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

Trong mọi hoạt động sản xuất công nghiệp, vận hành tòa nhà, hay bảo quản lưu trữ, nhiệt độ là một trong những thông số vật lý quan trọng nhất cần được kiểm soát. Từ hệ thống HVAC, kho lạnh dược phẩm, lò nung công nghiệp đến dây chuyền chế biến thực phẩm, các cảm biến nhiệt độ đóng vai trò là cơ quan cảm nhận cốt lõi, cung cấp dữ liệu đầu vào cho mọi hệ thống điều khiển. Tuy nhiên, sau một thời gian hoạt động, bất kỳ thiết bị đo lường nào, dù tốt đến đâu, cũng sẽ có xu hướng bị sai lệch so với giá trị ban đầu. Hiện tượng “trôi” tín hiệu này có thể dẫn đến vận hành sai lệch, lãng phí năng lượng, giảm chất lượng sản phẩm và tiềm ẩn rủi ro an toàn. Do đó, hiệu chuẩn cảm biến nhiệt độ định kỳ là một quy trình kỹ thuật bắt buộc để đảm bảo sự chính xác, tin cậy và hiệu quả của toàn bộ hệ thống.

Hiệu chuẩn cảm biến nhiệt độ là gì?

Hiệu chuẩn cảm biến nhiệt độ (Temperature Sensor Calibration) là một quy trình kỹ thuật nhằm so sánh giá trị đo lường của một cảm biến nhiệt độ (được gọi là Thiết bị cần kiểm tra – DUT: Device Under Test) với một giá trị nhiệt độ đã biết, chính xác từ một Thiết bị Chuẩn (Reference Standard).

Nói một cách đơn giản, đây là hành động kiểm tra xem một cảm biến có còn đo đúng hay không. Ví dụ, chúng ta nhúng cảm biến cần kiểm tra và một nhiệt kế chuẩn (đã được xác nhận là chính xác tuyệt đối) vào cùng một môi trường nhiệt độ ổn định, ví dụ 100.0°C. Nếu nhiệt kế chuẩn báo 100.0°C, nhưng cảm biến cần kiểm tra lại báo 101.2°C, chúng ta có thể kết luận cảm biến này đang có sai số là +1.2°C tại điểm đo 100°C.

Quá trình này giúp xác định sai số (error) và độ không đảm bảo đo của cảm biến tại nhiều điểm khác nhau trong dải đo của nó. Cần phân biệt rõ hai khái niệm:

1. Hiệu chuẩn (Calibration): Là hành động so sánh và ghi lại kết quả (sai số). Quá trình này chỉ xác định xem cảm biến có còn chính xác hay không và sai lệch bao nhiêu.
2. Hiệu chỉnh (Adjustment): Là hành động can thiệp, điều chỉnh lại cảm biến (ví dụ: chỉnh điểm Zero, Span đối với các bộ chuyển đổi tín hiệu) để đưa giá trị đo của nó về gần với giá trị chuẩn nhất có thể. Bước này chỉ được thực hiện sau khi quá trình hiệu chuẩn phát hiện sai số vượt mức cho phép.

Một quy trình hiệu chuẩn đầy đủ thường bao gồm cả việc ghi lại kết quả “As Found” (tình trạng ban đầu), thực hiện hiệu chỉnh (nếu cần), và cuối cùng là ghi lại kết quả “As Left” (tình trạng sau khi hiệu chỉnh).

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

Những tiêu chí và quy định về hiệu chuẩn cảm biến nhiệt độ

Việc hiệu chuẩn không phải là một quy trình tùy ý mà phải tuân thủ các tiêu chuẩn nghiêm ngặt để đảm bảo kết quả có giá trị, đồng nhất và có thể được truy xuất nguồn gốc.

