Cặp nhiệt điện dạng kẹp

Cặp nhiệt điện dạng kẹp đo nhiệt độ của một bề mặt máy hoặc của một điểm đã khoan sẵn bằng cách giữ một đầu dò có lò xo ép sát vào đó. Mối nối đo nằm bên trong một mũi thép không gỉ nhỏ, còn thân mang nó là một bộ kẹp xoay được kèm một lò xo kéo dài, nên độ sâu cắm đầu dò được đặt ngay tại điểm đo chứ không bị cố định bởi chiều dài đầu dò. Trên máy ép phun, máy đùn, khuôn và các đai gia nhiệt, đó thường là khác biệt thực tế: đầu dò phải được ép vào một vòi phun, một thân nung hoặc một đai gia nhiệt ở những vị trí không có chỗ cho một cụm lắp ren và cũng không có chỗ cho cờ lê.

Dạng chế tạo trong trang này là loại K theo tiêu chuẩn, cùng loại E và một phần tử điện trở PT100 được chào bán trong cùng thân. Loại K phủ 0 đến 800 °C, loại E phủ 0 đến 400 °C còn PT100 phủ -200 đến 450 °C. Đầu ren bằng thép không gỉ M12×1.5 và vặn ra được, để lại một đầu dò kẹp trực tiếp ở nơi không có phần ren sẵn nào để vặn vào. Dây dẫn là một lớp bện thép không gỉ bọc trên cáp chịu nhiệt cao có che chắn, với các chiều dài từ 1 đến 5 m, còn vật liệu mũi là sắt.

Mối nối được hàn chứ không xoắn. Tài liệu được cung cấp nhấn mạnh điểm này: hai lõi dẫn được hàn cùng nhau bên trong mũi bằng phương pháp hàn hồ quang argon và được cách điện bằng một ống sứ cao tần, đó là một kết cấu khác với cách làm phổ biến là chỉ xoắn hai lõi dẫn vào nhau, và chính khác biệt đó biểu hiện thành sự ổn định ở phần đỉnh dải.

Cặp nhiệt điện hoạt động như thế nào

Cặp nhiệt điện sinh ra điện áp chứ không sinh ra điện trở. Hai kim loại khác nhau nối với nhau tại một điểm sẽ tạo ra một hiệu điện thế nhỏ khi mối nối đó ở nhiệt độ khác với đầu còn lại của dây, và điện áp vào cỡ vài chục microvolt cho mỗi độ. Không có gì phải cấp cho cảm biến để nó làm việc, đó là lý do cặp nhiệt điện hợp với phần trên của dải nhiệt độ, nơi một phần tử điện trở sẽ trôi, và cũng là lý do nó có thể làm rất nhỏ.

Chính nguyên lý đó đặt ra các ràng buộc. Vì điện áp sinh ra giữa mối nối đo và các đầu cực nơi dây đấu vào, nhiệt độ tại các đầu cực đó là một phần của phép đo: thiết bị phải biết nhiệt độ đầu cực và bù trừ cho nó. Điều đó cũng có nghĩa toàn bộ mạch phải được nối bằng đúng dây cặp nhiệt điện. Mọi chỗ mà dây cặp nhiệt điện gặp một lõi đồng đều tự nó là một mối nối cặp nhiệt điện, và một mối nối không nằm ở nhiệt độ đầu cực thì góp vào một sai số chứ không góp vào một kết nối.

Hai dạng mối nối trong tài liệu được cung cấp suy ra từ cách chế tạo mũi đo. Ở mối nối có nối đất, chỗ hàn còn tiếp xúc điện với vỏ, nên nhiệt truyền tới nhanh và đáp ứng nhanh, nhưng mạch đo bị nối với bất cứ gì mà vỏ chạm vào. Ở mối nối không nối đất, chỗ hàn nằm cách điện bên trong mũi, nhờ đó cách ly được mạch đo nhưng đổi lại thời gian đáp ứng chậm hơn. Tài liệu chào bán cả hai và không nêu thời gian đáp ứng cho dạng nào, nên việc chọn dựa trên điều kiện lắp đặt chứ không dựa vào một con số công bố.

Hai thuộc tính thực tế nữa đến từ kết cấu. Lớp vỏ bện bọc trên cáp vừa là một lớp bảo vệ cơ khí vừa là một lớp che chắn, điều quan trọng trên một cỗ máy mang theo biến tần và các đai gia nhiệt, nơi một tín hiệu milivôn không được che chắn sẽ thu nhiễu. Và vỏ là thép không gỉ trong khi mũi là sắt, nên đầu dò chịu được việc tiếp xúc với máy mà dây dẫn không cứng và giòn lên như một cáp polymer thường gặp gần một đai nóng.

