THERMOCOUPLE LÀ GÌ? CẶP NHIỆT ĐIỆN LÀ GÌ?

Cặp nhiệt điện là cảm biến nhiệt độ phổ biến nhất nói chung do giá thành và độ tin cậy tương đối thấp.

Ảnh hưởng của nhiệt độ đến mối nối giữa hai kim loại khác nhau tạo ra một điện áp nhỏ. Một trong những loại cảm biến nhiệt đơn giản nhất là cặp nhiệt điện, chúng hoạt động dựa vào một nguyên lý được gọi là hiệu ứng Seebeck. 

Seebeck đã khám phá ra hiện tượng này vào năm 1821, và trong những năm sau đó cặp nhiệt điện đã trở thành loại cảm biến nhiệt được sử dụng rộng rãi nhất. Từ cặp nhiệt điện (thermocouple) được ghép từ hai từ: “thermo” có nghĩa là nhiệt và “couple” biểu thị hai mối nối.

Một cặp nhiệt điện bình thường gồm hai dây kim loại khác nhau, mỗi dây được chế tạo từ một kim loại đơn chất hay hợp kim. Hai dây này được nối lại với nhau tại một đầu tạo thành điểm đo, thông thường được gọi là điểm nóng, bởi vì phần lớn nhiệt độ được đo cao hơn nhiệt độ môi trường. Hai đầu còn lại của hai dây được nối tới dụng cụ đo để tạo thành mạch kín cho dòng điện chạy qua, dụng cụ đo này sẽ đo mức điện áp được tạo ra tại điểm nối và chuyển đổi nó thành giá trị nhiệt độ tương ứng.

Cặp nhiệt điện dựa trên hiệu ứng Seebeck đã chứng minh rằng khi một cặp kim loại khác nhau tiếp xúc với nhau ở mỗi đầu chịu sự thay đổi của nhiệt độ, chúng sẽ tạo ra một hiệu điện thế nhỏ. Ghép nối các loại kim loại khác nhau cho chúng ta nhiều dải đo khác nhau. Chúng được gọi là "loại". Một loại rất phổ biến là Loại K, kết hợp giữa chromel và alumel, dẫn đến dải đo rộng từ −200 ° C đến +1350 ° C (−330 ° F đến +2460 ° F). Các loại phổ biến khác là J, T, E, R, S, B, N và C.

Các loại cặp nhiệt điện J, K, T và E còn được gọi là Cặp nhiệt điện kim loại cơ bản. Cặp nhiệt điện Loại R, S và B được gọi là Cặp nhiệt điện kim loại quý, được sử dụng trong các ứng dụng nhiệt độ cao. Đầu ra từ cặp nhiệt điện phải được tuyến tính hóa bởi hệ thống đo.

Cảm biến nhiệt điện cũng phải được tham chiếu bằng cách sử dụng Cold Junction Compensation (CJC). “Điểm nối nóng” là đầu đo của cụm cặp nhiệt điện và đầu còn lại là điểm nối lạnh, nơi thường đặt tham chiếu. Bù điểm nối lạnh để loại bỏ ảnh hưởng của điện áp được tạo ra bởi các điểm nối lạnh này để đo nhiệt độ chính xác hơn.

ƯU ĐIỂM VÀ NHƯỢC ĐIỂM CỦA CẶP NHIỆT ĐIỆN

Cặp nhiệt điện thường có giá rẻ và kích thước nhỏ, chắc chắn, tiện lợi và linh hoạt, dải đo rộng, khả năng ổn định có thể chấp nhận, có thể tái sản xuất, chính xác và nhanh. Điện áp do chúng tạo ra độc lập với chiều dài và đường kính dây. Trong khi RTD thì chính xác và ổn định hơn, nhiệt trở thì nhạy hơn, cặp nhiệt điện là cảm biến kinh tế nhất và chúng có thể đo được nhiệt độ cao nhất.

Nhược điểm chính của cặp nhiệt điện là tín hiệu ra nhỏ. Điều  này làm cho nó nhạy với nhiễu điện và bị giới hạn đối với những ứng dụng dải đo tương đối rộng. Nó không tuyến tính, và việc chuyển đổi điện áp ngõ thành giá trị nhiệt độ không đơn giản như những thiết bị đo trực tiếp. Các cặp nhiệt điện luôn luôn cần đến bộ khuếch đại, và việc hiệu chuẩn chúng có thể thay đổi bởi vì sự nhiễm bẩn, sự thay đổi thành phần do quá trình ôxi hóa bên trong. Cặp nhiệt điện không thể sử dụng ở trạng thái dây trần trong chất lỏng dẫn điện, và nếu dây của nó không đồng nhất, điều này có thể tạo ra những điện áp mà rất khó phát hiện.