Can Nhiệt S Là Gì? Đặc Điểm Cấu Tạo Và Nguyên Lý Hoạt Động

Can Nhiệt S được bọc sứ bên ngoài được sử dụng để đo nhiệt độ lò nung, lò đốt rác, lò thêu với khả năng chịu nhiệt cao từ 1400-1600oC. Đối với nhiệt độ cao dưới 1200oC chúng ta có can nhiệt loại K nhưng khi quá nhiệt thì can K sẽ bị nổ hoặc chảy phần đầu dò. Can nhiệt loại S giải quyết vấn đề đo nhiệt độ cao mà can K không thể chịu được. Chúng ta cùng tìm hiểu Can Nhiệt S Là Gì ? Có đặc điểm gì qua bài viết dưới đây bạn nhé!

Can Nhiệt S Là Gì? Đặc Điểm Cấu Tạo Và Nguyên Lý Hoạt Động

Can nhiệt loại S là gì ?

Can nhiệt loại S còn được gọi là Thermocouple Type S là một loại cảm biến nhiệt độ được bọc sứ bên ngoài cho khả năng chịu nhiệt lên tới 1600oC. Can nhiệt S được sử dụng cho lò đốt, lò nung, lò hơi, luyện thép có nhiệt độ cao mà các thiết bị đo khác không thể đo được.

Can nhiệt loại S là gì ?

Đầu dò can nhiệt S được cắm trực tiếp vào vùng nhiệt cần đo, cảm biến can S sẽ đo nhiệt độ và biến đổi thành tín hiệu điện đưa về bộ hiển thị nhiệt độ hoặc trung tâm để giám sát.

Cấu tạo Thermocoupel loại S

Cảm quan bên ngoài thì đầu dò can S có thiết kế giống hoàn toàn với can K hay các loại can nhiệt loại Thermocouple khác. Tuy nhiên, điểm khác biệt nằm ở kích thước của lỏi đầu dò cảm biến, vị trí đo nhiệt độ của can S. Can nhiệt loại S được có cấu tạo thành 6 phần như sau :

Cấu tạo Thermocoupel loại S

Đầu kết nối – củ hành

Đầu kết nối điện còn được gọi là đầu củ hành, đây là phần chịu trách nhiệm chính để bảo vệ dây tín hiệu kết nối với màn hình hiển thị nhiệt độ hoặc PLC để điều khiển. Vật liệu đầu kết nối này thường được làm bằng Nhôm được sơn tĩnh điện.

Thermocouple loại S có tín hiệu ngõ ra 4-20mA sẽ được tích hợp bộ chuyển đổi nhiệt độ nằm bên trong đầu kết nối này.

Ống dẩn dây tín hiệu

Cảm quan bên ngoài chúng ta chỉ thấy một đoạn kim loại nối với phần sứ đo nhiệt. Đây là vị trí chịu nhiệt khá cao được làm bằng inox 316: hoặc Inconel hay hợp kim nhôm có khả năng chịu nhiệt cao & giúp tản nhiệt tại khu vực đo.

Bên trong là hai ống mao dẩn bảo vệ dây tín hiệu truyền lên từ đầu cảm biến. Khoảng cách của ống dẩn này phải tối thiểu 150mm để nhiệt độ được giảm nhiệt nhanh nhất có thể.

Ống dẩn dây tín hiệu

Kết nối cơ khí

Theo tiêu chuẩn thì các can S sẽ không có kết nối ren mà cảm biến sẽ thả trực tiếp vào trong lò nung. Một số trường hợp chúng ta muốn gia cố chúng ta có thể dùng thêm phị kiện mặt bích hoặc ren nối vào đoạn ống dẩn tín hiệu. Việc định vị mặt bích này khá đơn giản thông qua các vít lục giác chìm.

Sứ bảo vệ ngoài cùng

Đầu dò cảm biến được bao bọc bởi nhiều lớp sứ khác nhau. Trong đó lớp sứ ngoài cùng phải chịu được sự va đập nhẹ, có độ cứng cao & truyền nhiệt tốt vào bên trong. Chính vì thế lớp sứ bên ngoài phải có độ dày phù hợp với nhiệt độ cần đo.

