Cảm biến can nhiệt S là gì ? Mọi thông tin cần biết

Cảm biến can nhiệt S đóng vai trò quan trọng trong việc đo lường nhiệt độ trong các môi trường với nhiệt độ cao. Bài viết này sẽ giúp bạn có cái nhìn tổng quan về cảm biến can nhiệt S, giải đáp những câu hỏi cơ bản như công dụng, cấu tạo, và các yếu tố quan trọng khi lựa chọn cảm biến can nhiệt S.

Cảm biến can nhiệt S là gì ?

Can nhiệt loại S hay còn được biết đến là Thermocouple Type S, là một loại cảm biến nhiệt độ được thiết kế với lớp bọc sứ bên ngoài để đảm bảo khả năng chịu nhiệt lên đến 1600oC. Thường được ứng dụng trong các môi trường công nghiệp nơi mà nhiệt độ cao, như lò đốt, lò nung, lò hơi, và quá trình luyện thép, là nơi mà các thiết bị đo nhiệt độ thông thường gặp khó khăn.
Đầu dò của can nhiệt loại S được chèn trực tiếp vào vùng nhiệt cần đo. Cảm biến của can S sẽ tự động đo nhiệt độ và chuyển đổi thành tín hiệu điện, sau đó truyền về bộ hiển thị nhiệt độ hoặc trung tâm giám sát để theo dõi và kiểm soát quá trình nhiệt độ.

Xem thêm :

• Cảm biến nhiệt độ pt100 là gì ? Kinh nghiệm chọn mua

Thông số cảm biến can nhiệt S

Mẫu: Dòng sản phẩm ASTCG và T2M1
Xuất xứ: Noken và Asit – Italy
Dãy đo tối đa: 1600°C cho cảm biến loại S và loại R
Chất liệu cấu tạo: Ceramics, Inox
Đường kính đầu dò: Ø17mm, có thể điều chỉnh lớn hơn tùy chọn
Chiều dài của cảm biến: Tùy chọn từ 100mm đến 2200mm
Đầu ra (Output): Tín hiệu mV, có thể lựa chọn 4-20mA
Dây kết nối: Đơn (2 dây) hoặc đôi (4 dây).

Cấu tạo cảm biến can nhiệt S

Nếu quan sát bề ngoài, đầu dò của can S có thiết kế tương tự như can K hoặc các loại Thermocouple khác. Tuy nhiên, điểm đặc biệt nằm ở kích thước và vị trí đo nhiệt độ của lõi cảm biến can S. Cấu trúc của can nhiệt loại S bao gồm sáu phần chính như sau:

Đầu kết nối – củ hành

Đầu kết nối điện còn được gọi là đầu củ hành, đó là phần chịu trách nhiệm chính trong việc bảo vệ dây tín hiệu khi kết nối với màn hình hiển thị nhiệt độ hoặc PLC để điều khiển. Vật liệu chế tạo đầu kết nối thường là Nhôm sơn tĩnh điện. Can Thermocouple loại S có tín hiệu đầu ra 4-20mA thường tích hợp bộ chuyển đổi nhiệt độ bên trong đầu kết nối.

Ống dẫn dây tín hiệu

Mặc dù bên ngoài chỉ thấy một đoạn kim loại kết nối với phần sứ đo nhiệt, nhưng vị trí này chịu đựng nhiệt độ cao và thường được làm bằng Inox 316, Inconel, hoặc hợp kim nhôm có khả năng chịu nhiệt cao và giúp tản nhiệt tốt trong khu vực đo. Bên trong là hai ống mao dẩn bảo vệ dây tín hiệu truyền từ đầu cảm biến. Khoảng cách giữa hai ống này cần tối thiểu 150mm để nhanh chóng giảm nhiệt độ.

Kết nối cơ khí

Theo tiêu chuẩn, can S thường không có kết nối ren, mà cảm biến sẽ được thả trực tiếp vào lò nung. Tuy nhiên, trong một số trường hợp, nếu cần gia cố, có thể sử dụng phụ kiện mặt bích hoặc ren nối vào ống dẩn tín hiệu. Việc định vị mặt bích này thực hiện dễ dàng thông qua các vít lục giác chìm.

