Bù nhiệt độ điểm chuẩn Thermocouple (Cold Junction Compensation)

Giới thiệu về Thermocouple và Cold Junction

Trong bài viết này, chúng ta sẽ tìm hiểu về thermocouple và đặc biệt là về cold junction (reference junction) cũng như các phương pháp bù nhiệt độ điểm chuẩn khác nhau. Thermocouple là cảm biến nhiệt độ rất phổ biến trong các nhà máy công nghiệp. Chúng có thể đo nhiệt độ rất cao, cao hơn nhiều so với cảm biến RTD (Resistance Temperature Detector). Thermocouple cũng là cảm biến rất bền, không dễ hỏng và tương đối rẻ.

Nguyên lý hoạt động của Thermocouple

Một thermocouple bao gồm hai dây dẫn làm từ hai vật liệu dẫn điện khác nhau, được kết nối với nhau ở một đầu (đầu “nóng” – hot end). Khi điểm kết nối này tiếp xúc với nhiệt độ khác nhau, một dòng nhiệt điện (thermo-electric current) được sinh ra, tạo ra một điện áp nhỏ giữa hai dây ở đầu hở. Điện áp này phụ thuộc vào nhiệt độ và vật liệu của dây dẫn. Hiệu ứng này được gọi là hiệu ứng Seebeck, được phát hiện bởi Thomas Johann Seebeck vào năm 1821.

Các loại Thermocouple và vật liệu

Có nhiều loại thermocouple khác nhau được sản xuất từ các vật liệu và hợp kim khác nhau. Một số loại phổ biến bao gồm Type K (Chromel-Alumel), Type J (Iron-Constantan), Type T (Copper-Constantan), Type E (Chromel-Constantan), Type R và S (Platinum-Rhodium), và Type B (Platinum-Rhodium). Mỗi loại có độ nhạy (sensitivity) và dải nhiệt độ khác nhau.

Hiểu về Cold Junction (Reference Junction)

Khi bạn đo điện áp của thermocouple bằng cách kết nối dây thermocouple vào một multimeter, vấn đề phát sinh là vật liệu kết nối của multimeter thường là copper hoặc gold plated — khác với vật liệu thermocouple. Điều này có nghĩa là bạn đã tạo ra hai thermocouple mới tại các điểm kết nối với multimeter! Đây chính là nơi khái niệm cold junction compensation (CJC) trở nên quan trọng.

Cold junction là điểm mà dây thermocouple kết nối với thiết bị đo. Nhiệt độ tại điểm này ảnh hưởng trực tiếp đến kết quả đo. Để có kết quả chính xác, chúng ta cần biết nhiệt độ tại cold junction và bù trừ nó — đó là lý do tại sao cần có cold junction compensation.

Các phương pháp Cold Junction Compensation

Có một số phương pháp CJC phổ biến: (1) Sử dụng cảm biến nhiệt độ riêng để đo nhiệt độ tại cold junction và bù trừ bằng phần mềm; (2) Sử dụng isothermal terminal block để đảm bảo tất cả các kết nối ở cùng nhiệt độ; (3) Sử dụng electronic ice point reference; và (4) Sử dụng calibrator chuyên dụng có tích hợp CJC tự động.

Kết luận

Hiểu đúng về cold junction compensation là rất quan trọng để tránh sai số trong đo lường và hiệu chuẩn thermocouple. Khi làm việc với thermocouple trong nhà máy, hãy luôn đảm bảo rằng thiết bị đo của bạn có tính năng CJC phù hợp và bạn hiểu rõ cách nó hoạt động. Đầu tư vào một calibrator chất lượng với CJC tích hợp sẽ giúp bạn tiết kiệm thời gian và đảm bảo độ chính xác của phép đo.

Bài viết được dịch và biên soạn từ bài gốc: “Thermocouple Cold (Reference) Junction Compensation” trên blog của Beamex.