Hướng dẫn chọn cảm biến nhiệt độ cho hệ thống ống nước

Trong bất kỳ hệ thống cơ điện hoặc quy trình công nghiệp nào, hệ thống đường ống nước đóng vai trò như mạch máu, vận chuyển năng lượng dưới dạng nước nóng, nước lạnh hoặc vận chuyển các môi chất lỏng phục vụ sản xuất. Để đảm bảo hệ thống này vận hành hiệu quả, an toàn, tiết kiệm năng lượng và đúng theo các thông số thiết kế, việc giám sát chặt chẽ nhiệt độ của dòng chất lỏng bên trong ống là một yêu cầu bắt buộc. Một sai lệch nhỏ trong phép đo nhiệt độ có thể dẫn đến việc vận hành lãng phí, làm hỏng thiết bị, hoặc ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm. Cảm biến nhiệt độ chính là thiết bị đảm nhận nhiệm vụ quan trọng này. Bài viết này sẽ cung cấp một hướng dẫn chi tiết, giúp bạn hiểu rõ các tiêu chí và từng bước để chọn đúng loại cảm biến nhiệt độ cho hệ thống ống nước của mình.

Giới thiệu về cảm biến nhiệt độ là gì?

Cảm biến nhiệt độ (Temperature Sensor) là một thiết bị điện tử được chế tạo để thực hiện việc đo lường mức độ nóng hoặc lạnh của một vật thể hoặc một môi trường cụ thể. Trong bối cảnh của bài viết này, nó là một thiết bị chuyên dụng được thiết kế để đo nhiệt độ của nước hoặc các chất lỏng khác đang lưu thông hoặc được chứa trong các đường ống và bồn bể.

Chức năng chính của nó là cảm nhận sự thay đổi nhiệt độ vật lý và chuyển đổi thông tin đó thành một tín hiệu điện. Tín hiệu này sau đó được truyền về các bộ điều khiển trung tâm, chẳng hạn như Hệ thống Quản lý Tòa nhà (BMS), Bộ điều khiển Logic Khả trình (PLC), hoặc các bộ điều khiển nhiệt độ chuyên dụng (DDC). Các hệ thống này sẽ sử dụng tín hiệu nhận được để hiển thị cho người vận hành, ghi lại dữ liệu, hoặc quan trọng nhất là tự động điều khiển các thiết bị chấp hành như máy bơm, van điều khiển, lò hơi, hoặc máy làm lạnh (Chiller) để duy trì nhiệt độ mong muốn.

Xem thêm: Tổng quan về cảm biến nhiệt độ chi tiết nhất

Tại sao cảm biến nhiệt độ lại phù hợp với hệ thống ống nước

Hệ thống ống nước, dù là trong tòa nhà thương mại (HVAC) hay nhà máy công nghiệp, đều là những hệ thống động, nơi nhiệt độ thay đổi liên tục tùy thuộc vào tải sử dụng và điều kiện môi trường. Cảm biến nhiệt độ là giải pháp phù hợp nhất để giám sát môi trường này vì:

• Kiểm soát hiệu suất: Trong các hệ thống Chiller hoặc Boiler, việc đo chính xác nhiệt độ nước cấp và nước hồi giúp tính toán được tải nhiệt thực tế, từ đó điều chỉnh công suất máy nén hoặc lò đốt để tiết kiệm năng lượng tối đa.
• Bảo vệ thiết bị: Giám sát nhiệt độ giúp phát hiện sớm các sự cố như quá nhiệt (có thể làm hỏng bơm, đường ống nhựa) hoặc đóng băng (gây vỡ đường ống vào mùa đông).
• Đảm bảo an toàn và tiện nghi: Trong hệ thống nước sinh hoạt, cảm biến giúp duy trì nhiệt độ nước nóng ở mức an toàn, tránh gây bỏng cho người sử dụng, đồng thời đảm bảo nước đủ nóng để ngăn ngừa vi khuẩn Legionella phát triển.
• Thiết kế chuyên dụng: Các dòng cảm biến nhiệt độ hiện nay có các thiết kế chuyên biệt (như dạng nhúng với ống bảo vệ, hoặc dạng kẹp ngoài) để dễ dàng lắp đặt vào đường ống mà không gây rò rỉ hay cản trở dòng chảy.

