Can nhiệt là gì? Các loại can nhiệt thông dụng

1. Can nhiệt là gì?

Can nhiệt

Thermocouple (hay còn gọi là can nhiệt) là loại cặp nhiệt điện. Can nhiêt được sử dụng cho các ứng dụng đo nhiệt độ cao. Tuy nhiên mỗi loại can nhiệt lại có ứng dụng và nhiệt độ đo được khác nhau.

2. Nguyên lý hoạt động của can nhiệt

– Việc đo nhiệt độ bằng can nhiệt rất đơn giản nhưng vẫn thường gặp lỗi khi ứng dụng đo, nguyên nhân chính đó là:

+ Quá nhiệt của phần tử cảm biến

+ Cách điện kém của thiết bị cảm biến

+ Phần tử cảm biến không được đặt ở độ sâu nhất định

–  Khi can nhiệt bị cắt ngang bởi dòng điện quá cao thì bộ phận cảm biến sẽ tự nóng lên trong quá trình đo. Bời vì hiệu ứng Jole làm tăng nhiệt độ của phần tử.

– Sự tăng nhiệt độ phụ thuộc vào các yếu tố chính được sử dụng và điều kiện đo. Thông thường các thiết bị đo sử dụng nhiệt điện trở làm cảm biến đều có dòng đo rất thấp, tuy nhiên không vượt quá 1mA.

– Để đo chính xác với can nhiệt thì quan trọng nhất là sự cách điện giữa các dây dẫn và vỏ bọc bên ngoài. Nó phải đảm bảo đủ lớn, đặc biệt là ở nhiệt độ cao.

– Ở nhiệt độ không đổi, nếu cách điện giảm đi, điện áp đo trên các phần tử cảm biến cũng sẽ giảm do đó gây ra lỗi trong phép đo. Do đó nó được đặt song song với các phần tử cảm biến.

– Điện trở cách điện có thể giảm khi đầu dò được sử dụng ở nhiệt độ quá cao, khi có rung động mạnh hoặc do ảnh hưởng của các tác nhân vật lý hay hóa học.

– Độ sâu ngâm của các phần tử cảm biến cũng rất quan trọng đối với một phép đo chính xác. Nếu độ sâu không đủ nó có thể gây ra sai số trong phép đo đến vài ºC.

⇒  Điều này là do vỏ bọc thường là kim loại, bộ phận cảm biến được bảo vệ sẽ phân tán nhiệt theo tỉ lệ chênh lệch nhiệt độ giữa vùng nóng và vùng lạnh. Do đó, cảm biến nhiệt có một dải nhiệt nằm dọc theo một phần của vỏ bọc.

Chính vì thế, độ sâu ngâm phải đủ để bộ phận cảm biến bên trong vỏ bọc không phải chịu ảnh hưởng của độ chênh lệch nhiệt độ này.

3. Những điều cần lưu ý khi lựa chọn can nhiệt

- Hiểu rõ về ứng dụng và nhiệt độ cần đo:

+ Khoảng nhiệt độ thấp nhất và cao nhất cần đo là bao nhiêu, khi nhiệt độ cao có gây nguy hiểm hay không?

+ Môi trường cần đo là gì ? Ứng dụng cần đo là gi? Có bị ăn mòn hay không?

+ Áp suất là bao nhiêu?

- Vật liệu của vỏ bọc đầu can nhiệt: Lựa chọn vật liệu của can nhiệt phụ thuộc vào nhiệt độ và lưu chất cần đo là gì? Khi đo nhiệt độ > 600ºC thì cần sử dụng vật liệu inox 310, nhiệt độ > 1000ºC thì sử dụng vật liệu ceramic. Nếu đo nhiệt độ mà lưu chất có tính ăn mòn cao hoặc oxy hóa mạnh như acid, clo, javen,… thì nên sử dụng thêm thermowell để bảo vệ.

