Nhiệt và cảm biến nhiệt độ khác nhau như thế nào?

Giới thiệu

Trong các hệ thống tự động hóa, người dùng thường gặp những thuật ngữ như nhiệt, nhiệt độ, cảm biến nhiệt và thiết bị đo nhiệt độ. Các khái niệm này có liên quan trực tiếp với nhau nhưng đảm nhận những vai trò khác nhau.

Hiểu rõ sự khác biệt giúp quá trình thiết kế, lắp đặt và vận hành hệ thống đo nhiệt chính xác hơn. Đặc biệt trong các dây chuyền công nghiệp, việc lựa chọn đúng cảm biến nhiệt độ có ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng giám sát và điều khiển thiết bị.

Nhiệt là gì?

Nhiệt là năng lượng được truyền từ khu vực có nhiệt độ cao sang khu vực có nhiệt độ thấp hơn khi có sự chênh lệch nhiệt độ.

Nhiệt có thể xuất hiện trong nhiều quá trình như:

Gia nhiệt.
Làm nguội.
Đốt cháy.
Ma sát.
Trao đổi nhiệt.
Chuyển đổi năng lượng.

Ví dụ, điện năng được đưa vào điện trở gia nhiệt và chuyển thành nhiệt năng. Nhiệt sau đó truyền vào không khí, chất lỏng hoặc vật liệu cần gia nhiệt.

Như vậy, nhiệt là một phần của quá trình trao đổi năng lượng chứ không phải một thiết bị đo.

Nhiệt độ là gì?

Nhiệt độ là thông số được sử dụng để biểu thị trạng thái nhiệt của một vật hoặc môi trường.

Trong sản xuất công nghiệp, nhiệt độ thường là một trong những thông số cần được giám sát liên tục.

Ví dụ:

Nhiệt độ dầu thủy lực.
Nhiệt độ nước làm mát.
Nhiệt độ khuôn.
Nhiệt độ lò.
Nhiệt độ khí.
Nhiệt độ ổ trục.
Nhiệt độ motor.

Để xác định các giá trị này cần sử dụng thiết bị đo hoặc cảm biến phù hợp.

Cảm biến nhiệt độ là gì?

Cảm biến nhiệt độ là thiết bị biến sự thay đổi nhiệt độ thành một tín hiệu có thể nhận biết hoặc xử lý.

Tùy loại cảm biến, tín hiệu có thể được biểu diễn dưới dạng:

Điện áp.
Điện trở.
Dòng điện.
Tín hiệu số.

Cảm biến thường được kết nối với đồng hồ nhiệt, PLC, bộ điều khiển nhiệt độ hoặc hệ thống tự động hóa.

Sự khác nhau cơ bản

Có thể phân biệt bằng cách đặt hai khái niệm vào cùng một hệ thống.

Nhiệt là nguyên nhân hoặc hiện tượng vật lý liên quan đến năng lượng nhiệt.

Nhiệt độ là đại lượng cần theo dõi.

Cảm biến nhiệt độ là thiết bị phát hiện và chuyển đổi sự thay đổi của nhiệt độ thành tín hiệu.

Thiết bị hiển thị hoặc bộ điều khiển tiếp nhận tín hiệu để đưa ra giá trị hoặc thực hiện điều khiển.

Có thể mô tả:

Nhiệt → thay đổi nhiệt độ → cảm biến phát hiện → tạo tín hiệu → thiết bị xử lý.

Ví dụ trong hệ thống lò công nghiệp

Một lò công nghiệp cần duy trì nhiệt độ ở một mức nhất định.

Bộ gia nhiệt được cấp điện và tạo ra nhiệt.

Nhiệt được truyền vào không gian bên trong lò làm nhiệt độ tăng lên.

Cảm biến được lắp trong vùng cần kiểm soát để phát hiện nhiệt độ.

Tín hiệu từ cảm biến được truyền đến bộ điều khiển.

Bộ điều khiển so sánh nhiệt độ thực tế với giá trị cài đặt và điều chỉnh thiết bị gia nhiệt.

Trong hệ thống này, nhiệt không phải là cảm biến. Cảm biến chỉ có nhiệm vụ phát hiện trạng thái nhiệt độ của môi trường.

Vai trò của cảm biến nhiệt độ trong tự động hóa

Cảm biến nhiệt độ là một phần tử quan trọng trong hệ thống điều khiển.

Tín hiệu cảm biến có thể được sử dụng để:

Hiển thị nhiệt độ.
Cảnh báo nhiệt độ cao.
Cảnh báo nhiệt độ thấp.
Điều khiển gia nhiệt.
Điều khiển làm mát.
Bảo vệ thiết bị.
Ghi nhận dữ liệu sản xuất.

Nhờ đó, nhiệt độ của hệ thống có thể được giám sát và duy trì trong phạm vi yêu cầu.

Những loại cảm biến nhiệt độ phổ biến

Thermocouple

Thermocouple hay can nhiệt là cảm biến nhiệt độ phổ biến trong công nghiệp.

Một số loại thường gặp:

Type K.
Type J.
Type T.
Type E.
Type R.
Type S.
Type B.

Mỗi loại có phạm vi nhiệt độ và đặc tính sử dụng khác nhau.

RTD

RTD sử dụng sự thay đổi điện trở của phần tử cảm biến để xác định nhiệt độ.

PT100 và PT1000 là những loại phổ biến.