Xem thêm: Lỗi thường gặp ở cảm biến nhiệt độ và cách khắc phục

Những tiêu chí khi chọn cảm biến nhiệt độ cho hệ thống ống nước

Để đảm bảo cảm biến hoạt động bền bỉ và chính xác trong môi trường đường ống, cần xem xét kỹ các tiêu chí kỹ thuật sau:

Phạm vi đo nhiệt độ (Temperature Range)

Cảm biến phải có khả năng đo được toàn bộ dải nhiệt độ vận hành của hệ thống, bao gồm cả những trường hợp nhiệt độ tăng hoặc giảm đột biến khi có sự cố. Cần xác định rõ dải nhiệt độ tối thiểu và tối đa.

• Hệ thống nước lạnh (Chiller Water): Nhiệt độ vận hành điển hình là 5°C đến 15°C. Dải đo của cảm biến thường được chọn là 0°C đến 50°C hoặc 0°C đến 100°C.
• Hệ thống nước nóng sinh hoạt (Domestic Hot Water): Nhiệt độ vận hành điển hình là 50°C đến 70°C. Dải đo phù hợp thường là 0°C đến 100°C hoặc 0°C đến 120°C.
• Hệ thống nước nóng công nghiệp (Hot Water) hoặc Hơi nước (Steam): Nhiệt độ có thể rất cao. Cần chọn các dải đo chuyên dụng như 0°C đến 150°C, 0°C đến 250°C hoặc cao hơn. Lựa chọn dải đo càng gần với phạm vi hoạt động thực tế sẽ cho độ chính xác và độ phân giải tín hiệu tốt hơn.

Loại cảm biến và độ chính xác

Công nghệ cảm biến cốt lõi bên trong quyết định độ chính xác và khả năng tương thích của thiết bị.

• RTD (Resistance Temperature Detector): Đây là lựa chọn ưu tiên cho các ứng dụng cần độ chính xác và ổn định lâu dài.
• Thermistor (Nhiệt điện trở, ví dụ NTC 10K, NTC 20K): Loại này có độ nhạy rất cao (thay đổi điện trở lớn khi nhiệt độ thay đổi) và giá thành rất thấp. Chúng được sử dụng rộng rãi trong các bộ điều khiển DDC của HVAC. Tuy nhiên, chúng phi tuyến tính và có nhiều chuẩn khác nhau (NTC 10K Type 2, Type 3…). Khi chọn Thermistor, bắt buộc phải chọn đúng loại mà bộ điều khiển DDC/BMS của bạn hỗ trợ.

Về độ chính xác, các ứng dụng HVAC thông thường yêu cầu ±0.5°C đến ±1.0°C. Các ứng dụng tính toán năng lượng (BTU meter) hoặc quy trình dược phẩm đòi hỏi độ chính xác cao hơn, ví dụ ±0.1°C đến ±0.3°C.

Vật liệu và khả năng chịu môi trường

Đây là yếu tố quyết định độ bền của cảm biến khi tiếp xúc với nước.

• Vật liệu que đo (Probe) và Giếng nhiệt (Thermowell): Đây là phần tiếp xúc trực tiếp với môi chất lỏng.
  1. Thép không gỉ 304 (SS304): Là vật liệu tiêu chuẩn, phù hợp cho hầu hết các hệ thống nước sạch, nước lạnh HVAC, nước nóng sinh hoạt thông thường.
  2. Thép không gỉ 316L (SS316L): Là vật liệu cao cấp hơn, bắt buộc đối với các hệ thống nước có tính ăn mòn cao (như nước khử ion, nước muối, nước biển), hoặc các ứng dụng yêu cầu vệ sinh cao như thực phẩm, dược phẩm.
• Vật liệu vỏ (Housing): Phần hộp đấu dây bên ngoài cần được làm từ vật liệu bền (nhựa Polycarbonate, nhôm đúc) để chịu được va đập và môi trường ẩm ướt trong phòng máy.

Cấu trúc lắp đặt (Installation Type)

Đây là tiêu chí lựa chọn quan trọng nhất, quyết định độ chính xác của phép đo và khả năng bảo trì hệ thống. Có hai kiểu lắp đặt chính cho đường ống:

Cảm biến dạng nhúng (Immersion Sensor) với giếng nhiệt (Thermowell)

• Cấu tạo: Đây là giải pháp chuyên nghiệp và đáng tin cậy nhất. Một giếng nhiệt (về cơ bản là một ống kim loại rỗng, một đầu bịt kín, một đầu có ren) được hàn hoặc vặn cố định vào đường ống. Nước sẽ chảy xung quanh và làm nóng/lạnh giếng nhiệt này. Cảm biến nhiệt độ (đầu dò) sau đó được đưa vào bên trong giếng nhiệt và thường cố định bằng vít hoặc lò xo để đảm bảo tiếp xúc tốt.
• Ưu điểm: Độ chính xác rất cao vì đầu dò gần như tiếp xúc trực tiếp với nhiệt độ dòng chảy. Quan trọng nhất, nó cho phép bảo trì, thay thế hoặc hiệu chuẩn cảm biến mà không cần phải dừng hệ thống và xả toàn bộ nước trong đường ống. Chỉ cần rút đầu dò ra khỏi giếng nhiệt.
• Nhược điểm: Chi phí ban đầu cao hơn, yêu cầu phải thi công (cắt, hàn, taro ren) trên đường ống.

Cảm biến dạng kẹp ống (Strap-on / Clamp-on Sensor):

• Cấu tạo: Cảm biến được thiết kế với một bề mặt tiếp xúc (thường bằng đồng hoặc nhôm) và một đai siết (thường là dây kim loại hoặc dây thít nhựa chịu nhiệt). Cảm biến được kẹp chặt vào bề mặt bên ngoài của đường ống.
• Ưu điểm: Lắp đặt cực kỳ đơn giản, nhanh chóng, không xâm lấn (không cần khoan hay cắt ống). Đây là giải pháp lý tưởng cho các dự án cải tạo (retrofit) trên các hệ thống đường ống đang hoạt động mà không thể dừng lại. Chi phí thấp.
• Nhược điểm: Độ chính xác thấp hơn đáng kể so với dạng nhúng. Nó đo nhiệt độ bề mặt ống, không phải nhiệt độ thực của nước. Phép đo bị ảnh hưởng nhiều bởi nhiệt độ không khí xung quanh, chất lượng cách nhiệt của đường ống, và chất lượng tiếp xúc (bắt buộc phải dùng keo tản nhiệt). Thời gian đáp ứng cũng chậm hơn.

Tín hiệu ngõ ra (Output Signal)

Tín hiệu đầu ra của cảm biến phải tương thích với đầu vào của bộ điều khiển.

• Tín hiệu thụ động (Passive): Là ngõ ra điện trở thuần túy (Pt100, Pt1000, NTC 10K…). Đây là giải pháp tiết kiệm chi phí nhất nếu bộ điều khiển (PLC/BMS) có ngõ vào hỗ trợ trực tiếp các loại này. Tín hiệu này yếu, dễ bị nhiễu và ảnh hưởng bởi điện trở dây dẫn, không nên kéo đi quá xa (đặc biệt là Pt100).
• Tín hiệu chủ động (Active) / Tích hợp bộ chuyển đổi (Transmitter): Cảm biến có tích hợp sẵn bo mạch điện tử để chuyển đổi tín hiệu thụ động sang tín hiệu chuẩn, mạnh mẽ và ổn định hơn:
  1. 4-20mA: Chuẩn công nghiệp (thường 2 dây). Chống nhiễu tốt nhất, có thể truyền đi xa hàng trăm mét.
  2. 0-10VDC: Chuẩn phổ biến trong BMS/HVAC (thường 3 dây).

Cấp bảo vệ và điều kiện môi trường

Hệ thống ống nước thường được lắp đặt trong các phòng kỹ thuật (Mechanical Room), tầng hầm, trần kỹ thuật… Đây là những nơi có độ ẩm cao, nguy cơ ngưng tụ nước, rò rỉ hoặc có nhiều bụi bẩn. Do đó, phần hộp đấu dây (đầu kết nối “củ hành”) của cảm biến cần có cấp bảo vệ tối thiểu là IP54 (chống bụi và nước bắn), nhưng tốt nhất là nên chọn IP65 (chống bụi hoàn toàn và chống tia nước áp suất thấp) để đảm bảo độ bền lâu dài cho các mạch điện tử bên trong.

