5. Giới hạn của đo nhiệt độ và sự cần thiết của nhiệt độ quản lý

Đo nhiệt độ đóng vai trò quan trọng trong nhiều lĩnh vực như công nghiệp, y tế, nghiên cứu và chế biến thực phẩm. Tuy nhiên, cần lưu ý rằng nhiệt độ đo được không phải lúc nào cũng phản ánh chính xác “nhiệt độ thực”.
Có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến kết quả đo nhiệt độ như sai số của thiết bị đo, điều kiện môi trường và phương pháp đo. Nếu không xem xét các yếu tố này một cách thích hợp, có thể dẫn đến quản lý nhiệt độ sai lệch. Do đó, trong thực tế vận hành, cần đưa ra khái niệm “nhiệt độ quản lý”, tức là phương pháp quản lý nhiệt độ chấp nhận sai số trong một phạm vi nhất định.
Chương này sẽ giải thích chi tiết giới hạn của đo nhiệt độ, các yếu tố gây sai số, các phương pháp để tiến gần hơn đến nhiệt độ thực và vai trò của nhiệt độ quản lý trong quản lý nhiệt độ thực tế.

5.1 Nhiệt độ thực và sai số đo lường

5.1.1 Định nghĩa nhiệt độ thực

Nhiệt độ thực là nhiệt độ lý tưởng của vật thể được đo, không bị ảnh hưởng bởi phương pháp đo hay môi trường xung quanh. Tuy nhiên, trên thực tế, rất khó để đo chính xác nhiệt độ này do ảnh hưởng của thiết bị đo và điều kiện môi trường, dẫn đến sai số trong đo lường.

5.1.2 Lý do khó đo được nhiệt độ thực

Dưới đây là một số yếu tố gây ra sự khác biệt giữa nhiệt độ thực và nhiệt độ đo được:

1. Sai số của thiết bị đo
Mỗi thiết bị đo đều có giới hạn sai số. Ví dụ, cặp nhiệt điện và điện trở nhiệt (RTD) có sai số nhất định.
Ví dụ: Cặp nhiệt điện có sai số ±1 đến ±2℃ tùy theo dải nhiệt độ, điều này có thể ảnh hưởng đến giá trị đo.

2. Ảnh hưởng của thiết bị đo đến vật thể đo
Cặp nhiệt điện, điện trở nhiệt, cảm biến nhiệt điện trở (thermistor) có thể làm thay đổi nhiệt độ của vật thể do sự trao đổi nhiệt khi tiếp xúc.
Ví dụ: Nếu vật thể đo nhỏ, thiết bị đo có thể hấp thụ nhiệt từ vật thể, làm cho nhiệt độ đo được thấp hơn thực tế.

3. Ảnh hưởng của bức xạ hồng ngoại
Trong đo lường sử dụng gia nhiệt hồng ngoại, cả vật thể và thiết bị đo có thể bị nóng lên, làm sai lệch kết quả đo, đặc biệt là đối với các thiết bị đo tiếp xúc.

4. Ảnh hưởng của hệ số phát xạ
Nhiệt kế hồng ngoại tính toán nhiệt độ dựa trên hệ số phát xạ của vật thể. Nếu giá trị hệ số phát xạ bị lệch dù chỉ 1%, nhiệt độ đo được có thể thay đổi đáng kể.
Ví dụ: Nếu hệ số phát xạ thực tế là 0.95 nhưng được đặt thành 0.90, nhiệt độ đo có thể thấp hơn vài độ so với thực tế.

5. Ảnh hưởng của môi trường đo
Gió, độ ẩm, nguồn nhiệt gần đó có thể làm thay đổi kết quả đo.
Ví dụ: Gió có thể làm thay đổi nhiệt độ bề mặt của vật thể, hoặc độ ẩm có thể gây hiện tượng ngưng tụ trên cảm biến nhiệt, làm thay đổi giá trị đo.

6. Độ trễ của bộ điều khiển nhiệt độ
Ngay cả khi nhiệt độ được đo theo thời gian thực, vẫn có độ trễ giữa nhiệt độ thực tế và nhiệt độ đo được, đặc biệt là trong các điều kiện có sự thay đổi nhiệt độ nhanh chóng.

5.2 Sự cần thiết của nhiệt độ quản lý

Vì việc đo nhiệt độ luôn có sai số, nên trong thực tế, quan trọng hơn là quản lý nhiệt độ một cách nhất quán thay vì cố gắng đo chính xác nhiệt độ thực. Do đó, khái niệm “nhiệt độ quản lý” được đưa vào để thực hiện kiểm soát nhiệt độ bằng cách chấp nhận một mức sai số nhất định.

Ví dụ về nhiệt độ quản lý
Giả sử chúng ta muốn làm nóng một vật thể đến 500℃ bằng một bộ gia nhiệt.

1. Nhiệt độ cài đặt: 500℃ (giá trị cài đặt trên bộ điều khiển nhiệt độ)
2. Nhiệt độ đo được: 500℃ (giá trị đo được bằng cặp nhiệt điện)
3. Nhiệt độ thực: Do ảnh hưởng của phương pháp đo và môi trường đo, nhiệt độ thực tế của vật thể có thể chênh lệch vài độ.

Ngay cả khi nhiệt độ đo được là 500℃, điều đó không có nghĩa là nhiệt độ thực cũng 500℃. Tuy nhiên, trong vận hành thực tế, điều quan trọng hơn là đảm bảo rằng vật thể đã đạt đến nhiệt độ cần thiết cho quá trình sản xuất hoặc gia công.
Bằng cách thiết lập nhiệt độ quản lý, chúng ta có thể kiểm soát nhiệt độ tối ưu, xem xét cả sai số đo và đặc điểm của thiết bị.

5.2.1 Lợi ích của việc áp dụng nhiệt độ quản lý

1. Cho phép quản lý nhiệt độ thực tế có tính đến sai số
Thay vì tìm kiếm nhiệt độ thực một cách tuyệt đối, chúng ta có thể quản lý nhiệt độ trong một phạm vi có thể đo lường một cách nhất quán.
Quản lý nhiệt độ có thể được điều chỉnh theo đặc điểm của thiết bị, cảm biến và bộ gia nhiệt.

2. Quản lý nhiệt độ phù hợp với đặc tính của thiết bị
Có thể bù đắp sai số của thiết bị đo và cảm biến, giúp kiểm soát nhiệt độ ổn định trong phạm vi chấp nhận được.

3. Duy trì chất lượng quy trình sản xuất
Thay vì quá tập trung vào sai số nhỏ trong đo nhiệt độ, có thể quản lý nhiệt độ theo cách đáp ứng yêu cầu của sản phẩm và quy trình.
Ví dụ: Trong ngành thực phẩm hoặc sản xuất kim loại, miễn là nhiệt độ nằm trong phạm vi cho phép, thường sẽ không có tác động đáng kể đến chất lượng sản phẩm.

5.3 Kết luận

Trong đo nhiệt độ, việc loại bỏ hoàn toàn sai số đo là điều rất khó. Tuy nhiên, điều quan trọng hơn là áp dụng quản lý nhiệt độ phù hợp với mục đích sử dụng.
Bằng cách áp dụng khái niệm “nhiệt độ quản lý”, chúng ta có thể xem xét sai số đo, đặc điểm của thiết bị và quy trình sản xuất, để đạt được kiểm soát nhiệt độ tối ưu.