Trong các dây chuyền sản xuất hiện đại, việc đo lường và giám sát nhiệt độ phải diễn ra một cách chặt chẽ, liên tục, an toàn và không làm gián đoạn quy trình vận hành. Cảm biến nhiệt độ hồng ngoại 4-20mA là một trong những công cụ ra đời để giải quyết hiệu quả bài toán đó - với khả năng đo nhiệt độ từ xa, xuất tín hiệu chuẩn công nghiệp và kết nối trực tiếp với PLC/bộ hiển thị/HMI/SCADA.
Dòng cảm biến nhiệt độ hồng ngoại ngõ ra 4-20mA là lựa chọn phổ biến cho lò nung, dây chuyền nhựa, bao bì, thực phẩm, luyện kim và các hệ thống tự động hóa yêu cầu giám sát nhiệt độ nghiêm ngặt theo thời gian thực.
CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ HỒNG NGOẠI 4-20MA LÀ GÌ?
Cảm biến nhiệt độ hồng ngoại 4-20mA là thiết bị chuyên dùng để đo nhiệt độ không tiếp xúc, thiết bị này hoạt động bằng cách thu nhận năng lượng bức xạ hồng ngoại phát ra từ bề mặt vật thể mục tiêu.
Bộ quang học của cảm biến nhiệt độ hồng ngoại hội tụ bức xạ từ vật thể vào phần tử cảm ứng, sau đó mạch xử lý chuyển đổi cường độ bức xạ thành giá trị nhiệt độ và xuất ra tín hiệu dòng điện 4-20mA tuyến tính theo dải đo đã cấu hình.
Cảm biến nhiệt độ hồng ngoại ngõ ra 4-20mA hoạt động mà không cần chạm trực tiếp vào bề mặt cần đo. Điều này có lợi thế rất lớn khi đo vật thể đang di chuyển liên tục, có nhiệt độ cao, bề mặt dính keo, ẩm, hóa chất hoặc các sản phẩm không được phép bị nhiễm bẩn (thực phẩm, dược phẩm và điện tử).
Tín hiệu ngõ ra 4-20mA là chuẩn truyền tín hiệu phổ biến hàng đầu trong công nghiệp. Nó là dòng điện, có đặc tính ít suy hao khi đi qua cáp dài. Đồng thời, mức dòng 4mA tại nhiệt độ thấp nhất của dải đo được gọi là điểm “live zero”, nó giúp hệ thống phân biệt được tín hiệu hợp lệ với trường hợp đứt dây, hỏng cảm biến hoặc mất nguồn; Còn mức 20mA tương ứng nhiệt độ cao nhất của dải đo.
Cảm biến đo nhiệt độ không tiếp xúc 4-20mA còn được nhiều doanh nghiệp tin dùng vì dễ dàng tích hợp trực tiếp với PLC, bộ điều khiển nhiệt độ, bộ hiển thị số và hệ thống giám sát trung tâm.
Xem thêm: Ứng dụng cảm biến nhiệt độ hồng ngoại ngành thép và luyện kim
NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ HỒNG NGOẠI 4-20MA
Thực tế, mọi vật thể có nhiệt độ trên độ 0 tuyệt đối đều phát ra bức xạ điện từ. Với hầu hết dải nhiệt độ trong môi trường công nghiệp thông thường, phần lớn năng lượng bức xạ nằm trong vùng hồng ngoại. Phổ biến nhất là dải bước sóng 8-14µm của vật liệu phi kim, vật liệu có sơn, giấy, nhựa, cao su và thực phẩm.
Cảm biến nhiệt độ hồng ngoại 4-20mA sử dụng thấu kính và đầu dò quang để thu nhận bức xạ hồng ngoại phát ra từ vật thể mục tiêu, sau đó xử lý và chuyển đổi thành giá trị nhiệt độ chính xác.
Tín hiệu đầu ra của cảm biến đo nhiệt độ hồng ngoại 4-20mA được hiệu chuẩn tuyến tính theo dải đo. Ví dụ, một cảm biến có dải đo 0 - 250°C sẽ xuất dòng 4mA khi bề mặt vật thể đo ở 0°C, xuất dòng 12mA khi nhiệt độ khoảng 125°C và xuất dòng 20mA khi bề mặt vật thể đo đạt 250°C.
