Pengukuran suhu dapat dipengaruhi oleh berbagai faktor kesalahan, tetapi tiga faktor utama yang sering terjadi adalah ketidaksempurnaan kontak termal, keterlambatan waktu, dan pengaruh lingkungan pengukuran.
Kesalahan ini dapat diminimalkan dengan metode pengukuran yang tepat dan penyesuaian lingkungan yang sesuai. Dalam bab ini, kita akan menjelaskan penyebab utama dari setiap jenis kesalahan serta strategi untuk mengatasinya secara praktis.

3.1 Kesalahan Akibat Ketidaksempurnaan Kontak Termal dan Cara Mengatasinya

3.1.1 Penyebab Kesalahan Kontak Termal

Dalam pengukuran suhu, jika bagian sensor suhu tidak memiliki kontak yang baik dengan objek yang diukur, maka hasil pengukuran tidak akan akurat. Hal ini terutama terjadi pada termometer tipe kontak seperti termistor, RTD, dan termokopel. Penyebab utama kesalahan ini antara lain:

Luas kontak yang kecil
→ Transfer panas menjadi kurang efisien, sehingga suhu yang terukur lebih rendah dari suhu sebenarnya.

Sensor tidak menempel sempurna pada objek
→ Tidak stabil secara termal dan mudah dipengaruhi oleh lingkungan luar.

Adanya lapisan isolasi (oksida atau udara) antara sensor dan objek
→ Menghambat transfer panas, menyebabkan hasil pengukuran yang tidak akurat.

3.1.2 Cara Mengatasi Kesalahan Kontak Termal

Untuk mengurangi kesalahan akibat kontak termal yang buruk, langkah-langkah berikut dapat diterapkan:

Meningkatkan kontak sensor dengan objek
Pastikan sensor memiliki luas kontak yang lebih besar dengan objek yang diukur.
Gunakan pita tahan panas untuk menstabilkan posisi sensor.

Menggunakan material penghantar panas
Oleskan gel silikon atau pasta penghantar panas untuk meningkatkan transfer panas antara sensor dan objek.
Sangat efektif untuk material dengan konduktivitas termal rendah seperti plastik dan keramik.

Mengurangi pengaruh udara

1. Untuk menghindari pengaruh lingkungan eksternal, sensor dapat dibenamkan ke dalam objek yang diukur.
Saat mengukur suhu permukaan, gunakan lapisan tipis dengan konduktivitas termal tinggi untuk mengurangi efek isolasi udara.

3.2 Kesalahan Akibat Keterlambatan Waktu dan Cara Mengatasinya

3.2.1 Penyebab Kesalahan Keterlambatan Waktu

Dalam lingkungan dengan perubahan suhu yang cepat, sensor suhu mungkin tidak dapat langsung mendeteksi perubahan suhu yang sebenarnya, menyebabkan keterlambatan dalam pembacaan. Penyebab utama dari kesalahan ini adalah:

Kapasitas termal sensor yang besar
→ Sensor menyerap panas sebelum menyesuaikan suhu, sehingga responsnya lebih lambat.

Pengaruh tabung pelindung sensor
→ Dalam lingkungan bersuhu tinggi, tabung pelindung dapat menyerap panas lebih dulu, menyebabkan keterlambatan dalam refleksi suhu sebenarnya.

Kecepatan tampilan pengontrol suhu yang lambat
→ Meskipun sensor mendeteksi suhu dengan baik, tampilan yang lambat menyebabkan kesulitan dalam pemantauan real-time.

Dengan demikian, kesalahan keterlambatan waktu terutama disebabkan oleh karakteristik sensor itu sendiri, respons alat ukur, dan pengaruh tabung pelindung. Oleh karena itu, pemilihan sensor dan peralatan yang sesuai dengan tujuan pengukuran serta lingkungan sangatlah penting.

3.2.2 Cara Mengatasi Kesalahan Keterlambatan Waktu

Untuk mengurangi kesalahan akibat keterlambatan waktu, langkah-langkah berikut dapat diterapkan:

1.Gunakan sensor suhu dengan respons cepat
Pilih sensor berukuran kecil seperti termistor mini atau termokopel.

2.Sesuaikan metode pengukuran
Jangan hanya mengandalkan satu kali pengukuran, lakukan pengukuran berkala dan gunakan nilai rata-rata.
Jika perubahan suhu cepat diharapkan terjadi, gunakan perangkat yang dapat merekam data suhu secara real-time.

3.Gunakan pengontrol suhu dengan respons cepat
Pilih pengontrol suhu presisi tinggi yang memiliki kecepatan siklus kontrol yang lebih cepat agar dapat membaca perubahan suhu dengan lebih akurat.