• Tiêu chuẩn quốc tế: Tiêu chuẩn quan trọng và phổ quát nhất định nghĩa năng lực của các phòng thí nghiệm là ISO/IEC 17025 (Yêu cầu chung về năng lực của các phòng thử nghiệm và hiệu chuẩn). Các phòng thí nghiệm, trung tâm kiểm định đạt chuẩn này (tại Việt Nam thường có dấu VILAS) đảm bảo rằng quy trình, thiết bị chuẩn và nhân sự của họ đều tuân thủ các yêu cầu khắt khe nhất.
• Truy xuất nguồn gốc (Metrological Traceability): Đây là yêu cầu bắt buộc. Mọi thiết bị chuẩn được sử dụng (ví dụ: nhiệt kế chuẩn) phải có khả năng truy xuất nguồn gốc đo lường. Điều này có nghĩa là thiết bị chuẩn đó phải được hiệu chuẩn bởi một thiết bị chuẩn cấp cao hơn, và cứ thế tiếp tục, tạo thành một chuỗi liên kết không gián đoạn, cho đến tận các chuẩn đo lường quốc gia (ví dụ: Viện Đo lường Việt Nam) hoặc quốc tế (như NIST – Viện Tiêu chuẩn và Kỹ thuật Quốc gia Hoa Kỳ). Nếu không có khả năng truy xuất nguồn gốc, kết quả hiệu chuẩn không có giá trị.
• Quy định chuyên ngành: Nhiều ngành công nghiệp có quy định riêng bắt buộc phải hiệu chuẩn. Ví dụ:
  1. Dược phẩm (GMP-WHO): Yêu cầu tất cả các thiết bị đo lường (bao gồm cảm biến nhiệt độ trong kho GSP, phòng sạch, nồi hấp) phải được hiệu chuẩn định kỳ.
  2. Thực phẩm (HACCP, ISO 22000): Yêu cầu giám sát và hiệu chuẩn các điểm kiểm soát tới hạn (CCP), trong đó nhiệt độ (kho lạnh, lò thanh trùng) là một thông số quan trọng.
  3. Hàng không, Ô tô, Dầu khí: Đều có các tiêu chuẩn nội bộ nghiêm ngặt về việc hiệu chuẩn thiết bị đo.

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

Mục đích của việc hiệu chuẩn cảm biến nhiệt độ

Việc thực hiện hiệu chuẩn cảm biến nhiệt độ định kỳ không chỉ là để đáp ứng các tiêu chuẩn, mà còn mang lại những lợi ích trực tiếp và thiết thực cho doanh nghiệp.

1. Đảm bảo Chất lượng Sản phẩm và An toàn Quy trình: Đây là mục đích hàng đầu. Trong nhà máy dược phẩm, một cảm biến nhiệt độ kho vắc-xin báo sai 2°C có thể làm hỏng toàn bộ lô vắc-xin trị giá hàng tỷ đồng. Trong nhà máy thép, một can nhiệt lò nung báo sai có thể làm hỏng mẻ thép hoặc gây nguy hiểm cho lò. Hiệu chuẩn đảm bảo các thông số nhiệt độ của quy trình sản xuất luôn nằm trong giới hạn cho phép.
2. Tối ưu hóa Hiệu suất và Tiết kiệm Năng lượng: Đây là lợi ích lớn nhất trong lĩnh vực HVAC và quản lý tòa nhà. Một cảm biến nhiệt độ phòng (Room sensor) hoặc cảm biến nước lạnh (Chiller) chỉ cần báo sai 1°C so với thực tế cũng có thể khiến hệ thống điều hòa không khí hoặc máy làm lạnh chạy quá tải (hoặc non tải) không cần thiết, gây lãng phí một lượng điện năng khổng lồ theo thời gian.
3. Tuân thủ các Quy định Pháp lý và Tiêu chuẩn: Như đã đề cập, việc hiệu chuẩn cung cấp hồ sơ và giấy chứng nhận hiệu chuẩn. Đây là bằng chứng pháp lý bắt buộc để trình diện cho các cơ quan quản lý (Cục Quản lý Dược, Cục An toàn Thực phẩm) và các tổ chức đánh giá chứng nhận (ISO, GSP, HACCP).
4. Bảo trì Dự đoán và Kéo dài Tuổi thọ Thiết bị: Quá trình hiệu chuẩn giúp theo dõi lịch sử “trôi” tín hiệu của cảm biến. Nếu một cảm biến có dấu hiệu trôi nhanh bất thường, đội ngũ bảo trì có thể lên kế hoạch thay thế nó trước khi nó hỏng hoàn toàn hoặc gây ra sự cố cho hệ thống.
5. Đảm bảo An toàn Lao động: Trong nhiều quy trình công nghiệp (lò hơi, lò phản ứng hóa chất), nhiệt độ là một thông số an toàn. Một cảm biến báo sai có thể không kích hoạt các hệ thống bảo vệ (như ngắt khẩn cấp), dẫn đến nguy cơ quá nhiệt, cháy nổ, gây nguy hiểm cho người vận hành.