- Thang đo của can nhiệt: Nhiệt độ có thể đo được tối thiểu là 270ºC, tối đa đến 1820ºC.  Tuy nhiên nếu đo nhiệt độ cao cần chọn thang đo phù hợp với loại can nhiệt.

- Sử dụng thêm vỏ bọc (thermowell):

+ Đối với các ứng dụng có áp suất cao hoặc môi chất ăn mòn, oxy hóa cao thì cần phải sử dụng thêm thermowell để bảo vệ vỏ bọc của đầu cảm biến.

+ Cần có thông số cụ thể để chọn cấu tạo và vật liệu thermowell chính xác nhất.

- Sử dụng thêm Transmitter (hệ thống điều khiển): Trong lĩnh vực công nghiệp, người ta thường sử dụng can nhiệt có tích hợp transmitter để chuyển đổi tín hiệu điện áp sang tín hiệu dòng điện. Mục đích là để dễ điều khiển và đưa được tín hiệu đi xa, ổn định hơn.

4. Các loại can nhiệt thông dụng

4.1. Thermocouple loại K

Cặp nhiệt điện gồm các hợp kim có chứa niken. Nó phù hợp để điều chỉnh nhiệt độ cao trong môi trường oxy hóa. Không được sử dụng trong môi trường khí quyển. Can nhiệt sử dụng phổ biến nhất trong công nghiệp, đo nhiệt độ các ứng dụng có nhiệt độ hoạt động trong khoảng từ 600 ºC -1200ºC.

Can nhiệt dạng dây

Cảm biến nhiệt độ (thermocouple) loại K là loại can nhiệt sử dụng phổ biến nhất trong công nghiệp. Khoảng nhiệt độ đo được trong khoảng từ -270 đến 1372 độ C. Can nhiệt loại K thường được sử dụng để đo nhiệt độ các ứng dụng có nhiệt độ hoạt động trong khoảng từ 600 đến 1200 độ C.

Khi lựa chọn can nhiệt, nếu không có yêu cầu đặc biệt nào khác thì nên sử dụng can nhiệt loại K.

4.2. Thermocouple loại J

Cặp nhiệt điện bao gồm cực dương sắt và cực âm (hợp kim đồng-niken). Được chỉ định để đo nhiệt độ trung bình trong việc giảm khí quyển và với sự hiện diện của hydro và carbon. Sự hiện diện của sắt gây nguy hiểm cho hoạt động của nó trong quá trình oxy hóa các quả cầu. Can nhiệt J có thể đo nhiệt độ từ 200ºC – 1200ºC. Phù hợp để sử dụng trong chân không, không khí giảm hoặc trơ.

Can nhiệt loại J có thể đo được nhiệt độ từ -200 đến 1200 độ C. Loại J phù hợp để sử dụng trong chân không, không khí giảm, hoặc trơ. Nó sẽ giảm tuổi thọ nếu sử dụng trong môi trường oxy hóa.

4.3. Thermocouple loại E

Cảm biến E có công suất nhiệt điện cao kết hợp cực dương của cặp nhiệt điện kiểu K và cực âm của cặp nhiệt điện kiểu J . Đặc biệt chỉ định trong khí quyển oxy hóa. Có nhiệt độ đo được từ 270ºC – 1000ºC. Được khuyến cáo sử dụng cho môi trường oxy hóa liên tục hoặc khí trơ. Sai số không ổn định khi đo nhiệt độ âm.

Can nhiệt dạng củ hành

Can nhiệt loại E có nhiệt độ đo được trong khoảng -270 đến 1000 độ C. Nó được khuyến cáo sử dụng cho môi trường oxy hóa liên tục hoặc khí trơ. Sai số không ổn định khi đo nhiệt độ âm.

4.4. Thermocouple loại T

Cặp nhiệt điện cho phép đo chính xác ở nhiệt độ thấp từ 270ºC – 400ºC. Chúng có thể sử dụng trong môi trường oxy hóa và giảm khí quyển, trong chân không. Nó có khả năng chống ăn mòn cao.