Thời gian đáp ứng (Response Time)

Thời gian đáp ứng là tốc độ cảm biến phản ứng với sự thay đổi nhiệt độ của nước. Trong hầu hết các hệ thống nước HVAC, nhiệt độ thay đổi tương đối chậm, nên thời gian đáp ứng tiêu chuẩn (vài giây đến vài chục giây) là đủ. Cảm biến dạng kẹp ống sẽ có thời gian đáp ứng chậm hơn đáng kể so với cảm biến dạng nhúng.

Xem thêm: Ứng dụng cảm biến nhiệt độ trong công nghiệp và dân dụng

Hướng dẫn chi tiết các bước chọn cảm biến nhiệt độ cho hệ thống ống nước

Để lựa chọn được một cảm biến nhiệt độ chính xác và bền bỉ cho hệ thống đường ống, các kỹ sư và đội ngũ kỹ thuật cần tuân theo một quy trình 6 bước rõ ràng, đảm bảo mọi yếu tố kỹ thuật đều được xem xét.

Bước 1: Xác định môi chất và phạm vi nhiệt độ cần đo

Đầu tiên, cần phải phân tích rõ ràng loại chất lỏng sẽ chảy trong đường ống. Đó là nước sạch thông thường, nước lạnh có pha Glycol, nước nóng sinh hoạt, nước khử ion (DI) có tính ăn mòn, hay là hơi nước bão hòa? Yếu tố này sẽ quyết định trực tiếp đến việc lựa chọn vật liệu của que dò và giếng nhiệt ở Bước 5. Song song đó, cần xác định phạm vi nhiệt độ vận hành của hệ thống. Ghi lại nhiệt độ hoạt động bình thường, nhiệt độ tối thiểu và nhiệt độ tối đa có thể xảy ra, kể cả trong các tình huống khởi động hoặc sự cố.

Bước 2: Chọn dải đo nhiệt độ phù hợp

Dựa trên phạm vi nhiệt độ đã xác định ở Bước 1, bước tiếp theo là chọn một dải đo tiêu chuẩn cho cảm biến. Nguyên tắc là dải đo phải bao phủ toàn bộ phạm vi vận hành và có một khoảng dự phòng an toàn. Ví dụ, nếu hệ thống nước nóng vận hành bình thường ở 70°C và tối đa có thể lên đến 85°C, nên chọn một cảm biến có dải đo 0 đến 100°C hoặc 0 đến 120°C, thay vì chọn dải 0-90°C. Việc có khoảng dự phòng này đảm bảo cảm biến không phải làm việc ở ngưỡng tối đa liên tục, tăng độ bền và độ ổn định lâu dài.

Bước 3: Xác định loại cảm biến nhiệt độ phù hợp

Việc lựa chọn loại phần tử cảm biến (RTD hay Thermistor) phụ thuộc chủ yếu vào yêu cầu của bộ điều khiển (PLC, BMS, DDC) mà bạn sẽ kết nối cảm biến vào.

• Nếu bộ điều khiển yêu cầu tín hiệu Thermistor (NTC): Đây là trường hợp phổ biến với nhiều bộ DDC trong HVAC. Bạn bắt buộc phải xác định đúng loại NTC mà bộ điều khiển hỗ trợ, ví dụ phổ biến nhất là NTC 10K (loại Type II hoặc Type III), hoặc các loại NTC 20K, NTC 1.8K… Việc chọn sai loại NTC sẽ dẫn đến kết quả đo hoàn toàn sai lệch.
• Nếu bộ điều khiển yêu cầu tín hiệu RTD: Đây là lựa chọn cho các ứng dụng cần độ chính xác cao và ổn định.

Bước 4: Lựa chọn kiểu lắp đặt cảm biến

Kiểu lắp đặt ảnh hưởng trực tiếp đến độ chính xác, tốc độ phản hồi và khả năng bảo trì.

• Dạng nhúng (Immersion) với Giếng nhiệt (Thermowell): Đây là giải pháp chuyên nghiệp, ưu tiên hàng đầu cho các hệ thống đường ống cố định và quan trọng. Một giếng nhiệt (ống kim loại rỗng) được hàn hoặc vặn cố định vào đường ống. Cảm biến sẽ được đưa vào bên trong giếng nhiệt này. Phương pháp này cho độ chính xác cao nhất vì que dò gần như tiếp xúc trực tiếp với nhiệt độ dòng chảy. Ưu điểm lớn nhất là cho phép tháo cảm biến ra để bảo trì, hiệu chuẩn hoặc thay thế mà không cần phải dừng hệ thống và xả hết nước trong đường ống.
• Dạng kẹp ống (Strap-on / Clamp-on): Cảm biến được kẹp chặt vào bề mặt bên ngoài của đường ống. Đây là giải pháp lắp đặt nhanh chóng, không xâm lấn, lý tưởng cho các dự án cải tạo trên các hệ thống đường ống đang hoạt động mà không thể dừng lại. Tuy nhiên, độ chính xác của nó thấp hơn đáng kể do đo gián tiếp qua thành ống và bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ không khí xung quanh. Khi lắp đặt loại này, bắt buộc phải sử dụng keo tản nhiệt và bọc cách nhiệt cẩn thận để cải thiện kết quả đo.

Bước 5: Chọn vật liệu và cấp bảo vệ phù hợp

Dựa trên phân tích ở Bước 1 và môi trường lắp đặt:

• Vật liệu que dò/giếng nhiệt: Đối với cảm biến dạng nhúng, phần tiếp xúc với nước phải được làm bằng vật liệu phù hợp. Thép không gỉ 304 (SS304) là tiêu chuẩn cho nước thường, nước HVAC. Thép không gỉ 316L (SS316L) là bắt buộc cho các môi trường có tính ăn mòn cao hơn như nước muối, nước khử ion, hoặc các ứng dụng vệ sinh trong thực phẩm, dược phẩm.
• Cấp bảo vệ vỏ: Phần hộp đấu dây (đầu kết nối) thường được lắp đặt trong phòng máy, hầm kỹ thuật, nơi có độ ẩm cao. Do đó, cần chọn cảm biến có cấp bảo vệ vỏ tối thiểu là IP54 (chống bụi và nước bắn). Tốt nhất nên chọn IP65 để đảm bảo chống bụi hoàn toàn và chống tia nước, bảo vệ mạch điện bên trong một cách an toàn.

Bước 6: Chọn tín hiệu đầu ra và khả năng kết nối

Cuối cùng, cần xác định tín hiệu đầu ra dựa trên loại cảm biến đã chọn ở Bước 3 và khả năng của bộ điều khiển.

1. Nếu chọn loại Thụ động (NTC, Pt100/1000): Tín hiệu là điện trở. Cần đảm bảo bộ điều khiển có ngõ vào tương ứng. Đây là giải pháp tiết kiệm chi phí nhất. Cần lưu ý về khoảng cách, tín hiệu Pt100 không nên kéo đi quá xa nếu dùng 2 dây.
2. Nếu bộ điều khiển ở xa hoặc yêu cầu tín hiệu chuẩn: Cần chọn Cảm biến chủ động (Active). Các cảm biến này có tích hợp sẵn một bộ chuyển đổi (Transmitter) bên trong đầu kết nối.
   • 4-20mA: Là tín hiệu dòng 2 dây, chống nhiễu tốt nhất, truyền đi xa hàng trăm mét. Đây là chuẩn ưu tiên trong môi trường công nghiệp có nhiều nhiễu điện từ.
   • 0-10VDC: Là tín hiệu áp 3 dây, rất phổ biến trong các hệ thống BMS/HVAC.
   • RS485 Modbus: Là tín hiệu số, cho phép kết nối nhiều cảm biến trên cùng một đường dây, tiết kiệm cáp và tăng cường khảá năng giám sát thông minh.