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

Dụng cụ và thiết bị cần chuẩn bị khi hiệu chuẩn cảm biến nhiệt độ

Để thực hiện một quy trình hiệu chuẩn chính xác, một kỹ thuật viên hoặc phòng thí nghiệm cần một bộ dụng cụ chuyên dụng và đã được kiểm định:

Bể ổn nhiệt (Dry Block Calibrator / Liquid Bath)

Đây là thiết bị cốt lõi, dùng để tạo ra một môi trường nhiệt độ chuẩn cực kỳ ổn định và đồng nhất.

• Bể ổn nhiệt khô (Dry Block): Là một khối kim loại (đồng hoặc nhôm) được gia nhiệt chính xác, có các lỗ khoan với kích thước khác nhau để cắm các đầu dò cảm biến vào. Chúng gọn nhẹ, làm nóng/lạnh nhanh, rất phổ biến cho hiệu chuẩn tại hiện trường (on-site) cho các cảm biến công nghiệp dạng que dò (RTD, Thermocouple).
• Bể ổn nhiệt lỏng (Liquid Bath): Là một bể chứa chất lỏng chuyên dụng (dầu silicon, cồn, nước) được khuấy và kiểm soát nhiệt độ chính xác. Chúng cung cấp độ đồng đều nhiệt tốt nhất, lý tưởng để hiệu chuẩn nhiều cảm biến cùng lúc hoặc các cảm biến có hình dạng đặc biệt (cong, ngắn) không cắm vừa bể khô.

Nhiệt kế chuẩn (Reference Thermometer / Standard Thermometer)

Đây là thước đo chính xác nhất, dùng để đo nhiệt độ thực tế bên trong bể ổn nhiệt. Nhiệt kế chuẩn phải có độ chính xác cao hơn cảm biến cần hiệu chuẩn ít nhất 4 đến 10 lần. Đây thường là một đầu dò RTD Platin chuẩn (SPRT) hoặc một nhiệt kế điện tử có độ chính xác cao (ví dụ: ±0.05°C).

Bộ đọc / bộ đo Chuẩn (Reference Reader / Precision Multimeter)

Là thiết bị điện tử có độ chính xác cao, dùng để đọc tín hiệu từ Nhiệt kế chuẩn. Nó có thể là một bộ đọc chuyên dụng cho RTD hoặc một đồng hồ vạn năng (DMM) cao cấp (6.5 hoặc 7.5 chữ số) có khả năng đo điện trở chính xác.

Bộ nguồn chuẩn và mô phỏng tín hiệu

Đây là thiết bị dùng để đọc tín hiệu đầu ra từ cảm biến cần hiệu chuẩn (DUT).

• Nếu DUT là cảm biến thụ động (Pt100, NTC): Cần một bộ đo điện trở chính xác (như DMM).
• Nếu DUT là bộ chuyển đổi (Transmitter 4-20mA, 0-10V):
  • Cần một Nguồn cấp 24VDC ổn định để cấp cho cảm biến hoạt động.
  • Cần một Thiết bị đo dòng (Ammeter) hoặc đo áp (Voltmeter) chính xác (thường là DMM) để đọc tín hiệu ngõ ra.
• Các bộ hiệu chuẩn đa năng (Multifunction Process Calibrator) thường tích hợp tất cả các chức năng này: vừa cấp nguồn, vừa đo được mA, V, điện trở, tần số…

Dụng cụ hỗ trợ cơ khí

Các dụng cụ cơ bản như kìm, tua vít, cờ lê để tháo gỡ cảm biến ra khỏi vị trí lắp đặt (nếu hiệu chuẩn tại phòng lab) và các dụng cụ vệ sinh (vải sạch, cồn công nghiệp) để làm sạch đầu dò trước khi đưa vào bể nhiệt.

Máy tính hoặc thiết bị ghi dữ liệu

Dùng để kết nối với các thiết bị chuẩn, tự động hóa quy trình hiệu chuẩn, ghi lại kết quả và xuất ra Giấy chứng nhận hiệu chuẩn.

Hướng dẫn chi tiết cách hiệu chuẩn cảm biến nhiệt độ

Bước 1: Chuẩn bị thiết bị và dụng cụ hiệu chuẩn

Bước này bao gồm việc kiểm tra sơ bộ cảm biến cần hiệu chuẩn (DUT) và cài đặt hệ thống.

