Cặp nhiệt điện là gì? Các loại Cặp nhiệt điện

5/5 - (1 bình chọn)

Cặp nhiệt điện là gì?

Cặp nhiệt điện hay còn được gọi là thermocouple, nhiệt ngẫu là loại cảm biến nhiệt độ mạch kín bao gồm hai dây dẫn bằng kim loại khác nhau được nối ở hai đầu, được sử dụng phổ biến trong công nghiệp đặc biệt là trong ứng dụng cần đo những khu vực có nhiệt độ cao và nhiệt độ dao động liên tục.

Có nhiều loại cặp nhiệt điện khác nhau tương ứng với các ưu điểm khác nhau như: phạm vi nhiệt độ hoạt động, tuổi thọ sử dụng, khả năng chống rung, kháng hóa chất,… Trong đó, thermocouple loại K là loại được sử dụng phổ biến nhất hiện nay.

Cấu tạo Thermocouple:

Nhiệt điện có cấu tạo cơ bản gồm 5 bộ phận chính:

1. Measuring junction: gồm 2 thanh kim loại được làm từ chất liệu khác nhau và được hàn 1 đầu với nhau. Đây được xem là bộ phận quan trọng nhất của nhiệt điện.

2. Thermocouple wires: là bộ phận dây kết nối để nối giữa phần đo nhiệt và bộ điều khiển.

3. Ceramic insulators: là phần sứ cách nhiệt được dùng để giữ dây nhiệt ngẫu cách điện dọc theo chiều dài của đầu dò.

4. Protective sheath: là phần vỏ bảo vệ bên ngoài của thermocouple. Lớp vỏ này thường được làm bằng inox đối với loại 1200ºC trở xuống, còn đối với loại cao hơn 1200ºC thì phần vỏ này được làm bằng sứ.

5. Connection head: là phần chứa dây kết nối cũng như bộ chuyển đổi của nhiệt điện. Khi ta dùng các bộ chuyển đổi nhiệt điện ra 4-20mA thì sẽ được cho vào đây.

Nguyên lý hoạt động nhiệt điện:

Nguyên lý hoạt động của nhiệt điện dựa trên một nguyên lý được gọi là hiệu ứng Seebeck. Đây là hiệu ứng được phát hiện vào năm 1821 bởi nhà vật lý học Thomas Johann Seebeck người Đức.

Theo ông, khi điểm kết nối của 2 dây được đặt ở những nơi có nhiệt độ khác nhau thì ở đó sẽ tạo ra sư dịch chuyển của các electron và sẽ tạo ra một điện áp nhỏ tại đầu 2 dây hở. Điện áp này hoàn toàn phụ thuộc vào nhiệt độ và vật liệu của dây dẫn.

Để hiểu rõ hơn về nguyên lý nhiệt điện, ta hãy cùng xem hình sau:

Như hình vẽ mô phỏng, 2 sợi dây của nhiệt điện sẽ được hàn vào nhau tại 1 điểm được gọi là điểm nóng (hot junction) với chức năng để đo nhiệt độ. Phần còn lại là điểm lạnh (cold junction) là nơi mà nhiệt độ đã được xác định và biết trước.

Khi ta đưa điểm nóng vào nơi cần đo nhiệt độ, nhiệt độ tại đây sẽ tăng lên và điện áp tại điểm lạnh cũng sẽ tăng không tuyến tính. Khi ta đo được điện áp tại điểm lạnh, thì ta sẽ tính ra được nhiệt độ tại điểm nóng.

Phân loại nhiệt điện:

Có khá nhiều loại nhiệt điện, tùy theo nhu cầu và nhiệt độ môi trường đo mà sẽ có loại phù hợp. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động về cơ bản các loại nhiệt điện đều giống nhau. Điểm khác nhau duy nhất là vật liệu của 2 que kim loại mà người ta dùng để chế tạo nhiệt ngẫu.

Nhiệt điện loại J:

Loại thermocouple này được gia công từ 2 vật liệu là Fe – Co, thang đo của loại này max 1200º C.

Nhiệt điện loại K:

Đây là loại nhiệt ngẫu được sử dụng phổ biến nhất vì giá thành tương đối rẻ. Đồng thời thang đo của loại này max là 1200ºC. Loại này được chế tạo từ là Cr và Al.

Nhiệt điện loại S:

Loại này có thang đo nhiệt độ khá cao, nhiệt độ tối đa có thể chịu được lên đến là 1600ºC. Loại nhiệt ngẫu này có phần vỏ bảo vệ làm bằng sứ nên có thể chịu được nhiệt độ cao.

Nhiệt điện loại R:

Loại này được làm bằng 2 kim loại quý là Platinium (bạch kim) và Rhodium với thang đo max là 1760ºC.

Nhiệt điện loại B:

Giống như thermocouple loại S và R, nhiệt ngẫu loại B cũng được chế tạo từ bạch kim và Rhodium. Vì tỷ lệ thành phần của 2 kim loại này cao hơn nên loại này có thể đo được max 1820ºC.

Nhiệt điện loại W5:

Là loại thermocouple có thể đo chịu được nhiệt độ cao nhất trong các loại nhiệt điện. Loại W5 này có thang đo max là 2310ºC. Nhiệt ngẫu này bao gồm một vonfram cực dương chứa 3% rheni và cực âm vonfram chứa 25% rheni.

Các loại Cảm biến nhiệt độ tiêu biểu ở ECOZEN