Can nhiệt S là gì? Cấu tạo, nguyên lý hoạt động và ứng dụng

Can nhiệt loại S là loại can nhiệt công nghiệp được sử dụng để đo nhiệt độ trong những ứng dụng nhiệt độ cao, từ 1400°C đến 1600°C. Trong bài viết dưới đây, mời bạn đọc cùng Makgil Việt Nam tìm hiểu sơ lược các thông tin kỹ thuật về cảm biến can nhiệt S.

Can nhiệt S là gì?

Can nhiệt S, còn gọi là can nhiệt type S, can nhiệt loại S hay cảm biến can nhiệt S – có tên tiếng anh là Thermocouple Type S, là một loại cảm biến nhiệt độ được sử dụng để đo nhiệt độ cao từ 0°C lên tới 1600°C trong các ứng dụng công nghiệp. 

Phần đầu dò của can nhiệt thường được bọc sứ (ceramic), đảm bảo cho can nhiệt có thể hoạt động được trong dải nhiệt độ cao. Loại can nhiệt này thường được sử dụng trong các ứng dụng nhiệt độ cao như lò đốt, lò nung, lò hơi, luyện thép, phản ứng nhiệt luyển,…

can nhiet s
Can nhiệt loại S

Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của can nhiệt loại S

1. Cấu tạo của can nhiệt S

Cảm biến can nhiệt S được cấu thành từ 90% PT và 10% Rh-Pt hay còn gọi là sứ. Nhìn bên ngoài, chúng có hình dạng tương tự giống với các loại can nhiệt khác. 

Platinum hay còn gọi là bạch kim, có ký hiệu hóa học là Pt – đây là một trong những nguyên tố quý hiếm nhất trong lớp vỏ Trái Đất với chỉ trung bình 0.005mg/kg mật độ phân bổ. Nó có màu xám trắng, sáng bóng, đặc dẻo và dễ uốn ở dạng tinh khiết. Loại này còn có một cái tên khác gần gũi hơn thường được dùng làm trang sức có tên là vàng trắng.

Platium không bị oxy hóa ở bất kỳ môi trường nhiệt nào, không tan trong axit (tính trơ), có tính dẫn điện và ít bị ăn mòn. Nó chỉ tan trong một số dung dịch Halogen Xianua hoặc nước cường toan. Platium được ứng dụng phong phú trong các ngành công nghiệp như: công nghiệp ô tô (chiếm hơn 50% sản lượng hàng năm), trang sức, y học (sản xuất thiết bị y tế, máy móc,thuốc hóa trị ung thư )… Sự đa dụng này khiến cho nó trở thành một kim loại vô cùng quý hiếm.

Rhodium có ký hiệu hóa học là Rh, là một kim loại chuyển tiếp có màu trắng bạc, cứng và bền. Nhờ tính chất hoá học đặc biệt, Rhodium không bị ăn mòn và oxy hóa, ít bị mờ và trầy xước. Chất duy nhất có thể ăn mòn Rhodium là axit sulfuric.

Nhờ đặc tính phản xạ ánh sáng cực kỳ cao, đây là đặc tính hiếm thấy trên các kim loại, mà nó thường được dùng trong ngành chế tác kim hoàn cùng với bạc và các vật liệu khác tạo nên những món đồ trang sức đẹp mắt và quý giá nhờ công nghệ mạ.

Có một vài loại can nhiệt khác nhau nhưng về cơ bản, chúng đều bao gồm các bộ phận chính sau đây:

Đầu kết nối (Connetion head)

Còn gọi là đầu bảo vệ hay đầu củ hành, thường được làm từ vật liệu aluminium hay thép không gỉ stainless steel, là bộ phận cơ học bảo vệ cầu đấu nối, dây tín hiệu bên trong. Dây tín hiệu này thường kết nối với PLC điều khiển hoặc màn hình hiển thị, thiết bị cảnh báo, báo động.

Thông thường, can nhiệt type S sẽ có thêm tùy chọn tín hiệu ngõ ra 4-20mA, loại này sẽ được tích hợp bộ chuyển đổi nhiệt độ nằm bên trong đầu bảo vệ này.