Hiện nay, đa phần các dòng cảm biến nhiệt độ hồng ngoại 4-20mA sử dụng cấu trúc hai dây (loop-powered) - cần một cặp dây là vừa cấp nguồn vừa truyền tín hiệu về PLC/bộ hiển thị. Nhờ đó mà giảm được đáng kể chi phí đi dây, giúp tủ điều khiển gọn gàng hơn và hạn chế lỗi đấu nối.
Các dòng cảm biến nhiệt độ hồng ngoại 4-20mA công nghiệp hiện đại còn cho phép mở rộng khoảng cách đi cáp lên khoảng 30m mà vẫn đảm bảo duy trì tín hiệu ổn định và chống nhiễu đúng chuẩn.
Xem thêm: Hướng dẫn lựa chọn cảm biến nhiệt độ hồng ngoại phù hợp cho nhà máy
LỢI ÍCH KHI SỬ DỤNG CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ HỒNG NGOẠI 4-20MA
Giá trị lớn nhất mà cảm biến đo nhiệt độ hồng ngoại 4-20mA mang lại là khả năng đo không tiếp xúc, đáng tin cậy, tuổi thọ thiết bị cao, có thể ứng dụng trong các khu vực khó tiếp cận và truyền tín hiệu ổn định về hệ thống giám sát - điều khiển. Từ đó giữ cho dây chuyền vận hành liên tục, an toàn và không lo bị gián đoạn.
Ví dụ, khi cần đo nhiệt độ của vật liệu đang chạy trên băng tải, ru lô quay, tấm nhựa di chuyển qua buồng gia nhiệt hay sản phẩm thực phẩm đi qua khu vực cấp đông thì cảm biến nhiệt độ dạng tiếp xúc rất khó lắp đặt và dễ bị hư hỏng do ma sát, tác động nhiệt hoặc hóa chất. Lúc này, cảm biến nhiệt độ hồng ngoại 4-20mA có thể dễ dàng khắc phục hạn chế này nhờ tính năng đo không tiếp xúc và đảm bảo độ tin cậy từ khoảng cách an toàn.
Cảm biến nhiệt độ hồng ngoại 4-20mA có thể theo dõi liên tục nhiệt độ bề mặt, phản hồi gần như tức thời và gửi dữ liệu trực tiếp về hệ thống điều khiển để cảnh báo hoặc can thiệp kịp thời. Các dòng cảm biến đo nhiệt độ không tiếp xúc 4-20mA có thời gian đáp ứng chỉ khoảng 240 - 300ms, đây là mức lý tưởng cho các ứng dụng giám sát dây chuyền chuyển động liên tục.
Trong môi trường nhà máy công nghiệp, tín hiệu dòng điện 4-20mA còn có lợi thế vượt trội về độ bền, khả năng đi dây xa và chống nhiễu. Nó ít bị ảnh hưởng bởi điện trở dây, sụt áp đường truyền và nhiễu điện từ từ các thiết bị khác (biến tần, động cơ, contactor, thiết bị công suất lớn). Tóm lại, khi khoảng cách từ điểm đo tới tủ điều khiển tương đối xa thì cảm biến nhiệt độ hồng ngoại ngõ ra 4-20mA luôn được xem là phương án đáng tin cậy.
CÁC THÔNG SỐ KỸ THUẬT QUAN TRỌNG CỦA CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ HỒNG NGOẠI 4-20MA
Việc chọn sai thông số kỹ thuật, đặc biệt là tỷ lệ quang học và hệ số phát xạ, là những nguyên nhân hàng đầu khiến cảm biến hồng ngoại hoạt động sai lệch. Do đó, khi chọn mua và sử dụng cảm biến nhiệt độ hồng ngoại, người dùng xem xét kỹ lưỡng ít nhất năm nhóm thông số sau:
- Dải đo nhiệt độ: Là phạm vi nhiệt độ mà cảm biến có thể ghi nhận ổn định, chính xác. Dải đo nhiệt độ đúng chuẩn là phải bao trùm được toàn bộ dải nhiệt độ làm việc thực tế, đồng thời chừa ra biên độ trên và dưới cho phù hợp. Dải đo cảm biến nên lớn hơn dải nhiệt độ làm việc thực tế tối thiểu 20 - 30%.
