ưu hóa để giảm chi phí năng lượng.

Bây giờ, với một số phép đo cần thực hiện, việc phải mua nhiều bộ phát để chuyển đổi tín hiệu có thể tốn kém hơn giá đỡ I / O từ xa…

Ứng dụng cặp nhiệt điện HVAC

Cặp nhiệt điện là một giải pháp tốt để đo nhiệt độ, miễn là bạn làm trước một số bài tập về nhà về ứng dụng của mình và chú ý đến một số thách thức có thể xảy ra.

Vì vậy, hy vọng bạn đã thích thú khi đi dạo qua thế giới của cặp nhiệt độ. Mặc dù khoa học về cách các electron di chuyển qua kim loại có vẻ phức tạp đối với người bình thường, nhưng việc tận dụng lợi thế của việc kết nối hai dây kim loại khác nhau với nhau để thực hiện phép đo nhiệt độ khá đơn giản và không tốn kém.

Tóm lại

Có những loại cảm biến nhiệt độ khác có thể được sử dụng để giải quyết các thách thức về cài đặt, chẳng hạn như RTD…

Cảm ơn các bạn đã truy cập website của chúng tôi. Nguồn bài viết reapars.com. Mình biên soạn lại hy vọng các bạn hiểu hơn về cặp nhiệt điện là gì. Quý khách có nhu cầu mua thiết bị đo nhiệt độ hãy liên hệ ngay với tôi nhé !

Nhân viên kỹ thuật & SEO

Nguyễn Long Hội

Mobi: 0939.266.845

Email: hoi.nguyen@huphaco.vn

Web: cambiendoapsuat.vn