Để nâng cao độ chính xác và hiệu quả của việc đo nhiệt độ, điều quan trọng là phải chọn nhiệt kế phù hợp nhất. Có nhiều loại thiết bị đo nhiệt độ khác nhau, mỗi loại có những đặc tính và ưu điểm riêng. Việc lựa chọn thiết bị thích hợp giúp cải thiện độ chính xác của kết quả đo và giúp tối ưu hóa quản lý năng lượng cũng như kiểm soát chất lượng sản phẩm. Trong chương này, chúng ta sẽ tìm hiểu về các loại thiết bị đo nhiệt độ phổ biến và cách lựa chọn chúng.

2.1 Các loại nhiệt kế

Nhiệt kế được chia thành hai loại chính:

Nhiệt kế tiếp xúc: Đo nhiệt độ bằng cách tiếp xúc trực tiếp với vật thể cần đo (ví dụ: cảm biến nhiệt điện trở, cặp nhiệt điện, điện trở nhiệt đo nhiệt độ – RTD).
Nhiệt kế không tiếp xúc: Đo nhiệt độ bề mặt vật thể thông qua tia hồng ngoại (ví dụ: nhiệt kế bức xạ, camera nhiệt).

Dưới đây là đặc điểm của từng loại nhiệt kế.

2.1.1 Nhiệt kế tiếp xúc

Nhiệt kế tiếp xúc đo nhiệt độ bằng cách tiếp xúc trực tiếp với vật thể cần đo. Các loại phổ biến bao gồm:

Cảm biến nhiệt điện trở (Thermistor)

Thermistor là từ ghép của “Thermal” (nhiệt) + “Resistor” (điện trở), là một linh kiện bán dẫn có điện trở thay đổi theo nhiệt độ. Nó được làm từ các oxit kim loại như oxit niken và oxit mangan, và khi nhiệt độ thay đổi, sự di chuyển của các electron bên trong cũng thay đổi, dẫn đến sự thay đổi điện trở.
Đặc điểm: Độ chính xác cao, tốc độ phản hồi nhanh.
Phạm vi nhiệt độ: -50℃ đến +300℃ (loại chịu nhiệt cao lên đến 500℃).
Ứng dụng: Thiết bị điện gia dụng, ô tô, thiết bị y tế, kiểm soát nhiệt độ trong các thiết bị chính xác.
Lưu ý: Có thể xảy ra hiện tượng tự phát nhiệt, gây ra sai số đo.

Cặp nhiệt điện (Thermocouple)

Cặp nhiệt điện đo nhiệt độ bằng cách sử dụng hiệu ứng Seebeck, trong đó điện áp được tạo ra khi có sự chênh lệch nhiệt độ giữa hai kim loại khác nhau.
Đặc điểm: Phạm vi nhiệt độ rộng, độ bền cao, có thể đo các vật thể nhỏ.

Phạm vi nhiệt độ:
Cặp nhiệt điện loại K: -200℃ đến +1200℃ (đa dụng).
Cặp nhiệt điện loại R, S: Lên đến +1600℃ (dùng cho nhiệt độ cao).
Ứng dụng: Tự động hóa công nghiệp, kiểm soát quy trình, ô tô, hàng không vũ trụ, quân sự, năng lượng, sản xuất kim loại, y tế.
Lưu ý: Nếu sử dụng lâu dài, vật liệu có thể bị oxy hóa hoặc hư hỏng, gây sai số trong phép đo.

Điện trở nhiệt đo nhiệt độ (RTD – Resistance Temperature Detector)

RTD là một cảm biến nhiệt độ sử dụng kim loại như bạch kim, có điện trở thay đổi theo nhiệt độ. Nó có độ chính xác cao và ổn định, được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp và nghiên cứu.
Đặc điểm: Độ chính xác cao (±0.15+0.002|t|°C/loại A), rất ổn định, có thể sử dụng lâu dài.
Phạm vi nhiệt độ: -196℃ đến +600℃ (đối với RTD bạch kim thông thường).
Ứng dụng: Sản xuất bán dẫn, nhà máy hóa chất, chế biến thực phẩm.
Lưu ý: Có kích thước lớn hơn thermistor và cặp nhiệt điện, phản ứng với thay đổi nhiệt độ chậm hơn một chút.

