Trả lời trực tiếp: Can nhiệt tự sinh ra điện áp từ chênh lệch nhiệt độ giữa hai đầu, nên nó cần một mốc so sánh và đo được dải rất rộng. Nhiệt điện trở đổi điện trở theo nhiệt độ, cần dòng kích thích nhưng cho quan hệ ổn định và lặp lại tốt hơn ở dải hẹp.
Nội dung thuộc chuyên trang Tự động hóa & robot của cokhi.net, cụm Robot công nghiệp — ở góc nguyên lý cảm biến, không giới thiệu hay so sánh nhãn hiệu thiết bị.
Vì sao đo nhiệt độ lại khác đo các đại lượng khác?
Phần lớn cảm biến công nghiệp trả lời câu hỏi "có hay không có" — như nhóm cảm biến tiệm cận trình bày ở bài cảm biến tiệm cận. Nhiệt độ thì khác: nó là đại lượng liên tục, và cái ta đo được không phải nhiệt độ của đối tượng mà là nhiệt độ của chính đầu dò.
Khác biệt đó tạo ra một nhóm sai số riêng, không tồn tại ở các phép đo khác: đầu dò phải trao đổi nhiệt với đối tượng cho tới khi hai bên cân bằng, và trong lúc chưa cân bằng thì mọi số đọc đều thấp hoặc cao hơn thực tế. Vì vậy cách gắn đầu dò quan trọng ngang loại đầu dò.
Hai nguyên lý khác nhau ở đâu?
| Can nhiệt (thermocouple) | Nhiệt điện trở (RTD) | |
|---|---|---|
| Nguyên lý | Hai kim loại khác nhau nối với nhau sinh điện áp phụ thuộc chênh lệch nhiệt độ hai đầu | Điện trở của kim loại thay đổi theo nhiệt độ |
| Cần gì để đọc | Một mốc so sánh cho đầu còn lại; mạch đo điện áp rất nhỏ | Dòng kích thích ổn định; mạch đo điện trở |
| Dải đo | Rộng, lên tới vùng nhiệt độ cao | Hẹp hơn |
| Độ ổn định và lặp lại | Kém hơn, trôi dần theo thời gian | Tốt hơn, quan hệ gần tuyến tính |
| Tốc độ đáp ứng | Nhanh hơn (khối lượng đầu dò nhỏ) | Chậm hơn |
| Nhạy với dây dẫn | Rất nhạy — phải dùng đúng loại dây bù | Nhạy với điện trở dây, xử bằng đấu nối 3 hoặc 4 dây |
Bảng nêu quan hệ nguyên lý – hệ quả khi dùng; bảng không nêu trị số dải đo, sai số cho phép hay hệ số nhiệt, vì các trị số này gắn với từng loại và cấp chính xác cụ thể, phải tra ở tài liệu của chính cảm biến đó.
Vì sao dây nối lại là nguồn sai số lớn?
Đây là điểm mà cảm biến nhiệt độ khác hẳn cảm biến số. Với cảm biến tiệm cận, dây chỉ truyền trạng thái đóng hay mở, nên dài ngắn không ảnh hưởng — cách đấu nối nêu ở bài đấu dây cảm biến tiệm cận PNP/NPN vào PLC.
Với can nhiệt, tín hiệu là điện áp rất nhỏ, và mọi mối nối giữa hai kim loại khác nhau trên đường dây lại tạo thêm một cặp nhiệt điện ký sinh. Nối can nhiệt bằng dây đồng thường nghĩa là cộng thêm một cảm biến không mong muốn ngay tại đầu nối — đó là lý do phải dùng dây bù đúng loại và giữ nhiệt độ tại đầu nối ổn định.
Với nhiệt điện trở, đại lượng đo là điện trở, mà dây dẫn cũng có điện trở. Với đường dây dài, phần điện trở của dây có thể so sánh được với phần thay đổi do nhiệt độ. Đây là lý do có kiểu đấu 3 dây và 4 dây: chúng cho mạch đo cách loại trừ phần điện trở của dây ra khỏi kết quả.
Sai số do dây là sai số hệ thống — đo lại nhiều lần không phát hiện được, và chỉ lộ ra khi so với một chuẩn độc lập. Cùng lớp vấn đề với sai lệch của dụng cụ đo trình bày ở bài hiệu chuẩn thiết bị đo.
Gắn đầu dò sai thì hỏng phép đo thế nào?
Ba lỗi gắn đầu dò, đều làm số đọc sai mà không có dấu hiệu báo:
① Tiếp xúc nhiệt kém — có khe hở không khí giữa đầu dò và đối tượng. Không khí cách nhiệt, nên đầu dò đọc ra một nhiệt độ ở đâu đó giữa đối tượng và môi trường. ② Đầu dò dẫn nhiệt ra ngoài — phần thân đầu dò nhô ra môi trường mát hơn sẽ kéo nhiệt đi, làm chính đầu dò lạnh hơn đối tượng. ③ Đo sai chỗ — đo vỏ trong khi cần biết nhiệt độ ổ bên trong. Chênh lệch giữa hai chỗ là có thật và thay đổi theo tải, nên số đọc ổn định vẫn có thể là số sai.
Với thiết bị quay, nhiệt độ ổ thường được dùng làm chỉ báo tình trạng — muốn dùng được thì phải đo cùng một điểm, cùng điều kiện, và so với chính nó lần trước, theo đúng nguyên tắc theo dõi xu hướng nêu ở bài phân tích dầu, chụp nhiệt hồng ngoại, siêu âm. Trong gia công, giãn nở nhiệt của máy còn ảnh hưởng thẳng tới kích thước chi tiết, xem bài sai kích thước khi gia công CNC.
Câu hỏi thường gặp
Chọn can nhiệt hay nhiệt điện trở? Đi từ dải nhiệt độ trước: vượt quá dải của nhiệt điện trở thì chỉ còn can nhiệt. Trong dải mà cả hai đều làm được, nhiệt điện trở thường được chọn vì ổn định và lặp lại tốt hơn, trừ khi cần đáp ứng nhanh hoặc đầu dò phải rất nhỏ.
Đo bằng camera nhiệt có thay được đầu dò tiếp xúc không? Không hoàn toàn. Camera nhiệt đo bức xạ từ bề mặt nên phụ thuộc vào đặc tính phát xạ của bề mặt đó — cùng nhiệt độ nhưng bề mặt bóng và bề mặt xỉn cho số khác nhau. Nó rất mạnh để so sánh và tìm điểm bất thường, kém tin cậy hơn khi cần trị số tuyệt đối.
Tín hiệu nhiệt độ đưa vào PLC thế nào? Cả hai loại đều cho tín hiệu tương tự rất nhỏ nên cần bộ chuyển đổi hoặc mô-đun vào chuyên dụng, chứ không đấu thẳng vào ngõ vào số. Vị trí của khâu này trong vòng điều khiển trình bày ở bài nguyên lý PLC.