Xem thêm: Cách hiệu chuẩn cảm biến nhiệt độ để đảm bảo độ chính xác

Các mẫu sản phẩm cảm biến nhiệt độ phù hợp với hệ thống ống nước hiện nay

Tên sản phẩm	Mã sản phẩm	Loại cảm biến	Ngõ ra tín hiệu	Đặc điểm nổi bật
Cảm biến nhiệt độ nước	STI-112	NTC 1.8K	Thụ động (Điện trở)	Đo nhúng, dùng cho bộ điều khiển Carel…
Cảm biến nhiệt độ nước	STI-152	NTC 10K	Thụ động (Điện trở)	Đo nhúng, NTC 10K phổ biến.
Cảm biến nhiệt độ nước	STI-162	NTC 20K	Thụ động (Điện trở)	Đo nhúng, NTC 20K.
Cảm biến nhiệt độ nước	STI-212	Pt100	Thụ động (Điện trở)	Đo nhúng, chuẩn Pt100 (3 dây).
Cảm biến nhiệt độ nước	STI-222	Pt1000	Thụ động (Điện trở)	Đo nhúng, chuẩn Pt1000 (2 dây), phổ biến cho BMS.
Cảm biến nhiệt độ nước	STI-232	Ni1000	Thụ động (Điện trở)	Đo nhúng, chuẩn Ni1000.
Cảm biến nhiệt độ nước	STI-322	Active	4-20mA	Đo nhúng, tín hiệu 4-20mA (4 dây).
Cảm biến nhiệt độ nước	STI-322-D	Active	4-20mA	Đo nhúng, 4-20mA, có màn hình LCD.
Cảm biến nhiệt độ nước	STI-342	Active	4-20mA (2 dây) / 0-10V	Đo nhúng, tín hiệu linh hoạt, 2 dây hoặc 3 dây.
Cảm biến nhiệt độ nước	STI-412	Active	0-10V	Đo nhúng, tín hiệu 0-10V (3 dây).
Cảm biến nhiệt độ nước	STI-412-D	Active	0-10V	Đo nhúng, 0-10V, có màn hình LCD.
Cảm biến nhiệt độ	STI-M2	Active	RS485 Modbus	Đo nhúng, tín hiệu số, tích hợp BMS/SCADA.

Mua cảm biến nhiệt độ uy tín chính hãng ở đâu?

Công Ty TNHH TM&DV Thiết Bị Điện Mạnh Tùng là đại lý ủy quyền chính thức tại Việt Nam cung cấp Cảm biến nhiệt độ dạng kẹp ống, Cảm biến nhiệt độ gắn ống nước, Cảm biến nhiệt độ ngoài trời, Cảm biến nhiệt độ ống gió, Cảm biến nhiệt độ phòng, Cảm biến nồng đồ bụi chính hãng, đầy đủ chứng nhận CO, CQ, nhập khẩu trực tiếp, đảm bảo chất lượng, giá cạnh tranh, bảo hành rõ ràng, hỗ trợ kỹ thuật bởi đội ngũ chuyên gia hơn 10 năm kinh nghiệm, cam kết mang đến giải pháp tối ưu nhất cho mọi ứng dụng của khách hàng và sẵn sàng tư vấn miễn phí, báo giá nhanh chóng khi liên hệ.

Lời kết

Chọn đúng cảm biến nhiệt độ cho hệ thống ống nước là bước đầu tiên để đảm bảo hệ thống HVAC hoặc quy trình công nghiệp của bạn vận hành trơn tru, tiết kiệm và an toàn. Bằng cách hiểu rõ các tiêu chí về môi chất, dải đo, kiểu lắp đặt (nhúng hay kẹp) và tín hiệu ngõ ra, bạn có thể đưa ra những quyết định kỹ thuật chính xác. Hãy luôn ưu tiên các sản phẩm chất lượng, có vật liệu và cấp bảo vệ phù hợp từ những nhà cung cấp uy tín để đảm bảo tuổi thọ lâu dài và độ tin cậy cho toàn bộ hệ thống.

Xem thêm các bài viết liên quan:

Tổng quan về cảm biến nhiệt độ và độ ẩm

Tổng quan về cảm biến chênh lệch áp suất

Tổng quan về cảm biến khí NO2

Tổng quan về cảm biến khí NH3

Tổng quan về cảm biến áp suất: Nguyên lý và ứng dụng

Tổng quan về cảm biến áp suất gió

Tổng quan về cảm biến áp suất nước tĩnh

Tổng quan về cảm biến khí CO2

---

Cảm ơn quý khách đã truy cập vào website MTEE.VN. Kính chúc quý khách nhận được những thông tin hữu ích và có những trải nghiệm tuyệt vời trên trang.