- Ngõ ra: Thông thường, ngõ ra tín hiệu của cảm biến nhiệt độ hồng ngoại có thể là 4-20mA, 0-10V, RS485/Modbus hoặc relay. Trong đó, dòng cảm biến nhiệt độ hồng ngoại 4-20mA phù hợp cho các ứng dụng truyền tín hiệu đi xa và kết nối trực tiếp với PLC.
- Độ phân giải quang học D:S: Là tỷ lệ giữa khoảng cách đo và đường kính điểm đo, nó quyết định kích thước tối thiểu của vật đo tại khoảng cách lắp đặt cảm biến.
- Hệ số phát xạ: Là khả năng phát xạ nhiệt của bề mặt vật thể. Thiết lập sai emissivity là nguyên nhân trực tiếp dẫn đến sai lệch kết quả đo.
- Bước sóng quang: Là dải hồng ngoại cảm biến nhiệt độ hồng ngoại 4-20mA có thể tiếp nhận.
- Thời gian đáp ứng: Là tốc độ mà cảm biến nhiệt độ hồng ngoại 4-20mA có thể đo lường và cập nhật giá trị nhiệt độ. Thời gian đáp ứng là thông số rất quan trọng với các mục tiêu đo di chuyển nhanh hoặc các quá trình mà biên độ nhiệt có thể thay đổi đột ngột.
ỨNG DỤNG THỰC TẾ CỦA CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ HỒNG NGOẠI 4-20MA
Cảm biến nhiệt độ hồng ngoại 4-20mA được sử dụng phổ biến trong nhiều ngành công nghiệp, điển hình nhất có thể kể đến như:
Dây chuyền nhựa, màng film và bao bì
Trong lĩnh vực sản xuất nhựa, màng film, tạo hình nhiệt và bao bì, nhiệt độ bề mặt quyết định trực tiếp đến độ dẻo, độ kết dính, độ co ngót và chất lượng thành phẩm. Cảm biến nhiệt độ hồng ngoại 4-20mA thường được lắp phía trên tấm nhựa/màng film đang di chuyển để giám sát nhiệt độ trước khi ép, hàn mép hoặc tạo hình.
Khi nhiệt độ vượt ngưỡng an toàn cài đặt, cảm biến đo nhiệt độ không tiếp xúc 4-20mA sẽ gửi tín hiệu về PLC có thể giảm tốc băng tải, điều chỉnh công suất gia nhiệt hoặc phát cảnh báo cho người vận hành xử lý.
Với ngành sản xuất giấy carton và bao bì, cảm biến nhiệt độ hồng ngoại 4-20mA thường được đặt tại khu vực cán sóng, sấy keo hoặc ép nhiệt để theo dõi liên tục nhiệt độ bề mặt giấy, giúp hạn chế lỗi bong keo, cong vênh và hao hụt nguyên liệu.
Thực phẩm, dược phẩm và kho lạnh
Cảm biến đo nhiệt độ không tiếp xúc 4-20mA thường được dùng trong những khu vực yêu cầu vệ sinh cao/không được chạm trực tiếp vào sản phẩm, điển hình như ứng dụng giám sát nhiệt độ bề mặt hộp sữa, chai nước, thực phẩm cấp đông nhanh, siro nóng, caramel, chocolate hoặc vật liệu đang rã đông.
Dòng cảm biến nhiệt độ hồng ngoại 4-20mA tối ưu cho nhiệt độ thấp thường có dải đo trong khoảng -20°C đến +100°C, lý tưởng cho các ứng dụng kho lạnh, tiền gia nhiệt và dây chuyền đóng gói.
Trong kho lạnh, cảm biến đo nhiệt độ hồng ngoại 4-20mA được dùng để phát hiện sớm hiện tượng bám băng tuyết, cửa kho mở lâu hoặc phân bổ vùng nhiệt không đồng đều. Tuy nhiên, điểm quan trọng là cảm biến nhiệt độ hồng ngoại 4-20mA chỉ đo nhiệt độ bề mặt chứ không đo nhiệt độ không khí. Vì vậy, để giám sát môi trường kho chính xác thì nên kết hợp cảm biến hồng ngoại với cảm biến nhiệt độ môi trường (hoặc có thể lắp đặt thêm các điểm đo tham chiếu).
