Vì sao đầu dò nhiệt độ loại K càng đo lâu càng lệch ?

Đầu dò nhiệt độ loại K thường được sử dụng trong lò nung, thiết bị gia nhiệt và dây chuyền sản xuất nhờ dải đo rộng, cấu tạo đơn giản và khả năng làm việc ở nhiệt độ cao. Dù vậy, sau thời gian vận hành, cùng một mức nhiệt nhưng dây dò nhiệt độ có thể cho kết quả khác trước.

Sai lệch này thường tăng rõ khi dây dò phải làm việc lâu ở nhiệt độ cao. Nguyên nhân nằm ở sự thay đổi của vật liệu tạo tín hiệu nhiệt điện, cùng với tác động của môi trường và quá trình gia nhiệt lặp lại.

Đầu dò nhiệt độ loại K tạo tín hiệu đo như thế nào ?

Đầu dò nhiệt độ loại K gồm hai dây kim loại khác nhau, thường là Chromel và Alumel. Khi hai đầu dây có chênh lệch nhiệt độ, một sức điện động nhiệt được tạo ra. Thiết bị đo sẽ chuyển đổi điện áp rất nhỏ này thành giá trị nhiệt độ.

Khác với đầu dò nhiệt điện trở, đầu dò nhiệt loại K không xác định nhiệt độ dựa trên sự thay đổi điện trở. Vì vậy, khi đặc tính của dây kim loại thay đổi, điện áp nhiệt sinh ra cũng thay đổi và kéo theo sai số đo.

Nhiệt độ cao làm thay đổi đặc tính của dây dò nhiệt

Khi làm việc trong thời gian dài ở nhiệt độ cao, đầu dò chịu quá trình lão hóa và oxy hóa. Thành phần vật liệu tại một số vùng có thể thay đổi, làm biến đổi đặc tính nhiệt điện.

Hệ quả là ở cùng một nhiệt độ, đầu dò có thể tạo ra sức điện động khác so với khi còn mới. Sai lệch này thường được gọi là độ trôi của đầu dò.

Với đầu dò nhiệt độ kiểu K, hiện tượng lão hóa có thể bắt đầu đáng chú ý trong khoảng 316–649 °C và trở nên rõ hơn khi nhiệt độ vượt khoảng 649 °C. Mức độ thay đổi còn phụ thuộc vào vật liệu, môi trường và thời gian tiếp xúc với nhiệt.

Oxy hóa có thể làm đầu dò nhiệt độ lệch dần

Ở nhiệt độ cao, oxy trong môi trường có thể phản ứng với vật liệu dây dẫn. Lớp oxy hóa hình thành trên bề mặt làm thay đổi thành phần của dây theo thời gian.

Quá trình này không nhất thiết xảy ra đồng đều trên toàn bộ đầu dò nhiệt độ. Một đoạn dây nằm trong vùng nhiệt cao có thể bị biến đổi nhiều hơn phần còn lại. Khi can nhiệt loại K có sự thay đổi về thành phần vật liệu dọc theo chiều dài, tín hiệu nhiệt điện cũng có thể thay đổi.

Đây là một nguyên nhân khiến đầu dò nhiệt đã sử dụng lâu có thể cho kết quả khác với đầu dò mới dù cùng loại và cùng điều kiện đo.

Lịch sử gia nhiệt cũng ảnh hưởng đến sai số

Hai đầu dò nhiệt độ loại K giống nhau không nhất thiết có mức sai lệch giống nhau sau thời gian sử dụng.

Một đầu dò liên tục làm việc ở nhiệt độ cao sẽ chịu tác động khác với đầu dò thường xuyên trải qua các chu kỳ nung nóng và làm nguội. Số lần gia nhiệt, thời gian giữ nhiệt và mức nhiệt cao nhất từng tiếp xúc đều góp phần hình thành đặc tính riêng của đầu dò

Vì vậy, tuổi thọ không nên chỉ tính bằng số tháng hoặc số năm. Lịch sử gia nhiệt của đầu dò cũng là một yếu tố ảnh hưởng đến độ ổn định của phép đo.

Khi nào nên kiểm tra lại đầu dò nhiệt độ kiểu K ?

Khi nhiệt độ hiển thị bắt đầu sai, cần kiểm tra cả đầu dò và thiết bị đo.

Ngoài sự thay đổi của đầu dò, phép đo kiểu K còn phụ thuộc vào việc bù nhiệt độ tại mối nối tham chiếu. Nếu bộ phận này hoạt động không chính xác, kết quả hiển thị cũng bị ảnh hưởng.

Do đó, khi phát hiện sai lệch nên kiểm tra lần lượt đầu dò, dây nối, đầu nối và bộ đo trước khi kết luận thiết bị hiển thị bị lỗi.

Không có một thời gian cố định áp dụng cho mọi đầu dò. Tần suất kiểm tra nên dựa trên nhiệt độ làm việc, thời gian duy trì nhiệt, số chu kỳ gia nhiệt và yêu cầu sai số của hệ thống.

Với các phép đo phục vụ kiểm soát chất lượng hoặc điều khiển quá trình, nên định kỳ so sánh đầu dò với nguồn nhiệt chuẩn hoặc một đầu dò tham chiếu đã được kiểm định.

Nếu độ lệch tăng dần theo thời gian, việc hiệu chuẩn lại giúp xác định mức sai số hiện tại và đánh giá khả năng tiếp tục sử dụng đầu dò.

Cách hạn chế sai lệch khi sử dụng đầu dò nhiệt loại K

Muốn duy trì độ ổn định lâu dài, cần lựa chọn đầu dò phù hợp với nhiệt độ và môi trường làm việc ngay từ đầu. Cấu trúc bảo vệ, vật liệu vỏ, chất lượng dây thermocouple và điều kiện lắp đặt đều ảnh hưởng đến tuổi thọ.

Không nên chỉ dựa vào giới hạn nhiệt độ tối đa trong thông số kỹ thuật. Một dây dò nhiệt độ loại K có thể chịu được nhiệt độ cao trong thời gian ngắn nhưng vẫn bị trôi đáng kể nếu liên tục làm việc ở mức nhiệt đó.

Khi kết quả đo bắt đầu thay đổi, cần xem xét cả đầu dò, dây nối, mối nối tham chiếu và thiết bị đo. Kiểm tra định kỳ giúp phát hiện độ trôi sớm, tránh để sai số nhiệt độ ảnh hưởng đến quá trình sản xuất và kiểm soát chất lượng.