Cặp nhiệt điện là một thiết bị điện áp cho biết nhiệt độ bằng cách đo sự thay đổi điện áp. Nó bao gồm hai kim loại khác nhau: mở và đóng. Các kim loại này hoạt động theo nguyên tắc hiệu ứng nhiệt điện. Khi hai kim loại khác nhau tạo ra một điện áp, thì sự khác biệt nhiệt tồn tại giữa hai kim loại. Khi nhiệt độ tăng, điện áp đầu ra của cặp nhiệt điện cũng tăng.
Cảm biến cặp nhiệt điện này thường được niêm phong bên trong tấm chắn gốm hoặc kim loại bảo vệ nó khỏi các môi trường khác nhau. Một số loại cặp nhiệt điện phổ biến bao gồm K, J, T, R, E, S, N và B. Loại cặp nhiệt điện phổ biến nhất là cặp nhiệt điện loại J, T và K
Hình ảnh cặp nhiệt điện
Nguyên lý hoạt động của cặp nhiệt điện
Ảnh hưởng của nhiệt độ đến mối nối giữa hai kim loại khác nhau tạo ra một điện áp nhỏ. Một trong những loại cảm biến nhiệt đơn giản nhất là cặp nhiệt điện, chúng hoạt động dựa vào một nguyên lý được gọi là hiệu ứng Seebeck.
Một cặp nhiệt điện bình thường gồm hai dây kim loại khác nhau, mỗi dây được chế tạo từ một kim loại đơn chất hay hợp kim. Hai dây này được nối lại với nhau tại một đầu tạo thành điểm đo, thông thường được gọi là điểm nóng, bởi vì phần lớn nhiệt độ được đo cao hơn nhiệt độ môi trường. Hai đầu còn lại của hai dây được nối tới dụng cụ đo để tạo thành mạch kín cho dòng điện chạy qua, dụng cụ đo này sẽ đo mức điện áp được tạo ra tại điểm nối và chuyển đổi nó thành giá trị nhiệt độ tương ứng.
Hình ảnh cặp nhiệt điện
Cấu trúc cặp nhiệt điện
Thường các dây của cặp nhiệt điện được đặt trong một ống thép không rỉ mỏng hoặc trong một lớp vỏ để bảo vệ chúng khỏi bị ăn mòn hóa học hoặc bị phá hủy vật lý. Chiều dài của ống hoặc vỏ có thể thay đổi từ vài in đến 30 feet hoặc hơn. Đường kính thông thường là ¼ in, tuy nhiên, nếu ống chứa nhiều cặp nhiệt điện, kích thước của nó có thể lên tới 1 in. Ống bảo vệ thường được lót một lớp gốm sứ để giữ cho dây cặp nhiệt điện khỏi chạm với các phần tử khác. Điều quan trọng phải nhớ là cặp nhiệt điện chỉ đo nhiệt độ tại điểm nối của hai dây kim loại. Với cặp nhiệt điện đơn, điểm đo nằm ở đầu mút. Khi sử dụng nhiều cặp nhiệt điện, chúng có thể được lắp đặt tại đầu mút của ống bảo vệ để thực hiện nhiều phép đo cùng một giá trị; hoặc chúng có thể được đặt dọc trong ống bảo vệ.
Hình ảnh cấu tạo cặp nhiệt điện
Những ưu điểm và giới hạn của cặp nhiệt điện
Cặp nhiệt điện rẻ tiền, kích thước nhỏ, chắc chắn, tiện lợi và linh hoạt, dải đo rộng, khả năng ổn định có thể chấp nhận, có thể tái sản xuất, chính xác và nhanh. Điện áp do chúng tạo ra độc lập với chiều dài và đường kính dây. Trong khi RTD thì chính xác và ổn định hơn, nhiệt trở thì nhạy hơn, cặp nhiệt điện là cảm biến kinh tế nhất và chúng có thể đo được nhiệt độ cao nhất.
Nhược điểm chính của cặp nhiệt điện là tín hiệu ra nhỏ. Điều này làm cho nó nhạy với nhiễu điện và bị giới hạn đối với những ứng dụng dải đo tương đối rộng. Nó không tuyến tính, và việc chuyển đổi điện áp ngõ thành giá trị nhiệt độ không đơn giản như những thiết bị đo trực tiếp. Các cặp nhiệt điện luôn luôn cần đến bộ khuếch đại, và việc hiệu chuẩn chúng có thể thay đổi bởi vì sự nhiễm bẩn, sự thay đổi thành phần do quá trình ôxi hóa bên trong. Cặp nhiệt điện không thể sử dụng ở trạng thái dây trần trong chất lỏng dẫn điện, và nếu dây của nó không đồng nhất, điều này có thể tạo ra những điện áp mà rất khó phát hiện.