Ống dẫn dây tín hiệu

Là một kết cấu kim loại nối phần đầu kết nối với phần que đo bằng sứ, bên trong là hai ống mao dẫn bảo vệ dây tín hiệu truyền lên từ đầu cảm biến.

Đây là vị trí chịu nhiệt khá cao nên thường được làm từ thép không gỉ SUS316, Inconel hoặc aluminium có khả năng chịu nhiệt độ cao & giúp tản nhiệt tại khu vực đo.

Kết nối cơ khí (Process connection)

Là phần kết nối giúp cố định can nhiệt S vào hệ thống, thiết bị cần đo. Theo tiêu chuẩn thì các can nhiệt type S này không có kết nối ren mà phần cảm biến sẽ thả trực tiếp vào vị trí đo. Tuy nhiên, thông thường sẽ có các tùy chọn phụ kiện kết nối mặt bích hoặc kết nối ren đi kèm, giúp người dùng cố định can nhiệt với thiết bị, hệ thống.

Lớp sứ bảo vệ (Inner tube)

Phần đầu dò của cảm biến được bao bọc bởi nhiều lớp sứ khác nhau, trong đó lớp sứ bảo vệ ngoài cùng và có độ dày phù hợp với nhiệt độ cần đo, đồng thời phải có độ cứng cao, chịu được va đập và khả năng truyền nhiệt vào bên trong.

Ống bảo vệ đầu dò (Insullation rod)

Nằm giữa lớp sứ bảo vệ bên ngoài và đầu dò nhiệt độ là một lớp sứ hỗn hợp khác, giúp cố định và và bảo vệ đầu dò nhiệt trong cùng một lần nữa, tránh sự tác động từ bên ngoài. Giữa hai lớp sứ này phải có khoảng cách nhất định, đảm bảo khả năng truyền nhiệt mà không bị ảnh hưởng bởi sự giãn nở trong môi trường nhiệt độ cao của cảm biến.

Đầu dò nhiệt độ (measuring sensor)

Là bộ phận nằm ở trong cùng của que đo, được coi là trái tim của can nhiệt, cảm nhận trực tiếp giá trị nhiệt độ, thông qua dây dẫn tín hiệu để thông báo giá trị nhiệt độ đo được. Đầu dò nhiệt độ thường có hai kích thước, tương ứng với hai dải nhiệt độ khác nhau:

  • Đường kinh 0.35mm: tương ứng dải nhiệt độ 1350°C
  • Đường kính 0.5mm: tương ứng dải nhiệt độ 1600°C
can nhiet s
Cấu tạo của can nhiệt S

2. Nguyên lý hoạt động của can nhiệt S

Các can nhiệt thermocouple đều có nguyên lý hoạt động giống nhau, chỉ khác nhau về vật liệu cấu thành. Can nhiệt được cấu thành từ 2 dây kim loại khác nhau được hàn dính 1 đầu gọi là đầu nóng (hay đầu đo), đầu còn lại gọi là đầu lạnh (hay là đầu chuẩn).

Khi có sự chênh lệch nhiệt độ giữa đầu nóng và đầu lạnh thì sẽ phát sinh 1 sức điện động V tại đầu lạnh. Một vấn đề đặt ra là phải ổn định và đo được nhiệt độ ở đầu lạnh, điều này tùy thuộc rất lớn vào chất liệu. 

Định nghĩa một cách khác, can nhiệt là một thiết bị cảm biến nhiệt điện mạch kín bao gồm hai dây kim loại khác nhau được nối lại ở hai đầu. Một dòng điện được tạo ra khi nhiệt độ ở một đầu khác với nhiệt độ ở đầu còn lại. Hiện tượng này được biết đến như là hiệu ứng Seebeck, đây là cơ sở để đo nhiệt độ của can nhiệt.

Can nhiệt hoạt động dựa trên nguyên lý “hiệu ứng nhiệt điện”. Hiệu ứng này xảy ra khi hai kim loại khác nhau được nối lại với nhau một đầu sẽ sinh ra một dòng điện rất nhỏ được tính bằng milivon (mV). Khi nhiệt độ tại điểm nối này thay đổi sẽ làm cho dòng điện bên trong thay đổi => dựa vào tín hiệu điện này sẽ đọc được giá trị nhiệt độ.

