Thiết bị đo nhiệt độ trong công nghiệp dầu mỏ, khí đốt và lạnh công nghiệp

Uncategorized

Bài viết này mình giới thiệu sơ qua về những điều cơ bản nhất của thiết bị đo lường dùng trong công nghiệp dầu mỏ & khí đốt (Oil & Gas) và ngành công nghiệp lạnh mà mình đã có kinh nghiệm hơn 10 năm.

Trong cách hiểu của kỹ sư điện- tự động hóa về những ứng dụng của thiết bị đo vào việc thu thập, phân tích và điều khiển. Vì thế, bài viết không đi sâu vào những vấn đề chuyên môn của mỗi thiết bị đo, mà cho cái nhìn tổng quát về cách lấy tín hiệu từ thiết bị đo về thiết bị điều khiển, các cách chuyển đổi / khuyết đại tín hiệu và đưa dữ liệu lên hệ thống điều khiển cục bộ, điều khiển trung tâm, giám sát từ xa…

Phân biệt RTD vs Thermistor PTC vs NTC

Trước tiên là RTD – Resistor Thermal Detector đầu dò nhiệt điện trở, sử dụng 1 loại kim loại nguyên chất với đặc tính thay đổi về điện trở khi nhiệt độ thay đổi. Mỗi loại được mô tả với bảng giá trị, đường đặc tính riêng.

Ví dụ: PT100 – chất liệu Platium và đặc tính điện trở 100 ohm tại nhiệt độ 0oC. PT1000 – chất liệu Platium và đặc tính điện trở 1000 ohm tại nhiệt độ 0oC.

Loại RTD thường đáp ứng chậm hơn so với loại Thermistor PTC/NTC, nhưng dãy nhiệt độ RTD lớn hơn.

RTD PT100, PT1000 có dãy nhiệt độ từ -200 đến 600oC nhưng thường sử dụng trong tầm dãy -50 đến +250oC.

R0 là giá trị điện trở ban đầu tại 0oC. Ví dụ PT100 thì R0 là 100, PT1000 thì R0 là 1000. Về đặc tính thì RTD cũng là dạng Thermistor (Thermal – Resistor).

Vật liệu Platium được dùng phổ biến hơn Nikel hay đồng vì sự tương quan gần như đẳng tuyến của nó (xem biểu đồ trên), độ nhạy về nhiệt cao, bền với môi trường…

Bảng so sánh bên dưới thì chất liệu kim loại Platium với độ nhạy cao nhất trong các loại kim loại được kể.

PT100 được sử dụng nhiều hơn trong ứng dụng đo lường công nghiệp, tuy nhiên khi cần đến độ chính xác hơn trong phép đo và loại trừ khả năng sai số do đầu dây kết nối từ cảm biến đến Transmitter khá xa ở chế độ đo 2 dây thì người ta sẽ chọn PT1000 thay cho PT100. PT1000 còn ứng dụng ở môi trường ít tiêu tốn năng lượng vì với điện trở cao thì dòng qua sẽ thấp (Low-power).

PT100 thường ứng dụng trong hệ thống quy trình xử lý trong công nghiệp, trong khi PT1000, NTC, PTC thường ứng dụng chuyên biệt hơn cho công nghiệp lạnh, gia nhiệt, điều hòa, thông gió, chế tạo máy, công nghiệp xe hơi.

NTC vs PTC Thermistor

Thermistor NTC là dạng cảm biến nhiệt có hệ số nhiệt âm, tức nhiệt độ tăng thì điện trở giảm.

Thermistor PTC là dạng cảm biến nhiệt có hệ số nhiệt dương, tức nhiệt độ tăng thì điện trở tăng.

Thermistor là cảm biến được chế tạo từ 2 hoặc 3 loại Oxit kim loại khác nhau với tỉ lệ nhất định và được bao bọc bởi gốm và vật liệu cách điện và sau đó được nung ở nhiệt độ cao để nó gắn chặt vào nhau.

Thermistor nói chung được tạo từ thiết bị bán dẫn và điện trở không đẳng tuyến với nhiệt độ. Mỗi loại được xác định quan hệ nhiệt – điện trở bằng một đường cong riêng biệt.

PTC thường dùng loại Điện trở silic nhạy nhiệt “Silistor” với hệ số nhiệt k dương tầm + 0.77% cho dãy nhiệt -60 đến 150oC và hệ số nhiệt k có giá trị âm khi nhiệt độ ngoài dãy > 150oC (hoạt động kiểu NTC).

Thường Silicon PTC có các dãy tiêu chuẩn như @25oC – 600ohm, 1000ohm, 1600ohm & 2000ohm.

PTC hay NTC đều hoạt động với dạng ngõ ra 2 dây

NTC thường được làm từ Oxit kim loại chủ yếu là mangan, niken, coban, sắt, đồng và titan. Công nghệ Ceramic cho ra các đầu dò NTC với việc phối trộn 2 hay nhiều oxit kim loại với chất kết dính thích hợp để tạo hình, sấy và nung ở nhiệt độ cao.

Tính toán mối tương quan giữa nhiệt độ và điện trở của cảm biến PTC như hình bên dưới

Đầu dò cặp nhiệt điện Thermocouple

Cảm biến nhiệt độ này được tạo thành từ 2 loại kim loại khác nhau (A,B) được hàn vào nhau và 2 đầu dây ra được đo điện áp. Điểm nối được gọi là điểm nóng chung, đầu ra kim loại A và B được gọi là điểm lạnh. Khi nhiệt độ chênh lệch giữa điểm nóng và điểm lạnh sẽ tạo ra điện áp.

Công thức liên quan giữa điện áp và nhiệt độ cho mỗi loại

1 thought on “Thiết bị đo nhiệt độ trong công nghiệp dầu mỏ, khí đốt và lạnh công nghiệp

Các bạn để lại comment tại đây, mình trả lời ngay