Quá trình ủ nhiệt của tấm bán dẫn SiC yêu cầu gia nhiệt đồng đều ở nhiệt độ cao, nhưng việc cải thiện hiệu suất vẫn là một thách thức.
《 ⇒Điểm Kaizen 》
Bằng cách sử dụng Máy sưởi tuyến carbon, hiệu suất gia nhiệt đã được cải thiện.
Hiệu suất tăng lên, và thiết kế nhỏ gọn giúp tiết kiệm không gian.
Ngoài ra, hiệu suất năng lượng trong quá trình nhiệt độ cao cũng đã được tối ưu hóa hơn nữa.
Trong các môi trường sản xuất với số lượng thấp và đa dạng sản phẩm, phương pháp sấy truyền thống sử dụng thùng chứa lớn và máy sấy gặp phải nhiều thách thức. Thiết bị truyền thống xử lý một lượng lớn hạt nhựa cùng một lúc, dẫn đến tiêu thụ năng lượng quá mức cho việc sấy các mẻ nhỏ, tăng sự thất thoát vật liệu và giảm hiệu quả sản xuất.
《 ⇒Điểm Kaizen 》
Bằng cách sử dụng Máy sưởi tuyến carbon CFLH, hạt nhựa với số lượng nhỏ giờ đây có thể được sấy khô hiệu quả. CFLH có thể gia nhiệt đều cho lượng cần thiết trong thời gian ngắn, giúp rút ngắn thời gian thay đổi dây chuyền. Hơn nữa, chỉ sấy khô lượng cần thiết giúp giảm thất thoát vật liệu và đóng góp vào việc cải thiện hiệu quả năng lượng.
Trong quá trình tráng phủ, tốc độ sấy chậm làm giảm hiệu suất sản xuất. Các phương pháp sấy truyền thống mất nhiều thời gian để cung cấp đủ nhiệt, gây hạn chế đến năng suất của dây chuyền sản xuất. Ngoài ra, việc sử dụng thiết bị sấy cỡ lớn đòi hỏi không gian lắp đặt rộng rãi, đồng thời làm tăng tiêu thụ năng lượng, dẫn đến chi phí vận hành cao.
《 ⇒Điểm Kaizen 》
Việc sử dụng Máy sưởi tuyến carbon (CFLH) giúp sấy khô hiệu quả hơn nhờ công nghệ chiếu sáng nhấp nháy tốc độ cao. CFLH cung cấp nhiệt đồng đều trong thời gian ngắn, tăng tốc độ sấy và nâng cao đáng kể hiệu suất sản xuất. Hơn nữa, thiết kế nhỏ gọn của nó giúp thu nhỏ kích thước thiết bị sấy, góp phần tiết kiệm không gian và năng lượng.
Cửa kho lạnh dễ bị ngưng tụ do sự chênh lệch nhiệt độ giữa bên trong và bên ngoài. Lớp nước ngưng tụ này có thể đóng băng và hình thành lớp băng, gây khó khăn trong việc đóng mở cửa. Đặc biệt vào mùa đông hoặc trong môi trường có độ ẩm cao, lớp băng có thể dày lên, gây hư hỏng thiết bị và gián đoạn hoạt động. Ngoài ra, việc loại bỏ lớp băng mất nhiều thời gian và công sức, trở thành gánh nặng lớn, đặc biệt ở những nơi thiếu nhân lực.
《 ⇒Điểm Kaizen 》
Sử dụng Máy sưởi tuyến carbon (CFLH) có thể giúp loại bỏ băng trên cửa kho một cách hiệu quả. CFLH cung cấp nhiệt đồng đều một cách nhanh chóng, đảm bảo băng tan nhanh chóng. Điều này giúp giảm bớt khối lượng công việc cho quá trình loại bỏ băng và đảm bảo cửa kho hoạt động trơn tru.
Để đo chính xác biến dạng nhiệt của bảng mạch in, cần có một nguồn nhiệt có thể cung cấp nhiệt đồng đều và tức thời. Tuy nhiên, các bộ gia nhiệt truyền thống gặp vấn đề về phân bố nhiệt không đồng đều và tốc độ phản hồi chậm. Ngoài ra, thời gian tăng nhiệt dài khiến việc đo lặp lại trong thời gian ngắn trở nên khó khăn, làm giảm khả năng tái lập dữ liệu đo.
