Trong các dây chuyền sản xuất thực phẩm, dược phẩm, vi điện tử hoặc khu vực nhạy cảm yêu cầu kiểm soát nhiệt độ chặt chẽ, chỉ cần mức nhiệt chênh lệch 1 - 2°C so với ngưỡng cài đặt là có thể làm hỏng mẻ hàng, hệ thống làm mát chạy sai chế độ hoặc chu trình tiệt trùng không đạt chuẩn. Thông thường, ở những vị trí cần đo nhiệt vừa chính xác vừa ổn định lâu dài, cảm biến PT100 sẽ là sự lựa chọn ưu tiên hàng đầu.
Vì sao lại như thế? Bài viết này của Sensors Việt Nam sẽ giúp bạn tìm ra câu trả lời thông qua việc giải thích chi tiết PT100 là gì, cảm biến PT100 hoạt động ra sao, phân loại cảm biến nhiệt độ PT100 và các ứng dụng chính của thiết bị này. Đồng thời, ở đây cũng hướng dẫn bạn cách lựa chọn model cảm biến PT100 lý tưởng cho từng ứng dụng cụ thể.
PT100 - CẢM BIẾN PT100 LÀ GÌ?
PT100 (cảm biến PT100, cảm biến nhiệt độ PT100) là loại cảm biến nhiệt điện trở (RTD) có phần tử đo làm từ chất liệu bạch kim (Platinum - ký hiệu Pt). Nguyên lý vận hành cơ bản của PT100 là khi nhiệt độ tăng, điện trở bạch kim cũng tăng theo quy luật tuyến tính và có độ lặp lại rất tốt.
Con số “100” trong PT100 nghĩa là điện trở của cảm biến đạt 100 Ω tại 0°C.
Theo tiêu chuẩn IEC 60751, hệ số nhiệt điện trở của cảm biến PT100 là 0,00385 Ω/Ω/°C, nghĩa là điện trở tăng trung bình ~ 0,385 Ω/1°C → điện trở đạt 138,51 Ω/100°C. Nhờ đó mà cảm biến nhiệt độ PT100 hiện được xem là chuẩn tham chiếu trong đo lường nhiệt độ công nghiệp ở dải trung bình.
VÌ SAO BẠCH KIM (PLATINUM) ĐƯỢC LỰA CHỌN CHO CẢM BIẾN PT100?
Trên thực tế, một cảm biến RTD tốt phải cho ra cùng một giá trị điện trở ở cùng một nhiệt độ đo sau hàng nghìn chu kỳ hoạt động và nhiều năm vận hành. Và để đáp ứng yêu cầu này, phần tử cảm biến phải là bạch kim (platinum).
Trong cảm biến đo nhiệt độ PT100, platinum được ưu tiên chọn làm phần tử đo vì nó đáp ứng cùng lúc ba điều kiện tiên quyết mà ít kim loại nào làm được: tính ổn định, độ lặp lại tốt và dải đo rộng. Dưới đây là toàn bộ các đặc tính giúp Platinum trở thành “trái tim” của cảm biến PT100.
Trơ về hóa học và bền bỉ trong điều kiện môi trường khắc nghiệt
Bạch kim là một kim loại quý, nó gần như không bị tác động bởi quá trình oxy hóa hay ăn mòn, kể cả ở nhiệt độ cao. Phần tử đo nhiệt độ làm bằng platinum cũng nhờ đó mà giữ được tiết diện và thành phần ban đầu một cách hoàn chỉnh sau nhiều năm hoạt động, nên điện trở R0 = 100 Ω gần như không bị trôi theo thời gian. Ngược lại, các đối thủ của Platinum như đồng sẽ bắt đầu oxy hóa từ ~150°C, niken bị hạn chế ở ~ 180°C. Sự biến đổi bề mặt này sẽ làm lệch điện trở đáng kể sau một thời gian ngắn nên các kim loại này không được chọn để làm phần tử cảm biến nhiệt độ.
