Trong các dây chuyền sản xuất công nghiệp, nhiều vị trí như sản phẩm đang di chuyển trên băng tải, kim loại vừa ra khỏi lò nung hoặc động cơ đang vận hành liên tục cần giám sát nhiệt độ nhưng không thể đo trực tiếp bằng đầu dò tiếp xúc. Cảm biến nhiệt độ hồng ngoại được thiết kế để ứng dụng trong những trường hợp như vậy, cho phép đo nhiệt độ bề mặt từ xa mà không cần tiếp xúc với vật thể.

Bài viết dưới đây giúp bạn hiểu rõ nguyên lý hoạt động, các loại cảm biến nhiệt độ hồng ngoại công nghiệp, ứng dụng thực tế và những tiêu chí quan trọng khi lựa chọn thiết bị.

CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ HỒNG NGOẠI LÀ GÌ?

Cảm biến nhiệt độ hồng ngoại là thiết bị đo nhiệt độ không tiếp xúc, hoạt động bằng cách thu nhận bức xạ hồng ngoại phát ra từ bề mặt vật thể và xử lý tín hiệu để xác định nhiệt độ. Thiết bị cho phép đo từ một khoảng cách nhất định mà không cần gắn đầu dò trực tiếp lên đối tượng.

Trong công nghiệp, cảm biến nhiệt độ hồng ngoại thường được lắp cố định để giám sát nhiệt độ liên tục trên dây chuyền. Tùy model, thiết bị có thể cung cấp tín hiệu analog như 4-20 mA, 0-10 V hoặc giao tiếp số để kết nối với hệ thống điều khiển.

Điểm nổi bật của cảm biến nhiệt độ hồng ngoại là đo nhanh, không làm ảnh hưởng đến vật được đo và phù hợp với các đối tượng đang chuyển động, có nhiệt độ cao hoặc khó tiếp cận. 

NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ HỒNG NGOẠI

Mọi vật thể có nhiệt độ cao hơn độ không tuyệt đối đều phát ra bức xạ điện từ. Trong đó, bức xạ hồng ngoại có thể được sử dụng để xác định nhiệt độ bề mặt thông qua mối quan hệ giữa năng lượng bức xạ và nhiệt độ của vật.

Quy trình hoạt động của cảm biến nhiệt độ hồng ngoài diễn ra như sau: 

• Bước 1: Cảm biến thu nhận bức xạ qua hệ quang học
• Bước 2: Bộ phát hiện chuyển đổi năng lượng nhận được thành tín hiệu điện.
• Bước 3: Mạch xử lý sử dụng tín hiệu này cùng các thông số hiệu chỉnh để tính toán và xuất ra giá trị nhiệt độ.

Độ phát xạ là yếu tố quan trọng trong phép đo. Đây là đại lượng thể hiện khả năng phát bức xạ nhiệt của một bề mặt so với vật đen tuyệt đối ở cùng nhiệt độ. Bề mặt sơn, cao su hoặc vật liệu hữu cơ thường có độ phát xạ tương đối cao, trong khi kim loại sáng bóng thường có độ phát xạ thấp và phản xạ bức xạ từ môi trường mạnh hơn.

Nếu cài đặt độ phát xạ không phù hợp, cảm biến có thể cho kết quả sai lệch. Ngoài độ phát xạ, bụi, khói, hơi nước hoặc vật cản trên đường quang cũng có thể ảnh hưởng đến tín hiệu. Do đó, việc lựa chọn vị trí lắp đặt và giữ sạch thấu kính là những yếu tố cần được xem xét.

CÁC LOẠI CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ HỒNG NGOẠI PHỔ BIẾN

Cảm biến nhiệt độ hồng ngoại có thể được phân loại theo công nghệ phát hiện, dải nhiệt độ, khoảng cách đo, tín hiệu đầu ra và môi trường sử dụng. Mỗi tiêu chí phản ánh một khía cạnh khác nhau, giúp người dùng xác định thiết bị phù hợp với yêu cầu thực tế.

