Máy dò nhiệt độ điện trở hoạt động như thế nào? | Hướng dẫn giải thích RTD

Máy dò nhiệt độ kháng , hay RTD, là một trong những cảm biến nhiệt độ đáng tin cậy nhất được sử dụng trong tự động hóa công nghiệp. Là nhà sản xuất đã thiết kế và chế tạo các cảm biến nhiệt độ và thiết bị kiểm soát nhiệt độ trong nhiều năm, chúng tôi thường nghe cùng một câu hỏi từ các kỹ sư quy trình và đội bảo trì: máy dò nhiệt độ điện trở hoạt động như thế nào? Câu trả lời đơn giản đến mức đáng ngạc nhiên và một khi bạn hiểu nguyên tắc thì việc lựa chọn, cài đặt và khắc phục sự cố RTD sẽ trở nên dễ dàng hơn nhiều.

Máy dò nhiệt độ điện trở là gì?

RTD là cảm biến nhiệt độ đo nhiệt độ thông qua sự thay đổi điện trở của phần tử cảm biến kim loại. Cái tên này là một mô tả hoàn hảo: máy dò nhiệt độ điện trở phát hiện nhiệt độ bằng cách phát hiện điện trở. Phần tử cảm biến hầu như luôn là bạch kim, đó là lý do tại sao các ký hiệu RTD phổ biến nhất là PT100, PT500 và PT1000. Trong mỗi trường hợp, con số này biểu thị điện trở danh định của phần tử ở 0°C.

Bạch kim được ưa chuộng hơn vì điện trở của nó tăng theo nhiệt độ theo cách gần như tuyến tính, có độ lặp lại cao. Nó cũng chống ăn mòn và duy trì ổn định trong nhiều chu kỳ nhiệt. RTD công nghiệp được chế tạo xung quanh các phần tử bạch kim được tiêu chuẩn hóa trong IEC 60751, xác định các giá trị điện trở danh nghĩa, hệ số nhiệt độ và các loại dung sai như Loại A và Loại B.

Máy dò nhiệt độ điện trở hoạt động như thế nào?

Nguyên lý hoạt động của RTD dựa trên đặc tính cơ bản của kim loại: điện trở tăng khi nhiệt độ tăng. Khi kim loại được nung nóng, mạng tinh thể của nó thu được năng lượng nhiệt và các nguyên tử dao động mạnh hơn. Những rung động này làm phân tán các electron mang dòng điện, khiến dòng điện khó chạy hơn. Kết quả có thể đo được là sự gia tăng điện trở có liên quan trực tiếp đến nhiệt độ.

Trong đầu dò RTD công nghiệp, phần tử cảm biến được kết nối bằng dây dẫn với bộ truyền nhiệt độ, bộ điều khiển hoặc đồng hồ đo bảng. Thiết bị sẽ gửi một dòng điện kích thích nhỏ, không đổi qua phần tử và đo điện áp trên nó. Điện trở sau đó được tính toán bằng định luật Ohm, R = V/I. Bởi vì dòng điện cố định nên điện áp đo được sẽ trở thành một chỉ số trực tiếp của điện trở, mà thiết bị sẽ chuyển đổi thành số đọc nhiệt độ bằng cách sử dụng đường cong hiệu chuẩn bạch kim.

Đối với PT100 tuân theo IEC 60751, hệ số điện trở nhiệt độ là 0,00385 Ω/Ω/°C. Trong điều kiện thực tế, điện trở của phần tử PT100 tăng khoảng 0,385 Ω cho mỗi độ C. Mối quan hệ ổn định và có thể dự đoán được này là lý do khiến RTD đạt được độ chính xác và khả năng chống trôi lâu dài mà các cặp nhiệt điện thường không thể sánh được.

Các phần tử RTD màng mỏng và dây quấn

Cấu trúc của phần tử cảm biến ảnh hưởng đến độ chính xác, thời gian phản hồi và chi phí. Hai thiết kế chiếm lĩnh thị trường: dây quấn và màng mỏng.

Phần tử quấn dây được tạo ra bằng cách quấn một sợi dây bạch kim rất mảnh xung quanh trục gá bằng gốm hoặc thủy tinh rồi bịt kín. RTD quấn dây mang lại độ ổn định tuyệt vời và là sự lựa chọn cổ điển cho công việc đo nhiệt độ chính xác và tham khảo trong phòng thí nghiệm. Ngược lại, một phần tử màng mỏng được tạo ra bằng cách lắng đọng một lớp bạch kim mỏng cực nhỏ lên nền gốm, sau đó cắt tỉa bằng tia laser để đạt được điện trở mục tiêu. RTD màng mỏng nhỏ hơn, phản hồi nhanh hơn, chống rung tốt và tiết kiệm hơn khi sản xuất, khiến chúng trở thành tiêu chuẩn cho các ứng dụng công nghiệp nói chung.