Can nhiệt loại T đo được nhiệt độ tương đối thấp (-270 đến 400 độ C) chỉ tuyến tính ở nhiệt độ thấp. Chúng có thể được sử dụng trong môi trường oxy hóa, giảm hoặc trơ và trong chân không. Chúng có khả năng chống ăn mòn cao.

4.5. Thermocouple loại N

Cặp nhiệt điện cho nhiệt độ cao tương tự như loại K, dải đo tiềm năng trong khoảng từ 270ºC – 1300ºC nhưng có độ phản ứng trễ nhiệt ít hơn. Sử dụng ổn định ở nhiệt độ 1200ºC.

Can nhiệt loại N là loại can nhiệt mới, dần đang được sử dụng nhiều trên thế giới. Chúng đo dải đo tiềm năng trong khoảng -270 đến 1300 độ C. Chúng thường sử dụng ổn định nhiệt độ ở nhiệt độ 1200 độ C.

4.6. Thermocouple loại R

Giống như cảm biến S nhưng với tỷ lệ phần trăm khác nhau của hai kim loại. Đo nhiệt độ cao từ 50ºC – 1768ºC, được ứng dụng trong công nghiệp có nhiệt độ cao và tính ổn định cũng cao.

Can nhiệt loại R có nhiệt độ đo được cao (-50 đến 1768 độ C). Do đó nó được ứng dụng trong các ứng dụng công nghiệp có nhiệt độ cao và cần tính ổn định cao.

4.7. Thermocouple loại S

Cảm biến S bao gồm các kim loại quý (Bạch kim và Rhodium) cho phép thu được các phép đo rất chính xác. Đặc biệt chịu được ở nhiệt độ cao từ 50ºC – 1768ºC, nó thường được sử dụng trong khí quyển oxy hóa. Nó không thực sự được khuyến khích trong việc giảm khí quyển hoặc những thứ có chứa hơi kim loại. Nó được sử dụng trong thí nghiệm và để xác định thang đo Nhiệt độ Quốc tế(International Temperature Scale)

Can nhiệt loại S có dải đo giống với loại R. Tuy nhiên, loại R được sử dụng trong công nghiệp. Loại S thì được sử dụng trong thí nghiệm, nó còn được sử dụng để xác định Thang đo Nhiệt độ Quốc tế (International Temperature Scale).

4.8. Thermocouple loại B

Cặp nhiệt điện gồm các kim loại quý, do số lượng Rhodium lớn hơn so với các loại cảm biến S và R. Nó có khả năng chịu nhiệt độ cao hơn và chịu áp lực cơ học. Đo được nhiệt độ từ 0ºC -1820ºC, được sử dụng để đo nhiệt độ cao mà các can nhiệt khác không đáp ứng được.

Can nhiệt loại B đo được nhiệt độ rất cao (0 đến 1820 độ C). Do đó can nhiệt loại B được sử dụng để đo nhiệt độ cao mà các can nhiệt khác không đáp ứng được.

4.9. Thermocouple loại W3

Dải nhiệt độ Cảm biến cho nhiệt độ cực cao bao gồm cực dương Vonfram chứa 3% rheni và cực âm Vonfram chiếm 25% rheni. Đặc biệt chống lại việc giảm khí quyển và sự hiện diện của hydro hoặc các khí trơ khác. Không được sử dụng trong không khí hoặc khí quyển oxi hóa.

4.10. Thermocouple loại W5

Cặp nhiệt điện rất giống với W3 nhưng với tỷ lệ rheni lớn hơn làm tăng sức cản cơ học của nó. Các đặc điểm khác là đặc trưng của cặp nhiệt điện W3.

Nếu bạn muốn tìm hiểu về Tự động hóa trong nhà máy và Can nhiệt, hãy liên hệ với chúng tôi. Với phương châm làm việc chuyên nghiệp, tận tâm Bảo An Automation luôn cam kết mang tới cho khách hàng sản phẩm với chất lượng tốt nhất với giá thành hợp lý và đảm bảo giao hàng đúng tiến độ.