• Kiểm tra cảm biến (DUT): Ghi lại đầy đủ thông tin: Model, Số serial, Dải đo (ví dụ: 0-150°C), Loại tín hiệu (ví dụ: 4-20mA). Kiểm tra ngoại quan xem đầu dò có bị cong vênh, ăn mòn, dây dẫn có bị nứt gãy không.
• Làm sạch đầu dò: Dùng cồn và vải sạch lau kỹ đầu dò của DUT và nhiệt kế chuẩn để loại bỏ bụi bẩn, dầu mỡ, đảm bảo khả năng truyền nhiệt tốt nhất.
• Khởi động thiết bị: Bật Bể ổn nhiệt và các thiết bị đo, cấp nguồn cho DUT. Để các thiết bị hoạt động và ổn định trong ít nhất 15-30 phút.

Bước 2: Xác định dải đo và thông số kỹ thuật của cảm biến

Dựa trên thông tin của cảm biến (ví dụ: dải đo 0-150°C, tín hiệu 4-20mA), xác định các điểm sẽ thực hiện phép đo. Theo tiêu chuẩn, cần kiểm tra ít nhất 5 điểm để đánh giá độ tuyến tính:

• 0% (0°C)
• 25% (37.5°C)
• 50% (75°C)
• 75% (112.5°C)
• 100% (150°C)

Đồng thời, xác định mức sai số cho phép (Tolerance) theo tài liệu của nhà sản xuất (ví dụ: ±0.5°C).

Bước 3: Kết nối cảm biến với hệ thống hiệu chuẩn

• Kết nối cơ khí: Cắm đầu dò của Nhiệt kế chuẩn và đầu dò của Cảm biến cần hiệu chuẩn (DUT) vào các lỗ phù hợp trong Bể ổn nhiệt (Dry Block). Đảm bảo cả hai đầu dò được cắm sâu xuống cùng một độ sâu (đặc biệt là đến vùng nhiệt ổn định ở đáy bể) và đặt chúng càng gần nhau càng tốt.
• Kết nối điện:
  • Kết nối ngõ ra của Nhiệt kế chuẩn vào Bộ đọc chuẩn.
  • Kết nối ngõ ra của DUT vào thiết bị đo (DMM/Calibrator). Ví dụ, nếu là cảm biến 4-20mA (2 dây), cần cấp nguồn 24VDC và mắc nối tiếp DMM (chế độ đo mA) vào vòng lặp.

Bước 4: Tiến hành tạo nhiệt và ghi giá trị đầu ra

Đây là quá trình so sánh chính. Kỹ thuật viên sẽ thực hiện tuần tự:

1. Kiểm tra chiều tăng (Upscale):
   • Cài đặt Bể ổn nhiệt đến điểm đo đầu tiên (ví dụ: 0°C).
   • Chờ đợi: Đây là bước quan trọng nhất. Phải chờ cho đến khi nhiệt độ trong bể và giá trị đọc trên Nhiệt kế chuẩn hoàn toàn ổn định (không còn thay đổi).
   • Khi đã ổn định, ghi lại 2 giá trị: Giá trị chính xác từ Nhiệt kế chuẩn (ví dụ: 0.1°C) và Tín hiệu đầu ra từ DUT (ví dụ: 4.02mA).
   • Lặp lại quy trình: Tăng nhiệt độ lên điểm 25% (37.5°C), chờ ổn định, và ghi lại 2 giá trị.
   • Tiếp tục cho đến điểm 100% (150°C).
2. Kiểm tra chiều giảm (Downscale):
   • Từ điểm 100%, thực hiện quy trình tương tự nhưng theo chiều giảm: Cài đặt bể về 75%, 50%, 25% và 0%.
   • Tại mỗi điểm, chờ ổn định và ghi lại giá trị của cả hai thiết bị.

Bước 5: So sánh, tính sai số và hiệu chỉnh nếu cần

• Tính toán sai số: Lập một bảng tính. Tại mỗi điểm đo (ví dụ: 75°C), chuyển đổi tín hiệu của DUT (ví dụ: 16.05mA) thành giá trị nhiệt độ tương ứng (ví dụ: 75.8°C). Sau đó, lấy giá trị này trừ đi giá trị đọc được từ Nhiệt kế chuẩn (ví dụ: 75.1°C). Sự chênh lệch (trong trường hợp này là +0.7°C) chính là sai số (error) tại điểm đó.
• Đánh giá: So sánh sai số này với mức sai số cho phép (ví dụ: ±0.5°C).
  • Nếu tất cả các điểm đo đều có sai số nằm trong giới hạn cho phép -> Cảm biến ĐẠT (PASS).
  • Nếu có bất kỳ điểm nào sai số vượt giới hạn -> Cảm biến KHÔNG ĐẠT (FAIL).
• Hiệu chỉnh (Adjustment): Nếu cảm biến KHÔNG ĐẠT và nó là loại có bộ chuyển đổi tín hiệu (transmitter) cho phép hiệu chỉnh:
  • Kỹ thuật viên sẽ thực hiện điều chỉnh Zero (tại điểm 0%) và Span (tại điểm 100%) bằng các biến trở hoặc bằng phần mềm (nếu là cảm biến thông minh).
  • Sau khi hiệu chỉnh, bắt buộc phải thực hiện lại Bước 4 để ghi lại bộ dữ liệu mới, gọi là “As Left” (Tình trạng sau hiệu chỉnh).

Bước 6: Lập biên bản và niêm phong sau hiệu chuẩn

• Lập Biên bản/Giấy chứng nhận: Kỹ thuật viên phải lập một Giấy chứng nhận hiệu chuẩn (Calibration Certificate). Đây là hồ sơ pháp lý, ghi lại toàn bộ thông tin về thiết bị (DUT), các thiết bị chuẩn đã sử dụng (và thông tin truy xuất nguồn gốc), điều kiện môi trường, và quan trọng nhất là Bảng kết quả (As Found và As Left) cùng với kết luận cuối cùng (ĐẠT/KHÔNG ĐẠT).
• Dán nhãn: Dán một Tem hiệu chuẩn (Calibration Sticker) lên thân cảm biến. Tem này phải ghi rõ ngày hiệu chuẩn, người thực hiện, và ngày hiệu chuẩn tiếp theo (Cal Due Date), thường là 1 năm sau.
• Niêm phong: Nếu có thực hiện hiệu chỉnh, các vị trí điều chỉnh (biến trở) cần được niêm phong để ngăn chặn sự can thiệp trái phép.

Những yếu tố ảnh hưởng đến độ chính xác của hiệu chuẩn

Một quy trình hiệu chuẩn có thể bị sai lệch nghiêm trọng nếu không kiểm soát các yếu tố sau:

• Độ ổn định của Bể nhiệt: Nếu bể nhiệt không ổn định, nhiệt độ dao động liên tục, thì không thể có một điểm so sánh chính xác.
• Độ đồng đều nhiệt: Nhiệt độ ở các vị trí khác nhau trong bể nhiệt phải đồng nhất. Nếu nhiệt kế chuẩn ở một vị trí nóng hơn cảm biến cần đo, kết quả sẽ sai.
• Lỗi cắm sâu (Insertion Depth): Đầu dò của cảm biến và nhiệt kế chuẩn phải được cắm ở độ sâu tương đương nhau, lý tưởng là cắm sâu hết mức có thể vào vùng nhiệt ổn định của bể.
• Sự truyền nhiệt qua thân (Stem Conduction): Nhiệt từ bể nhiệt có thể bị “thất thoát” ngược lên thân đầu dò ra môi trường ngoài, làm cho đầu cảm biến bị lạnh hơn so với nhiệt độ thực của bể. Cần cắm đủ sâu để giảm thiểu hiện tượng này.
• Điều kiện môi trường: Luồng gió mạnh, ánh nắng mặt trời chiếu trực tiếp, hoặc nhiệt độ phòng quá nóng/lạnh đều có thể ảnhtưởng đến các thiết bị đo.
• Kỹ năng của kỹ thuật viên: Việc đọc số, ghi chép, và đặc biệt là không chờ đủ thời gian cho nhiệt độ ổn định là nguyên nhân hàng đầu gây sai số.

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

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

Hiệu chuẩn cảm biến nhiệt độ không phải là một công việc tùy chọn, mà là một quy trình kỹ thuật bắt buộc để duy trì sự chính xác, an toàn và hiệu quả của hệ thống. Nó là một phần không thể thiếu trong kế hoạch bảo trì chủ động của bất kỳ nhà máy, tòa nhà, hay kho lạnh nào. Bằng cách hiểu rõ quy trình, mục đích và tầm quan trọng của việc hiệu chuẩn, đồng thời bắt đầu bằng việc lựa chọn một thiết bị chất lượng cao từ một nhà cung cấp đáng tin cậy, bạn đang đảm bảo rằng hệ thống của mình luôn hoạt động ở trạng thái tối ưu nhất.

Xem thêm các bài viết liên quan:

Hiệu chuẩn cảm biến áp suất là gì? Cách hiệu chuẩn cảm biến áp suất để đảm bảo độ chính xác

Hiệu chuẩn cảm biến chênh áp là gì? cách hiệu chuẩn cảm biến chênh lệch áp suất

---

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.