Cặp nhiệt điện là gì? Cấu tạo, nguyên lý hoạt động, phân loại
Cặp nhiệt điện, một công cụ không thể thiếu trong lĩnh vực đo lường nhiệt độ, đã và đang khẳng định vị thế quan trọng của mình trong đa dạng các ứng dụng công nghiệp. Vậy cặp nhiệt điện là gì? Bài viết này, Văn Minh sẽ giúp bạn hiểu rõ hơn về loại cảm biến nhiệt độ đặc biệt này, từ cấu tạo, nguyên lý hoạt động cho đến cách thức phân loại và ứng dụng.
1. Cặp nhiệt điện là gì?
Cặp nhiệt điện về cơ bản là một cảm biến nhiệt độ hoạt động dựa trên hiệu ứng Seebeck. Hiệu ứng này mô tả hiện tượng điện áp được tạo ra khi hai kim loại khác nhau được nối với nhau tại một điểm và điểm nối này được duy trì ở nhiệt độ khác với nhiệt độ môi trường.
Nói một cách dễ hiểu hơn, khi hai dây dẫn làm từ hai kim loại khác nhau được nối với nhau ở hai đầu tạo thành một mạch kín. Nếu ta làm nóng một đầu nối và giữ đầu nối còn lại ở nhiệt độ thấp hơn, một dòng điện sẽ chạy trong mạch. Cặp nhiệt điện chính là ứng dụng của hiện tượng vật lý thú vị này để đo nhiệt độ.
2. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của cặp nhiệt điện
Cặp nhiệt điện được cấu tạo từ hai dây dẫn làm từ hai kim loại khác nhau, được nối với nhau ở một đầu tạo thành điểm đo. Điểm nối này được gọi là đầu nóng. Hai đầu còn lại của dây dẫn được gọi là đầu lạnh, thường được duy trì ở một nhiệt độ biết trước.
Nguyên lý hoạt động của cặp nhiệt điện dựa trên hiệu ứng Seebeck. Khi có sự chênh lệch nhiệt độ giữa đầu nóng và đầu lạnh, một điện áp sẽ được tạo ra tỷ lệ thuận với mức chênh lệch đó. Bằng cách đo điện áp này, ta có thể suy ra nhiệt độ tại đầu nóng của cặp nhiệt điện.
Cấu tạo cặp nhiệt điện
3. Phân loại cặp nhiệt điện
Tùy thuộc vào nhu cầu sử dụng và môi trường đo lường cụ thể, người ta có thể lựa chọn loại cặp nhiệt điện phù hợp. Dưới đây là một số loại cặp nhiệt điện phổ biến dựa trên tiêu chuẩn quốc tế:
Cặp nhiệt điện loại K (Chromel - Alumel): Đây là loại phổ biến nhất với ưu điểm giá thành rẻ, dải đo rộng (từ -200°C đến 1350°C), độ chính xác chấp nhận được.
Cặp nhiệt điện loại K
Cặp nhiệt điện loại J (Sắt - Constantan): Loại này có giá thành rẻ, độ nhạy cao nhưng dải đo hẹp hơn (từ 0°C đến 750°C) và dễ bị oxy hóa ở nhiệt độ cao.
Cặp nhiệt điện loại T (Đồng - Constantan): Thích hợp để đo nhiệt độ thấp (từ -200°C đến 400°C), độ chính xác cao, thường được dùng trong các ứng dụng lạnh.
Cặp nhiệt điện loại T
Cặp nhiệt điện loại E (Chromel - Constantan): Loại này có tín hiệu đầu ra lớn nhất, độ nhạy cao, thích hợp cho các ứng dụng đo nhiệt độ chính xác.
Cặp nhiệt điện loại E
Cặp nhiệt điện loại N (Nicrosil - Nisil): Được phát triển để khắc phục nhược điểm của loại K, có khả năng chịu nhiệt độ cao hơn (lên đến 1300°C), độ ổn định và độ tuyến tính tốt.