Can S có hai thang đo nhiệt độ là 1350oC và 1600oC, nhiệt độ càng cao thì lớp sứ càng dày để bảo vệ đầu dò không bị cháy khi nung ở nhiệt độ cao. Vật liệu của lớp này bao gồm hợp chất : carbon – Ekatech, hỗn hợp kính cường lực, sapphire, Ekatech S được trộn với nhau tạo thành lớp Ceramic bên ngoài.

Ống bảo vệ đầu dò

Bao bọc bảo vệ đầu dò nhiệt S bên từ bên trong là một lớp seramic hỗn hợp của  : TEP, Nhôm Oxide, gốm. Phần sứ này giúp định vị cố định và bảo vệ đầu dò nhiệt thêm một lớp nữa tránh sự tác động từ bên ngoài.

Giữa hai lớp sứ này phải có một khoảng không vừa đủ để truyền nhiệt mà không ảnh hưởng tới việc giản nở của cảm biến khi đo nhiệt độ cao.

Đầu dò nhiệt độ

Lõi của cảm biến chính là đầu dò nhiệt can S được dùng để đo nhiệt độ. Cảm biến can nhiệt S chỉ đo nhiệt tại đầu dò còn các vị trí khác không hề có tác dụng gì. Phần lõi của can S có hai đường kính là phi 3.5mm hoặc 5mm

  • Đường kính 3.5mm chịu được nhiệt độ 1350oc
  • Đường kính 5.0mm chịu được nhiệt độ 1600oC

Thông qua bằng mắt thường chúng ta không thể biết được cảm biến Thermocouple S được sản xuất theo chuẩn nào mà phải dựa vào Code của sản phẩm của từng nhà sản xuất.

Nguyên lý hoạt động của can nhiệt

– Việc đo nhiệt độ bằng can nhiệt rất đơn giản nhưng vẫn thường gặp lỗi khi ứng dụng đo, nguyên nhân chính đó là:

  • Qúa nhiệt của phần tử cảm biến
  • Cách điện kém của thiết bị cảm biến
  • Phần tử cảm biến không được đặt ở độ sâu nhất định
Nguyên lý hoạt động của can nhiệt

–  Khi can nhiệt bị cắt ngang bởi dòng điện quá cao thì bộ phận cảm biến sẽ tự nóng lên trong quá trình đo. Bời vì hiệu ứng JOLE làm tăng nhiệt độ của phần tử.

– Sự tăng nhiệt độ phụ thuộc vào các yếu tố chính được sử dụng và điều kiện đo. Thông thường các thiết bị đo sử dụng nhiệt điện trở làm cảm biến đều có dòng đo rất thấp, tuy nhiên không vượt quá 1 mA.

– Để đo chính xác với can nhiệt thì quan trọng nhất là sự cách điện giữa các dây dẫn và vỏ bọc bên ngoài. Nó phải đảm bảo đủ lớn, đặc biệt là ở nhiệt độ cao.

– Ở nhiệt độ không đổi, nếu cách điện giảm đi, điện áp đo trên các phần tử cảm biến cũng sẽ giảm do đó gây ra lỗi trong phép đo. Do đó nó được đặt song song với các phần tử cảm biến.

– Điện trở cách điện có thể giảm khi đầu dò được sử dụng ở nhiệt độ quá cao, khi có rung động mạnh hoặc do ảnh hưởng của các tác nhân vật lý hay hóa học.

– Độ sâu ngâm của các phần tử cảm biến cũng rất quan trọng đối với một phép đo chính xác. Nếu độ sâu không đủ nó có thể gây ra sai số trong phép đo đến vài ºC.

⇒ Điều này là do vỏ bọc thường là kim loại, bộ phận cảm biến được bảo vệ sẽ phân tán nhiệt theo tỉ lệ chênh lệch nhiệt độ giữa vùng nóng và vùng lạnh. Do đó, cảm biến nhiệt có một dải nhiệt nằm dọc theo một phần của vỏ bọc.