2.1.2 Nhiệt kế không tiếp xúc

Nhiệt kế không tiếp xúc đo nhiệt độ bằng cách đo tia hồng ngoại phát ra từ bề mặt vật thể.

Nhiệt kế bức xạ

Nhiệt kế bức xạ sử dụng tia hồng ngoại để đo nhiệt độ bề mặt vật thể.
Đặc điểm: Có thể đo nhiệt độ mà không cần tiếp xúc, phù hợp với vật thể có nhiệt độ cao hoặc nguy hiểm.
Phạm vi nhiệt độ: -50℃ đến +3000℃ (tùy thuộc vào từng loại).
Ứng dụng: Công nghiệp thép, kính, chế biến thực phẩm, y tế, hệ thống điều hòa không khí (HVAC).
Lưu ý: Độ phát xạ thay đổi tùy thuộc vào màu sắc và vật liệu của vật thể, do đó cần hiệu chỉnh độ phát xạ để tránh sai số đo.

 

Camera nhiệt (Thermographic Camera)

Camera nhiệt hoạt động tương tự như nhiệt kế bức xạ nhưng có thể hiển thị sự phân bố nhiệt độ dưới dạng hình ảnh.
Đặc điểm: Có thể nhìn thấy sự phân bố nhiệt độ không đồng đều, có thể đo diện tích rộng chỉ trong một lần quét.
Ứng dụng: Kiểm tra thiết bị, phát hiện sự nóng bất thường, đánh giá cách nhiệt của tòa nhà.
Lưu ý: Cũng như nhiệt kế bức xạ, cần điều chỉnh độ phát xạ để đảm bảo độ chính xác của phép đo.

2.2 Cách lựa chọn nhiệt kế

2.2.1 Phạm vi nhiệt độ cần đo

Khi chọn nhiệt kế, cần xem xét phạm vi nhiệt độ của vật thể cần đo.
Nhiệt độ thấp (-50℃ đến 300℃): Thermistor, RTD, cặp nhiệt điện.
Nhiệt độ trung bình (-200℃ đến 1200℃): Thermistor chịu nhiệt cao (500℃), RTD Pt100 (600℃), cặp nhiệt điện loại K (1200℃).
Nhiệt độ cao (trên 1200℃): Cặp nhiệt điện loại R, S, nhiệt kế bức xạ.

2.2.2 Độ chính xác và ổn định

Nếu yêu cầu độ chính xác cao → Sử dụng RTD hoặc thermistor có độ chính xác cao.
Nếu môi trường có nhiệt độ thay đổi nhanh → Dùng cặp nhiệt điện hoặc thermistor có tốc độ phản hồi nhanh.

2.2.3 Môi trường đo

Môi trường khắc nghiệt (nhiệt độ cao, rung động, va đập): Cặp nhiệt điện.
Đo nhiệt độ không tiếp xúc từ xa và nhiệt độ cao: Nhiệt kế bức xạ, camera nhiệt.
Không gian hẹp: Thermistor, cặp nhiệt điện.

2.3 Kết luận

Do kết quả đo nhiệt độ phụ thuộc nhiều vào thiết bị được sử dụng, điều quan trọng là phải chọn thiết bị phù hợp với ứng dụng cụ thể.

Bằng cách lựa chọn nhiệt kế phù hợp, việc kiểm soát nhiệt độ có thể được thực hiện hiệu quả và chính xác hơn, góp phần nâng cao chất lượng sản phẩm và quản lý năng lượng. Hãy tham khảo các đặc điểm và phương pháp lựa chọn thiết bị đo nhiệt độ đã được giới thiệu trong chương này để chọn loại nhiệt kế tối ưu nhất cho nhu cầu của bạn.