Điểm nóng chảy cao tạo nên dải đo rộng
Bạch kim có nhiệt độ nóng chảy ~1768°C, cao hơn nhiều so với mức đo tối đa 850°C của cảm biến nhiệt độ PT100. Nhờ đó, phần tử cảm biến vẫn giữ được cấu trúc ổn định dù làm việc ở mức maximum của dải đo liên tục. Ở chiều ngược lại, bạch kim cũng hoạt động rất tốt ở dải nhiệt độ rất thấp (có thể xuống đến -200°C). Như vậy, với platinum thì cảm biến PT100 có thể phủ nhiều nhu cầu ứng dụng - từ môi trường cryo cho đến lò nung nhiệt độ cao.
Nhiệt độ và điện trở có mối quan hệ tuyến tính và lặp lại rất cao
Điện trở của bạch kim tăng đều và mượt mà theo sự biến thiên của nhiệt độ. Điều này giúp mạch xử lý thực hiện quy đổi nhanh, hạn chế tối đa sai số nội suy, đặc biệt các cảm biến cùng chuẩn có thể dễ dàng thay thế cho nhau mà không cần hiệu chỉnh lại quá nhiều. Nhờ đó mà cảm biến PT100 của các hãng khác nhau vẫn có thể tương thích với cùng một thiết bị đọc.
Tính chất đồng nhất và độ tinh khiết rất cao
Độ tinh khiết của bạch kim rất cao (khoảng 99,99% trở lên). Nhờ đó mà quá trình chế tác bạch kim thành phần tử đo trong các cảm biến nhiệt độ PT100 cũng dễ dàng cho ra đặc tính gần như giống nhau. Đây được xem là nền tảng để các cấp dung sai cao (Class A/AA) có thể sản xuất hàng loạt. Độ tinh khiết và tính đồng nhất cao cũng là một trong những lý do mà PT100 công nghiệp có độ tin cậy thuộc hàng top.
Dễ gia công thành màng mỏng/dây mảnh
Bạch kim có tính chất vật lý dẻo, dễ kéo sợi mảnh để tạo thành phần tử dây quấn hoặc lớp màng mỏng phủ lên đế gốm. Đó là lý do mà các nhà sản xuất cảm biến nhiệt độ PT100 thường cung cấp hai hai dạng đầu dò - một loại dây quấn và một loại màng mỏng.
CẤU TẠO CẢM BIẾN PT100
Một đầu dò PT100/cảm biến PT100/đầu dò PT100 hoàn chỉnh thường bao gồm 4 phần chính.
Vỏ bảo vệ (thường được làm bằng inox 304/316, gốm hoặc các hợp kim đặc biệt) và thường được đệm bột gốm cách điện nhằm đảm bảo khả năng truyền nhiệt và chống rung tốt.
Phần tử cảm biến được bố trí ở đầu mũi dò, có hai dạng phổ biến: dạng màng mỏng (thin film, trong đó lớp bạch kim được phủ lên đế gốm - phần tử cảm biến dạng này thường có giá thành tương đối mềm, kích thước nhỏ gọn, chịu rung tốt) và dạng dây quấn (wire wound, trong đó dây bạch kim mỏng được quấn trong ống gốm/thủy tinh - phần tử cảm biến PT100 này hoạt động ở dải rộng hơn, độ ổn định tốt hơn và giá thành của nó cũng cao hơn).
Dây dẫn tín hiệu thì có ba kiểu chính là cảm biến nhiệt độ PT100 2 dây, cảm biến nhiệt độ PT100 3 dây và cảm biến nhiệt độ PT100 4 dây. Các dây dẫn thường được bọc PTFE, silicone hoặc sợi thủy tinh (tùy nhiệt độ làm việc của từng model).
Đầu nối/hộp đấu dây có thể tích hợp bộ chuyển đổi tín hiệu analog 4-20mA. Ở phần này có các ren lắp, mặt bích hoặc Tri-clamp để gắn trực tiếp cảm biến PT100 vào đường ống/bồn chứa/thiết bị cần đo nhiệt độ.
Cảm biến nhiệt độ PT100 được phân phối chính hãng tại Sensors Việt Nam
NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CẢM BIẾN PT100
Nguyên lý hoạt động của cảm biến PT100/cảm biến nhiệt độ PT100/đầu dò PT100 dựa trên quy luật: điện trở của kim loại tăng khi nhiệt độ tăng.
Quá trình đo lường của một cảm biến nhiệt độ PT100 có bốn bước nối tiếp:
BƯỚC 1: Nhiệt từ môi trường/mục tiêu đo truyền qua vỏ bảo vệ đến phần tử bạch kim cho đến khi chúng cân bằng nhiệt (thời gian đáp ứng phụ thuộc vào đường kính và vật liệu vỏ).
BƯỚC 2: Cảm biến cấp một dòng kích thích nhỏ (khoảng 1 mA hoặc thấp hơn) chạy qua phần tử cảm biến. Điện áp rơi trên phần tử cảm biến tỷ lệ với điện trở.
BƯỚC 3: Tín hiệu điện trở được khuếch đại và chuyển thành số thông qua bộ ADC.
BƯỚC 4: Bộ xử lý tuyến tính hóa kết quả đo và hiển thị giá trị nhiệt độ hoặc xuất ra tín hiệu chuẩn gửi về hệ thống điều khiển.
ỨNG DỤNG CẢM BIẾN PT100
Nhờ sự cân bằng cực kỳ cao giữa độ chính xác, độ ổn định lâu dài và chi phí đầu tư mà cảm biến PT100 được ứng dụng cực kỳ rộng rãi - đặc biệt là những nơi mà nhiệt độ sẽ quyết định trực tiếp đến chất lượng sản phẩm, độ an toàn hoặc chi phí năng lượng. Ứng dụng cảm biến PT100/đầu dò PT100 điển hình nhất là:
- Thực phẩm và đồ uống (thanh trùng, tiệt trùng, nấu, làm nguội và kho lạnh)
- Dược phẩm, y tế và phòng thí nghiệm (lò hấp tiệt trùng, tủ ấm, tủ sấy, tủ lạnh bảo quản vắc xin và phòng sạch, phòng thí nghiệm).
- Nồi hơi, hệ thống hơi nước và năng lượng (đo nhiệt độ hơi, nước cấp, khói lò và nước ngưng; ứng dụng trong nhà máy điện và trạm biến áp).
- HVAC, chiller và hệ thống lạnh (đo nhiệt độ nước lạnh, nước giải nhiệt, gió cấp và gió hồi để điều khiển chiller, AHU và kho lạnh).
- Nhựa, cao su, dệt nhuộm, sấy gỗ và lò nung (máy ép phun và máy đùn nhựa; dệt nhuộm; lò sấy gỗ, lò nung và lò xử lý nhiệt).
- Bồn phản ứng, đường ống hóa chất và thiết bị trao đổi nhiệt.
BẠN NÊN CHỌN CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ PT100 2 DÂY, 3 DÂY HAY 4 DÂY?
Mỗi kiểu cảm biến PT100 sẽ có một nhóm ứng dụng phù hợp. Thông thường, cảm biến nhiệt độ PT100 loại 3 dây là được dùng nhiều nhất vì phù hợp cho các ứng dụng công nghiệp, cảm biến đo nhiệt độ PT100 4 dây sẽ hợp lý khi ứng dụng cần độ chính xác cao nhất hoặc dây dẫn dài, còn dòng PT100 dạng 2 dây sẽ lý tưởng cho các ứng dụng có đường truyền tín hiệu rất ngắn và yêu cầu độ chính xác trung bình.