Phân loại theo công nghệ cảm biến

Cảm biến hồng ngoại sử dụng bộ phát hiện nhiệt

Đây là dạng cảm biến chuyển đổi năng lượng bức xạ thành tín hiệu thông qua sự thay đổi nhiệt. Công nghệ này được sử dụng trong nhiều thiết bị đo nhiệt độ không tiếp xúc, với đặc tính và tốc độ đáp ứng phụ thuộc thiết kế của từng model.

Cảm biến hồng ngoại sử dụng bộ phát hiện lượng tử 

Cảm biến hồng ngoại này tạo tín hiệu dựa trên tương tác giữa photon và vật liệu bán dẫn. Các thiết bị này có thể đạt tốc độ đáp ứng cao và được sử dụng trong những ứng dụng cần theo dõi biến động nhiệt độ nhanh.

Cảm biến hồng ngoại hai bước sóng 

Cảm biến này còn gọi là cảm biến tỷ lệ, sử dụng bức xạ ở hai dải bước sóng để xác định nhiệt độ. Phương pháp này có thể giảm ảnh hưởng của một số thay đổi về độ phát xạ hoặc suy giảm tín hiệu trên đường quang, nếu điều kiện đo đáp ứng các giả định của thiết bị. Đây là lựa chọn đáng cân nhắc khi đo kim loại nóng hoặc vật thể có điều kiện bề mặt không ổn định.

Phân loại theo dải nhiệt độ đo

Dải đo cần phù hợp với nhiệt độ thực tế của đối tượng. Các ứng dụng gần nhiệt độ môi trường có thể gặp trong ngành thực phẩm, bao bì và giám sát thiết bị. Dải trung bình thường được cân nhắc khi theo dõi động cơ, ổ trục, nhựa hoặc cao su. Những quy trình như luyện kim, lò nung và gia công thủy tinh có thể yêu cầu cảm biến chuyên dụng cho nhiệt độ cao.

Phân loại theo tín hiệu đầu ra

Tín hiệu đầu ra quyết định cách cảm biến hồng ngoại kết nối với hệ thống điều khiển.

4-20 mA

Cảm biến nhiệt độ hồng ngoại có tín hiệu dòng analog thường được sử dụng trong môi trường công nghiệp nhờ khả năng truyền tín hiệu ổn định trên đường dây phù hợp. Mức dòng 4 mA cũng hỗ trợ phân biệt trạng thái đo thấp với dòng bằng 0, nhưng việc phát hiện lỗi vẫn phụ thuộc thiết kế hệ thống.

0-10 V

Với tín hiệu điện áp analog, cảm biến nhiệt độ hồng ngoại dễ tích hợp với các bộ điều khiển có ngõ vào tương ứng. Cần lưu ý ảnh hưởng của sụt áp, nhiễu và chiều dài dây dẫn.

RS-485 và Modbus RTU

Một số model hỗ trợ truyền dữ liệu số để hệ thống đọc nhiệt độ và các thông số khác theo chức năng được nhà sản xuất cung cấp.

ỨNG DỤNG CỦA CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ HỒNG NGOẠI TRONG CÔNG NGHIỆP

Giám sát nhiệt độ trên dây chuyền sản xuất

Cảm biến nhiệt độ hồng ngoại có thể theo dõi nhiệt độ bề mặt sản phẩm đang di chuyển trên băng tải, ví dụ như vật liệu sau khi sấy hoặc chi tiết sau công đoạn gia nhiệt. Thiết bị được lắp cố định tại vị trí phù hợp để đo liên tục mà không tiếp xúc với sản phẩm.

Theo dõi nhiệt độ động cơ và thiết bị điện

Nhiệt độ tăng bất thường tại vỏ ổ trục, động cơ hoặc mối nối điện có thể là dấu hiệu cần kiểm tra. Cảm biến hồng ngoại cho phép giám sát các vị trí này mà không cần tiếp xúc trực tiếp với bộ phận đang vận hành.

Đo nhiệt độ kim loại và vật liệu trong lò nung

Trong luyện kim và gia công nhiệt, nhiệt độ của kim loại nóng ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng sản phẩm và quá trình vận hành. Cảm biến nhiệt độ hồng ngoại cho phép theo dõi từ xa các vật thể có nhiệt độ cao mà không cần tiếp xúc. Tùy loại kim loại, trạng thái bề mặt và dải nhiệt độ, có thể cần lựa chọn bước sóng đo chuyên dụng hoặc cảm biến hai bước sóng. 