《 ⇒Điểm Kaizen 》
Bằng cách sử dụng Máy sưởi tuyến carbon (CFLH) để chiếu nhiệt nhanh và đồng đều lên bảng mạch in, độ chính xác của phép đo biến dạng nhiệt đã được cải thiện. CFLH có khả năng bật/tắt tức thời, giúp tăng độ chính xác của phép đo lặp lại và thu thập dữ liệu chi tiết hơn trong thời gian ngắn. Ngoài ra, chu kỳ gia nhiệt nhỏ hơn giúp phát hiện các biến dạng nhiệt cực nhỏ mà trước đây không thể nhận ra, giúp đánh giá chất lượng bảng mạch chính xác hơn.
Để nâng cao độ chính xác của phép đo nhiệt độ, việc lựa chọn thời điểm đo nhiệt độ là vô cùng quan trọng.Ngay cả khi đo cùng một vật thể, nhiệt độ đo được có thể thay đổi tùy thuộc vào quá trình làm nóng hoặc làm mát, sự thay đổi của môi trường xung quanh và quán tính nhiệt của vật thể đo.Nếu không đo nhiệt độ vào thời điểm thích hợp, ta sẽ không thể nắm bắt chính xác nhiệt độ thực tế, và kết quả đo có thể không phù hợp với mục đích mong muốn.
Ví dụ, trong quá trình làm nóng kim loại dày bằng đèn halogen, nhiệt độ bề mặt tăng nhanh, nhưng nhiệt độ bên trong cần thời gian để đạt mức tương tự.Ngoài ra, trong môi trường ngoài trời hoặc nhà máy, nhiệt độ đo được cũng có thể dao động tùy vào thời điểm đo và sự thay đổi của nhiệt độ môi trường, do đó cần quản lý thời điểm đo một cách phù hợp.
Chương này sẽ giải thích chi tiết ba yếu tố chính ảnh hưởng đến thời điểm đo nhiệt độ:
1. Sự thay đổi nhiệt độ do quá trình làm nóng và làm mát
2. Ảnh hưởng của sự thay đổi nhiệt độ môi trường
3. Ảnh hưởng của quán tính nhiệt của vật thể đo
Nhiệt độ không cố định mà thay đổi theo thời gian. Nếu chọn sai thời điểm đo, nhiệt độ thu được có thể khác với nhiệt độ thực tế, làm giảm độ tin cậy của dữ liệu đo.Dưới đây là phân tích chi tiết về ảnh hưởng của thời điểm đo đến sự thay đổi nhiệt độ.
Trong quá trình làm nóng và làm mát, nhiệt độ đo được có thể khác nhau tùy vào thời điểm đo.Đặc biệt, khi sử dụng đèn halogen để gia nhiệt, do nhiệt chỉ tác động trực tiếp lên một số vị trí, có thể xảy ra sự chênh lệch nhiệt độ giữa khu vực được chiếu xạ và khu vực không được chiếu xạ.Nếu không chọn đúng thời điểm và vị trí đo, sẽ không thể đo chính xác nhiệt độ thực tế.
Ví dụ về sự thay đổi nhiệt độ trong quá trình gia nhiệt bằng đèn halogen
Ngay sau khi bắt đầu gia nhiệt → Nhiệt độ bề mặt tăng nhanh, nhưng nhiệt độ bên trong thay đổi chậm hơn.
Trong quá trình gia nhiệt → Nhiệt độ bên trong dần dần tăng, và chênh lệch giữa nhiệt độ bề mặt và nhiệt độ bên trong giảm.
Sau khi gia nhiệt hoàn tất → Nhiệt độ bên trong và nhiệt độ bề mặt gần như đồng đều, có thể đo nhiệt độ ổn định.
Thời điểm đo thích hợp
1. Chờ cho đến khi quá trình làm nóng hoặc làm mát hoàn tất và nhiệt độ bên trong đồng đều trước khi đo.
2. Không chỉ đo nhiệt độ bề mặt, mà cần tính đến cả nhiệt độ bên trong.
3. Khi nhiệt độ thay đổi nhanh, cần đo nhiều lần vào các thời điểm khác nhau để nâng cao độ chính xác của dữ liệu.
Kết quả đo nhiệt độ không chỉ bị ảnh hưởng bởi bản thân vật thể đo, mà còn bị tác động bởi sự thay đổi nhiệt độ môi trường xung quanh.Đặc biệt, trong các phép đo ngoài trời hoặc trong phòng có điều hòa, sự thay đổi nhiệt độ theo thời gian đo không thể bỏ qua.
1. Ảnh hưởng của môi trường ngoài trời
Nhiệt độ không khí vào buổi sáng, trưa và tối khác nhau đáng kể, do đó khó so sánh nếu phép đo được thực hiện vào các thời điểm khác nhau.
Ví dụ: Vào mùa hè, nhiệt độ của mặt đường nhựa có thể lên đến 60°C vào ban ngày, nhưng giảm xuống dưới 30°C vào ban đêm.
2. Ảnh hưởng của môi trường trong nhà
Sự thay đổi nhiệt độ trong phòng có thể bị ảnh hưởng bởi hoạt động của điều hòa hoặc số lượng người ra vào.
Ví dụ: Trong nhà máy, nhiệt độ có thể tăng do hoạt động của máy móc, ngay cả khi đo cùng một vật thể, kết quả có thể thay đổi tùy vào thời điểm đo.
Biện pháp khắc phục
1. Tiêu chuẩn hóa thời gian đo để có thể so sánh dữ liệu một cách chính xác.
2. Đo ở những địa điểm và thời điểm ít bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ môi trường.
3. Thực hiện đo nhiều lần và lấy giá trị trung bình để giảm tác động của sự dao động nhiệt độ.
Quán tính nhiệt là độ trễ của vật thể trong việc phản ứng với sự thay đổi nhiệt độ, và được quyết định bởi dung lượng nhiệt và độ dẫn nhiệt.Nói chung, vật thể có dung lượng nhiệt lớn sẽ thay đổi nhiệt độ chậm hơn, trong khi vật có độ dẫnDo đó, thời điểm đo có thể ảnh hưởng đến giá trị thu được. nhiệt thấp sẽ mất nhiều thời gian hơn để truyền nhiệt.Do đó, thời điểm đo có thể ảnh hưởng đến giá trị thu được.
Ví dụ về ảnh hưởng của quán tính nhiệt đối với phép đo nhiệt độ
1. Gia nhiệt khối kim loại
Ngay sau khi bắt đầu gia nhiệt → Nhiệt độ bề mặt tăng nhanh, nhưng nhiệt độ bên trong gần như không thay đổi.
Sau vài giờ → Nhiệt lan truyền vào bên trong, và nhiệt độ trở nên đồng đều hơn, giúp đo nhiệt độ chính xác hơn.
2. Gia nhiệt bộ phận nhựa dày
Khi gia nhiệt nhanh → Nhiệt độ bề mặt tăng lên trong thời gian ngắn, nhưng bên trong mất nhiều thời gian hơn để nóng lên.
Sau một thời gian → Nhiệt lan truyền khắp bên trong, và nhiệt độ trở nên ổn định.
Thời điểm đo thích hợp
Chờ đến khi nhiệt độ bên trong vật thể đo ổn định trước khi thực hiện phép đo.
Thực hiện nhiều lần đo để có kết quả chính xác hơn.
Đối với vật thể dày, không chỉ đo nhiệt độ bề mặt mà cần xem xét cả nhiệt độ bên trong.
Nếu chọn thời điểm đo không phù hợp, kết quả đo có thể khác xa với nhiệt độ thực tế.Việc lựa chọn thời điểm đo chính xác sẽ giúp thu thập dữ liệu đáng tin cậy hơn.
Điểm quan trọng khi lựa chọn thời điểm đo nhiệt độ
✅ Trước khi đo, đảm bảo rằng nhiệt độ đã ổn định, tức là sau khi làm nóng hoặc làm mát hoàn tất.
✅ Không chỉ đo nhiệt độ bề mặt, mà còn cân nhắc nhiệt độ bên trong.
✅ Tiêu chuẩn hóa thời gian đo để giảm thiểu tác động của yếu tố môi trường.
✅ Trong điều kiện nhiệt độ thay đổi nhanh, thực hiện nhiều lần đo trong một khoảng thời gian nhất định để cải thiện độ chính xác.
Việc chọn thời điểm đo thích hợp là chìa khóa để quản lý nhiệt độ chính xác.
Trong đo nhiệt độ, việc lựa chọn vị trí đo là vô cùng quan trọng để đảm bảo độ chính xác của phép đo và áp dụng nhiệt độ quản lý (Controlled Temperature). Ngay cả khi cùng đo một đối tượng, nhiệt độ đo được có thể thay đổi tùy theo vị trí đo. Vì vậy, cần giảm thiểu sự dao động trong giá trị đo và thực hiện kiểm soát nhiệt độ một cách nhất quán.
Đặc biệt, trong quá trình sản xuất, để kiểm soát nhiệt độ chính xác, cần hiểu rõ ảnh hưởng của quá trình gia nhiệt và làm mát, đồng thời xác định vị trí tối ưu trên đối tượng đo. Nếu lựa chọn vị trí đo không phù hợp, nhiệt độ cài đặt và nhiệt độ thực tế có thể chênh lệch, dẫn đến giảm chất lượng sản phẩm hoặc gây mất ổn định trong quá trình sản xuất.
Chương này sẽ giải thích cách lựa chọn vị trí đo ảnh hưởng đến kiểm soát nhiệt độ, cũng như phương pháp xác định vị trí đo thích hợp khi xem xét nhiệt độ quản lý. Ngoài ra, chương này cũng sẽ đề cập đến các yếu tố gây sai số khi đo nhiệt độ (ảnh hưởng của dẫn nhiệt, đối lưu nhiệt, và bức xạ nhiệt) được nêu trong Chương 3 và Chương 4, tập trung vào tối ưu hóa vị trí đo trong thực tế.
Nhiệt độ quản lý là nhiệt độ tham chiếu được sử dụng để thực hiện kiểm soát nhiệt độ ổn định bằng cách tính đến sai số đo và biến động môi trường.
Mục đích của đo nhiệt độ không chỉ đơn giản là “”đo nhiệt độ””, mà quan trọng hơn là đảm bảo quản lý quy trình tối ưu và duy trì chất lượng sản phẩm. Do đó, trong việc lựa chọn vị trí đo, cần xem xét quy trình sản xuất và tiêu chuẩn chất lượng của đối tượng đo, cũng như đo nhiệt độ tại phần quan trọng nhất.
Lợi ích của việc chọn vị trí đo thích hợp
1. Giảm dao động trong đo nhiệt độ và đảm bảo độ ổn định của nhiệt độ quản lý
2. Thực hiện kiểm soát nhiệt độ phù hợp với điều kiện sản xuất thực tế
3. Ngăn ngừa sự cố về chất lượng và nâng cao hiệu suất sản xuất
4. Hỗ trợ tối ưu hóa điều kiện sản xuất và giảm chi phí năng lượng
Để kiểm soát nhiệt độ chính xác trong môi trường sản xuất, cần xem xét sự ảnh hưởng của gia nhiệt và làm mát đến sản phẩm, đồng thời đo nhiệt độ tại bộ phận có nhiệt độ quan trọng nhất.
Nếu vị trí đo không được chọn đúng, nhiệt độ cài đặt và nhiệt độ thực tế của sản phẩm có thể khác nhau, làm tăng nguy cơ giảm chất lượng hoặc gây lỗi trong quy trình sản xuất.Dưới đây là các ví dụ cụ thể về vị trí đo quan trọng trong từng ngành công nghiệp:
1. Tôi nhiệt bộ phận kim loại
Thách thức: Trong quá trình tôi nhiệt, nhiệt độ bề mặt và nhiệt độ bên trong khác nhau. Vì vậy, để đảm bảo độ cứng phù hợp, cần đo nhiệt độ bên trong.
Vị trí đo: Trung tâm bộ phận hoặc khu vực có nhiệt độ ổn định (ví dụ: cắm cặp nhiệt điện vào bên trong).
2. Ép nhựa
Thách thức: Nếu vật liệu không nóng chảy và làm mát đồng đều trong quá trình ép, có thể gây ra lỗi hình dạng hoặc làm giảm độ bền.
Vị trí đo: Nhiệt độ bên trong nhựa đang nóng chảy và nhiệt độ bề mặt khuôn.
3. Chế biến thực phẩm (gia nhiệt trong lò nướng)
Thách thức: Ngay cả khi nhiệt độ không khí trong lò nướng đạt tiêu chuẩn, nếu phần bên trong của thực phẩm không được gia nhiệt đầy đủ, có thể gây vấn đề về an toàn thực phẩm.
Vị trí đo: Phần trung tâm thực phẩm (cắm đầu dò nhiệt độ vào trong), đồng thời đo tại nhiều vị trí khác nhau để kiểm tra sự phân bố nhiệt trong lò.
4. Sản xuất bán dẫn
Thách thức: Trong quá trình gia nhiệt wafer, cần đảm bảo kiểm soát nhiệt độ đồng đều. Do đó, cần xác nhận rằng nhiệt độ cài đặt và nhiệt độ thực tế của wafer có khớp nhau không.
Vị trí đo: Đo nhiệt độ tại trung tâm và cạnh của wafer để đánh giá độ đồng nhất.
Khi chọn vị trí đo thích hợp, điều quan trọng là chọn vị trí ít bị ảnh hưởng bởi môi trường bên ngoài và có kết quả ổn định.
Đặc biệt, đặc tính vật liệu, hình dạng và điều kiện xung quanh có thể làm cho nhiệt độ đo được khác nhau ngay cả trên cùng một đối tượng. Vì vậy, việc đảm bảo độ ổn định của vị trí đo là yếu tố quan trọng để nâng cao độ tin cậy của nhiệt độ quản lý.
Để nâng cao độ chính xác khi đo, cần chuẩn hóa vị trí đo và thu thập dữ liệu một cách nhất quán làm tiêu chuẩn cho nhiệt độ quản lý.
Nếu vị trí đo thay đổi mỗi lần đo, dữ liệu sẽ dao động nhiều hơn, dẫn đến giảm độ tin cậy của nhiệt độ quản lý.
1. Tôi nhiệt bộ phận kim loại
Tiêu chuẩn: Luôn cắm cặp nhiệt điện vào trung tâm bộ phận để có dữ liệu đo nhất quán.
Mục đích: Ngăn chặn sự không đồng đều về nhiệt độ và chuẩn hóa vị trí đo.
2. Ép nhựa
Tiêu chuẩn: Không chỉ đo nhiệt độ đầu phun, mà còn chuẩn hóa vị trí đo nhiệt độ nhựa nóng chảy và nhiệt độ trong quá trình làm mát.
Mục đích: Ổn định chất lượng sản phẩm đúc.
3. Chế biến thực phẩm (gia nhiệt trong lò nướng)
Tiêu chuẩn: Luôn cắm đầu dò nhiệt độ vào trung tâm thực phẩm để thu thập dữ liệu nhiệt độ bên trong.
Mục đích: Đánh giá sự phân bố nhiệt và đảm bảo an toàn thực phẩm.
4. Sản xuất bán dẫn
Tiêu chuẩn: Luôn đo nhiệt độ tại cùng một điểm (trung tâm và cạnh wafer) trong mỗi lần đo.
Mục đích: Kiểm tra sự đồng nhất khi gia nhiệt và nâng cao độ chính xác của quá trình sản xuất.
Bằng cách chuẩn hóa tiêu chí đo lường và lựa chọn vị trí đo thích hợp, chúng ta có thể nâng cao độ chính xác của phép đo nhiệt độ và độ tin cậy của kiểm soát nhiệt độ.
