Cặp nhiệt điện loại K

Trong những ứng dụng cần nhiệt độ cao thông thường ta sẽ không thể dùng được cảm biến nhiệt độ pt100. Bởi vì thang đo lớn nhất của Pt100 chỉ vào khoảng 850 độ C trở lại. Mà khi đó, người ta sẽ cần đến cặp nhiệt điện. Mà cụ thể nhất là cặp nhiệt điện loại K đối với những thang đo nhiệt độ dưới 1200 độ C.

Có thể nói là loại cặp nhiệt điện này gần như được sử dụng rộng rãi nhất hiện nay bởi giá thành tương đối thấp, dải nhiệt rộng (max 1200 độ C) nên được dùng trong các ứng dụng như nung gốm, lò hơi, ….

Vậy thì để chọn được một cây cặp nhiệt điện ổn nhất, bạn cần quan tâm những gì? Và những lưu ý khi sử dụng loại thiết bị dò nhiệt độ này ra sao?

Hãy cùng mình tìm hiểu trong bài viết sau!

Đầu tiên, ta sẽ cùng tìm hiểu sơ qua một vài những định nghĩa sau:

Cặp nhiệt điện là gì?

Thật ra thì tên tiếng Anh của nó là thermocopule. Trong đó thermo là nhiệt độ, couple là cặp. Vì thế cái tên cặp nhiệt điện là được dịch sát nghĩa ra từ tên Tiếng Anh của nó (thermocouple).

Ngoài tên này, người ta còn gọi là can nhiệt, cặp nhiệt ngẫu, hoặc gọi thẳng tên tiếng Anh là thermocouple.

Có thể hiểu đơn giản thì đây là một loại thiết bị đo nhiệt độ chuyên dùng cho các ứng dụng từ 850 độ C trở lên. Đặc biệt, nó cực kỳ thích hợp cho các ứng dụng có nhiệt độ tăng cao liên tục và tăng/giảm đột ngột như trong các lò luyện thép, lò nung gốm, lò hơi….

Cặp nhiệt điện khác cảm biến nhiệt độ pt100 ra sao?

Xét về bản chất thì 2 loại này là hoàn toàn khác nhau. Mặc dù mục đích chung của 2 loại đều là dùng để đo nhiệt độ.

Trong đó, ta có một vài điểm khác nhau giữa 2 loại này như sau:

• Cặp nhiệt điện có tín hiệu đầu ra dạng mV (dạng điện áp). Còn đối với cảm biến pt100, tín hiệu đầu ra là dạng ohm (điện trở).
• Cảm biến pt100 thường sẽ có 2 dây, 3 dây, 4 dây hoặc 6 dây. Nhưng cặp nhiệt điện chỉ có duy nhất 2 dây kết nối.
• Cặp nhiệt điện thường dùng cho mức nhiệt độ từ 850 độ C. Trong khi Cảm biến nhiệt độ Pt100 lại được dùng chủ yếu cho mức nhiệt 850 độ C trở lại.
• Độ chính xác của cặp nhiệt điện thấp hơn loại Cảm biến pt100 rất nhiều.

Cặp nhiệt điện có bao nhiêu loại?

Để phân biệt được các loại cặp nhiệt điện, ta sẽ có 2 tiêu chí chính để phân loại như sau:

Về thang đo: ta sẽ có các loại cặp nhiệt điện loại K, J, R, S , B,… Mỗi loại can nhiệt sẽ có 1 mức nhiệt khác nhau.

Ví dụ như:

Cặp nhiệt điện loại K sẽ có thang đo 1200 độ C trở lại. Còn loại R,S sẽ có thang đo 1600 độ C trở lại.

Đối với loại B, thang nhiệt độ có thể đo được max 1700 độ C.

Về hình dạng bên ngoài, ta sẽ có 2 loại chính: loại que và loại dây. Loại dây thì thường chỉ đo được nhiệt độ khoảng 400 độ C trở lại mà thôi.

Vì sao cặp nhiệt điện loại K phổ biến nhất?

Sẽ không sai khi nói rằng can nhiệt loại K là loại cặp nhiệt điện sử dụng phổ biến nhất hiện nay.

Vì sao?

Đơn giản là vì giá thành nó khá là dễ chịu. 1 cây can nhiệt K giá chỉ tầm vài triệu trở lại. So với các loại cặp nhiệt điện loại R,S,B giá có thể lên đến vài chục triệu 1 cây.

Thứ 2 nữa là vì thang đo nhiệt độ. Can nhiệt loại K có khả năng đo nhiệt độ max 1200 độ C. Đây là một mức nhiệt phổ biến trong nhà máy. Ngoài ra, để đo được mức nhiệt 1600 độ C hoặc 1700 độ C thì nó sẽ là một câu chuyện rất khác.