Nguyên lý hoạt động của can nhiệt S

Phân biệt cảm biến can nhiệt S và Pt100

Can nhiệt loại S và cảm biến nhiệt độ Pt100 đều có cùng mục đích sử dụng là đo và kiểm soát nhiệt độ của thiết bị, hệ thống và đều có hình dạng bên ngoài tương đối giống nhau. 

Tuy nhiên, do chúng khác nhau về cấu tạo và nguyên lý hoạt động, nên chúng có một số điểm khác nhau sau đây:

1. Về cấu tạo

Pt100 có cấu tạo gồm có dây kim loại làm từ: Đồng, Niken, Platium,… được quấn theo hình dáng của đầu to. Khi nhiệt độ thay đổi điện trở giữa 2 đầu dây kim loại này sẽ thay đổi, và tùy chất liệu kim loại sẽ có độ tuyến tính trong 1 khoảng nhiệt độ nhất định.

Can nhiệt loại S có cấu tạo gồm 2 dây kim loại khác nhau được hàn dính 1 đầu gọi là đầu nóng (hay đầu đo), hai đầu còn lại gọi là đầu lạnh (hay là đầu chuẩn).

Khi có sự chênh lệch nhiệt độ giữa đầu nóng và đầu lạnh thì sẽ phát sinh 1 sức điện động V tại đầu lạnh. Khi nhiệt độ tại điểm nối này thay đổi sẽ làm cho dòng điện bên trong thay đổi, từ đó dựa vào tín hiệu điện này sẽ đọc được giá trị nhiệt độ.

2. Về chức năng

  • Pt100 được sử dụng để đo nhiệt độ trong khoảng -200°C…850°C.
  • Can nhiệt S được sử dụng để đo nhiệt độ trong khoảng 0°C…1600°C.

Ưu & nhược điểm của can nhiệt type S

Ưu điểm

  • Khả năng đo nhiệt độ tuyệt vời, lên tới 1600°C.
  • Sử dụng được trong hầu hết các ứng dụng cần đo nhiệt độ trực tiếp.
  • Thiết kế đa dạng về chiều dài, loại dây, kiểu kết nối,… phù hợp với phần lớn yêu cầu của khách hàng.

Nhược điểm

  • Do đặc tính dùng để đo nhiệt độ cao, được cấu thành từ hai kim loại hiếm nên can nhiệt S có giá thành khá cao.
  • Do lớp bảo vệ bên ngoài được làm từ sứ nên dễ bị vỡ khi gặp va đập mạnh.
  • Cấp chính xác không cao như cảm biến nhiệt độ Pt100.

Tiêu chí chọn mua can nhiệt S

Khi lựa chọn can nhiệt type S, người dùng nên lưu ý một số tiêu chí cơ bản, đảm bảo lựa chọn can nhiệt phù hợp với ứng dụng và mục đích sử dụng của mình nhất. Dưới đây là một số tiêu chí cơ bản giúp người dùng thuận tiện hơn trong việc lựa chọn:

  • Dải đo: Do can nhiệt S được sử dụng để đo nhiệt độ làm việc khá cao – lên tới 1600°C nên khi lựa chọn, người dùng nên xác định chính xác dải nhiệt độ cần đo, giúp đảm bảo điều kiện làm việc của thiết bị và tối ưu hóa chi phí.
  • Vật liệu đầu kết nối: Thông thường, phần đầu kết nối thường có các tùy chọn vật liệu như aluminium, thép không gỉ stainless steel,… Điều này ảnh hưởng nhiều đến giá thành sản phẩm nên cần cân nhắc khi lựa chọn. 
  • Đường kính ống bảo vệ: Người dùng cần kiểm tra và lựa chọn kích thước đường kính ổng bảo vệ cho phù hợp, tránh trường hợp khó khăn khi lắp đặt.
  • Kích thước đầu dò nhiệt độ: Như đã nêu trên phần cấu tạo, can nhiệt S có phần đầu dò nhiệt độ gồm 02 tùy chọn kích thước, tương ứng với 02 dải nhiệt độ cần đo. Người dùng nên lưu ý để lựa chọn cho phù hợp, cụ thể:
    • Đường kinh 0.35mm: tương ứng dải nhiệt độ 1350°C
    • Đường kính 0.5mm: tương ứng dải nhiệt độ 1600°C
  • Kết nối cơ khí:  Người dùng cần kiểm tra kết nối của hệ thống, thiết bị hiện hữu để lựa chọn kết nối của can nhiệt cho phù hợp, đảm bảo cho quá trình lắp đặt. Hai kết nối phổ biến nhất là kết nối ren và kết nối mặt bích.
  • Độ chính xác: Can nhiệt thường có cấp độ chính xác khác nhau và chúng quyết định tới sai số của sản phẩm, giá bán của can nhiệt nên người dùng cần nắm rõ để lựa chọn.
  • Môi chất làm việc: Để xác định xem có cần sử dụng ống bảo vệ thermowell đi kèm hay không? Đối với những môi trường có áp suất cao hoặc môi chất ăn mòn, oxy hóa thì thường cần sử dụng ống thermowell bảo vệ đầu dò.
  • Chiều dài que đo: Người dùng cần lựa chọn chiều dài của cảm biến phù hợp để tránh trường hợp chiều dài quá dài dẫn tới việc khó khăn trong lắp đặt hoặc quá ngắn dẫn tới việc can nhiệt đo không chính xác.
  • Tín hiệu ngõ ra: Thông thường, cảm biến can nhiệt type S có hai dạng tín hiệu ngõ ra là millivoltage hoặc analog 4-20mA. Tùy vào mục đích sử dụng mà người dùng cân nhắc lựa chọn cho phù hợp với yêu cầu sử dụng.

Các đơn vị đo nhiệt độ thường được sử dụng

Dưới đây là một số đơn vị đo nhiệt độ phổ biến trong lĩnh vực công nghiệp tại thị trường Việt Nam: 

  • Đổi độ °F sang độ °C    : °C = (°F – 32) / 1.8
  • Đổi độ °C sang độ °F            : °F = °C × 1.8 + 32
  • Đổi từ độ K sang độ °C        : °C = K – 273.15
  • Đổi từ độ °C sang độ K        : K = °C + 273.15

Makgil chuyên cung cấp can nhiệt S chính hãng, xuất xứ châu Âu

Makgil Việt Nam là một trong những đơn vị giàu kinh kiệm trong lĩnh vực cung cấp, lắp đặt các thiết bị đo áp suất, nhiệt độ, trong đó có can nhiệt thermocouple. Với nhiều năm kinh nghiệm trong ngành, Makgil hiện là nhà phân phối ủy quyền của hãng Thermo-electra có xuất xứ Netherland – thương hiệu từ những năm 1962 với đầy đủ chủng loại, chất lượng và công nghệ vượt trội.

Với đội ngũ nhân viên giàu kinh nghiệm, chúng tôi cũng dễ dàng có thể tư vấn cho khách hàng lựa chọn được loại đồng hồ phù hợp với yêu cầu và mục đích sử dụng, với chi phí tối ưu, hợp lý nhất.

Đặc biệt, với lượng hàng lưu khó rất lớn với đầy đủ chủng loại, dải đo, vật liệu, kích thước, giá thành của Makgil Việt Nam luôn cam kết tốt nhất thị trường, với thời gian bảo hành lên tới 18 tháng, đảm bảo để khách hàng có thể tin tưởng lựa chọn.

Quý khách hàng lưu ý rằng chúng tôi xin phép không cung cấp hàng hóa có xuất xứ từ Trung Quốc, thương hiệu của Trung Quốc, gây ảnh hưởng đến uy tín của chúng tôi và sự an toàn cho hệ thống của người dùng.

Makgil Việt Nam hân hạnh được phục vụ mọi yêu cầu của khách hàng theo thông tin chi tiết dưới đây:

CÔNG TY TNHH MAKGIL VIỆT NAM

  • Trụ sở chính: 18/21 Nguyễn Văn Dung, Phường 06, Quận Gò Vấp, TP. Hồ Chí Minh
  • Chi nhánh Hà Nội: Số 130 D4 Khu đô thị mới Đại Kim, Đại Kim, Hoàng Mai, Hà Nội
  • Điện thoại: 02866-572-704
  • Fax: 02822-026-775
  • Website: https://makgil.com     Email: info@makgil.com
  • Zalo: 0902 949 401       –         0902 988 005      –       0932 798 882

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *