Cảm biến nhiệt độ PT100 là một trong những đầu đo được dùng nhiều nhất trong HVAC, tự động hóa tòa nhà và sản xuất công nghiệp. Hai đầu dò cùng ghi PT100 vẫn có thể cho kết quả đo khác nhau nếu một loại đi cáp 2 dây còn loại kia đi cáp 3 dây hoặc 4 dây. Nguyên nhân không nằm ở phần tử bạch kim mà ở cách tín hiệu điện trở được dẫn về bộ đọc. Bài viết này trình bày nguyên lý của PT100, lý do điện trở dây dẫn gây sai số, đặc điểm của từng cấu hình dây, sơ đồ đấu nối vào PLC hoặc bộ chuyển đổi tín hiệu, cùng tiêu chí để chọn đúng loại cho từng ứng dụng. Nội dung áp dụng tương tự cho cảm biến nhiệt độ PT1000.

KHÁI QUÁT CẢM BIẾN PT100

PT100 là nhiệt điện trở bạch kim, thuộc nhóm RTD (nhiệt kế điện trở). Phần tử đo có điện trở 100 Ω tại 0 °C, và giá trị này tăng đều đặn khi nhiệt độ tăng. Bộ đọc không đo nhiệt độ trực tiếp mà đo điện trở của phần tử, sau đó quy đổi sang độ C theo bảng hoặc công thức chuẩn. 

PT100 là một loại cảm biến nhiệt độ, thường được dùng trong hệ thống HVAC, điều hòa không khí, tự động hóa tòa nhà và sản xuất công nghiệp.

Nguyên lý hoạt động của cảm biến nhiệt độ PT100 khá đơn giản. Khi nhiệt độ thay đổi, điện trở của cảm biến cũng thay đổi. Thiết bị đọc điện trở này rồi tính ra nhiệt độ tương ứng. Ví dụ, PT100 có điện trở là 100 Ω tại 0°C. Khi nhiệt độ tăng lên, điện trở cũng tăng theo.

Bạn hãy tưởng tượng cảm biến PT100 được đặt trong một đường ống để đo nhiệt độ. Cảm biến sẽ thay đổi điện trở theo nhiệt độ, sau đó gửi tín hiệu về thiết bị để xác định nhiệt độ thực tế.

Tuy nhiên, dây dẫn nối cảm biến với thiết bị đo cũng có điện trở, dẫn đến sự sai lệch kết quả cuối cùng nếu không đấu dây đúng cách. Để hạn chế sai số này, người ta sử dụng các cách đấu dây khác nhau. 

• Với PT100 2 dây, tính cả điện trở dây dẫn vào kết quả 
• Với PT100 3 dây, thiết bị có thể bù phần lớn điện trở dây dẫn, với điều kiện các dây có điện trở gần bằng nhau. 
• Với PT100 4 dây, thiết bị đo gần như loại bỏ được ảnh hưởng của điện trở dây dẫn, nhờ đó đạt độ chính xác cao hơn. 

CẢM BIẾN PT100 2 DÂY

Cảm biến PT100 2 dây là loại cảm biến có 2 dây dẫn nối với thiết bị đo. Hai dây này vừa tạo đường cấp dòng điện đo, vừa giúp thiết bị đo điện trở của cảm biến.

Bạn có thể hiểu đơn giản là thiết bị đo điện trở thông qua hai dây nối với cảm biến. Vì vậy, điện trở của dây dẫn cũng có thể bị tính vào kết quả đo. Ví dụ, điện trở thực tế của PT100 là 110 Ω, còn tổng điện trở của dây dẫn là 2 Ω. Khi đo PT100 bằng 2 dây, thiết bị có thể đo cả điện trở của cảm biến và điện trở của dây dẫn. Kết quả nhận được là giá trị 112 Ω thay vì 110 Ω. 

Cảm biến PT100 2 dây thường phù hợp với ứng dụng đơn giản, dây dẫn ngắn và yêu cầu độ chính xác không quá cao. 

CẢM BIẾN PT100 3 DÂY

Cảm biến PT100 3 dây có 3 dây dẫn nối với thiết bị đo. So với loại 2 dây, nó có thêm một dây để thiết bị đo bù ảnh hưởng của điện trở dây dẫn, giống như một phần hỗ trợ giúp thiết bị xác định điện trở của cảm biến chính xác hơn. Cách này thường được sử dụng trong các hệ thống công nghiệp.

Đầu dò PT100 3 dây muốn bù điện trở dây dẫn chính xác thì cần có điều kiện quan trọng là điện trở của các dây dẫn phải gần bằng nhau. Điều này thường đạt được khi các dây có cùng vật liệu, tiết diện và chiều dài tương đương nhau. Khi điện trở ba dây bằng nhau, thiết bị đo có thể dựa vào điện trở của các dây để bù phần sai số do dây dẫn gây ra. Nhưng nếu điện trở các dây khác nhau, việc bù sẽ không còn hoàn toàn chính xác. Một phần sai số vẫn có thể tồn tại.

Dạng cảm biến PT100 3 dây là cấu hình tiêu chuẩn trong công nghiệp và dịch vụ tòa nhà, thường gặp ở đường ống nước lạnh, nước nóng, hệ thống gió, lò hơi và dây chuyền chế biến.

CẢM BIẾN PT100 4 DÂY

Đầu dò PT100 4 dây có 4 dây dẫn nối với thiết bị đo. Bốn dây được chia thành hai cặp có nhiệm vụ khác nhau:

• Hai dây dùng để cấp dòng điện phục vụ phép đo.
• Hai dây dùng để đo điện áp trên cảm biến.

Nhờ cách bố trí này, thiết bị có thể xác định điện trở của cảm biến mà gần như không bị ảnh hưởng bởi điện trở của dây dẫn. Vì vậy, loại 4 dây thường được sử dụng khi cần độ chính xác cao như trong hiệu chuẩn, phòng thí nghiệm, đầu dò khai báo cấp A trở lên, hoặc tuyến cáp có nhiều mối nối, hộp đấu nối trung gian. Đổi lại, cáp nhiều lõi hơn, thiết bị đọc phải hỗ trợ đầu vào 4 dây và giá thành toàn hệ thống cao hơn.

NÊN CHỌN LOẠI CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ PT100 2 DÂY, 3 DÂY HAY 4 DÂY?

Điểm khác biệt giữa ba cấu hình dây là việc điện trở dây dẫn được xử lý ra sao. 

• Cấu hình 2 dây không xử lý gì cả, nên toàn bộ điện trở cáp được tính vào kết quả. 
• Cấu hình 3 dây trừ được điện trở dây, kèm điều kiện các dây giống nhau, nên chất lượng cáp và mối nối vẫn còn ảnh hưởng.
• Cấu hình 4 dây tách đường đo khỏi đường dẫn dòng, nên điện trở dây và độ chênh lệch giữa các dây đều không đi vào phép đo, đảm bảo độ chính xác

Vì vậy, mỗi loại sẽ được ứng dụng dựa vào loại cấu hình thiết bị hỗ trợ, khoảng cách, chất lượng cáp và yêu cầu về độ chính xác của các dự án, công trình.

Việc đầu tiên xác định thiết bị đọc hỗ trợ cấu hình nào, vì đầu dò chỉ phát huy được khi bộ đọc xử lý đúng kiểu dây. Nếu đầu vào chỉ nhận 2 dây hoặc 3 dây thì chọn 4 dây không đem lại kết quả.

Về khoảng cách và chất lượng tuyến cáp, mỗi cấu hình phù hợp với từng trường hợp: 

• Cáp ngắn, một đoạn liền, sai số chấp nhận được thì cảm biến 2 dây là đủ.
• Cáp dài hơn hoặc điều kiện nhiệt độ dọc đường thay đổi thì nên trang bị đầu dò PT100 3 dây. 
• Khi tuyến có nhiều mối nối, hộp đấu trung gian hoặc đầu cos có thể làm lệch cân bằng giữa các dây, lựa chọn cảm biến nhiệt độ PT100 4 dây sẽ an toàn hơn.

Bên cạnh đó, cân nhắc giữa PT100 và PT1000. Nếu điện trở dây dẫn là nguyên nhân chính gây sai số và thiết bị cho phép lựa chọn loại cảm biến, PT1000 có lợi thế khi dùng 2 dây vì điện trở danh định lớn gấp 10 lần PT100, trong khi vẫn giữ cùng tiêu chuẩn IEC 60751. Đây là lý do PT1000 thường được dùng với cáp 2 dây trong HVAC, còn PT100 gắn nhiều hơn với cấu hình 3 dây và 4 dây.

CÂU HỎI THƯỜNG GẶP VỀ CẢM BIẾN PT100 2/3/4 DÂY

Cảm biến PT1000 3 dây có cách đấu nối giống PT100 không?

Có. Màu dây, đầu cực và cách kiểm tra bằng đồng hồ vạn năng đều giống nhau. Khác biệt là giá trị điện trở lớn gấp mười lần, ví dụ khoảng 1097 Ω tại 25 °C so với khoảng 109,7 Ω của PT100, và đầu vào của thiết bị đọc phải được cài đúng loại PT1000. Cùng một điện trở dây thì sai số của PT1000 chỉ bằng một phần mười.

Có thể sử dụng cảm biến RTD 3 dây như cảm biến RTD 2 dây không?

Có, cảm biến RTD 3 dây có thể sử dụng như cảm biến RTD 2 dây trong một số trường hợp, nhưng độ chính xác có thể giảm. Trên đầu vào 2 dây, thường nối một dây trong cặp cùng đầu và dây đơn, còn dây thứ ba để hở và bọc cách điện. RTD 3 dây có ba dây dẫn để thiết bị đo bù ảnh hưởng của điện trở dây dẫn. Nếu chỉ sử dụng hai dây, bạn sẽ không tận dụng được đầy đủ chức năng bù này.

Chức năng của bốn dây trong cảm biến RTD 4 dây là gì?

Trong cảm biến RTD 4 dây, bốn dây được chia thành hai cặp, mỗi cặp có một nhiệm vụ riêng:

• Hai dây cấp dòng điện: Dùng để đưa một dòng điện nhỏ đi qua phần tử cảm biến RTD. Dòng điện này giúp thiết bị thực hiện phép đo điện trở.

• Hai dây đo điện áp: Dùng để đo điện áp trực tiếp tại hai đầu phần tử cảm biến. Thiết bị kết hợp điện áp đo được với dòng điện đã cấp để tính điện trở.

Điểm quan trọng là hai dây đo điện áp gần như không có dòng điện chạy qua. Vì vậy, điện trở của chúng hầu như không gây sụt áp đáng kể, giúp giảm ảnh hưởng của điện trở dây dẫn đến kết quả đo.

Làm thế nào để kiểm tra cảm biến RTD 3 dây bằng đồng hồ vạn năng?

Để kiểm tra cảm biến RTD 3 dây bằng đồng hồ vạn năng, bạn có thể thực hiện theo các bước sau:

Bước 1: Tắt nguồn thiết bị và tháo cả ba dây cảm biến khỏi bộ điều khiển trước khi đo điện trở.

Bước 2: Đo lần lượt điện trở giữa cả ba cặp dây: dây 1 và dây 2, dây 1 và dây 3, dây 2 và dây 3.

Bước 3: Kiểm tra kết quả đo. Với cảm biến PT100 3 dây có cấu tạo thông dụng, hai cặp dây thường cho giá trị điện trở gần bằng điện trở của phần tử cảm biến, còn cặp dây còn lại có giá trị điện trở rất nhỏ, gần 0 Ω. Ví dụ, ở nhiệt độ 25°C, hai cặp có thể đo được khoảng 109,7 Ω, trong khi cặp còn lại gần 0 Ω.

Lưu ý: Giá trị 109,7 Ω chỉ áp dụng gần mức nhiệt độ 25°C đối với PT100 tiêu chuẩn IEC 60751. Điện trở thực tế sẽ thay đổi theo nhiệt độ và có thể chịu ảnh hưởng của điện trở dây dẫn.

GIẢI PHÁP CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ PT100/PT1000 TẠI SENSORS VIỆT NAM  

Sensors Việt Nam là đơn vị phân phối cảm biến công nghiệp, thiết bị đo lường và các sản phẩm phục vụ hệ thống HVAC, tự động hóa tòa nhà. Danh mục sản phẩm bao gồm cảm biến nhiệt độ, đầu dò nhiệt độ, cảm biến PT100, PT1000, thermocouple, cảm biến nhiệt độ và độ ẩm, cùng nhiều thiết bị đo lường phục vụ nhu cầu giám sát và điều khiển nhiệt độ trong các ứng dụng công nghiệp.

Nếu bạn đang tìm kiếm cảm biến nhiệt độ HVAC, cảm biến nhiệt độ công nghiệp hoặc giải pháp đo và kiểm soát nhiệt độ phù hợp với hệ thống, hãy liên hệ Sensors Việt Nam để được tư vấn lựa chọn sản phẩm theo yêu cầu kỹ thuật và nhu cầu sử dụng. 

Để biết thêm thông tin chi tiết về sản phẩm và nhận tư vấn, vui lòng truy cập website: https://cambien.com.vn/ | https://www.sensors.vn/. Sensors Việt Nam sẵn sàng hỗ trợ bạn tìm kiếm giải pháp cảm biến nhiệt độ và thiết bị đo lường phù hợp.