Việc áp dụng khái niệm nhiệt độ quản lý và giảm thiểu ảnh hưởng của môi trường đo sẽ giúp đạt được kiểm soát nhiệt độ nhất quán, tối ưu hóa quy trình sản xuất và nâng cao chất lượng sản phẩm.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Một trong những yếu tố gây sai số trong đo nhiệt độ là sự phân bố nhiệt độ không đồng đều. Nhiệt độ không phải lúc nào cũng lan tỏa một cách đồng nhất, mà nó có thể thay đổi đáng kể tùy thuộc vào vật liệu của đối tượng đo, môi trường xung quanh và cơ chế truyền nhiệt (dẫn nhiệt, đối lưu, bức xạ).
Nếu không xem xét đến sự không đồng đều này khi đo, nhiệt độ đo được sẽ khác nhau tại mỗi vị trí, dẫn đến đánh giá sai về nhiệt độ thực tế.
Trong chương này, chúng tôi sẽ phân tích chi tiết các nguyên nhân gây ra sự không đồng đều của phân bố nhiệt độ và đề xuất các biện pháp cụ thể để giảm thiểu sai số đo lường.
Sự không đồng đều của phân bố nhiệt độ là hiện tượng nhiệt độ không đồng nhất trên toàn bộ đối tượng đo, dẫn đến các giá trị đo khác nhau tùy vào vị trí đo. Hiện tượng này xảy ra do các yếu tố sau:
Sự không đồng nhất của thiết bị gia nhiệt/làm lạnh
Máy gia nhiệt hoặc làm lạnh không thể cung cấp nhiệt hoặc không khí lạnh một cách đồng đều, dẫn đến sự chênh lệch nhiệt độ.
Sự khác biệt về độ dẫn nhiệt của vật liệu
Kim loại như nhôm có độ dẫn nhiệt cao giúp nhiệt lan tỏa nhanh hơn, trong khi nhựa có độ dẫn nhiệt thấp làm cho nhiệt lan tỏa chậm, dẫn đến sự phân bố nhiệt không đều.
Ảnh hưởng của đối lưu trong không khí hoặc chất lỏng
Trong môi trường không khí hoặc chất lỏng, dòng đối lưu xuất hiện khi không khí nóng/lỏng nóng di chuyển lên trên và phần lạnh di chuyển xuống dưới, gây ra sự khác biệt nhiệt độ tùy vào vị trí đo.
Ảnh hưởng của bức xạ nhiệt
Bức xạ nhiệt từ bề mặt vật thể có thể tạo ra sự chênh lệch nhiệt độ giữa bề mặt và bên trong, đặc biệt là trong môi trường nhiệt độ cao.
Các yếu tố trên có thể tác động đồng thời, làm sai lệch kết quả đo. Do đó, cần hiểu rõ sự không đồng đều của phân bố nhiệt độ và chọn phương pháp đo phù hợp.
Dẫn nhiệt là hiện tượng nhiệt truyền qua vật liệu. Tuy nhiên, không phải tất cả vật liệu đều truyền nhiệt với tốc độ như nhau, mà tốc độ truyền nhiệt phụ thuộc vào hệ số dẫn nhiệt của từng loại vật liệu.
【Nguyên nhân】
1. Kim loại có độ dẫn nhiệt cao (ví dụ: đồng, nhôm)
Nhiệt lan tỏa đồng đều nhưng nếu kích thước lớn, phần trung tâm và phần rìa có thể có sự chênh lệch nhiệt độ.
Ví dụ: Khi làm nóng một tấm nhôm từ một phía, nhiệt độ giữa trung tâm và rìa tấm có thể khác nhau.
2. Vật liệu có độ dẫn nhiệt thấp (ví dụ: nhựa, gốm, vật liệu cách nhiệt)
Khi nhiệt độ bề mặt thay đổi, nhiệt bên trong truyền chậm hơn.
Ví dụ: Nếu làm nóng một tấm nhựa dày từ một phía, nhiệt độ bề mặt tăng nhanh nhưng nhiệt độ mặt sau tăng chậm.
【Biện pháp khắc phục】
1. Đo tại nhiều vị trí khác nhau và lấy giá trị trung bình
Khi nhiệt độ không đồng đều, đo ở nhiều điểm và lấy trung bình để có kết quả chính xác hơn.
