Thermocouple (Cặp Nhiệt Điện) Là Gì? Nguyên Lý Hoạt Động, Ứng Dụng Cặp Nhiệt Điện

Phamhuutam

Thành Viên [LV 0]
Thermocouple (Cặp nhiệt điện) là cảm biến nhiệt độ được sử dụng rộng rãi nhất trên hành tinh do sự kết hợp của khả năng nhiệt độ rộng, độ chắc chắn và chi phí thấp. Khi nói đến nhiệt độ cao, kích thước nhỏ, phản ứng nhanh, rung hoặc sốc cao, hầu hết bạn sẽ tìm thấy cặp nhiệt điện ở đó.

Trong bài viết này, chúng ta tìm hiểu chi tiết về Thermocouple

1. Thermocouple (Cặp nhiệt điện) là gì?​

Thermocouple hay Cặp nhiệt điện (T / C) là một thiết bị cảm biến nhiệt độ nhiệt điện mạch kín bao gồm hai dây dẫn bằng kim loại khác nhau được nối ở hai đầu. Dòng điện được tạo ra khi nhiệt độ ở một đầu khác với nhiệt độ ở đầu kia. Hiện tượng này được gọi là hiệu ứng Seebeck, là cơ sở để đo nhiệt độ của cặp nhiệt điện.

cau-tao-thermocouple-1024x536.jpg

Một đầu được gọi là đầu nối nóng trong khi đầu kia được gọi là đầu nối lạnh. Đầu nối nóng được đặt bên trong vỏ bọc cảm biến và tiếp xúc với chất cần đo nhiệt độ. Đầu nối lạnh, hoặc điểm nối tham chiếu, là điểm kết thúc bên ngoài quá trình nơi nhiệt độ được biết và là nơi đo điện áp. (ví dụ: trong máy phát, thẻ đầu vào của hệ thống điều khiển hoặc bộ điều hòa tín hiệu khác.)

Theo hiệu ứng Seebeck, điện áp đo được tại điểm nối lạnh tỷ lệ với sự chênh lệch nhiệt độ giữa điểm nối nóng và điểm tiếp giáp lạnh. Điện áp này có thể được gọi là điện áp Seebeck, điện áp nhiệt điện hoặc EMF nhiệt điện. Khi nhiệt độ tăng lên ở điểm nóng, điện áp quan sát được ở điểm lạnh cũng tăng không tuyến tính với nhiệt độ tăng. Mức độ tuyến tính của mối quan hệ nhiệt độ – điện áp phụ thuộc vào sự kết hợp của các kim loại được sử dụng để tạo ra T / C.

2. Cấu tạo cặp nhiệt điện​

Cấu tạo chính của thermocouple gồm 2 dây của 2 kim loại (hoặc hợp kim) khác nhau, được nối ở một đầu (đầu nóng, đầu đo), đầu kia để lấy tín hiệu điện áp (đầu lạnh, đầu tham chiếu).

Cấu tạo cặp nhiệt điện
Cấu tạo cặp nhiệt điện
Đầu nối nóng (Hot Juntion)

Có nhiều thiết kế đầu nối nóng khác nhau: Nối đất hoặc không nối đất, Các cặp nhiệt điện kép được các ly với nhau hay nối chung với nhau

dau-nong-cap-nhiet-dien-1024x536.jpg

  • Các mối nối T / C nối đất khi mối nối cặp nhiệt điện được kết nối với vỏ cảm biến. Các mối nối nối đất có khả năng dẫn nhiệt tốt hơn, do đó tạo ra thời gian phản hồi nhanh nhất. Tuy nhiên, việc nối đất cũng làm cho các mạch của cặp nhiệt điện dễ bị nhiễu điện hơn, có thể làm hỏng tín hiệu điện áp của cặp nhiệt điện trừ khi thiết bị đo lường cung cấp tính năng cách ly. (Tất cả các máy phát chất lượng cao và thẻ I / O đều cung cấp tính năng cách ly điện như một tính năng tiêu chuẩn.) Mối nối nối đất cũng có thể dễ bị hư hỏng hơn theo thời gian.
  • Các mối nối không nối đất khi các phần tử T / C không được kết nối với vỏ cảm biến mà được bao quanh bằng bột cách điện. Các mối nối không nối đất có thời gian phản hồi chậm hơn một chút so với các mối nối nối đất nhưng ít bị nhiễu điện hơn.
  • Các T / C có đầu nóng kéo dài qua đầu bịt kín của vỏ bọc để cung cấp phản ứng nhanh hơn. Đệm làm kín ngăn chặn sự xâm nhập của hơi ẩm hoặc các chất bẩn khác vào vỏ bọc. Chúng thường chỉ được áp dụng với các khí không ăn mòn như có thể được tìm thấy trong ống dẫn không khí.

3. Các loại thermocouple​

Có nhiều loại T / C sử dụng các kết hợp kim loại khác nhau. Các tổ hợp này có các đặc tính đầu ra khác nhau xác định phạm vi nhiệt độ mà nó có thể đo và đầu ra điện áp tương ứng.

Đường cong mối quan hệ giữa nhiệt độ và điện áp của thermocouple
Đường cong mối quan hệ giữa nhiệt độ và điện áp của thermocouple
Có những loại T / C có thể đo nhiệt độ thấp tới – 270 ° C (-464 ° F) và những loại khác có thể đo lên đến 1768 ° C (3214 ° F).

Các loại cặp nhiệt điện theo tiêu chuẩn ANSI
Các loại cặp nhiệt điện theo tiêu chuẩn ANSI

4. Ứng Dụng Cặp Nhiệt Điện​

Cặp nhiệt điện được sử dụng trong các ứng dụng từ thiết bị gia dụng đến quy trình công nghiệp, phát điện, giám sát và điều khiển lò, chế biến thực phẩm và đồ uống, cảm biến ô tô, động cơ máy bay, tên lửa, vệ tinh và tàu vũ trụ.

Sau đây là các ứng dụng phổ biến:

4.1 Cặp nhiệt điện cho các ứng dụng thực phẩm​

Cặp nhiệt điện có thể được sử dụng cho nhiều ứng dụng khác nhau trong ngành thực phẩm và đồ uống bao gồm cảm biến Sạch sẽ tại chỗ, Đầu dò thâm nhập, Kiểm soát lò nướng, Giám sát chuỗi thực phẩm, Kiểm soát và giám sát bếp điện và kiểm soát nhiệt độ Ấm đun nước hơi.

4.2 Cặp nhiệt điện cho máy đùn​

Máy đùn đòi hỏi nhiệt độ cao và áp suất cao. Chúng cũng có một bộ chuyển đổi ren độc đáo để định vị đầu cảm biến trong nhựa nóng chảy trong điều kiện áp suất cao được tìm thấy ở đó.

4.3 Cặp nhiệt điện cho nhiệt độ thấp​

Các cặp nhiệt điện loại E, K, T và N có thể được sử dụng để đo nhiệt độ xuống -200 ° C, tuy nhiên, các hợp kim được sử dụng trong các cặp nhiệt điện này phải được lựa chọn cụ thể để sử dụng ở các nhiệt độ này nhằm đáp ứng độ chính xác đã công bố.

Hầu hết các nhà sản xuất cặp nhiệt điện đều mua hợp kim cặp nhiệt điện của họ đã được hiệu chuẩn để sử dụng từ 0 ° C trở lên. Những hợp kim tương tự này có thể được sử dụng đến -200 ° C, nhưng độ chính xác có thể sai lệch một chút so với các giá trị đã thiết lập. Có thể mua các hiệu chuẩn riêng lẻ để có thể xác định các giá trị bù đắp.

4.4 Cặp nhiệt điện cho lò nung​

Điều kiện lò mà cặp nhiệt điện sẽ tiếp xúc sẽ xác định loại cặp nhiệt điện phù hợp cho ứng dụng. Khi chọn đúng cặp nhiệt điện, một số điều kiện cần được xem xét bao gồm:

  • Khả năng nhiệt độ của dây cặp nhiệt điện.
  • Khả năng chịu nhiệt độ của vỏ bọc hoặc lớp phủ bảo vệ (kim loại hoặc gốm).
  • Bầu khí quyển mà nó sẽ được sử dụng (không khí, khử, oxy hóa, inhert).
  • Cấu hình kết nối.

4.5 Cặp nhiệt điện cho kim loại nóng chảy​

Việc đo nhiệt độ của kim loại nóng chảy rất khó do gặp phải nhiệt độ cao và các điều kiện khắc nghiệt. Do có liên quan đến nhiệt độ, nên cặp nhiệt điện bằng kim loại cơ bản Loại K và N và các loại cặp nhiệt điện bạch kim loại R, S và B là lựa chọn duy nhất cho các phép đo tiếp xúc trong lĩnh vực này.

Khi sử dụng cặp nhiệt điện bằng kim loại cơ bản, các dây thường là dây rắn có đường kính lớn # 8 hoặc # 14 AWG với chất cách điện bằng sứ và ống bảo vệ bằng sứ và / hoặc kim loại. Đường kính lớn của dây Loại K hoặc N xuống cấp chậm hơn để có thời gian cho các phép đo trước khi điều kiện nhiệt độ cao làm suy giảm dây.

Các dây của cặp nhiệt điện bạch kim thường có thứ tự từ # 20 đến # 30 AWG Solid. Không giống như dây kim loại cơ bản Loại K và N, thay vì hư hỏng do quá trình oxy hóa hoặc ăn mòn, dây bạch kim trở nên mềm do ủ lâu dài và cuối cùng bị hỏng do sự phát triển của hạt.

-----------
Hy vọng bài viết sẽ hữu ích với Bạn.
Chúc Bạn thành công
Mời bạn tham khảo thêm các bài viết khác tại: http://drgauges.net/
 
Bên trên