Bảng so sánh nhanh cảm biến nhiệt độ PT100 2 dây, cảm biến nhiệt độ PT100 3 dây và cảm biến nhiệt độ PT100 4 dây:
| Tiêu chí | Cảm biến PT100 2 dây | Cảm biến PT100 3 dây | Cảm biến PT100 4 dây |
| Bù điện trở dây | Không | Bù phần lớn | Loại bỏ hoàn toàn |
| Độ chính xác | Thấp nhất | Tốt - ổn cho hầu hết các ứng dụng | Cao nhất |
| Chi phí đầu tư | Thấp nhất | Trung bình | Cao nhất |
| Ứng dụng phù hợp | Dây ngắn, giám sát nhiệt độ cơ bản | Công nghiệp, HVAC, tủ điện, lò nhiệt | Phòng thí nghiệm, hiệu chuẩn, đo chuẩn |
GỢI Ý DẢI ĐO CẢM BIẾN PT100 CHO TỪNG ỨNG DỤNG
Dưới đây là các gợi ý dải đo cảm biến PT100 theo từng ứng dụng cụ thể mà bạn có thể tham khảo:
- Cảm biến PT100 dải đo -40°C đến 50°C: Kho lạnh, tủ bảo quản thực phẩm.
- Cảm biến nhiệt độ PT100 dải đo 0°C đến 50°C: Phòng sạch, kho dược phẩm.
- Cảm biến PT100 dải đo -20°C đến 120°C: Hệ thống HVAC (nước lạnh, nước nóng, AHU).
- Cảm biến nhiệt độ PT100 dải đo 0°C đến 300°C: Lò sấy, tủ nhiệt công nghiệp.
- Cảm biến PT100 dải đo -20°C đến 250°C: Lò phản ứng hoá chất.
- Cảm biến nhiệt độ PT100 dải đo 0°C đến 250°C: Hệ thống hơi, đường ống nhiệt.
- Cảm biến PT100 dải đo 0°C đến 200°C: Đo nhiệt độ dầu, chất lỏng gia nhiệt.
- Cảm biến nhiệt độ PT100 dải đo -50°C đến 200°C: Phòng thí nghiệm, hiệu chuẩn.
GIẢI PHÁP CẢM BIẾN PT100 CHẤT LƯỢNG - GIÁ TỐT TẠI SENSORS VIỆT NAM
Một đầu dò PT100 với sai số chỉ 2°C có thể làm hỏng mẻ hàng lớn hoặc gây nhiễu loạn cả quy trình vận hành. Vì thế, việc chọn đúng cảm biến PT100 ngay từ đầu là cơ sở để doanh nghiệp yên tâm vận hành trong nhiều năm. Tại Sensors Việt Nam, chúng tôi có đầy đủ các dòng cảm biến PT100 đến từ những thương hiệu hàng đầu thế giới (Calex, E+E Elektronik, EMS, Evikon…). Khi mua sản phẩm, khách hàng sẽ được tư vấn chọn model theo đúng nhu cầu ứng dụng: dải nhiệt, đặc điểm môi trường đo, sai số, độ tuyến tính, độ lặp lại và bộ điều khiển hiện có.
Cảm biến nhiệt độ PT100 tại Sensors Việt Nam đáp ứng đầy đủ các dải đo từ lạnh sâu đến nóng chảy, với đầy đủ các kiểu đấu nối 2 dây, 3 dây và 4 dây, cùng nhiều dạng lắp đặt như ren, mặt bích, Tri-clamp và thermowell...
Tham khảo một số dòng cảm biến nhiệt độ PT100/đầu dò PT100 nổi bật của Sensors Việt Nam:
Bên cạnh chất lượng sản phẩm, chúng tôi còn có chính sách giá tốt, giúp khách hàng bỏ ra chi phí sở hữu thấp hơn trong dài hạn. Đi kèm với đó là đầy đủ CO/CQ, chế độ bảo hành chính hãng uy tín, giao hàng nhanh toàn quốc và dịch vụ hỗ trợ chuyên nghiệp - tận tâm - miễn phí.
Quý khách hãy liên hệ trực tiếp cho Sensors Việt Nam qua website hoặc hotline 0911 660 660 và gửi dải nhiệt độ thực tế, đặc điểm môi trường đo, cùng thiết bị đọc hiện có để được các kỹ thuật viên tư vấn model cảm biến PT100 phù hợp kèm báo giá nhanh chóng nhất.