Cấu tạo và nguyên lý làm việc của cảm biến nhiệt độ Pt1000

Cảm biến nhiệt độ Pt1000 là một loại cảm biến RTD được sử dụng phổ biến thứ hai sau cảm biến nhiệt độ Pt100. Vậy cảm biến nhiệt độ Pt1000 là gì? Chúng có cấu tạo và nguyên lý hoạt động của cảm biến Pt1000 như thế nào? Sự khác nhau giữa cảm biến nhiệt độ Pt1000 giữa cảm biến Pt100 là gì? Và cảm biến Pt1000 có ứng dụng gì trong thực tế? Hãy cùng Bảo An tìm hiểu trong bài viết sau đây.

Cảm biến nhiệt độ Pt1000 hay còn gọi là đầu dò nhiệt độ Pt1000, can nhiệt Pt1000 là một trong những loại cảm biến nhiệt độ RTD, là một thiết bị có phần cảm biến được chế tạo từ Platium (hay bạch kim), sử dụng nguyên lý thay đổi nhiệt điện trở để đo lường giá trị nhiệt độ của hệ thống hoặc thiết bị. Cảm biến nhiệt độ Pt1000 có dải đo phổ biến từ -200 đến 850°C.

Hình 1: Cảm biến nhiệt độ Pt1000 là gì?

Cảm biến nhiệt độ Pt1000 có phần đầu dò được làm từ Pt (Platium hay bạch kim). Cấu tạo của cảm biến Pt1000 bao gồm các bộ phận chính như sau:
- Đầu dò của cảm biến: Là bộ phận quan trọng nhất của cảm biến, được làm từ Pt, có chức năng dùng để đo nhiệt độ. Độ nhạy của đầu dò là yếu tố vô cùng quan trọng, ảnh hưởng trực tiếp đến kết quả đo.
- Dây dẫn của cảm biến: Dây dẫn của cảm biến được gắn với đầu dò của cảm biến và các ngõ ra. Có các loại cảm biến bao gồm cảm biến 2 dây, 3 dây, 4 dây. 
- Lớp cách điện: Bộ phận này giúp không xảy ra hiện tượng đoản mạch và cách điện với các dây nối từ vỏ bảo vệ.
- Vỏ bảo vệ: Là nơi tiếp xúc trực tiếp với nguồn nhiệt cần đo, chính vì vậy chúng được làm từ vật liệu và kích thước đúng theo tiêu chuẩn để bảo vệ các thành phần bên trong.
- Đầu kết nối: Tùy vào từng loại cảm biến RTD mà có thể có hoặc không có đầu kết nối này. Đầu kết nối thường được làm bằng nhôm, thép không gỉ hoặc gang dẻo, có tác dụng bảo vệ các cầu đấu nối, các dây tín hiệu bên trong.
Ngoài ra cảm biến nhiệt độ Pt1000 còn có một số bộ phận khác như: bộ phận kết nối cơ khí, trục quấn bằng gốm,...

Hình 2: Cấu tạo cảm biến Pt1000

Giống như cảm biến Pt100, cảm biến nhiệt độ Pt1000 có nguyên lý hoạt động dựa trên nguyên lý đo điện trở của nguyên tố bạch kim. Khi đầu dò của cảm biến tiếp xúc với môi trường cần đo, nhiệt độ tại đầu dò thay đổi khi điện trở của đầu dò thay đổi. Cảm biến nhiệt độ Pt1000 có điện trở 1000Ω ở 0°C và 138,4Ω ở 1000°C.

Cảm biến nhiệt độ Pt100 và Pt1000 là hai loại cảm biến nhiệt độ RTD được sử dụng phổ biến nhất. Chúng có sự tương đồng từ độ tuyến tính của đường đặc tính, dải nhiệt độ hoạt động, hệ số nhiệt độ cũng như thời gian phản hồi. Điểm khác biệt duy nhất ở chúng là điện trở định danh:
- Cảm biến nhiệt độ Pt100 có điện trở định danh là 100Ω tại 0°C.
- Cảm biến nhiệt độ Pt1000 có điện trở định danh là 1000Ω (lớn hơn gấp 10 lần) tại 0°C

Do điện trở danh nghĩa của 2 loại cảm biến khác nhau, do đó sai số của cảm biến Pt1000 cao hơn 10 lần so với cảm biến Pt100. Ví dụ, cùng một loại cảm biến 2 dây, sai số của Pt100 có thể là ±1,0°C, còn của Pt1000 là ±0,1°C.