3.3 Kesalahan Akibat Pengaruh Lingkungan dan Cara Mengatasinya

3.3.1 Penyebab Kesalahan Lingkungan

Pengukuran suhu sangat dipengaruhi oleh lingkungan sekitar. Jika kondisi lingkungan berubah, hasil pengukuran juga dapat berubah. Beberapa faktor utama yang mempengaruhi pengukuran meliputi:

Pengaruh angin atau aliran udara
→ Jika angin kencang mengenai objek yang diukur, suhu yang terukur bisa berubah karena dipengaruhi oleh udara luar.
Contoh: Di kantor atau laboratorium, hembusan AC dapat membuat suhu ruangan yang sebenarnya tampak lebih rendah atau lebih tinggi dari kenyataannya.

Pengaruh kelembaban
→ Di lingkungan yang lembab, kondensasi dapat terbentuk pada sensor, menyebabkan hasil pengukuran lebih rendah dari suhu sebenarnya.
Contoh: Di gudang pendingin atau fasilitas pengolahan makanan, kelembaban tinggi dapat menyebabkan sensor berembun, menghasilkan pembacaan suhu yang lebih rendah.

Pengaruh sumber panas di sekitar
→ Di pabrik atau dapur, panas dari pemanas atau mesin dapat mempengaruhi suhu pengukuran.
Contoh: Saat mengukur suhu makanan yang sedang dimasak, panas dari kompor gas atau oven dapat membuat hasil pengukuran tampak lebih tinggi dari suhu sebenarnya.

3.3.2 Cara Mengatasi Kesalahan Lingkungan

Untuk mengurangi pengaruh lingkungan terhadap pengukuran suhu, beberapa langkah berikut dapat diterapkan:

1.Gunakan pelindung angin
Jika pengukuran dilakukan di luar ruangan atau tempat dengan angin kencang, gunakan penutup pelindung untuk menghindari gangguan dari angin.
Saat mengukur di luar ruangan, pilih lokasi yang lebih terlindungi, seperti area yang teduh.

2.Pilih lokasi pengukuran yang tepat
Hindari melakukan pengukuran dekat pemanas atau mesin yang menghasilkan panas berlebih.
Saat mengukur suhu ruangan, hindari lokasi dekat ventilasi AC dan pilih tempat yang lebih stabil secara termal.

3.Pertimbangkan pengaruh kelembaban
Gunakan sensor dengan perlindungan anti air di lingkungan dengan kelembaban tinggi untuk menghindari pengembunan.
Sebelum melakukan pengukuran, lakukan pengujian awal di lingkungan standar untuk menyesuaikan hasil berdasarkan kelembaban.

3.4 Kesimpulan

Kesalahan utama dalam pengukuran suhu berasal dari ketidaksempurnaan kontak termal, keterlambatan waktu, dan pengaruh lingkungan. Untuk mengurangi kesalahan ini, beberapa strategi yang perlu diterapkan adalah:

Dengan menerapkan langkah-langkah ini, pengukuran suhu dapat dilakukan dengan lebih akurat dan andal, memastikan hasil yang lebih baik dalam pengelolaan energi dan kontrol kualitas.

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.

 

Đo nhiệt độ đóng vai trò quan trọng trong nhiều khía cạnh của đời sống và các ngành công nghiệp khác nhau. Nhiệt độ liên quan đến nhiều hiện tượng vật lý, chẳng hạn như nhiệt độ không khí, nhiệt độ cơ thể, cũng như kiểm soát nhiệt độ trong sản xuất công nghiệp. Vì vậy, phương pháp đo nhiệt độ rất đa dạng. Tuy nhiên, không giống như các phép đo đại lượng vật lý khác, đo nhiệt độ có những thách thức riêng biệt.
Trong đo chiều dài hoặc khối lượng, nếu sử dụng đúng dụng cụ đo, có thể dễ dàng thu được kết quả chính xác. Nhưng trong đo nhiệt độ, nhiều yếu tố ảnh hưởng đến độ chính xác, bao gồm loại nhiệt kế, cách sử dụng và điều kiện môi trường đo.

Đo nhiệt độ rất quan trọng để hiểu rõ trạng thái và đặc tính của vật liệu. Ví dụ, trong sản xuất công nghiệp, nhiệt độ được kiểm soát chặt chẽ để đảm bảo chất lượng sản phẩm. Nếu nhiệt độ quá cao, sản phẩm có thể bị hỏng; ngược lại, nếu quá thấp, có thể xảy ra lỗi trong quy trình sản xuất. Ngoài ra, xét về khía cạnh quản lý năng lượng, nhiệt độ cũng là một chỉ số quan trọng. Trong các nhà máy điện và nhà máy hóa chất, kiểm soát nhiệt độ nghiêm ngặt giúp tối ưu hóa hoạt động và giảm tiêu thụ năng lượng.

Tuy nhiên, đo nhiệt độ cũng có một số thách thức. Nhiệt độ có thể thay đổi theo thời gian và vị trí, vì vậy kết quả đo có thể khác nhau tùy theo thời điểm và vị trí đo. Ngoài ra, khi nhiệt kế tiếp xúc với vật thể đo, có thể xảy ra sai số do truyền nhiệt, do đó cần có sự chú ý đặc biệt để có được kết quả chính xác. Chính bản thân nhiệt kế cũng có thể bị trễ thời gian hoặc có sai số đo, điều này đặc biệt quan trọng trong các lĩnh vực yêu cầu độ chính xác cao.