Chính vì thế, độ sâu ngâm phải đủ để bộ phận cảm biến bên trong vỏ bọc không phải chịu ảnh hưởng của độ chênh lệch nhiệt độ này.

Các loại can nhiệt thông dụng

Có rất nhiều loại can nhiệt, mỗi loại sẽ có điểm đặc biệt riêng về phạm vi nhiệt độ, độ bền, chống hóa chất, khả năng chống rung, và mức độ tương thích khi ứng dụng.

Các loại can nhiệt thông dụng

Loại can nhiệt J, K, T và E là các loại cơ bản, còn can nhiệt R, S, B được sử dụng trong các ứng dụng cần đo nhiệt độ cao. Bởi vì chúng được là từ các loại kim loại quý có khả năng chịu nhiệt cao hơn.

Loại can nhiệt Chất liệu Dải đo nhiệt Đặc điểm
S Pt10%Rh – Pt -50 / 1760 – Cảm biến S bao gồm các kim loại quý (Bạch kim và Rhodium) cho phép thu được các phép đo rất chính xác. Đặc biệt chịu được ở nhiệt độ cao từ 50ºC – 1768ºC, nó thường được sử dụng trong khí quyển oxy hóa. Nó không thực sự được khuyến khích trong việc giảm khí quyển hoặc những thứ có chứa hơi kim loại. Nó được sử dụng trong thí nghiệm và để xác định ” Thang đo Nhiệt độ Quốc tế(International Temperature Scale)
R Pt13%Rh – Pt                 -50 / 1760 – Giống như cảm biến S nhưng với tỷ lệ phần trăm khác nhau của hai kim loại. Đo nhiệt độ cao từ 50ºC – 1768ºC, được ứng dụng trong công nghiệp có nhiệt độ cao và tính ổn định cũng cao.
B Pt30%Rh – Pt6%Rh 0        / 1820 –  Cặp nhiệt điện gồm các kim loại quý, do số lượng Rhodium lớn hơn so với các loại cảm biến S và R. Nó có khả năng chịu nhiệt độ cao hơn và chịu áp lực cơ học. Đo được nhiệt độ từ 0ºC -1820ºC,  được sử dụng để đo nhiệt độ cao mà các can nhiệt khác không đáp ứng được.
E Cr – Co -270 / 1000 – Cảm biến E có công suất nhiệt điện cao kết hợp cực dương của cặp nhiệt điện kiểu K và cực âm của cặp nhiệt điện kiểu J . Đặc biệt chỉ định trong khí quyển oxy hóa. Có nhiệt độ đo được từ 270ºC – 1000ºC. Được khuyến cáo sử dụng cho môi trường oxy hóa liên tục hoặc khí trơ. Sai số không ổn định khi đo nhiệt độ âm.
J Fe – Co     -210 / 1200 – Cặp nhiệt điện bao gồm cực dương sắt và cực âm (hợp kim đồng-niken). Được chỉ định để đo nhiệt độ trung bình trong việc giảm khí quyển và với sự hiện diện của hydro và carbon. Sự hiện diện của sắt gây nguy hiểm cho hoạt động của nó trong quá trình oxy hóa các quả cầu. Can nhiệt J có thể đo nhiệt độ từ 200ºC – 1200ºC. Phù hợp để sử dụng trong chân không, không khí giảm hoặc trơ.
K Cr – Al -270 / 1370 – Cặp nhiệt điện gồm các hợp kim có chứa niken. Nó phù hợp để điều chỉnh nhiệt độ cao trong môi trường oxy hóa. Không được sử dụng trong môi trường khí quyển. Can nhiệt sử dụng phổ biến nhất trong công nghiệp, đo nhiệt độ các ứng dụng có nhiệt độ hoạt động trong khoảng từ 600 ºC -1200ºC.
T Cu – Co -270 / 400 – Cặp nhiệt điện cho phép đo chính xác ở nhiệt độ thấp từ 270ºC – 400ºC. Chúng có thể sử dụng trong môi trường oxy hóa và giảm khí quyển, trong chân không. Nó có khả năng chống ăn mòn cao.
N Nicrosil – Nisil       -270/400 (1)0        / 1300 (2) – Cặp nhiệt điện cho nhiệt độ cao tương tự như loại K, dải đo tiềm năng trong khoảng từ 270ºC – 1300ºC nhưng có độ phản ứng trễ nhiệt ít hơn. Sử dụng ổn định ở nhiệt độ 1200ºC.
W3 W3%Re – W25%Re 0        / 2310 – Dải nhiệt độ Cảm biến cho nhiệt độ cực cao bao gồm cực dương Vonfram chứa 3% rheni và cực âm Vonfram chiếm 25% rheni. Đặc biệt chống lại việc giảm khí quyển và sự hiện diện của hydro hoặc các khí trơ khác. Không được sử dụng trong không khí hoặc khí quyển oxi hóa.
W5 W5%Re – W26%Re 0        / 2310 – Cặp nhiệt điện rất giống với W3 nhưng với tỷ lệ rheni lớn hơn làm tăng sức cản cơ học của nó. Các đặc điểm khác là đặc trưng của cặp nhiệt điện W3.

So sánh can nhiệt Pt100 và can nhiệt loại S

Can nhiệt pt100 có độ chính xác cao hơn rất nhiều so với can nhiệt loại S nhưng khả năng chịu nhiệt lại thấp hơn rất nhiều. Đối với Pt100 tiêu chuẩn G7 sẽ có thang nhiệt cao nhất là 850oC và thang nhiệt thông thường sử dụng là 600oC. Như vậy để đo nhiệt độ từ 850oC trở xuống chúng ta có thể dùng đầu dò nhiệt Pt100 nhưng ở nhiệt độ cao hơn chúng ta phải dùng tới Thermocouple.

So sánh can nhiệt Pt100 và can nhiệt loại S

Ưu điểm của can nhiệt Pt100

  • Độ chính xác cao
  • Thời gian đáp ứng nhanh
  • Khả năng chịu nhiệt lên tới 850oC cho loại đặc biệt và 600oC cho loại tiêu chuẩn
  • Thân làm bằng inox 304 hoặc 316L chống được sự va đập
  • Dùng được cho hầu hết các ứng dụng đo nhiệt độ : nước, không khí, đường ống, bồn chứa …
  • Nhiều loại để lựa chọn
  • Mức độ phổ biến cao nên dể dàng thay thế, sửa chữa
  • Giá thành thấp phù hợp cho các ứng dụng liên quan tới đo nhiệt độ

Ưu điểm của can nhiệt loại S

  • Chịu được nhiệt độ lên tới 1600oC
  • Sử dụng tốt trong hầu hết các ứng dụng cần đo nhiệt độ trực tiếp

Nhược điểm của đầu dò PT100

  • Không thể đo nhiệt độ quá cao
  • Dể nhầm lẫn giữa pt100 và các loại thermocouple 2 dây

Nhược điểm của can nhiệt loại S

  • Giá thành quá cao
  • Dể vỡ nếu có va đập mạnh từ bên ngoài vào phần sứ

Cách lựa chọn can nhiệt sao cho đúng

Như ta đã thấy thì có rất nhiều loại can nhiệt khác nhau, vì vậy việc lựa chọn chúng cũng phụ thuộc vào nhiều yếu tố, đó là:

  • Độ chính xác
  • Sự linh hoạt, có thể tháo lắp dễ dàng
  • Dải đo ( giới hạn khoảng nhiệt cần đo)
  • Tốc độ phản ứng
  • Môi trường ( vật lý, hóa học, điện)
  • Có thể điều chỉnh riêng lẻ hay không
  • Sự tương thích với môi trường và những ảnh hưởng (nếu có) của các tác nhân bên ngoài
  • Gía thành
Cách lựa chọn can nhiệt sao cho đúng