Kiểm soát nhiệt độ trong ngành nhựa và cao su

Trong quá trình ép, đùn hoặc cán, nhiệt độ bề mặt vật liệu là một thông số quan trọng để kiểm soát chất lượng. Cảm biến hồng ngoại có thể được bố trí gần đầu ra khuôn hoặc sau công đoạn gia công để theo dõi nhiệt độ liên tục.

Giám sát nhiệt độ trong ngành thực phẩm và bao bì

Cảm biến nhiệt độ hồng ngoại hỗ trợ giám sát các công đoạn nướng, sấy, làm lạnh hoặc hàn ghép bao bì mà không cần chạm vào sản phẩm. Đây là ưu điểm hữu ích trong các dây chuyền yêu cầu hạn chế tiếp xúc trực tiếp.

Kết nối cảm biến với PLC, SCADA và hệ thống IoT

Khi tích hợp với hệ thống điều khiển, cảm biến nhiệt độ hồng ngoại không chỉ cung cấp giá trị nhiệt độ mà còn hỗ trợ theo dõi quá trình và xây dựng cảnh báo. Với ngõ ra 4-20 mA hoặc 0-10 V, tín hiệu được đưa vào module analog của PLC. Với giao tiếp RS-485 sử dụng Modbus RTU, bộ điều khiển có thể đọc dữ liệu theo cấu hình thanh ghi của thiết bị. Dữ liệu sau đó có thể được hiển thị, lưu lịch sử hoặc sử dụng trong hệ thống giám sát từ xa nếu hạ tầng hỗ trợ.

CÁCH CHỌN CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ HỒNG NGOẠI PHÙ HỢP

Để lựa chọn cảm biến nhiệt độ hồng ngoại công nghiệp, cần bắt đầu từ điều kiện đo thực tế.

1. Xác định dải nhiệt độ cần đo

Dải đo phải bao phủ khoảng nhiệt độ vận hành của đối tượng, có tính đến các biến động có thể xảy ra. Không nên chọn dải quá rộng nếu không cần thiết, nhưng cũng cần tránh tình trạng nhiệt độ thực tế vượt giới hạn đo của thiết bị.

2. Kiểm tra độ chính xác và độ lặp lại

Độ chính xác thể hiện mức độ gần giữa kết quả đo và giá trị tham chiếu, còn độ lặp lại cho biết tính nhất quán giữa các lần đo trong cùng điều kiện.

Với ứng dụng giám sát xu hướng nhiệt độ, độ lặp lại tốt giúp nhận biết những thay đổi bất thường. Với quy trình cần kiểm soát nhiệt độ chặt chẽ, cần xem xét cả độ chính xác, điều kiện hiệu chuẩn và các nguồn sai số.

3. Xem xét vật liệu và độ phát xạ

Độ phát xạ ảnh hưởng trực tiếp đến kết quả đo. Trước khi lựa chọn, cần xác định vật liệu, màu sắc, tình trạng bề mặt và khả năng phản xạ bức xạ nhiệt.

Với kim loại sáng bóng hoặc bề mặt thay đổi liên tục, có thể cần cảm biến chuyên dụng theo bước sóng hoặc phương pháp đo tỷ lệ. Mọi phương án xử lý bề mặt để tăng độ phát xạ cần được đánh giá theo yêu cầu quy trình, không áp dụng tùy tiện lên sản phẩm.

4. Lựa chọn thời gian đáp ứng

Thời gian đáp ứng cần phù hợp với tốc độ thay đổi nhiệt độ của quá trình. Với vật liệu di chuyển nhanh trên băng tải, cảm biến phải phản hồi đủ nhanh để ghi nhận nhiệt độ tại vị trí đo. Với các đối tượng thay đổi nhiệt độ chậm, yêu cầu về tốc độ có thể ít khắt khe hơn.

5. Kiểm tra tín hiệu đầu ra và khả năng tích hợp

Cần xác định hệ thống hiện có sử dụng tín hiệu 4-20 mA, 0-10 V hay giao tiếp số. Đồng thời, kiểm tra điện áp cấp nguồn, sơ đồ đấu dây và khả năng tương thích với PLC, SCADA hoặc bộ điều khiển đang sử dụng.

