Trong nhà máy, có những vị trí không thể gắn đầu dò chạm vào vật cần đo như bề mặt đang chuyển động, vật quá nóng hoặc thiết bị đang mang điện. Cảm biến nhiệt độ hồng ngoại 4-20mA là giải pháp đo nhiệt độ không tiếp xúc, cho phép giám sát nhiệt độ bề mặt từ khoảng cách xa và truyền dữ liệu về PLC, SCADA hoặc bộ điều khiển thông qua tín hiệu dòng analog tiêu chuẩn công nghiệp

Vậy cảm biến nhiệt độ hồng ngoại 4-20mA hoạt động như thế nào, được ứng dụng ở đâu và cần lưu ý những gì khi lựa chọn? Hãy cùng tìm hiểu trong bài viết dưới đây.

CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ HỒNG NGOẠI 4-20MA LÀ GÌ?

Cảm biến nhiệt độ hồng ngoại 4-20mA là thiết bị đo nhiệt độ không tiếp xúc, sử dụng bức xạ hồng ngoại phát ra từ vật thể để xác định nhiệt độ bề mặt. Kết quả đo được chuyển đổi thành tín hiệu dòng điện 4-20mA để truyền đến các thiết bị điều khiển và giám sát trong hệ thống tự động hóa.

Nguyên lý đo dựa trên đặc tính vật lý: mọi vật có nhiệt độ cao hơn độ không tuyệt đối đều phát ra bức xạ nhiệt, trong đó có bức xạ hồng ngoại. Cảm biến sử dụng hệ thống thấu kính để thu bức xạ từ vật thể, sau đó chuyển đổi thành tín hiệu điện và xử lý thành giá trị nhiệt độ tương ứng.

Khác với cảm biến nhiệt độ tiếp xúc như PT100, PT1000 hoặc cặp nhiệt điện, cảm biến hồng ngoại không cần tiếp xúc trực tiếp với bề mặt cần đo. Điều này đặc biệt hữu ích khi giám sát vật thể đang chuyển động, vật có nhiệt độ cao hoặc những vị trí khó tiếp cận.

NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ HỒNG NGOẠI TÍN HIỆU 4-20MA

Điểm đặc trưng của cảm biến nhiệt độ hồng ngoại 4-20mA là khả năng chuyển đổi nhiệt độ đo được thành tín hiệu dòng điện theo một dải tuyến tính.

Trong đó:

• 4mA: Tương ứng với giới hạn nhiệt độ thấp nhất của dải đo.
• 20mA: Tương ứng với giới hạn nhiệt độ cao nhất của dải đo.
• Giá trị dòng điện giữa 4mA và 20mA thay đổi tương ứng với nhiệt độ thực tế.

Ví dụ, một cảm biến được cài đặt dải đo từ 0 đến 500°C sẽ có đầu ra:

• 4mA tương ứng với 0°C.
• 12mA tương ứng với 250°C.
• 20mA tương ứng với 500°C.

Như vậy, khi nhiệt độ vật thể tăng, dòng điện đầu ra cũng tăng tương ứng. Bộ điều khiển PLC hoặc bộ hiển thị có thể đọc tín hiệu này và quy đổi thành giá trị nhiệt độ để phục vụ giám sát.

ƯU ĐIỂM CỦA CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ HỒNG NGOẠI 4-20MA TRONG CÔNG NGHIỆP

Tín hiệu 4-20mA được dùng phổ biến trong các hệ thống công nghiệp nhờ mang lại nhiều lợi ích khi tích hợp cảm biến vào hệ thống tự động hóa công nghiệp. 

Đo nhiệt độ không tiếp xúc, tăng tính an toàn

Cảm biến hồng ngoại 4-20mA có thể đo nhiệt độ bề mặt mà không cần chạm vào vật thể. Đây là ưu điểm quan trọng khi giám sát lò nung, vật liệu nóng, thiết bị đang vận hành hoặc các điểm đấu nối điện. Nhờ đó, hạn chế việc lắp đặt đầu dò trực tiếp và giảm nguy cơ hư hỏng do nhiệt độ hoặc chuyển động cơ học.

Truyền tín hiệu ổn định trong môi trường công nghiệp

Tín hiệu 4-20mA có khả năng chống ảnh hưởng của nhiễu điện từ tốt hơn tín hiệu điện áp trong nhiều ứng dụng thực tế. Điều này rất hữu ích tại nhà máy có động cơ, biến tần và nhiều thiết bị điện công suất lớn.

Truyền dữ liệu trên khoảng cách xa

Với cảm biến nhiệt độ 4-20mA, tín hiệu ít bị ảnh hưởng bởi điện trở dây dẫn hơn tín hiệu điện áp, giúp truyền dữ liệu ổn định trên các tuyến dây dài khi được thiết kế đúng giới hạn điện trở tải của vòng dòng.

Hỗ trợ phát hiện sự cố đường truyền

Mức 4mA được sử dụng làm giá trị dòng điện thấp nhất trong điều kiện đo bình thường, thay vì 0mA. Vì vậy, khi tín hiệu giảm về 0mA, hệ thống có thể nhận biết dấu hiệu bất thường như đứt dây hoặc mất nguồn.

Dễ dàng tích hợp với hệ thống điều khiển

Cảm biến nhiệt độ hồng ngoại tín hiệu 4-20mA tương thích với nhiều thiết bị công nghiệp như PLC, SCADA, bộ hiển thị nhiệt độ và bộ ghi dữ liệu. Người vận hành có thể theo dõi nhiệt độ theo thời gian thực, thiết lập ngưỡng cảnh báo hoặc kích hoạt các chức năng điều khiển tự động khi nhiệt độ vượt giới hạn cho phép.

ỨNG DỤNG CỦA CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ HỒNG NGOẠI 4-20MA TRONG CÔNG NGHIỆP

Nhờ khả năng đo từ xa và giám sát liên tục, cảm biến nhiệt độ hồng ngoại công nghiệp được ứng dụng trong nhiều ngành sản xuất, đặc biệt tại những vị trí mà phương pháp đo tiếp xúc khó đáp ứng yêu cầu vận hành:

• Băng tải, con lăn và trục quay, nơi bề mặt luôn chuyển động.
• Lò nung, lò sấy, khuôn nhiệt và các vật có nhiệt độ cao.
• Động cơ, ổ bi, hộp số, để phát hiện sớm tình trạng nóng bất thường.
• Dây chuyền ép nhựa, thổi màng, sản xuất giấy, thủy tinh, thực phẩm.
• Tủ điện, thanh cái, các điểm đấu nối mang điện, nơi cần đo an toàn từ khoảng cách xa.

Xem thêm: Hướng dẫn lựa chọn cảm biến nhiệt độ hồng ngoại phù hợp cho nhà máy

NHỮNG TIÊU CHÍ CẦN LƯU Ý KHI LỰA CHỌN CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ HỒNG NGOẠI 4-20MA

Để đảm bảo kết quả đo chính xác và tín hiệu đầu ra tương thích với hệ thống điều khiển, cần xem xét các thông số kỹ thuật sau trước khi lựa chọn cảm biến.

1. Dải đo nhiệt độ

Dải đo cần bao phủ khoảng nhiệt độ thực tế của đối tượng, bao gồm cả mức nhiệt thấp nhất và cao nhất trong quá trình vận hành. Nên có một khoảng dự phòng phù hợp để tránh cảm biến thường xuyên hoạt động sát giới hạn đo.

2. Hệ số phát xạ (Emissivity)

Hệ số phát xạ là thông số thể hiện khả năng phát ra bức xạ nhiệt của bề mặt vật liệu so với vật đen lý tưởng ở cùng nhiệt độ. Đây là một trong những yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến độ chính xác của phép đo hồng ngoại.

Các vật liệu như gỗ, giấy, cao su và nhiều loại nhựa thường có hệ số phát xạ tương đối cao, thuận lợi cho việc đo nhiệt độ. Ngược lại, kim loại sáng bóng như nhôm, đồng và thép không gỉ có thể có hệ số phát xạ thấp, đồng thời phản xạ bức xạ từ môi trường xung quanh, khiến kết quả đo dễ sai lệch.

Vì vậy, nên ưu tiên cảm biến có khả năng điều chỉnh hệ số phát xạ để phù hợp với vật liệu cần đo. Trong một số trường hợp, có thể xử lý bề mặt tại điểm đo bằng lớp phủ có hệ số phát xạ đã biết, chịu được nhiệt độ làm việc và không ảnh hưởng đến quy trình sản xuất.

3. Tỷ lệ khoảng cách trên kích thước điểm đo

Tỷ lệ D cho biết mối quan hệ giữa khoảng cách từ cảm biến đến vật thể và đường kính vùng đo. Đây là thông số quyết định khả năng đo chính xác đối với các vật thể có kích thước nhỏ hoặc nằm ở vị trí xa.

Ví dụ, cảm biến có tỷ lệ D là 20:1 có thể đo vùng đường kính khoảng 50mm tại khoảng cách 1.000mm, theo điều kiện đo danh định của thiết bị.

Để tránh sai số, vật thể cần đo phải phủ kín vùng đo của cảm biến. Nếu kích thước vật thể nhỏ hơn vùng đo, cảm biến có thể thu thêm bức xạ từ nền xung quanh, khiến kết quả không phản ánh đúng nhiệt độ của đối tượng.

4. Điều kiện môi trường lắp đặt

Bụi, hơi nước, dầu và các chất bẩn bám trên thấu kính có thể làm giảm lượng bức xạ hồng ngoại đi vào cảm biến, ảnh hưởng đến độ ổn định của phép đo.

Đối với môi trường nhiều bụi, nhiệt độ cao hoặc có hơi nước, nên lựa chọn cảm biến có cấp bảo vệ IP phù hợp và xem xét sử dụng phụ kiện như ống bảo vệ, hệ thống làm mát hoặc thổi khí để duy trì độ sạch của thấu kính. Ngoài ra, cần lưu ý rằng cảm biến hồng ngoại thông thường không thể đo chính xác xuyên qua kính hoặc các lớp màng không truyền được bước sóng hồng ngoại mà cảm biến sử dụng. 

5. Nguồn cấp và tín hiệu đầu ra

Trước khi lắp đặt, cần kiểm tra điện áp nguồn cấp, kiểu đầu ra 4-20mA và sơ đồ đấu nối của cảm biến. Tùy từng model, thiết bị có thể sử dụng cấu hình hai dây hoặc ba dây, với cách cấp nguồn và kết nối khác nhau.

Đồng thời, cần đảm bảo điện trở tải của vòng dòng nằm trong giới hạn cho phép và tương thích với ngõ vào analog của PLC, bộ hiển thị hoặc hệ thống điều khiển đang sử dụng.

Xem thêm: Ứng dụng cảm biến nhiệt độ hồng ngoại ngành thép và luyện kim

MUA CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ HỒNG NGOẠI CÔNG NGHIỆP 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.