Sứ bảo vệ ngoài cùng

Đầu dò cảm biến được bọc bởi nhiều lớp sứ khác nhau. Lớp sứ ngoài cùng phải chịu được va đập nhẹ, có độ cứng cao và truyền nhiệt tốt vào bên trong. Vì vậy, lớp sứ bên ngoài cần có độ dày phù hợp với nhiệt độ cần đo.
Can S có hai thang đo nhiệt độ là 1350oC và 1600oC, lớp sứ càng dày hơn khi nhiệt độ càng cao để bảo vệ đầu dò khỏi cháy khi nung ở nhiệt độ lớn. Vật liệu của lớp này bao gồm hợp chất như carbon – Ekatech, hỗn hợp kính cường lực, sapphire, và Ekatech S được trộn với nhau để tạo thành lớp Ceramic bên ngoài.

Ống bảo vệ đầu dò

Bảo vệ đầu dò nhiệt S từ bên trong là một lớp sứ hỗn hợp của TEP, Nhôm Oxide, và gốm. Phần sứ này giúp định vị và bảo vệ đầu dò thêm một lớp, đồng thời ngăn chặn tác động từ bên ngoài.

Giữa hai lớp sứ này, phải có một khoảng trống vừa đủ để truyền nhiệt mà không làm ảnh hưởng đến việc giãn nở của cảm biến khi đo nhiệt độ cao.

Đầu dò nhiệt độ

Lõi chính của cảm biến là đầu dò nhiệt can S được sử dụng để đo nhiệt độ. Cảm biến can nhiệt S chỉ đo nhiệt tại đầu dò, các vị trí khác không có tác dụng. Lõi của can S có hai đường kính là 3.5mm hoặc 5mm.
Đường kính 3.5mm chịu được nhiệt độ 1350oC.
Đường kính 5.0mm chịu được nhiệt độ 1600oC.
Qua mắt thường, không thể xác định được loại Thermocouple S theo tiêu chuẩn nào, thường phải dựa vào mã sản phẩm của từng nhà sản xuất.

Điểm khác nhau giữa cảm biến pt100 và cảm biến can nhiệt loại S, R

• Có lẽ bạn đã biết về cảm biến pt100, một loại cảm biến được xây dựng với đầu dò làm từ Platinum (bạch kim), có vỏ bảo vệ bằng Inox và có khả năng đo nhiệt độ dưới 600°C. Tuy nhiên, khi cần đo ở nhiệt độ cao hơn, cảm biến nhiệt can S trở nên cần thiết, với cấu tạo chủ yếu từ Platinum (90%) và Rhodium-Platinum (10%), hay còn được gọi là sứ. Các cảm biến này có khả năng hoạt động hiệu quả trong khoảng nhiệt độ lý thuyết từ -50÷1760°C. Tuy nhiên, trong thực tế, chúng thường đạt được khoảng 1600°C. Trên thị trường, không nhiều hãng có khả năng sản xuất loại cảm biến này, đặc biệt là các nhà sản xuất nổi tiếng đến từ Châu Âu.
• Tương tự như các loại cảm biến khác, cảm biến can nhiệt S cũng được sử dụng để đo nhiệt độ. Tuy nhiên, do cấu tạo chủ yếu từ Ceramic 610 (ở 1400°C) và Ceramic 710 (ở 1600°C), chúng có khả năng chịu nhiệt trong khoảng nhiệt độ của can nhiệt S. Nếu vỏ bảo vệ làm từ Inox thông thường, nó có thể dễ cháy và làm hỏng cảm biến nếu sử dụng ở các nhiệt độ như đã đề cập trước đó. Thông thường, cảm biến Inox được sử dụng cho can nhiệt K, có khả năng chịu nhiệt lên đến 1100°C và tối đa là 1200°C nếu được bọc bằng sứ bên ngoài.

Vì sao cảm biến can nhiệt S có giá cao ?