6. Đánh giá điều kiện môi trường lắp đặt

Nhiệt độ môi trường, bụi, hơi nước, hơi dầu và rung động đều có thể ảnh hưởng đến độ bền cũng như độ ổn định của cảm biến. Cần lựa chọn cấp bảo vệ phù hợp và xem xét các phụ kiện như giá đỡ, ống ngắm hoặc bộ thổi khí nếu điều kiện vận hành yêu cầu.

CÂU HỎI THƯỜNG GẶP VỀ CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ HỒNG NGOẠI

1. Vì sao cảm biến nhiệt độ hồng ngoại đo không chính xác?

Kết quả đo có thể sai lệch do cài đặt độ phát xạ không phù hợp, vùng đo lớn hơn vật thể, bề mặt phản xạ nhiệt hoặc đường quang bị ảnh hưởng bởi bụi, khói và hơi nước. Để cải thiện độ tin cậy, cần kiểm tra lại thông số đo, vị trí lắp đặt, tình trạng thấu kính và điều kiện môi trường.

2. Vì sao tia laser chỉ vào vật thể nhưng cảm biến vẫn đo sai nhiệt độ?

Tia laser trên nhiều cảm biến chỉ hỗ trợ định vị, không thể hiện chính xác toàn bộ vùng đo. Nếu vùng đo thực tế lớn hơn vật thể, cảm biến có thể thu thêm bức xạ từ các bề mặt xung quanh. Vì vậy, cần kiểm tra tỷ lệ D và kích thước vùng đo tại khoảng cách lắp đặt thay vì chỉ căn chỉnh theo điểm laser.

3. Có thể dùng cảm biến nhiệt độ hồng ngoại để đo kim loại sáng bóng không?

Có, nhưng cần lựa chọn cảm biến phù hợp với vật liệu và điều kiện đo. Kim loại sáng bóng thường có độ phát xạ thấp và phản xạ bức xạ từ môi trường, khiến kết quả dễ sai lệch. Với các ứng dụng này, có thể cân nhắc cảm biến chuyên dụng theo bước sóng, cảm biến hai bước sóng hoặc phương pháp đo tham chiếu phù hợp.

4. Nên chọn cảm biến nhiệt độ hồng ngoại như thế nào cho dây chuyền sản xuất?

Cần xác định vật liệu cần đo, dải nhiệt độ, kích thước vật thể, khoảng cách lắp đặt và tốc độ thay đổi nhiệt độ. Đồng thời, phải kiểm tra độ phát xạ, thời gian đáp ứng, tín hiệu đầu ra và điều kiện môi trường. Nếu cần kết nối PLC hoặc hệ thống giám sát, hãy xác nhận ngõ ra và giao thức truyền thông của model trước khi lựa chọn.

MUA CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ HỒNG NGOẠI CHÍNH HÃNG TẠI SENSORS VIỆT NAM

Bạn đang tìm mua cảm biến nhiệt độ hồng ngoại để đo nhiệt độ sản phẩm mà không cần tiếp xúc trực tiếp? Bạn chưa biết nên chọn model nào cho phù hợp với dây chuyền sản xuất của mình? Đừng lo, Sensors Việt Nam sẵn sàng hỗ trợ bạn tìm ra giải pháp phù hợp!

Sensors Việt Nam là đơn vị phân phối cảm biến công nghiệp, thiết bị đo lường và giải pháp tự động hóa, bao gồm các dòng cảm biến nhiệt độ hồng ngoại cho nhà máy, xưởng sản xuất và hệ thống giám sát công nghiệp. Tại Sensors Việt Nam, bạn sẽ được tư vấn lựa chọn thiết bị dựa trên nhu cầu thực tế, từ dải nhiệt độ cần đo, khoảng cách lắp đặt đến khả năng kết nối với PLC và bộ điều khiển hiện có.

Mọi thông tin về dòng sản phẩm cảm biến nhiệt độ hồng ngoại, vui lòng truy cập website Sensors Việt Nam hoặc Cảm biến Việt Nam để được tư vấn và hỗ trợ nhanh chóng.