Dây RTD hai dây, ba dây và bốn dây

RTD là một cảm biến thụ động, có nghĩa là nó phải được kích thích bởi dòng điện bên ngoài trước khi có thể thực hiện đọc. Các dây dẫn kết nối bộ phận cảm biến với thiết bị cũng có điện trở và điện trở này có thể làm hỏng kết quả đo nhiệt độ nếu không được quản lý cẩn thận.

RTD hai dây là cấu hình đơn giản nhất: một dây cung cấp dòng điện và hai dây giống nhau hoàn thành vòng lặp. Thiết bị không chỉ nhìn thấy điện trở của phần tử mà còn cả điện trở của cả hai dây dẫn, do đó số đọc sẽ cao hơn khi chiều dài dây dẫn tăng lên. RTD hai dây được chấp nhận cho các kết nối cục bộ ngắn với yêu cầu độ chính xác vừa phải.

RTD ba dây, cấu hình phổ biến nhất trong công nghiệp, tách đường dẫn hiện tại khỏi đường dẫn cảm giác. Do không có dòng điện đáng kể chạy trong dây cảm ứng nên điện trở của dây dẫn có thể được đo và trừ đi, loại bỏ hiệu quả các lỗi điện trở của dây dẫn. RTD bốn dây tiến thêm một bước nữa với các cặp cảm biến và dòng điện hoàn toàn độc lập, mang lại độ chính xác cao nhất. Kết nối bốn dây được sử dụng khi phép đo không được chịu bất kỳ ảnh hưởng nào của điện trở dây dẫn.

Ứng dụng công nghiệp phổ biến

Bởi vì máy dò nhiệt độ điện trở mang lại độ chính xác, độ ổn định và tuyến tính tuyệt vời trong phạm vi công nghiệp rộng nên nó xuất hiện trong hầu hết mọi ngành công nghiệp chế biến. Chúng tôi cung cấp đầu dò RTD cho các nhà máy xử lý mọi thứ từ dầu mỏ tinh chế đến thực phẩm đóng gói và các ứng dụng điển hình gần như giống nhau trên khắp thế giới.

• Các nhà máy hóa dầu và khí tự nhiên: giám sát nhiệt độ đường ống, bể chứa và lò phản ứng.
• Công nghiệp hóa chất và hóa chất hàng ngày: bồn xử lý và bể trộn trong đó việc đo lường ổn định là rất quan trọng.
• Máy móc thực phẩm: đo nhiệt độ sản phẩm và quy trình hợp vệ sinh trong môi trường rửa trôi.
• Dụng cụ phân tích: phần tử RTD nhỏ gọn cung cấp tham chiếu nhiệt độ ổn định bên trong máy phân tích.
• Lò công nghiệp và thiết bị xử lý nhiệt: RTD dành cho các giai đoạn nhiệt độ thấp hơn, nơi cặp nhiệt điện kém chính xác hơn.

Ví dụ, trong các nhà máy hóa dầu, RTD giám sát nhiệt độ đường ống và lò phản ứng, nơi một sai lệch nhỏ có thể ảnh hưởng đến chất lượng hoặc độ an toàn của sản phẩm. Nhiều nhà khai thác trong công nghiệp hóa dầu chọn RTD ren cố định bắt vít trực tiếp vào các kết nối quy trình hiện có, giúp đơn giản hóa việc cài đặt và bảo trì.

Trong lĩnh vực máy móc thực phẩm, đầu dò phải kết hợp độ chính xác với thiết kế hợp vệ sinh. Đầu dò RTD cấp thực phẩm bằng thép không gỉ có bề mặt nhẵn được sử dụng để đo nhiệt độ sản phẩm và quy trình trong khi vẫn chịu được việc vệ sinh thường xuyên. Chúng tôi sản xuất đầu dò PT1000, PT100 và NTC với đầu dò bằng thép không gỉ cấp thực phẩm cho chính xác những môi trường này.