• Cảm biến can nhiệt S có giá cao hơn nhiều so với các loại cảm biến khác như PT100, can nhiệt K, J, T, E, và điều này chủ yếu là do vật liệu cấu tạo của cảm biến. Can nhiệt S được làm từ 90% platinum (Pt) và 10% rhodium (Rh), hai nguyên tố này đều là những nguyên tố quý hiếm và đắt đỏ. Platinum là một kim loại có tính chất đặc biệt, không bị oxy hóa ở mọi môi trường nhiệt, ít bị ăn mòn, và không tan trong axit. Nó được sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp như ô tô, trang sức, và y học.
• Rhodium, với ký hiệu hóa học Rh, là một kim loại chuyển tiếp có màu trắng bạc, cứng và bền. Tính chất hoá học đặc biệt của Rhodium là không bị ăn mòn và oxy hóa, ít bị mờ và trầy xước. Điều này làm cho nó trở thành một nguyên liệu quý hiếm được sử dụng trong chế tác kim hoàn, đặc biệt là trong việc mạ các món đồ trang sức với độ phản xạ ánh sáng cực kỳ cao.
• Với cấu tạo từ hai nguyên tố quý hiếm này, cảm biến can nhiệt S có khả năng hoạt động hiệu quả trong nhiều điều kiện nhiệt độ và vì vậy, giá cao hơn so với các cảm biến khác trên thị trường.

Hướng dẫn kiểm tra khả năng hoạt động của cảm biến can nhiệt S

Nếu bạn đang sở hữu một cảm biến nhiệt độ dạng can nhiệt S hoặc mới trang bị một thiết bị như vậy và muốn kiểm tra khả năng hoạt động, bạn có thể sử dụng đồng hồ vạn năng (VOM) để đo lường điện áp đầu ra của cảm biến. Cụ thể, cảm biến này được tạo ra từ hai sợi dây kim loại được kết nối ở một đầu, và khi một đầu tiếp xúc với một nhiệt độ nào đó, nó sẽ tạo ra một hiệu điện thế ở hai đầu còn lại. Do đó, bạn có thể kiểm tra mức điện áp ở hai đầu ra tại từng khoảng nhiệt độ cụ thể. Bạn có thể tham khảo bảng thông số dưới đây.

Xem thông số trong bảng, chúng ta thấy giá trị mV đầu ra của cảm biến thay đổi theo nhiệt độ. Ở 0 độ, điện áp là 0mV; ở -10 độ C là -0.052 mV; ở -25 độ C là -0.127 mV. Tương tự, bảng giá trị cung cấp thông tin về các khoảng nhiệt độ lớn hơn.

Hướng dẫn chọn mua cảm biến can nhiệt S

Khi lựa chọn cảm biến can nhiệt S, quá trình này trở nên thuận tiện hơn khi người dùng tuân theo một số bước quan trọng. Dưới đây là hướng dẫn chi tiết để giúp bạn chọn mua cảm biến can nhiệt S phù hợp với nhu cầu của mình:

Xác định được mức nhiệt cần đo lường

Trước hết, xác định chính xác mức nhiệt độ mà bạn muốn cảm biến can nhiệt S phải đo lường. Điều này sẽ giúp bạn chọn được dải nhiệt độ phù hợp và đảm bảo rằng cảm biến hoạt động hiệu quả trong điều kiện làm việc mong muốn.

Xác định chính xác đường kính cảm biến

Chọn đường kính cảm biến dựa trên yêu cầu cụ thể của ứng dụng. Các đường kính khác nhau sẽ phản ánh vào các dải nhiệt độ khác nhau, vì vậy lựa chọn cẩn thận sẽ đảm bảo khả năng đo chính xác.

Xác định chiều dài cảm biến

Để tránh khó khăn trong quá trình lắp đặt hoặc đo không chính xác, hãy xác định chiều dài cảm biến cần thiết dựa trên yêu cầu cụ thể của ứng dụng. Điều này giúp đảm bảo cảm biến có thể được tích hợp một cách thuận tiện và hiệu quả.

Xác định vật liệu mong muốn

Lựa chọn vật liệu cho phần đầu kết nối của cảm biến, ví dụ như aluminium hoặc thép không gỉ, dựa trên yêu cầu của môi trường làm việc và ngân sách của bạn.

Xác định được nguồn gốc của cảm biến

Kiểm tra nguồn gốc và uy tín của nhà sản xuất cảm biến. Sự đáng tin cậy của cảm biến ảnh hưởng đến hiệu suất và độ bền của nó. Chọn cảm biến từ những nhà sản xuất có danh tiếng và kinh nghiệm trong ngành.