Quy trình hiệu chuẩn cặp nhiệt điện công nghiệp theo ĐLVN 161:2005
Bước 1: Kiểm tra bên ngoài
- Ký, nhãn hiệu ghi trên thiết bị chỉ thị nhiệt độ hiện số phải rõ ràng, bao gồm: loại chỉ thị, thang chia độ, phạm vi đo, cấp chính xác, cơ sở sản xuất, số sản xuất,..
- Vỏ bảo vệ không được có những hư hỏng nhìn thấy như bẹp, vỡ, hỏng…
- Các dây cặp nhiệt điện không bị xoắn, gẫy, chập hoặc bị đứt. Mối hàn đầu làm việc của cặp nhiệt điện phải bóng nhẵn, không bị rỗ hoặc có hiện tượng sử dụng quá nhiệt
- Các ống sứ bảo vệ cách điện giữa 2 dây phải đầy đủ, không bị vỡ, đầu đấu dây cặp phải chắc chắn, không bị han gỉ.
Bước 2: Kiểm tra kỹ thuật
Kiểm tra điện trở cách điện giữa vỏ bảo vệ bằng kim loại với dây cặp nhiệt điện bằng megommet; khi kiểm tra, một cực của megommet nối với vỏ bảo vệ, cực kia nối với các đầu dây cặp được đấu tắt với nhau của nhiệt kế; điện trở cách điện phải thỏa mãn không nhỏ hơn 2MΩ
Bước 3: Kiểm tra đo lường
Cặp nhiệt điện công nghiệp được kiểm tra đo lường theo trình tự, nội dung, phương pháp và các yêu cầu sau đây:
- Nhiệt độ đầu tự do của cặp nhiệt điện cần hiệu chuẩn phải được giữ không đổi ở 00C, nếu giữ ở nhiệt độ khác 00C thì phải hiệu chính giá trị sức nhiệt điện động.
- Nếu sử dụng cặp nhiệt điện kim loại quý (loại S,R hoặc B) làm chuẩn phải sử dụng ống sứ bảo vệ và bó cùng với các cặp nhiệt điện cần hiệu chuẩn sao cho các đầu làm việc của chúng nằm trên cùng một mặt phẳng tiết diện, được nhúng cùng chiều sâu nhúng trong bình điều nhiệt hoặc nhúng đến tâm lò hiệu chuẩn.
- Kiểm tra đo lường được thực hiện bằng cách xác định giá trị sức nhiệt điện động của cặp nhiệt điện cần hiệu chuẩn tại điểm nhiệt độ kiểm tra thể hiện bởi nhiệt kế chuẩn.
- Số điểm nhiệt độ hiệu chuẩn phải được chia đều, không ít hơn 8 điểm trong dải nhiệt độ cần hiệu chuẩn, hiệu chuẩn từ điểm thấp nhất đến điểm cao nhất
- Đặt nhiệt độ của thiết bị tạo môi trường nhiệt độ tương ứng với điểm kiểm tra thấp nhất, khi nhiệt độ duy trì trạng thái ổn định, tiến hành đo và ghi giá trị của nhiệt kế chuẩn và cặp nhiệt điện cần hiệu chuẩn
Bước 4: Xử lý kết quả
- Tính toán độ không đảm bảo đo
- Thiết bị sau khi hiệu chuẩn được dán tem, cấp giấy chứng nhận kết quả hiệu chuẩn.
- Chu kỳ hiệu chuẩn cặp nhiệt điện được khuyến nghị là 1 năm.
Quý khách có nhu cầu kiểm định, hiệu chuẩn thiết bị, vui lòng liên hệ theo địa chỉ:
Trung tâm Kiểm định Hiệu chuẩn Vùng 3
Địa chỉ: Số 69, đường số 8, phường An Khánh, Tp. Thủ Đức, Tp.HCM
Văn phòng GD và phòng thí nghiệm: Đường DX17, Phú Thọ, Phú Chánh, TX. Tân Uyên, Bình Dương.
Điện thoại (028) 9999 0979 - Email: kd@kiemdinhvung3.com
Ms. Thư - 0916 620 738 - Email: ntathu@kiemdinhvung3.com