Đầu dò RTD cấp thực phẩm bằng thép không gỉ cho thịt, thịt nướng và lò nướng Đầu dò cấp thực phẩm này kết hợp các thành phần PT1000, PT100 hoặc NTC với các đầu bằng thép không gỉ nhẵn, khiến nó phù hợp với các máy móc thực phẩm hợp vệ sinh, nơi yêu cầu độ chính xác và khả năng làm sạch. Các tùy chọn chiều dài và dây có thể tùy chỉnh của nó hỗ trợ quá trình khớp. Xem sản phẩm →

Chọn RTD phù hợp cho quy trình của bạn

Khi chọn đầu dò RTD, nguyên lý hoạt động hiếm khi đủ. Cảm biến phải phù hợp với quy trình: phạm vi nhiệt độ, cấp dung sai, vật liệu vỏ bọc, chiều dài đầu dò và kiểu lắp đặt đều quyết định mức độ hoạt động của cảm biến.

Lớp dung sai là một trong những thông số kỹ thuật quan trọng nhất. Phần tử RTD Loại A mang lại độ chính xác cao hơn phần tử Loại B tiêu chuẩn và khoản phí bảo hiểm này thường đáng giá với chi phí bổ sung nhỏ khi chất lượng sản phẩm hoặc hiệu suất quy trình phụ thuộc vào nhiệt độ chính xác. Tại Jiangsu Zhaolong Electrics, chúng tôi sản xuất PT100 RTD trực tiếp tại nhà máy với thành phần bạch kim loại A bên trong vỏ thép không gỉ 316, mang lại phạm vi hoạt động thực tế từ 200°C đến 450°C cho dịch vụ công nghiệp đòi hỏi khắt khe.

Đầu dò PT100 RTD loại A với thép không gỉ 316 và ren 1/2" Với thành phần bạch kim loại A và vỏ bọc bằng thép không gỉ 316, đầu dò dạng ren này hoạt động từ -200°C đến 450°C. Ren cố định cho phép lắp đặt trực tiếp vào bể chứa hoặc đường ống, mang lại độ chính xác và lắp đặt dễ dàng để đo nhiệt độ công nghiệp. Xem sản phẩm →

Kiểu lắp đặt cũng quan trọng như phần tử. Đầu dò điện trở nhiệt có ren cố định có thể được lắp trực tiếp vào trùm có ren trên bể chứa, đường ống hoặc máy, tạo ra kết nối kín khít mà không cần thêm kẹp hoặc giá đỡ. Phong cách này đặc biệt phổ biến trong giới kỹ sư bảo trì nhà máy vì nó giúp giảm thời gian lắp đặt và giữ đầu cảm biến chính xác ở vị trí cần thiết.

Đầu dò điện trở nhiệt loại ren cố định (WZPK-201) Đầu dò điện trở nhiệt có ren cố định này giúp lắp đặt kín khít trực tiếp vào các đầu có ren, giảm thời gian lắp ráp. Với phạm vi từ -200°C đến 420°C và khả năng phản hồi nhanh, nó phù hợp với các ứng dụng bảo trì nhà máy, trong đó yếu tố then chốt là lắp đặt đáng tin cậy và cảm biến chính xác. Xem sản phẩm →

Nếu bạn đang thay thế một RTD hiện có trong nhà máy của mình thì việc khớp các thông số này là điều cần thiết. Đội ngũ kỹ thuật của chúng tôi cũng có thể cung cấp các đầu dò tùy chỉnh, độ dài không chuẩn và ren lắp đặt đặc biệt để phù hợp với thiết bị cũ, một dịch vụ mà chúng tôi đã cải tiến qua nhiều năm cung cấp cảm biến nhiệt độ cho khách hàng toàn cầu.

Kết luận

Hiểu cách hoạt động của máy dò nhiệt độ điện trở bắt đầu bằng một thực tế đơn giản: kim loại thay đổi điện trở theo nhiệt độ và bạch kim làm như vậy theo cách có độ lặp lại cao. Từ phần tử PT100 ở trung tâm đầu dò đến kết nối ba dây hoặc bốn dây mang tín hiệu của nó, mọi bộ phận của RTD đều được thiết kế để biến sự thay đổi vật lý thành kết quả đọc nhiệt độ chính xác, đáng tin cậy.

Nếu bạn muốn trợ giúp chọn RTD cho quy trình của mình hoặc nếu bạn cần cảm biến nhiệt độ tùy chỉnh cho việc lắp đặt bất thường, các kỹ sư của chúng tôi sẵn sàng hỗ trợ. Liên hệ với nhóm của chúng tôi và chúng tôi sẽ vui lòng thảo luận về giải pháp phù hợp cho ứng dụng của bạn.