Trong chương này, chúng ta sẽ tìm hiểu những kiến thức cơ bản về đo nhiệt độ, cách đo nhiệt độ, cũng như các yếu tố và đặc điểm quan trọng trong đo nhiệt độ. Ngoài ra, chúng ta cũng sẽ đề cập đến các nguyên tắc cơ bản để duy trì độ chính xác của phép đo nhiệt độ và những điểm cần chú ý trong quá trình đo nhiệt độ hàng ngày.

1.1 Khái niệm cơ bản về đo nhiệt độ

Nhiệt độ là một đại lượng vật lý liên quan đến năng lượng nội tại của vật thể và là một chỉ số quan trọng thể hiện trạng thái nhiệt của vật chất. Ví dụ, trạng thái của vật chất như rắn, lỏng, khí phụ thuộc vào nhiệt độ. Khi nhiệt độ cao, chuyển động của các phân tử trở nên mạnh hơn, trong khi ở nhiệt độ thấp, chuyển động này bị hạn chế. Nhiệt kế được sử dụng để đo và biểu thị định lượng trạng thái này.

Có nhiều phương pháp khác nhau để đo nhiệt độ. Nhiệt kế tiếp xúc hoạt động bằng cách tiếp xúc trực tiếp cảm biến với vật thể đo và phản ứng của nó được sử dụng để xác định nhiệt độ. Nhiệt kế không tiếp xúc (chẳng hạn như nhiệt kế hồng ngoại) đo bức xạ hồng ngoại phát ra từ vật thể để xác định nhiệt độ của nó. Việc sử dụng phương pháp nào phụ thuộc vào tính chất của vật thể cần đo và môi trường đo.

1.2 Tầm quan trọng của đo nhiệt độ

Tầm quan trọng của đo nhiệt độ xuất phát từ phạm vi ứng dụng rộng rãi của nó. Trong công nghiệp sản xuất và kiểm soát chất lượng, kiểm soát nhiệt độ có ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất và chất lượng sản phẩm. Ví dụ, trong sản xuất nhựa hoặc chế biến thực phẩm, cần duy trì nhiệt độ trong một phạm vi nhất định. Nếu nhiệt độ vượt quá phạm vi này, chất lượng sản phẩm có thể giảm hoặc sản phẩm có thể bị biến dạng. Do đó, đo nhiệt độ là một phần thiết yếu của quy trình đảm bảo chất lượng.

Ngoài ra, đo nhiệt độ cũng rất quan trọng trong việc tối ưu hóa sử dụng năng lượng. Trong các nhà máy điện, hệ thống làm mát và nhà máy hóa chất, sự thay đổi nhiệt độ có tác động lớn đến mức tiêu thụ năng lượng. Kiểm soát nhiệt độ chính xác giúp giảm lãng phí năng lượng và tối ưu hóa chi phí vận hành.

Đo nhiệt độ cũng rất quan trọng đối với quản lý an toàn. Ví dụ, trong các nhà máy điện hoặc nhà máy hóa chất, có nhiều thiết bị hoạt động ở nhiệt độ cao. Nếu không kiểm soát nhiệt độ đúng cách, có thể xảy ra quá nhiệt, cháy nổ hoặc các sự cố nghiêm trọng khác. Việc giám sát nhiệt độ thường xuyên giúp phát hiện sớm các bất thường để có biện pháp xử lý kịp thời.

1.3 Đặc điểm đặc trưng của đo nhiệt độ

Khác với các phép đo đại lượng vật lý khác, đo nhiệt độ có một số đặc điểm đặc biệt. Trước hết, nhiệt độ thay đổi theo thời gian, vì vậy thời điểm đo rất quan trọng. Nhiệt kế cần có thời gian để điều chỉnh và thích nghi với nhiệt độ của vật thể đo. Đặc biệt, nếu nhiệt độ thay đổi đột ngột, nhiệt kế có thể phản ứng chậm, dẫn đến sai số đo.

Ngoài ra, trong hầu hết các trường hợp, nhiệt kế cần tiếp xúc với vật thể đo. Cách tiếp xúc này có ảnh hưởng lớn đến độ chính xác của phép đo. Nếu tiếp xúc không đúng cách, có thể xảy ra sai số do truyền nhiệt, làm cho kết quả đo không chính xác. Vì vậy, cần đặc biệt chú ý đến cách sử dụng nhiệt kế và môi trường đo.

Ảnh hưởng của sự phân bố nhiệt độ cũng không thể bỏ qua. Nếu vật thể đo không có sự phân bố nhiệt độ đồng đều, kết quả đo có thể thay đổi đáng kể tùy thuộc vào vị trí đo. Để tránh vấn đề này, cần xem xét cẩn thận vị trí và phương pháp đo thích hợp.