Cặp nhiệt điện loại N
Cặp nhiệt điện loại R, S và B (các loại Platin - Rhodium): Có độ chính xác rất cao, ổn định trong thời gian dài, chịu được nhiệt độ cao (lên đến 1700°C) nhưng giá thành cao.
4. Ưu điểm và nhược điểm của cặp nhiệt điện
Sở dĩ cặp nhiệt điện được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực là do chúng sở hữu nhiều ưu điểm vượt trội. Tuy nhiên, bên cạnh đó cũng tồn tại một số hạn chế nhất định.
Ưu điểm:
Độ bền cao: Cặp nhiệt điện thường được chế tạo từ các kim loại chịu nhiệt và chống ăn mòn tốt, cho phép chúng hoạt động ổn định trong môi trường khắc nghiệt.
Dải đo rộng: Tùy thuộc vào loại kim loại sử dụng, cặp nhiệt điện có thể đo được nhiệt độ từ cực thấp (dưới 0°C) đến cực cao (hơn 1000°C).
Độ chính xác tương đối tốt: Cặp nhiệt điện có khả năng đo lường nhiệt độ với độ chính xác chấp nhận được trong nhiều ứng dụng công nghiệp.
Giá thành rẻ: So với các loại cảm biến nhiệt độ khác, cặp nhiệt điện có giá thành phải chăng, phù hợp với nhiều phân khúc khách hàng.
Thời gian đáp ứng nhanh: Nhờ cấu tạo đơn giản, cặp nhiệt điện có thể phản ứng với sự thay đổi nhiệt độ một cách nhanh chóng.
Nhược điểm:
Độ chính xác chưa cao: So với một số loại cảm biến khác như cảm biến nhiệt độ điện trở (RTD), độ chính xác của cặp nhiệt điện không cao bằng.
Dễ bị nhiễu: Tín hiệu điện áp đầu ra của cặp nhiệt điện khá yếu, dễ bị ảnh hưởng bởi nhiễu điện từ.
Cần bù trừ điểm nối lạnh: Để đo lường chính xác, cần phải bù trừ nhiệt độ tại điểm nối lạnh của cặp nhiệt điện.
Tuổi thọ giảm ở nhiệt độ cao: Việc sử dụng liên tục ở nhiệt độ cao trong thời gian dài có thể làm giảm tuổi thọ của cặp nhiệt điện.
5. Ứng dụng của cặp nhiệt điện
Nhờ vào độ bền cao, dải đo rộng và khả năng hoạt động trong môi trường khắc nghiệt, cặp nhiệt điện được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, bao gồm:
Công nghiệp sản xuất: Giám sát nhiệt độ lò nung, hệ thống gia nhiệt, dây chuyền sản xuất,...
Ngành ô tô: Theo dõi nhiệt độ động cơ, khí thải,...
Lĩnh vực y tế: Sản xuất thiết bị y tế, theo dõi nhiệt độ cơ thể,...
Ngành hàng không vũ trụ: Kiểm soát nhiệt độ động cơ, buồng đốt,...
Các ứng dụng dân dụng: Sản xuất bếp ga, lò nướng, thiết bị gia dụng,...
Cặp nhiệt điện là một giải pháp đo lường nhiệt độ hiệu quả và tiết kiệm chi phí, được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau. Hy vọng bài viết của Văn Minh đã mang đến cho bạn cái nhìn tổng quan và kiến thức hữu ích về loại cảm biến nhiệt độ đặc biệt này.
CÔNG TY TNHH VĂN MINH
Trụ sở chính: Số 55 Phùng Hưng – Hoàn Kiếm - Hà Nội
Liên hệ: (+84) 243 9271027 - 9271028 – 9272364
Fax: 043. 8284434
Email: sales-hn@vanminh.com.vn
Website: https://vanminh.com.vn/
Văn Minh chân thành cảm ơn và rất hân hạnh được phục vụ Quý Khách.
MỜI QUÝ KHÁCH XEM THÊM CÁC SẢN PHẨM KHÁC CỦA CHÚNG TÔI TẠI ĐÂY:
