Giải pháp hạn chế thất thoát nhiệt hiệu quả

Thất thoát nhiệt là hiện tượng không thể tránh khỏi trong bất kỳ hệ thống đo nhiệt độ nào, đặc biệt khi sự chênh lệch nhiệt độ giữa môi trường và môi chất là đáng kể. Nhiệt luôn truyền từ vật thể có nhiệt độ cao hơn sang vật thể có nhiệt độ thấp hơn. Các vật thể có nhiệt độ khác nhau sẽ khuynh hướng cân bằng sự chênh lệch nhiệt độ này.

Các nguyên tắc cần xem xét

Một nhiệt kế truyền nhiệt thông qua ống bảo vệ và các bộ phận bên trong của nó ra môi trường xung quanh. Trong trường hợp này, giả định rằng nhiệt độ môi trường thấp hơn nhiệt độ môi chất. Ngược lại, nếu môi trường xung quanh có nhiệt độ cao hơn, môi chất quá trình sẽ bị làm nóng bởi nhiệt kế, gây ra thất thoát nhiệt. Vì vậy, việc giảm sai số do thất thoát nhiệt là mục tiêu thiết yếu trong thiết kế nhiệt kế.

Hình 1. Nhiệt kế truyền nhiệt thông qua ống bảo vệ và các bộ phận bên trong của nó ra môi trường xung quanh

Để hiểu rõ các nguyên nhân gây thất thoát nhiệt, chúng ta cần phân tích các yếu tố ảnh hưởng trực tiếp đến hiện tượng này.

Các yếu tố ảnh hưởng đến mức độ thất thoát nhiệt

• Chênh lệch nhiệt độ giữa môi chất cần đo và nhiệt độ môi trường nơi đặt nhiệt kế
• Nhiệt dung của môi chất cần đo
• Nhiệt dung của nhiệt kế (và các bộ phận cấu thành)
• Hệ số thấm nhiệt của vật liệu chế tạo nhiệt kế
• Độ dẫn nhiệt của nhiệt kế (và các bộ phận cấu thành)
• Tỷ lệ khối lượng giữa các thành phần như ống bảo vệ, ống cổ nối và môi chất cần đo

Sau khi hiểu về các yếu tố tác động, việc nhận diện các bộ phận gây thất thoát nhiệt mạnh là bước tiếp theo quan trọng.

Các bộ phận nhiệt kế có mức độ thất thoát nhiệt cao

• Đối với nhiệt kế điện: ống bảo vệ, vỏ ngoài cáp MI, dây dẫn
• Đối với nhiệt kế tác động bằng khí: ống bảo vệ, thân que đo, ống mao dẫn
• Đối với nhiệt kế lưỡng kim: ống bảo vệ, trục quay

Hiện tượng thất thoát nhiệt chủ yếu diễn ra qua các bộ phận kim loại của nhiệt kế. Ngoài ra, trong điều kiện hoạt động, tản nhiệt cũng xảy ra thông qua không khí bên trong thân nhiệt kế – tuy ở mức độ thấp hơn. Đối với cùng một loại vật liệu, mức độ thất thoát nhiệt càng lớn nếu diện tích hiệu dụng truyền nhiệt càng lớn. Khối lượng và độ dẫn nhiệt cao của ống bảo vệ góp phần đáng kể vào tản nhiệt và ảnh hưởng tới khả năng giảm sai số do thất thoát nhiệt.

Việc nắm bắt những bộ phận thất thoát nhiệt mạnh giúp đưa ra các giải pháp kỹ thuật phù hợp nhằm hạn chế sai số.

Các điều kiện để hạn chế sai số do thất thoát nhiệt

• Cấu trúc vật lý của nhiệt kế phải phù hợp với yêu cầu cụ thể của điểm đo (trong phạm vi khả năng vật lý cho phép).
• Nhiệt kế phải được nhúng đủ sâu vào môi chất cần đo. Nếu không, quá nhiều nhiệt có thể bị thất thoát ra môi trường xung quanh, khiến cảm biến không duy trì được đủ năng lượng nhiệt để ghi nhận chính xác nhiệt độ môi chất.
• Điểm đo nên được cách nhiệt tốt nhất có thể nhằm giảm sai số do thất thoát nhiệt.

Thiết kế tối ưu giúp giảm thiểu tản nhiệt không kiểm soát và đảm bảo phép đo ổn định, độ chính xác cao trong thời gian dài.

Kết luận

Việc tuân thủ các điều kiện hạn chế sai số sẽ góp phần duy trì hiệu suất ổn định của hệ thống đo nhiệt độ trong công nghiệp.

Nguồn: Theo Blog Wika