Cách chọn cặp nhiệt điện dạng kẹp phù hợp

Hãy bắt đầu từ nhiệt độ và từ thiết bị. Loại hiệu chuẩn đi theo dải: loại K tới 800 °C, loại E tới 400 °C, hoặc biến thể PT100 khi một phần tử điện trở hợp với thiết bị hơn. Từ đó quyết định bị ép buộc, vì cảm biến phải khớp với kiểu đầu vào của thiết bị đo nhiệt độ mà nó nối tới. Một PT100 đấu vào đầu vào loại K cho một số đọc có lý nhưng sai, và tài liệu được cung cấp nêu đúng trường hợp đó.

Tiếp theo là việc lắp. Khi cỗ máy có một phần ren sẵn tại điểm đo, đầu ren thép không gỉ M12×1.5 vặn vào đó và lò xo đặt lực ép tiếp xúc. Khi không có, đầu ren được tháo ra và đầu dò được kẹp trực tiếp. Chỗ kẹp có đường kính trong 11,5 mm và đường kính ngoài 13 mm với chiều cao 18 mm, và các bản 12 mm cùng 14 mm nhận theo đơn đặt hàng, nên chỗ kẹp phải khớp với phần ren sẵn hoặc lỗ mà nó ngồi vào.

Tiếp theo là dạng mối nối, có nối đất hay không nối đất, vì những lý do ở trên: tốc độ đổi lấy cách ly.

Tiếp theo là dây dẫn. Dải tiêu chuẩn là 1 đến 5 m, với 1 m, 5 m và 7 m được nêu là các chiều dài thông dụng, và các chiều dài khác làm theo đơn đặt hàng. Một tuyến dài hơn dải tiêu chuẩn nghĩa là phải nối dài, và phần nối dài phải làm bằng đúng dây cặp nhiệt điện với các đầu nối phù hợp; tài liệu được cung cấp không chỉ định những thứ đó. Khi dây dẫn đi gần một bề mặt nóng hoặc dọc theo một trục chuyển động, lớp vỏ bện là thứ bảo vệ nó, còn bán kính uốn tối thiểu cho việc đó thì không được nêu.

Cuối cùng là dạng đầu cực. Đầu cực dạng ngĩa là tiêu chuẩn, với đỏ nối dương và xanh dương nối âm. Khi đầu cực trên thiết bị không nhận kiểu ngĩa, đầu cực dạng chân cắm có thể chế tạo theo đơn đặt hàng.

Giới hạn và các điểm cần xác nhận

Bản thân cảm biến không phải là một thiết bị đo có thể truy xuất. Tài liệu được cung cấp không cho cấp chính xác hay dung sai nào cho cặp nhiệt điện, và không có thời gian đáp ứng, nên trang này nêu các dải chứ không nêu một độ bất định đo. Khi một số đọc phải được bảo vệ trước tranh cãi, cặp nhiệt điện cần được ghép với một bộ truyền hoặc một thiết bị có độ chính xác đã biết và, lý tưởng nhất, đã được đối chiếu với một chuẩn.

Dây dẫn là một giới hạn rất dễ bị bỏ qua. Một đầu dò định mức tới 800 °C ở mũi không có nghĩa dây dẫn chịu được 800 °C, và tài liệu được cung cấp không nêu định mức nhiệt độ của cáp hay của phần cách điện. Vì vậy điểm đo và tuyến đi của dây dẫn phải được xét riêng cho nhau.

Nhiều thuộc tính được nêu trong tài liệu nhưng không được định lượng. Đầu dò được mô tả là uốn được và chịu được áp suất cao, nhưng không có bán kính uốn tối thiểu và không có con số áp suất, nên không thứ nào được công bố ở đây. Tài liệu cũng cho một dải dây dẫn tiêu chuẩn là 1 đến 5 m rồi lại xếp 7 m vào các chiều dài thông dụng, tức là nằm ngoài dải tiêu chuẩn như đã nêu.

Cuối cùng, việc định danh vẫn còn mở. Tài liệu được cung cấp cho loại hiệu chuẩn tại trường mẫu mã thay vì một số linh kiện, và loại hiệu chuẩn là thứ chung cho mọi nhà cung cấp loại cặp nhiệt điện đó, nên nó không được dùng ở đây như một định danh. Một đơn đặt hàng nên nêu loại hiệu chuẩn, dạng mối nối, chiều dài dây dẫn, dạng đầu cực và kích thước chỗ kẹp.