Cặp nhiệt điện, nhiệt điện trở công nghiệp: cách chọn

Trong nhà máy lọc hóa dầu, nhiệt điện hay luyện cán thép, phần lớn điểm đo nhiệt độ vẫn dùng cặp nhiệt điện (thermocouple) và nhiệt điện trở (RTD, phổ biến là Pt100). Hai loại này cho tín hiệu ổn định, lắp được sâu trong đường ống, lò và ổ trục, nơi hỏa kế hồng ngoại không nhìn tới. Bài này so sánh hai loại, giải thích cách chọn ống bảo vệ, bản chống cháy nổ và kinh nghiệm thay thế đúng mã. Ví dụ lấy từ các dự án Tăng Minh Phát đã cung cấp cảm biến của hãng Okazaki (Nhật Bản).

Cặp nhiệt điện và nhiệt điện trở: chọn loại nào?

Tiêu chí	Cặp nhiệt điện	Nhiệt điện trở Pt100
Nguyên lý	Hai kim loại khác nhau sinh điện áp theo nhiệt độ	Điện trở bạch kim tăng theo nhiệt độ
Dải đo	−200 đến 1.200 °C (loại K), tới 1.600 °C (loại R, S)	−200 đến khoảng 600 °C
Độ chính xác	Class 1 loại K: ±1,5 °C hoặc ±0,4 % giá trị đo	Class A: ±0,15 °C tại 0 °C
Thời gian đáp ứng	Nhanh, có thể làm vỏ rất nhỏ	Chậm hơn do phần tử dài hơn
Dùng khi	Nhiệt độ cao, rung mạnh, cần đầu đo nhỏ	Cần chính xác, ổn định ở nhiệt độ vừa

Nguyên tắc chung: dưới khoảng 400 °C mà cần độ chính xác cao (ổ trục, dầu bôi trơn, nước làm mát, khí nạp máy nén), chọn Pt100. Trên 600 °C, trong lò, buồng đốt, khí thải, chọn cặp nhiệt điện.

Các loại cặp nhiệt điện thường gặp

Loại	Dải đo tham khảo	Ứng dụng
K	−200 đến 1.200 °C	Phổ biến nhất: lò, khí thải, đường ống
N	−200 đến 1.250 °C	Ổn định hơn K ở nhiệt độ cao lâu dài
J	−40 đến 750 °C	Ngành nhựa, khuôn ép
T	−200 đến 350 °C	Nhiệt độ thấp, kho lạnh
R, S	0 đến 1.600 °C	Lò nung, thủy tinh, luyện kim
B	600 đến 1.700 °C	Lò nhiệt độ rất cao

Nhớ dùng đúng dây bù cùng loại với cặp nhiệt từ đầu đo về bộ chuyển đổi. Dây đồng thường hoặc sai loại dây bù có thể gây sai số vài độ đến hàng chục độ.

Cấu tạo: vỏ bọc khoáng, ống bảo vệ, phần tử đôi

Cáp vỏ bọc khoáng (MI): dây cặp nhiệt nằm trong bột oxit magie nén chặt, vỏ thép không gỉ SUS316/⁠316L hoặc Inconel, đường kính 1,6–⁠8 mm. Cáp uốn được, chịu rung, dài tới hàng chục mét. Okazaki gọi dòng này là AEROPAK.
Ống bảo vệ (thermowell): ống khoan liền hoặc hàn, lắp ren hoặc mặt bích, cho phép rút đầu đo ra thay mà không phải dừng quá trình. Với dòng chảy tốc độ cao cần tính tần số dao động của ống theo ASME PTC 19.3 TW để tránh gãy.
Phần tử đôi (duplex): hai phần tử trong một đầu đo, một cho DCS, một cho hệ thống an toàn hoặc để dự phòng.
Cặp nhiệt nhiều điểm (multipoint): nhiều điểm đo trên một cây, dùng cho lò phản ứng và tháp chưng cất để đo phân bố nhiệt theo chiều cao.

Bản chống cháy nổ cho khu vực nguy hiểm

Trong nhà máy lọc dầu, hóa chất, kho khí, đầu đo phải có chứng nhận phòng nổ phù hợp vùng (Zone 1, Zone 2), nhóm khí (IIA, IIB, IIC) và cấp nhiệt độ bề mặt (T1–T6). Hai cách bảo vệ thường gặp:

Vỏ chống cháy (Ex d): đầu nối kín chịu được nổ bên trong, như dòng OFP của Okazaki.
An toàn nội tại (Ex i): đi cùng rào chắn an toàn trong tủ, mạch có năng lượng thấp.

Khi đặt hàng cần ghi rõ vùng, nhóm khí, cấp nhiệt độ, cấp bảo vệ vỏ (IP66, IP67) và yêu cầu tài liệu CO, CQ.

Nhiệt điện trở đo nhiệt độ ổ trục

Động cơ trung thế, máy nén và tuabin thường gắn Pt100 trực tiếp vào bạc lót ổ trục. Loại này có vỏ rất nhỏ (khoảng 3,2–⁠4,8 mm), nối 3 dây, phần tử đôi, cáp liền dài 10 m trở lên. Mỗi mẫu được chế tạo theo bản vẽ của nhà sản xuất máy. Thay sai chiều dài hoặc đường kính có thể khiến đầu đo không chạm đáy lỗ khoan, nhiệt độ hiển thị thấp hơn thực tế và mất bảo vệ.

Kinh nghiệm thay thế đúng mã

Đọc đủ thông tin trên nhãn và bản vẽ cũ: số bản vẽ của hãng, số tag, loại cảm biến, đường kính và chiều dài vỏ, kiểu ren, kiểu đầu nối.
Nếu còn số seri của hãng, gửi kèm để hãng tra đúng thông số chế tạo lần trước.
Kiểm tra lại chiều dài nhúng so với ống bảo vệ hiện có, nhất là khi chỉ thay phần tử.
Gom các điểm đo cùng loại trong một đợt bảo dưỡng để đặt một lần, tránh dừng máy nhiều lần.

Dự án thực tế

Tăng Minh Phát cung cấp cặp nhiệt điện và nhiệt điện trở Okazaki theo bản vẽ gốc cho nhiều nhà máy:

Lọc hóa dầu Nghi Sơn (NSRP): cặp nhiệt chống cháy nổ dòng OFP, phần tử đôi, cặp nhiệt nhiều điểm, Pt100 ổ trục máy nén.
Hóa dầu Long Sơn: Pt100 ổ trục, cặp nhiệt và Pt100 dòng OFP không ống bảo vệ, cáp dài tới 12 m.
POSCO Yamato Vina, Maruichi Sun Steel: cặp nhiệt có ống bảo vệ mặt bích cho lò và dây chuyền thép.
Hyosung, Vedan, Giấy Kraft of Asia: cặp nhiệt và Pt100 thay thế cho dây chuyền hóa chất, thực phẩm, giấy.

Muốn đo nhiệt độ bề mặt vật đang chuyển động (thép cán, tôn mạ), xem so sánh hỏa kế, camera nhiệt và cặp nhiệt điện và đo nhiệt độ hồng ngoại bằng hỏa kế.

Danh mục cảm biến nhiệt độ, ống bảo vệ, dây gia nhiệt Okazaki: Okazaki Việt Nam – Tăng Minh Phát.

Liên hệ kỹ sư TMP: