Những lỗi thường gặp ở cảm biến nhiệt độ và cách khắc phục

Trong bất kỳ hệ thống tự động hóa công nghiệp hay quản lý tòa nhà nào, nhiệt độ là đại lượng vật lý được đo lường và kiểm soát nhiều nhất. Từ việc duy trì lò nung ở 1200°C, bảo quản vắc-xin ở 2°C, đến việc giữ cho văn phòng làm việc ở 25°C, cảm biến nhiệt độ chính là thiết bị tuyến đầu, cung cấp thông tin cho toàn bộ hệ thống điều khiển. Tuy nhiên, cũng như bất kỳ thiết bị nào, cảm biến nhiệt độ không phải là vĩnh cửu và có thể gặp sự cố. Hiểu rõ các lỗi thường gặp và nắm vững cách khắc phục là kỹ năng thiết yếu của mọi kỹ sư vận hành và bảo trì.

Giới thiệu về cảm biến nhiệt độ là gì?

Cảm biến nhiệt độ (Temperature Sensor) là một thiết bị có chức năng đo lường mức độ nóng hoặc lạnh của một môi trường hoặc vật thể và chuyển đổi đại lượng vật lý đó thành một tín hiệu điện có thể đọc và xử lý được.

Mục đích chính của nó là cung cấp dữ liệu nhiệt độ cho các thiết bị khác như bộ hiển thị (đồng hồ, HMI), bộ điều khiển (PLC, BMS, DDC), hoặc hệ thống ghi dữ liệu (data logger).

Tín hiệu điện này có thể ở nhiều dạng khác nhau, tùy thuộc vào loại cảm biến. Các dạng phổ biến nhất bao gồm:

• Sự thay đổi điện trở: Như trong cảm biến nhiệt điện trở (RTD Pt100, Pt1000) và nhiệt điện trở (Thermistor NTC).
• Sự thay đổi điện áp (sức điện động): Như trong các Cặp nhiệt điện (Thermocouple, Can nhiệt K, J, S…).
• Tín hiệu analog tiêu chuẩn: Như 4-20mA hoặc 0-10VDC, khi cảm biến được tích hợp sẵn một bộ chuyển đổi tín hiệu (transmitter).
• Tín hiệu số: Như RS485 Modbus hoặc các giao thức mạng khác.

Xem thêm: Tổng quan về cảm biến nhiệt độ

Những lỗi thường gặp của cảm biến nhiệt độ

Hiểu rõ các “triệu chứng” là bước đầu tiên để chẩn đoán chính xác nguyên nhân gốc rễ. Dưới đây là 6 lỗi phổ biến nhất mà các kỹ sư thường gặp trong thực tế.

Đọc giá trị sai hoặc không ổn định

Đây là lỗi gây khó chịu nhất. Biểu hiện là giá trị nhiệt độ hiển thị trên màn hình HMI hoặc BMS bị “nhảy múa”, dao động liên tục không có lý do (ví dụ: 25.1°C, rồi 30.5°C, rồi 27.2°C chỉ trong vài giây), hoặc hiển thị một giá trị sai lệch hoàn toàn (ví dụ: nhiệt độ phòng thực tế là 25°C nhưng cảm biến báo 80°C).

Nguyên nhân chính:

• Nhiễu điện từ (EMI): Đây là nguyên nhân số một. Dây tín hiệu của cảm biến (đặc biệt là tín hiệu yếu như Pt100, Thermocouple) được đi chung máng cáp hoặc đi song song quá gần với các dây cáp động lực, dây của biến tần (VFD), hoặc các thiết bị đóng cắt công suất lớn. Nhiễu EMI sẽ “cảm ứng” vào dây tín hiệu, làm sai lệch kết quả đo.
• Kết nối lỏng lẻo: Do rung động của máy móc hoặc thi công ẩu, các đầu vít tại cầu đấu (terminal block) bên trong đầu kết nối “củ hành” của cảm biến hoặc tại tủ điều khiển bị lỏng. Điều này tạo ra điện trở tiếp xúc không ổn định, làm cho tín hiệu chập chờn.
• Tiếp địa (Nối đất) không đúng cách: Việc nối đất ở nhiều điểm hoặc không nối đất cho vỏ bọc chống nhiễu có thể tạo ra các “vòng lặp đất” (ground loops), gây ra nhiễu và sai lệch tín hiệu.
• Nguồn cấp không ổn định (với cảm biến active): Nếu là cảm biến có bộ chuyển đổi 4-20mA/0-10V, bộ nguồn 24VDC cấp cho nó bị lỗi, không ổn định cũng sẽ làm tín hiệu đầu ra dao động.

Cảm biến nhiệt độ không ra tín hiệu

Đây là lỗi dễ nhận biết. Hệ thống điều khiển sẽ hiển thị giá trị “—“, “Sensor Error”, “O.L” (Open Loop), hoặc một giá trị âm/dương vô cùng (ví dụ: -273°C, +3000°C), hoặc tín hiệu đo được ở mức thấp nhất (ví dụ: 4mA hoặc 3.5mA đối với 4-20mA).

Nguyên nhân chính:

• Đứt dây (Open Circuit): Đây là nguyên nhân phổ biến nhất. Các dây dẫn rất mảnh bên trong que dò (probe) của RTD hoặc Thermocouple có thể bị đứt do rung động mạnh, sốc nhiệt (thay đổi nhiệt độ quá đột ngột), hoặc do lão hóa vật liệu. Dây cáp tín hiệu bên ngoài cũng có thể bị đứt vật lý.
• Mất nguồn cấp (chỉ với cảm biến 4-20mA/0-10V): Cầu chì của bộ nguồn 24VDC bị cháy, aptomat bị ngắt, hoặc dây cấp nguồn bị đứt. Cảm biến không có điện để hoạt động.
• Đấu sai cực tính: Đấu ngược cực (+) và (-) của nguồn cấp 24VDC có thể làm hỏng bộ chuyển đổi bên trong cảm biến.
• Bộ chuyển đổi (Transmitter) hỏng: Bo mạch điện tử bên trong đầu kết nối của cảm biến chủ động (active) bị hỏng do quá áp, sét lan truyền hoặc hết tuổi thọ.

Cảm biến nhiệt độ đo chậm hoặc trễ

Biểu hiện là nhiệt độ thực tế của môi chất (có thể thấy trên một đồng hồ cơ tại chỗ) đã thay đổi nhanh chóng, nhưng giá trị trên hệ thống giám sát phải mất vài phút hoặc lâu hơn mới “đuổi kịp”.

Nguyên nhân chính:

• Lắp đặt sai (Không có chất truyền nhiệt): Đây là nguyên nhân phổ biến nhất khi sử dụng giếng nhiệt (thermowell). Kỹ thuật viên khi lắp que dò (probe) vào giếng nhiệt đã không đổ đầy keo tản nhiệt (thermal paste) hoặc dầu. Điều này tạo ra một lớp không khí (vốn là chất cách nhiệt) giữa que dò và thành giếng nhiệt, làm cho nhiệt độ truyền từ môi chất vào đầu cảm biến rất chậm.
• Vị trí lắp đặt không đúng: Que dò của cảm biến quá ngắn, không được nhúng hoàn toàn vào môi chất, hoặc lắp ở vị trí dòng chảy “chết” (dead leg) ít có sự lưu thông.
• Bám bẩn (Fouling): Một lớp cặn canxi, dầu mỡ, hoặc vật liệu quy trình bám dày đặc bên ngoài que dò hoặc giếng nhiệt. Lớp cặn này hoạt động như một lớp “áo khoác” cách nhiệt, làm chậm đáng kể thời gian đáp ứng.

Cảm biến nhiệt độ bị sai lệch nhiệt độ thực tế

Lỗi này khác với lỗi “không ổn định”. Ở đây, giá trị đo rất ổn định, không nhảy múa, nhưng luôn sai lệch một hằng số so với thực tế (ví dụ: nước luôn sôi ở 103°C, hoặc nước đá tan luôn là 2.5°C).

Nguyên nhân chính

• Trôi tín hiệu (Drift): Do lão hóa vật liệu theo thời gian, đặc tính điện của cảm biến bị thay đổi. Điều này đặc biệt phổ biến với Cặp nhiệt điện (Thermocouple) khi hoạt động ở nhiệt độ rất cao trong thời gian dài.
• Sử dụng sai dây bù nhiệt (cho Thermocouple): Đây là một lỗi kỹ thuật nghiêm trọng. Từ đầu “củ hành” của Can nhiệt K về PLC/bộ điều khiển, bắt buộc phải sử dụng dây bù nhiệt loại K (ký hiệu KX). Nếu kỹ sư vô tình dùng dây điện đồng (copper wire) thông thường để nối dài, điểm nối này sẽ tạo thành một cặp nhiệt điện J “giả” khác, gây ra sai số cố định (offset) hàng chục độ C.
• Lỗi hiệu chuẩn ban đầu (Offset): Bộ chuyển đổi 4-20mA/0-10V bị hiệu chỉnh (calibration) điểm Zero hoặc Span sai lệch ngay từ đầu.
• Tự gia nhiệt (Self-Heating – chỉ với RTD): Bộ điều khiển (PLC/DDC) cấp một dòng điện (excitation current) quá lớn để đo điện trở Pt100/Pt1000. Dòng điện này tự nó làm nóng phần tử điện trở, khiến cảm biến luôn báo nhiệt độ cao hơn thực tế một chút.

Đứt hoặc ngắn mạch trong dây tín hiệu

Đây là một dạng cụ thể của lỗi “không ra tín hiệu” nhưng cần được chẩn đoán riêng.

• Đứt mạch (Open Circuit): Một trong các dây dẫn (2, 3 hoặc 4 dây của RTD, 2 dây của TC) bị đứt. Bộ điều khiển sẽ nhận diện điện trở là vô cùng lớn (O.L) và báo lỗi (ví dụ: >21mA, 3000°C…).
• Ngắn mạch (Short Circuit): Hai dây tín hiệu bị chập vào nhau (do vỏ cách điện bị hỏng, ẩm ướt…). Bộ điều khiển sẽ đọc thấy điện trở gần bằng 0 (ví dụ: báo nhiệt độ -240°C cho Pt100) hoặc đọc thấy nhiệt độ của chính vị trí bị chập (đối với Thermocouple).

Ảnh hưởng từ môi trường

Môi trường công nghiệp khắc nghiệt là nguyên nhân chính gây hỏng hóc.

• Rung động mạnh: Các máy bơm, động cơ, máy nén tạo ra rung động liên tục có thể làm lỏng các đầu nối vít (gây lỗi không ổn định) hoặc làm gãy các mối hàn mỏng manh bên trong que dò (gây lỗi đứt mạch).
• Nhiệt độ môi trường quá cao: Hộp đấu dây (đầu củ hành) chứa bộ chuyển đổi 4-20mA được lắp quá gần nguồn nhiệt (ví dụ: lắp sát đường ống hơi 200°C). Nhiệt độ môi trường bên trong hộp vượt quá 85°C (ngưỡng chịu đựng của linh kiện điện tử), gây hỏng bộ chuyển đổi.
• Độ ẩm và Hóa chất: Nước, hơi ẩm, hóa chất ăn mòn xâm nhập vào bên trong hộp đấu dây (do gioăng làm kín bị hỏng hoặc siết ốc siết cáp (cable gland) không chặt). Điều này gây ăn mòn, oxy hóa các chân cầu đấu, dẫn đến điện trở tiếp xúc tăng cao (gây sai số) hoặc ngắn mạch.

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

Cách khắc phục lỗi cảm biến nhiệt độ

Việc khắc phục đòi hỏi một quy trình chẩn đoán loại trừ (troubleshooting) có hệ thống.

Khắc phục lỗi đọc sai giá trị hoặc không ổn định

• Kiểm tra Nhiễu (EMI) trước tiên: Tách biệt ngay lập tức cáp tín hiệu ra khỏi cáp động lực, cáp biến tần. Sử dụng cáp xoắn có vỏ bọc chống nhiễu (shielded twisted pair). Vỏ bọc chống nhiễu (shield) phải được nối đất ở một đầu duy nhất, thường là phía tủ điều khiển (PLC/BMS) để tránh vòng lặp đất.
• Kiểm tra Kết nối: Dùng tua vít siết lại tất cả các ốc vít đấu dây, từ bên trong đầu kết nối của cảm biến đến các cầu đấu trung gian và cầu đấu tại ngõ vào của bộ điều khiển.
• Kiểm tra Nguồn cấp (cho cảm biến Active 4-20mA/0-10V): Dùng đồng hồ VOM, đo điện áp 24VDC cấp cho cảm biến. Đảm bảo điện áp ổn định, không bị sụt áp.

Khắc phục lỗi cảm biến nhiệt độ không ra tín hiệu

1. Kiểm tra Nguồn cấp (cho cảm biến Active): Dùng VOM đo điện áp 24VDC tại 2 chân nguồn của cảm biến. Nếu không có điện, kiểm tra cầu chì (fuse), bộ nguồn và dây dẫn.
2. Kiểm tra Đấu dây: Kiểm tra lại sơ đồ đấu dây. Cảm biến 4-20mA (2 dây) có đấu đúng vòng lặp? Cảm biến 0-10V (3 dây) có đấu đúng cực (+), (-) và (S)?
3. Kiểm tra Đứt mạch (cho cảm biến Thụ động):
   • Ngắt kết nối cảm biến khỏi bộ điều khiển.
   • Dùng VOM (chế độ đo Ohm – Ω) đo điện trở của cảm biến.
   • Với RTD (Pt100/Pt1000): Phải đọc được giá trị điện trở dương (ví dụ: Pt100 ở 30°C khoảng 111.6 Ω, Pt1000 khoảng 1116 Ω). Nếu VOM báo “O.L” (Open Loop – Vô cùng), nghĩa là lõi cảm biến bên trong que dò đã bị đứt. Giải pháp: Thay thế cảm biến mới.
   • Với Thermocouple (Can nhiệt K, J…): Phải đọc được giá trị điện trở rất thấp (vài Ohm, gần như ngắn mạch). Nếu VOM báo “O.L”, nghĩa là mối hàn hoặc dây đã bị đứt. Giải pháp: Thay thế cảm biến mới.
4. Kiểm tra Bộ chuyển đổi (Transmitter): Nếu các bước trên đều tốt, nhưng cảm biến chủ động vẫn không ra tín hiệu, khả năng cao là bo mạch chuyển đổi bên trong đã hỏng. Giải pháp: Thay thế cảm biến mới.

Khắc phục lỗi cảm biến nhiệt độ đo chậm hoặc trễ

• Thêm Chất truyền nhiệt (Giải pháp hiệu quả nhất): Tháo que dò (probe) của cảm biến ra khỏi giếng nhiệt (thermowell). Bơm đầy giếng nhiệt bằng keo tản nhiệt (thermal paste/compound) hoặc dầu silicon chịu nhiệt. Cắm que dò trở lại. Lớp keo/dầu này sẽ lấp đầy khoảng không khí cách nhiệt, giúp nhiệt độ truyền từ giếng nhiệt sang que dò gần như tức thời.
• Kiểm tra Vị trí lắp đặt: Đảm bảo que dò hoặc giếng nhiệt được nhúng đủ sâu vào dòng chảy (thường là 1/3 đến 1/2 đường kính ống). Nếu que dò quá ngắn, cần thay loại dài hơn.
• Vệ sinh Bám bẩn: Tháo cảm biến/giếng nhiệt ra khỏi đường ống (yêu cầu dừng hệ thống) và vệ sinh cơ học, loại bỏ các lớp cặn vôi, dầu mỡ bám bên ngoài.

Khắc phục lỗi cảm biến nhiệt độ bị sai lệch nhiệt độ thực tế

1. Thực hiện Hiệu chuẩn (Calibration): Đây là giải pháp chính. Sử dụng một thiết bị chuẩn (như bể nhiệt khô – dry block) và một nhiệt kế chuẩn. Tạo ra các mức nhiệt độ chính xác (ví dụ: 0°C, 50°C, 100°C) và so sánh giá trị đọc của cảm biến.
   • Với cảm biến Thụ động (RTD/NTC): Ghi nhận sai số. Nếu sai số lớn (ví dụ >2°C), có thể cảm biến đã lão hóa. Giải pháp: Thay thế.
   • Với cảm biến Chủ động (4-20mA/0-10V): Hầu hết các bộ chuyển đổi đều có 2 biến trở (hoặc nút bấm) để hiệu chỉnh điểm Zero (điểm 0% dải đo) và Span (điểm 100% dải đo). Kỹ thuật viên sẽ điều chỉnh 2 điểm này để tín hiệu đầu ra (4mA và 20mA) khớp với nhiệt độ chuẩn.
2. Kiểm tra Dây bù nhiệt (cho Thermocouple): Kiểm tra toàn bộ đường dây cáp từ đầu can nhiệt về tủ điều khiển. Đảm bảo 100% là dây bù nhiệt đúng chủng loại (ví dụ: cáp KX cho can K). Nếu phát hiện có đoạn nối bằng dây điện đồng, bắt buộc phải thay thế bằng dây bù nhiệt chuyên dụng.
3. Kiểm tra Cấu hình Bộ điều khiển: Đảm bảo bộ điều khiển (PLC/BMS) được cấu hình đúng loại cảm biến đang nhận (ví dụ: cấu hình là Pt100 3-dây, chứ không phải Pt100 2-dây hoặc NTC 10K).

Khắc phục lỗi đứt ngắn mạch trong dây tín hiệu

1. Xác định lỗi: Dùng VOM ở chế độ đo điện trở (Ohm – Ω) hoặc thông mạch.
   • Đo điện trở giữa 2 dây tín hiệu: Nếu báo O.L (vô cùng) -> Đứt mạch.
   • Đo điện trở giữa 2 dây tín hiệu: Nếu báo gần 0 Ω -> Ngắn mạch.
   • Đo điện trở giữa từng dây tín hiệu với vỏ cảm biến/đất: Nếu báo gần 0 Ω -> Chạm vỏ (ngắn mạch với đất).
2. Khoanh vùng: Lỗi nằm ở que dò, dây cáp, hay trong hộp đấu dây?
   • Tháo dây cáp ra khỏi đầu cảm biến.
   • Đo điện trở của que dò tại đầu củ hành: Nếu O.L hoặc 0 Ω, lỗi do que dò. Giải pháp: Thay cảm biến.
   • Đo điện trở của dây cáp (đã tháo cả hai đầu): Nếu O.L hoặc 0 Ω, lỗi do dây cáp. Giải pháp: Thay dây cáp.

Khắc phục lỗi ảnh hưởng từ môi trường

• Rung động: Sử dụng các loại cảm biến được thiết kế chống rung. Luôn cố định chắc chắn dây cáp, tránh để dây bị kéo căng hoặc rung lắc tự do.
• Nhiệt độ môi trường cao: Sử dụng ống nối dài (Neck/Extension) để đưa hộp đấu dây (chứa bộ chuyển đổi 4-20mA) ra xa khỏi nguồn nhiệt. Hoặc sử dụng giải pháp cảm biến thụ động (Pt100/TC) tại chỗ, và lắp bộ chuyển đổi 4-20mA từ xa (DIN-rail transmitter) bên trong tủ điện mát mẻ.
• Độ ẩm/Hóa chất: Đảm bảo sử dụng cảm biến có cấp bảo vệ IP65 trở lên. Quan trọng nhất là siết chặt ốc siết cáp (cable gland) bằng cao su để ngăn hơi ẩm xâm nhập theo đường cáp vào hộp đấu dây.

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

Cách phòng chống lỗi cảm biến nhiệt độ

Việc phòng ngừa luôn tốt hơn là sửa chữa.

1. Lựa chọn cảm biến đúng ngay từ đầu: Đây là bước quan trọng nhất. Phải chọn đúng loại (RTD/TC/NTC), đúng dải đo, đúng vật liệu que dò (Inox 304/316L) và đúng cấp bảo vệ (IP65) cho môi trường ứng dụng.
2. Lắp đặt đúng kỹ thuật:
   • Luôn đi cáp tín hiệu (đặc biệt là tín hiệu thụ động) trong ống kim loại riêng, tách biệt hoàn toàn khỏi cáp động lực.
   • Sử dụng cáp xoắn chống nhiễu (shielded twisted pair).
   • Khi dùng giếng nhiệt (thermowell), bắt buộc phải dùng keo tản nhiệt.
   • Khi dùng Thermocouple, bắt buộc dùng dây bù nhiệt đúng chủng loại.
3. Bảo trì và Hiệu chuẩn Định kỳ: Lập kế hoạch bảo trì (vệ sinh, siết lại ốc) và hiệu chuẩn (calibration) định kỳ (thường 1 năm/lần cho các vị trí quan trọng) để phát hiện sớm lỗi “trôi” tín hiệu trước khi nó gây ra sự cố.

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

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

Cảm biến nhiệt độ là một thiết bị nhỏ bé nhưng có tầm ảnh hưởng vô cùng lớn đến sự ổn định, an toàn và hiệu quả của cả một hệ thống. Các lỗi thường gặp như đọc sai, trễ tín hiệu, hay mất tín hiệu đều có thể được chẩn đoán và khắc phục nếu kỹ sư vận hành nắm vững các nguyên nhân gốc rễ. Bằng cách áp dụng một quy trình xử lý sự cố có hệ thống, kết hợp với việc phòng ngừa chủ động (lựa chọn thiết bị đúng, lắp đặt chuẩn, bảo trì định kỳ), bạn có thể đảm bảo hệ thống đo lường nhiệt độ của mình luôn hoạt động ở trạng thái chính xác và đáng tin cậy nhất.

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.