Để lựa chọn cảm biến thật không hề dễ dàng, do đó cách an toàn và hay được sử dụng nhất là lựa chọn theo ” ngành nghề”. Bởi vì, mỗi loại cảm biến được thiết kế để phục vụ cho một chuyên ngành riêng

Ngành Loại cảm biến
–         Nghiên cứu về nông nghiệp –         Nhiệt kế điện tử, bán dẫn, Can nhiệt loại T
–         Xe hơi –         Nhiệt kế điện tử, Pt100
–         Gia công vật liệu và hóa chất –         Cặp nhiệt điện loại K, T, R, S, B và Pt100
–         Nhiệt lạnh –         Điện trở oxit kim loại
–         Môi trường –         Nhiệt kế điện tử, bán dẫn, Can nhiệt loại T, Pt100
–         Công nghiệp chung –         Cặp nhiệt điện loại K, R, S và Pt100
–         Giải trí, giáo dục –         Nhiệt kế điện tử, bán dẫn, Can nhiệt loại T, Pt100, nhiệt kế bức xạ (loại chỉ màu)
–         Sản xuất hàng hóa –         Nhiệt kế điện tử, bán dẫn,Pt100
–         Luyện kim –         Cặp nhiệt điện loại K, R, S…,nhiệt điện trở PT100

Lưu ý khi chọn can nhiệt nhiệt độ cao

Lưu ý khi chọn can nhiệt nhiệt độ cao

1. Hiểu rõ về ứng dụng và nhiệt độ cần đo:

  • Khoảng nhiệt độ thấp nhất và cao nhất cần đo là bao nhiêu, khi nhiệt độ cao có gây nguy hiểm hay không?
  • Môi trường cần đo là gì ?, ứng dụng cần đo là gi? có bị ăn mòn hay không?
  • Áp suất là bao nhiêu?

2. Vật liệu của vỏ bọc đầu can nhiệt

  • Lựa chọn vật liệu cảu can nhiệt phụ thuộc vào nhiệt độ và lưu chất cần đo là gì?
  • Khi đo nhiệt độ > 600ºC thì cần sử dụng vật liệu inox 310, nhiệt độ > 1000ºC thì sử dụng vật liệu ceramic.
  • Nếu đo nhiệt độ mà lưu chất có tính ăn mòn cao hoặc oxy hóa mạnh như acid, clo, javen,… thì nên sử dụng thêm thermowell để bảo vệ.

3.  Thang đo của can nhiệt

  • Nhiệt độ có thể đo được tối thiểu là 270ºC, tối đa đến 1820ºC.  Tuy nhiên nếu đo nhiệt độ cao cần chọn thang đo phù hợp với loại can nhiệt.

4. Sử dụng thêm vỏ bọc ( thermowell)

  • Đối với các ứng dụng có áp suất cao hoặc môi chất ăn mòn, oxy hóa cao thì cần phải sử dụng thêm thermowell để bảo vệ vỏ bọc của đầu cảm biến.
  • Cần có thông số cụ thể để chọn cấu tạo và vật liệu thermowell chính xác nhất.

5. Sử dụng thêm Transmitter ( hệ thống điều khiển)

  • Trong lĩnh vực công nghiệp, người ta thường sử dụng can nhiệt có tích hợp transmitter để chuyển đổi tín hiệu điện áp sang tín hiệu dòng điện. Mục đích là để dễ điều khiển và đưa được tín hiệu đi xa, ổn định hơn.

Trên đây, thegioidienco.vn đã tổng hợp và chia sẻ đến các bạn những thông tin liên quan đến Can Nhiệt S Là Gì. Mong rằng đây là nguồn tham khảo hữu ích cho các bạn. Cảm ơn các bạn đã theo dõi bài viết của chúng tôi!

Click to rate this post!
[Total: 0 Average: 0]

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *

Website này sử dụng Akismet để hạn chế spam. Tìm hiểu bình luận của bạn được duyệt như thế nào.