2. Xem xét sự khác biệt về độ dẫn nhiệt khi đo
Với vật liệu có độ dẫn nhiệt thấp như thép không gỉ, cần đo trong thời gian dài để nhiệt độ bên trong ổn định.
3. Chèn cảm biến vào bên trong vật thể
Không chỉ đo nhiệt độ bề mặt mà cần đo cả nhiệt độ bên trong để giảm thiểu ảnh hưởng của dẫn nhiệt.
Trong không khí hoặc chất lỏng, nhiệt di chuyển chủ yếu nhờ đối lưu, khi chất lỏng hoặc khí nóng nở ra, nhẹ hơn và đi lên, trong khi phần lạnh di chuyển xuống dưới.
【Nguyên nhân】
1. Đối lưu trong không khí
Trong phòng, không khí nóng dâng lên và không khí lạnh chìm xuống, tạo ra sự chênh lệch nhiệt độ giữa trần nhà và sàn nhà.
Ví dụ: Trong phòng xông hơi, nhiệt độ gần trần cao hơn nhiều so với nhiệt độ gần sàn.
2. Đối lưu trong nước
Khi đun nóng nước, phần nước nóng dâng lên trong khi phần lạnh chìm xuống. Nếu không khuấy đều, nhiệt độ đo tại các vị trí khác nhau sẽ khác nhau.
Ví dụ: Khi đun sôi nồi nước, nếu không khuấy, nước dưới đáy nóng nhanh hơn nước ở trên.
【Biện pháp khắc phục】
1. Sử dụng quạt hoặc thiết bị khuấy để làm đồng đều nhiệt độ
Đối với không khí, sử dụng quạt để lưu thông luồng khí.
Đối với chất lỏng, sử dụng bộ khuấy để làm đều nhiệt độ.
2. Chờ nhiệt độ ổn định trước khi đo
Không đo ngay sau khi bật máy sưởi hoặc điều hòa, mà đợi nhiệt độ ổn định.
Đối với chất lỏng, khuấy đều trước khi đo.
Bức xạ nhiệt là quá trình nhiệt di chuyển dưới dạng tia hồng ngoại. Các vật liệu có hệ số bức xạ khác nhau có thể cho kết quả đo nhiệt độ khác nhau ngay cả trong cùng một môi trường.
【Nguyên nhân】
1. Vật liệu có hệ số bức xạ cao (ví dụ: gỗ, giấy, gạch đỏ)
Hấp thụ nhiệt tốt và dễ bị thay đổi nhiệt độ.
Ví dụ: Xe hơi màu đen hấp thụ nhiều nhiệt hơn xe màu trắng dưới ánh nắng mặt trời.
2. Vật liệu có hệ số bức xạ thấp (ví dụ: kim loại được đánh bóng)
Phản xạ nhiệt nhiều hơn, dẫn đến kết quả đo thấp hơn nhiệt độ thực tế.
Ví dụ: Nhôm và gỗ đặt cùng một nơi nhưng gỗ có nhiệt độ cao hơn khi đo bằng nhiệt kế hồng ngoại.
【Biện pháp khắc phục】
1. Chỉnh hệ số bức xạ khi đo
Điều chỉnh hệ số bức xạ của nhiệt kế hồng ngoại để đo chính xác hơn.
Nếu không biết hệ số bức xạ, có thể sử dụng nhiệt kế tiếp xúc để đo và điều chỉnh nhiệt kế hồng ngoại dựa trên kết quả này.
2. Thống nhất bề mặt của đối tượng đo
Phủ sơn hấp thụ nhiệt để bề mặt có cùng hệ số bức xạ, giúp giảm sai số.
3. Đo từ góc phù hợp để giảm phản xạ
Đo từ góc tránh phản xạ để có kết quả chính xác hơn.
Nếu không xem xét đến sự phân bố nhiệt độ không đồng đều khi đo, sai số lớn có thể xảy ra. Do đó, cần hiểu rõ ảnh hưởng của dẫn nhiệt, đối lưu và bức xạ, đồng thời áp dụng phương pháp đo phù hợp để đảm bảo kết quả đo chính xác.
Việc chọn phương pháp đo phù hợp sẽ giúp đo nhiệt độ một cách chính xác và đáng tin cậy hơn.