Các loại cặp nhiệt điện loại K:

Có bao nhiêu loại cặp nhiệt điện loại K?

Thực tế thì có 3 loại cặp nhiệt điện K tùy theo vật liệu cấu tạo: loại bằng sứ, bằng kim loại hoặc dây can nhiệt K. Ở đây là những loại phổ biến thường gặp nhất trên thị trường. Vì nếu đi vào từng ứng dụng, ta sẽ có rất rất nhiều loại.

Để phân loại dễ hơn về các loại can nhiệt, mình sẽ đi vào chi tiết hơn về các loại cặp nhiệt điện loại K như sau:

Cặp nhiệt điện loại K vật liệu AISI 310:

Loại cặp nhiệt điện K này có thang đo max là 1100 độ C. Là dòng phổ thông nhất trong các loại can nhiệt K.

Cần nói thêm, vật liệu AISI 310 là một loại thép không gỉ tương tự như AISI 304 hoặc AISI 316. Loại vật liệu này có chứa tối thiểu 7% nicken, 16% crôm, carbon (C) 0.08% max.

Chính vì thành phần như vậy nên làm cho loại thép này có khả năng chịu ăn mòn cao trong phạm vi nhiệt độ khá rộng, không bị nhiễm từ, mềm dẻo, dễ uốn, dễ hàn.

Loại cảm biến nhiệt này là loại đầu dò (head-mounted). Cấu tạo gồm 1 phần đầu kích thước lớn và 1 que dò.

Một vài thông số của loại này như sau:

• Thang đo: 1100 độ C max
• Chiều dài que dò: đa dạng, chuẩn thường là 200mm, 300mm, 400mm
• Đường kính que dò: có các chuẩn cơ bản như 6mm, 8mm, 10mm, 13mm, 17mm, 21mm
• Ren kết nối: đây là loại cặp nhiệt điện có phần ren vặn. Một số loại ren chuẩn như: G1/8”, G1/4”, G3/8”, G1/2”.

Cặp nhiệt điện loại K vật liệu INCONEL 600:

Nhiệt độ tối đa mà loại cặp nhiệt điện này có thể đo được là 1200 độ C. Vật liệu cấu tạo của nó cũng tương tự như các loại can nhiệt khác; chỉ khác là nó sẽ có lớp vỏ ngoài bảo vệ được làm bằng vật liệu INCONEL 600.

INCONEL 600 là một loại vật liệu có thành phần chính là Nickel và Crom. Trong đó Nickel sẽ có tác dụng giúp chống lại các tác động của môi trường như nứt, gãy…. 

Vì thế nên hợp kim INCONEL là một vật liệu chịu được ăn mòn và ôxi hóa trong môi trường làm việc khắc nghiệt. Khi bị nung nóng, Inconel trở nên vững chắc, và lớp ôxít hình thành bảo vệ bề mặt khỏi các tác động môi trường. Inconel bền vững với một tầm nhiệt độ cao và rộng hơn nhiều so với các vật liệu như thép hay nhôm.

Một vài những thông số của loại này như sau:

• Thang đo: max 1200 độ C
• Chiều dài que dò: 580mm
• Đường kính que dò: 21mm
• Ren kết nối: không

Cặp nhiệt điện loại K bọc sứ:

Mang tính thẫm mỹ nhiều hơn nhất trong các dòng can nhiệt loại K chính là loại can nhiệt K bọc sứ.

Bên ngoài cảm biến được bọc một lớp vật liệu Ceramic 610. Đây là một lớp vỏ bằng sứ có khả năng chịu được nhiệt độ tối đa 1200 độ C.

Một vài thông số của loại này như sau:

• Thang đo: max 1200 độ C
• Chiều dài que dò: bao gồm 2 phần: phần inox dài 150mm và phần sứ.
• Đường kính phần que bằng sứ là 15mm, đường kính phần inox là 21mm.
• Ren kết nối: không.

Cặp nhiệt điện K loại dây:

Cũng giống như cảm biến nhiệt độ pt100, cặp nhiệt điện cũng có loại dây.

Ứng dụng của loại dây chủ yếu là để lắp tại cái vị trí có diện tích nhỏ. Bởi vì cấu tạo của nó chỉ gồm 1 que dài và 1 phần dây cáp (thông thường dài 2m).

Và bởi vì có cấu tạo đơn giản như vậy nên thang nhiệt của loại này không cao lắm. Nhiệt độ đo được của nó chỉ vào khoảng vài trăm độ C trở lại.

Những lưu ý khi chọn mua cặp nhiệt điện:

Sau khi đã tìm hiểu về các loại cặp nhiệt điện K, ta sẽ cùng tìm hiểu về những lưu ý khi chọn mua 1 cây can nhiệt theo đúng thông số và yêu cầu.

Bởi vì cặp nhiệt điện là thiết bị thường xuyên làm việc với mức nhiệt độ cao. Nhiệt độ làm việc của nó luôn ở mức ngưỡng trên 1000 độ C. Chính vì vậy, để chọn mua, ta cần phải đặc biệt lưu ý đến thang đo nhiệt.

Và một vài những thông số khác nữa mà mình sẽ đề cập bên dưới:

Thang đo nhiệt độ:

Như mình đã đề cập phía trên, cặp nhiệt điện là loại thiết bị luôn hoạt động ở ngưỡng trên 1000 độ C. Chính vì vậy, khi chọn mua, ta đặc biệt cần lưu ý đến thang đo.

Một vài gợi ý nhỏ của mình như sau:

Với tầm nhiệt độ 1100 độ C trở xuống, chọn loại can nhiệt K vật liệu AISI 310.

Còn với nhiệt độ tối đa 1200 độ C, có thể chọn loại can nhiệt K bọc sứ, INCONEL 600.

Với mức nhiệt độ trên 1200 độ C đến 1600 độ C, ta có thể chọn cặp nhiệt điện loại S, R.

Mức nhiệt 1600 độ C đến 1700 độ C, ta chọn cặp nhiệt điện loại B.

Ta nên chọn đúng thang đo, bởi vì dưới 1200 độ C thì giá thành nó sẽ tương đối dễ chịu. Còn với mức nhiệt từ 1200 độ C trở lên, giá thành sẽ khá là cao.

Vật liệu cấu tạo:

Với nhiệt độ tầm 1100 độ C, can nhiệt K loại bình thường (làm bằng Inox 310) là mức lựa chọn lý tưởng.

Nhiệt độ max 1200 độ C, ta chọn loại INCONEL 600 hoặc sứ. Nếu muốn tăng độ thẫm mỹ, có thể dùng loại sứ. Còn nếu bạn thích kiểu chắc chắn, có thể dùng loại INCONEL 600.

Bởi vì loại bọc sứ, nếu bạn vận chuyển hoặc lắp đặt không cẩn thận, có thể va đập làm vỡ lớp sứ bảo vệ.

Can nhiệt kết nối ren hay mặt bích?

Đối với loại cặp nhiệt điện K thông thường, ta sẽ dùng loại kết nối ren để vặn vào.

Còn đối với loại cặp nhiệt điện K bằng ICONEL 600 hoặc loại bọc sứ, ta phải dùng loại kết nối mặt bích.

Có cần chuyển đổi tín hiệu nhiệt độ sang 4-20mA hoặc ModBUS?

Như ta đã biết, tín hiệu output của cặp nhiệt điện là dạng áp (mV). Đây là dạng tín hiệu rất nhỏ và rất dễ bị nhiễu khi truyền đi trong nhà máy. Đặc biệt là trong trường hợp nhà máy có nhiều biến tần hoặc mô tơ công suất lớn.

ĐIều dễ nhận biết nhất của việc nhiễu tín hiệu là tín hiệu khi đưa về các bộ đọc nhiệt độ hoặc bộ điều khiển nhiệt độ sẽ bị chập chờn, lúc có lúc không. Hoặc nặng hơn nữa là tín hiệu tăng/giảm liên tục.

Và giải pháp để khắc phục việc này là ta sẽ chuyển tín hiệu mV của cặp nhiệt điện sang dạng tín hiệu khác ổn định hơn.

Thứ nhất là tín hiệu dạng analog như 4-20mA hoặc 0-10V. Đây là 2 tín hiệu không bị nhiễu khi truyền đi xa.

Trên thị trường hiện nay có rất nhiều các bộ chuyển đổi này. Bạn có thể tham khảo thêm sản phẩm của hãng Seneca như T121, Z170REG-1 hoặc Z109REG2-1. Có thể tham khảo thêm tại địa chỉ:

Bộ chuyển đổi tín hiệu nhiệt độ

Thứ hai là tín hiệu dạng ModBUS. Đây là dạng tín hiệu đang dần được sử dụng rộng rãi hiện nay. Ưu điểm của nó là khả năng truyền tín hiệu đi rất xa, lên đến 1200m. Nếu như ở tín hiệu analog, khoảng cách truyền đi chỉ vài trăm m thì rõ ràng ModBUS truyền đi được rất xa.

Có thể tham khảo thêm bộ chuyển đổi cặp nhiệt điện sang ModBUS tại địa chỉ:

Bộ chuyển đổi can nhiệt ra ModBUS RTU

Trên đây là những chia sẻ của mình về cặp nhiệt điện loại K.

Hy vọng bài viết đã cung cấp cho bạn những thông tin bổ ích.

Cần tìm hiểu thêm về sản phẩm, có thể liên hệ với mình theo thông tin liên hệ bên dưới.

Xin cảm ơn!