Kiến thức
Nhiệt điện (Thermocouple) – Nguyên lý, cấu tạo và ứng dụng trong công nghiệp
Nhiệt điện (Thermocouple) là gì?
Nhiệt điện, hay còn gọi là cặp nhiệt điện (thermocouple), là một loại cảm biến nhiệt độ phổ biến. Nó hoạt động dựa trên hiện tượng hiệu ứng nhiệt điện Seebeck, khi hai kim loại khác nhau được nối với nhau tại một điểm nóng – sẽ sinh ra hiệu điện thế tỉ lệ với nhiệt độ.
Cặp nhiệt điện được ứng dụng rộng rãi trong đo lường nhiệt độ từ mức thấp cho đến rất cao (từ -200°C đến trên 1700°C tùy loại).
Cấu tạo của thermocouple
Một cặp nhiệt điện thường gồm:
- Hai dây kim loại khác nhau (ví dụ: Nickel, Chromium, Platinum, Constantan…).
- Điểm nối nóng (Hot Junction): đặt tại nơi cần đo nhiệt độ.
- Điểm nối lạnh (Cold Junction): tham chiếu tại đầu còn lại, thường được bù nhiệt để có kết quả chính xác.
- Dây dẫn bảo vệ và lớp vỏ cách nhiệt.
Nguyên lý hoạt động của nhiệt điện
Khi điểm nối nóng và điểm nối lạnh có nhiệt độ khác nhau, hiện tượng Seebeck sẽ tạo ra một điện áp nhỏ (mV). Điện áp này được đưa vào bộ chuyển đổi hoặc đồng hồ đo, sau đó tính toán ra giá trị nhiệt độ chính xác.
Các loại thermocouple phổ biến
- Thermocouple loại K (Nickel-Chromel / Nickel-Alumel): đo -200 đến +1260°C, dùng nhiều trong công nghiệp.
- Loại J (Iron/Constantan): rẻ, dải đo -40 đến +750°C.
- Loại T (Copper/Constantan): chính xác ở nhiệt độ thấp, dải -200 đến +350°C.
- Loại R, S (Platinum-Rhodium): dùng trong lò nung, dải cao đến 1700°C.
- Loại B (Platinum-Rhodium): đo cực cao, đến 1800°C.
Ưu điểm của cặp nhiệt điện
- Giá thành rẻ, độ bền cao.
- Đo được dải nhiệt độ rộng.
- Phản ứng nhanh, dễ lắp đặt.
- Có nhiều chuẩn quốc tế (IEC, ANSI).
Ứng dụng của nhiệt điện trong công nghiệp
- Ngành luyện kim: giám sát nhiệt độ lò nung, đúc.
- Ngành thực phẩm: kiểm soát nhiệt độ nồi hơi, lò nướng.
- Bếp công nghiệp: theo dõi nhiệt độ buồng đốt, đầu đốt gas.
- Ngành điện – điện tử: theo dõi nhiệt độ dây dẫn, motor.
- Hệ thống HVAC, lạnh công nghiệp: đo nhiệt độ ống dẫn khí, chất làm lạnh.
Cách chọn thermocouple phù hợp
Khi lựa chọn nhiệt điện, cần xem xét:
- Dải nhiệt độ đo.
- Độ chính xác yêu cầu.
- Môi trường (ăn mòn, rung lắc, khí hóa chất).
- Loại đầu dò (trực tiếp, vỏ bảo vệ, gắn ren…).
Kết luận
Nhiệt điện (thermocouple) là cảm biến nhiệt độ thông dụng, bền bỉ và hiệu quả trong nhiều ngành công nghiệp. Với chi phí hợp lý, khả năng đo trong dải rộng và dễ dàng sử dụng, cặp nhiệt điện luôn là lựa chọn tối ưu cho các hệ thống đo nhiệt.