RTD thường được sử dụng trong các ứng dụng yêu cầu khả năng đo ổn định và độ chính xác phù hợp.

Thermistor

Thermistor có điện trở thay đổi đáng kể theo nhiệt độ.

Hai nhóm phổ biến là:

NTC.
PTC.

Thermistor thường được sử dụng trong các thiết bị điện, điện tử và hệ thống kiểm soát nhiệt.

Cảm biến nhiệt độ không tiếp xúc

Một số cảm biến có thể xác định nhiệt độ mà không cần tiếp xúc trực tiếp với vật thể, chẳng hạn cảm biến sử dụng nguyên lý bức xạ hồng ngoại.

Loại này phù hợp với những đối tượng chuyển động hoặc môi trường mà việc tiếp xúc trực tiếp không thuận tiện.

Ứng dụng thực tế

Cảm biến nhiệt độ được sử dụng trong nhiều ngành:

Công nghiệp nhựa

Theo dõi nhiệt độ khuôn, đầu gia nhiệt và các khu vực cần kiểm soát nhiệt.

Công nghiệp thực phẩm

Giám sát nhiệt độ trong quá trình gia nhiệt, sấy, làm lạnh và bảo quản.

Lò công nghiệp

Đo và kiểm soát nhiệt độ trong buồng lò.

HVAC

Theo dõi nhiệt độ không khí, nước và môi chất trong hệ thống điều hòa và thông gió.

Motor và máy móc

Theo dõi nhiệt độ motor, ổ trục, dầu bôi trơn hoặc các bộ phận sinh nhiệt.

Cách lựa chọn cảm biến nhiệt độ

Để chọn đúng cảm biến, trước tiên cần xác định môi trường cần đo.

Sau đó xem xét:

Khoảng nhiệt độ

Xác định nhiệt độ thấp nhất và cao nhất mà cảm biến phải làm việc.

Loại cảm biến

Lựa chọn Thermocouple, RTD, Thermistor hoặc loại phù hợp khác.

Độ chính xác

Hệ thống càng yêu cầu kiểm soát nhiệt chính xác thì càng cần chú ý đến cấp chính xác của cảm biến.

Môi trường

Cần xem xét môi trường có:

Hóa chất.
Độ ẩm.
Áp suất.
Rung động.
Bụi.
Nhiệt độ cao.

Kiểu lắp đặt

Kiểm tra chiều dài đầu dò, đường kính, ren, mặt bích hoặc phương thức lắp đặt.

Tín hiệu đầu ra

Cần xác định thiết bị nhận tín hiệu là đồng hồ, PLC, bộ điều khiển hay hệ thống khác.

Lưu ý khi sử dụng

Lắp cảm biến đúng vị trí cần đo.
Không để đầu dò tiếp xúc sai vị trí làm sai lệch kết quả.
Kiểm tra dây dẫn và đầu nối.
Không sử dụng cảm biến vượt quá giới hạn nhiệt độ.
Bảo vệ cảm biến khỏi môi trường gây ăn mòn nếu cần.
Kiểm tra cảm biến khi giá trị đo dao động bất thường.
Thực hiện kiểm tra hoặc hiệu chuẩn theo yêu cầu của hệ thống.

Câu hỏi thường gặp

1. Nhiệt có phải là cảm biến nhiệt độ không?

Không. Nhiệt là hiện tượng hoặc năng lượng nhiệt, còn cảm biến nhiệt độ là thiết bị dùng để phát hiện và đo nhiệt độ.

2. Nhiệt độ có phải là nhiệt không?

Không hoàn toàn. Nhiệt và nhiệt độ là hai đại lượng/khái niệm khác nhau. Nhiệt liên quan đến sự truyền năng lượng nhiệt, còn nhiệt độ biểu thị trạng thái nhiệt.

3. Cảm biến nhiệt độ có tạo ra nhiệt không?

Thông thường không. Nhiệm vụ chính của cảm biến là phát hiện sự thay đổi nhiệt độ và chuyển đổi thành tín hiệu đo lường.

4. Cảm biến nào dùng phổ biến trong công nghiệp?

Thermocouple và RTD là hai nhóm cảm biến nhiệt độ được sử dụng phổ biến trong nhiều hệ thống công nghiệp.

5. Có thể dùng một loại cảm biến cho mọi ứng dụng không?

Không. Việc lựa chọn phụ thuộc vào khoảng nhiệt độ, độ chính xác, môi trường, kiểu lắp đặt, tín hiệu đầu ra và yêu cầu của hệ thống.

Kết luận

Nhiệt, nhiệt độ và cảm biến nhiệt độ là những khái niệm thường xuất hiện cùng nhau nhưng có vai trò khác nhau. Nhiệt liên quan đến năng lượng và quá trình truyền nhiệt; nhiệt độ là thông số biểu thị trạng thái nhiệt; còn cảm biến nhiệt độ là thiết bị dùng để phát hiện và chuyển đổi sự thay đổi nhiệt độ thành tín hiệu.

Trong hệ thống công nghiệp, cảm biến nhiệt độ đóng vai trò kết nối giữa môi trường thực tế và hệ thống điều khiển. Từ tín hiệu của cảm biến, thiết bị có thể hiển thị, cảnh báo hoặc điều khiển quá trình gia nhiệt và làm mát.

Vì vậy, hiểu đúng bản chất của từng khái niệm là cơ sở để lựa chọn và sử dụng cảm biến nhiệt độ chính xác, phù hợp với từng ứng dụng