Hình 3: Cảm biến nhiệt độ Pt100

Cảm biến Pt1000 có một số ứng dụng trong thực tế như sau:
- Giám sát nhiệt độ lò nấu thực phẩm
- Giám sát nhiệt độ của hơi nước trong lò hơi
- Giám sát nhiệt độ các tấm pin năng lượng mặt trời
- Giám sát nhiệt độ của các động cơ
- Giám sát nhiệt độ trong các lò nấu hóa chất
- Giám sát nhiệt độ môi trường không khí bên ngoài
- Giám sát nhiệt độ trong các phòng sạch, phòng nghiên cứu và chế tạo sinh phẩm hay linh kiện
- Một số loại cảm biến Pt1000 cầm tay dùng để giám sát nhiệt độ của thực phẩm trong khâu chế biến và đóng gói

Hình 4: Ứng dụng của cảm biến nhiệt độ Pt1000

Để lựa chọn được loại cảm biến Pt1000 phù hợp với mục đích và yêu cầu sử dụng, người dùng cần xác định được những thông số kỹ thuật cơ bản sau đây:
- Dải nhiệt độ cần đo: Vì Pt1000 chỉ đo được khoảng nhiệt độ trung bình từ -200°C đến 850°C, nên người dùng cần xác định được dải đo chính xác. Trong trường hợp những ứng dụng có dải đo cao hơn, cần phải sử dụng đến can nhiệt loại K, loại J, loại S,…
- Loại cảm biến: Có hai loại cảm biến Pt1000 chính là dạng đầu củ hành hoặc loại dây. Dạng củ hành thường được sử dụng với mục đích bảo vệ, cách ly phần cầu đấu nối dây tín hiệu với tác động nhiệt hoặc tác động cơ học, loại này thường có dải đo cao hơn từ 1-1,5 lần so với dạng dây dẫn.
- Kích thước đầu dò: Đầu dò là phần sẽ tiếp xúc trực tiếp với môi trường và môi chất cần đo, vì vậy cần lựa chọn kích thước của đầu dò phù hợp với hệ thống/thiết bị. Kích thước ở đây bao gồm đường kính que đo và chiều dài que đo.
- Kết nối cơ khí: Đây là phần sẽ kết nối trực tiếp với hệ thống, thiết bị, vì vậy người dùng cần khảo sát kỹ kết nối của hệ thống, thiết bị để lựa chọn cho phù hợp, tránh việc lựa chọn sai sẽ không kết nối được, hoặc phải thay đổi, hoặc phải sử dụng đầu chuyển. Hai dạng kết nối phổ biến là dạng ren và dạng mặt bích.
- Độ chính xác: Như đã đề cập ở trên, các nhà sản xuất thường tuân thủ các tiêu chuẩn về độ chính xác như BS1904 (class A, class B), DIN,… Điều này ảnh hưởng trực tiếp tới giá thành cũng như giá trị đo của cảm biến. Vì vậy, người dùng cần lưu ý khi lựa chọn.
- Tín hiệu ngõ ra: Có hai dạng tín hiệu ngõ ra cơ bản của dòng cảm biến Pt1000 là tín hiệu analog 4-20mA hoặc tín hiệu điện áp mV. Người dùng cần xem mục đích sử dụng của mình là gì để lựa chọn cho phù hợp. 

Kết luận: Qua bài viết trên, Bảo An đã giúp các bạn hiểu được về cấu tạo cũng như nguyên lý hoạt động của cảm biến nhiệt độ Pt1000, cũng như ứng dụng của cảm biến nhiệt độ Pt1000 trong thực tế và cách lựa chọn cảm biến Pt1000. Hy vọng bài viết sẽ giúp ích cho công việc của bạn.