Luyện kim, lò nung và vật liệu nhiệt cao
Với ứng dụng trong lò nung, thép cuộn, kim loại nóng, kính hoặc vật liệu composite, cảm biến nhiệt độ hồng ngoại 4-20mA đảm nhiệm đo nhiệt độ ở vị trí nguy hiểm mà các dòng cảm biến tiếp xúc không thể hoặc khó hoạt động ổn định lâu dài. Các dòng cảm biến nhiệt độ hồng ngoại cao cấp có thể đo tới 1000°C, 2000°C hoặc cao hơn bữa. Đồng thời optics D:S của các thiết bị này cũng lớn để có thể theo dõi điểm đo nhỏ ở khoảng cách xa.
Bảo trì thiết bị và tủ điều khiển
Cảm biến nhiệt độ hồng ngoại 4-20mA cũng là một trong những thiết bị có tầm quan trọng lớn trong bảo trì dự đoán. Thiết bị này được dùng để giám sát nhiệt độ vỏ động cơ, vòng bi, ru lô, thanh dẫn nhiệt, tủ điện hoặc các khu vực gần biến tần. Khi nhiệt độ có xu hướng tăng bất thường, cảm biến nhiệt độ hồng ngoại ngõ ra 4-20mA sẽ gửi tín hiệu về hệ thống SCADA để cảnh báo trước khi xảy ra hư hỏng nghiêm trọng, cháy, kẹt cơ khí hoặc hỏng hóc dây chuyền.
Đối với tủ điều khiển HVAC, tủ AHU hoặc FCU, cảm biến nhiệt độ hồng ngoại có thể được dùng để theo dõi nhiệt độ bề mặt ống gió, van, motor quạt hoặc khu vực có nguy cơ quá nhiệt. Điều này góp phần tăng cường an toàn vận hành mà không cần khoan ống hay can thiệp vào hệ thống đang chạy.
MUA CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ HỒNG NGOẠI 4-20MA CHÍNH HÃNG TẠI SENSORS VIỆT NAM
Nếu bạn đang tìm kiếm một giải pháp giám sát nhiệt độ từ xa, liên tục, ổn định và dễ dàng tích hợp trực tiếp vào PLC thì cảm biến nhiệt độ hồng ngoại 4-20mA rất đáng cân nhắc.
Tại Sensors Việt Nam, chúng tôi cung cấp các dòng cảm biến nhiệt độ hồng ngoại đa dạng, đến từ các thương hiệu uy tín toàn cầu, phục vụ nhiều ứng dụng từ môi trường lạnh, dây chuyền thực phẩm, cho đến lò nung và ứng dụng nhiệt độ cao.
Sensors Việt Nam hiện phân phối chính hãng các dòng cảm biến nhiệt độ hồng ngoại của Calex - UK, trong đó bao gồm các model cảm biến nhiệt độ hồng ngoại 4-20mA hoặc Modbus RTU RS485, phù hợp cho nhiều bài toán giám sát nhiệt độ công nghiệp. Một số sản phẩm có dải đo phổ biến từ -20°C đến 1000°C, trong khi đó các phiên bản cao cấp có thể đo tới 2000°C.
Các sản phẩm sẽ được cung cấp với đầy đủ CO/CQ, chính sách giá tốt, chế độ bảo hành uy tín, giao hàng nhanh chóng toàn quốc và có dịch vụ tư vấn - hỗ trợ kỹ thuật tận tình trước, trong lẫn sau khi mua hàng.
Mọi thông tin chi tiết về cảm biến nhiệt độ hồng ngoại 4-20mA và nhu cầu đặt hàng, quý khách vui lòng liên hệ cho Sensors Việt Nam qua website https://cambien.com.vn/ | https://www.sensors.vn/ để được hỗ trợ nhanh chóng, tận tình và nhận báo giá chính xác nhất!