Tại sao cần đo thời gian phản hồi của nhiệt kế điện?
Thời gian phản hồi là một trong những yếu tố quan trọng khi lựa chọn và sử dụng nhiệt kế điện trong công nghiệp. Việc tuân thủ các tiêu chuẩn đo lường và hiểu rõ điều kiện đo trong không khí hoặc trong nước sẽ giúp tối ưu hóa quá trình sản xuất, cải thiện hiệu suất và giảm thiểu rủi ro quá tải nhiệt.
Việc sử dụng nhiệt kế điện có thời gian phản hồi ngắn mang lại nhiều lợi ích quan trọng như tối ưu hóa hiệu suất của quá trình sản xuất, sử dụng dải nhiệt độ làm việc hiệu quả hơn hay tránh tình trạng quá tải nhiệt đối với môi trường làm việc. Nhưng làm thế nào để đo thời gian phản hồi của nhiệt kế điện? Cơ sở tiêu chuẩn nào được áp dụng và cần lưu ý những gì? Hãy cùng tìm hiểu qua bài viết này.
Nguyên tắc hoạt động của nhiệt kế điện
Nhiệt kế điện được thiết kế đặc biệt để đảm bảo nhiệt độ đo được không bị trễ so với nhiệt độ thực tế của quá trình. Ví dụ, trong biểu đồ sau:
- Đường màu xanh thể hiện nhiệt độ thực tế của quá trình.
- Đường màu đỏ thể hiện nhiệt độ đo được bởi nhiệt kế điện.
Hình 1. Biểu đồ thể hiện nhiệt độ thực tế và nhiệt độ đo được bởi nhiệt kế điện
Một thiết kế tối ưu cho cảm biến điện trở nhiệt nhanh (RTD) hoặc cặp nhiệt điện (thermocouple) nhanh sẽ giúp rút ngắn thời gian phản hồi. Ngoài ra, việc giảm thiểu thất thoát nhiệt cũng đóng vai trò quan trọng trong quá trình đo lường.
Cách xác định thời gian phản hồi của nhiệt kế điện
Các tiêu chuẩn đo lường thời gian phản hồi
Việc đo thời gian phản hồi của nhiệt kế điện dựa trên nhiều tiêu chuẩn quốc tế, bao gồm:
- VDI/VDE 3522 sheet 1: Đặc điểm động học của nhiệt kế tiếp xúc – Nguyên tắc và giá trị đặc trưng.
- VDI/VDE 3522 sheet 2: Đặc điểm động học của nhiệt kế tiếp xúc – Xác định thực nghiệm các giá trị phần trăm thời gian.
- IEC 60751: Nhiệt kế điện trở bạch kim công nghiệp và cảm biến nhiệt độ bạch kim (định nghĩa thời gian phản hồi nhiệt – đặc tả các thông số đo lường).
Ở khu vực Bắc Mỹ, các tiêu chuẩn đo lường chính bao gồm:
- ASTM E644-11: Phương pháp kiểm tra nhiệt kế điện trở công nghiệp.
- ASTM E839-11: Phương pháp kiểm tra cặp nhiệt điện bọc và cáp cặp nhiệt điện bọc.
So sánh phép đo trong không khí và trong nước
Việc đo thời gian phản hồi trong không khí và trong nước về nguyên tắc là giống nhau, đều dựa trên sự thay đổi nhiệt độ từ T1 (nhiệt độ ban đầu) sang T2 (nhiệt độ môi trường mới) và ghi nhận độ trễ thời gian.
Tuy nhiên, có một số khác biệt quan trọng:
- Không khí có điện trở truyền nhiệt cao hơn so với kim loại hoặc nước, dẫn đến thời gian phản hồi dài hơn.
- Nhiệt dung riêng của không khí thấp hơn nước, nên nhiệt kế mất nhiều thời gian hơn để đạt đến nhiệt độ mong muốn.
Do đó, với cùng một nhiệt kế, thời gian phản hồi khi đo trong không khí sẽ dài hơn đáng kể so với khi đo trong nước.
Quy trình đo thời gian phản hồi trong nước
Việc đo thời gian phản hồi trong nước thường được thực hiện theo quy trình sau:
- Nước được làm nóng hoặc làm mát đến một nhiệt độ ổn định và duy trì dòng chảy laminar đồng đều bằng máy bơm.
- Phần cảm biến của nhiệt kế được đặt trong vùng nhiệt độ ban đầu (T1).
- Nhiệt kế được nhanh chóng di chuyển từ vùng nhiệt độ T1 sang vùng nhiệt độ T2 bằng một thiết bị di chuyển (đây là bước thay đổi nhiệt độ đột ngột).
- Thời gian trễ cho đến khi nhiệt kế đạt đến 50%, 63% hoặc 90% nhiệt độ của nước được đo và ghi nhận.
Quá trình này giúp đánh giá được tốc độ phản hồi của nhiệt kế điện trong điều kiện thực tế.
