Lựa chọn cảm biến nhiệt độ công nghiệp: cặp nhiệt điện hay Pt100, ống bảo vệ và hiệu chuẩn

Mở đầu: ba điều cần quyết định trước khi lựa chọn cảm biến nhiệt độ công nghiệp

Việc lựa chọn cảm biến nhiệt độ công nghiệp trông như chỉ cần chọn trong catalog “cặp nhiệt điện K, cấp 2” hay “Pt100, cấp A” là xong. Thế nhưng ở hiện trường, người ta thường nghe những băn khoăn như: “Trên catalog là cấp A, vậy mà giá trị không khớp với nhiệt kế bên cạnh”, “Cảm biến đã đứt dây nhưng 0°C hoặc giá trị giới hạn trên vẫn được ghi nguyên vào hồ sơ”, “Khi đánh giá (audit) bị hỏi căn cứ của chu kỳ hiệu chuẩn mà không trả lời được”.

Cũng xin điểm qua bối cảnh sản xuất tại Thái Lan. Theo The Star (ngày 30 tháng 9 năm 2026) đăng lại tin của Reuters, chỉ số sản xuất công nghiệp chế tạo (MPI) tháng 8 năm 2026 do Bộ Công nghiệp Thái Lan công bố tăng 4,44% so với cùng kỳ năm trước, vượt dự báo trong khảo sát của Reuters (tăng 1,0%). Tuy nhiên, Cục trưởng Văn phòng Kinh tế Công nghiệp (OIE) giải thích rằng phương pháp tính MPI đã được sửa đổi, bổ sung các sản phẩm điện tử mới và thay đổi trọng số. Cần lưu ý rằng không thể so sánh đơn giản với số liệu của năm trước. Theo Trading Economics (ngày 30 tháng 9 năm 2026), Bộ Công nghiệp đã nâng dự báo tăng trưởng sản lượng nhà máy năm 2026 từ mức 0,0 đến 0,5% trước đó lên 2,75 đến 3,55%. Mặt khác, theo bài viết ngày 2 tháng 10 năm 2026 của cùng trang này, chỉ số tâm lý kinh doanh (Business Sentiment Index) của Thái Lan trong tháng 9 là 48,1 (tháng 8 là 49,8), tháng thứ 9 liên tiếp dưới mức 50. Chúng tôi cho rằng nhiều nhà máy muốn củng cố căn cứ chất lượng rằng “hồ sơ nhiệt độ là đáng tin cậy” trong khi ngân sách có hạn.

Trong bài viết này, chúng tôi cho rằng điều cần quyết định trước khi lựa chọn cảm biến nhiệt độ công nghiệp không phải là “cấp chính xác trên catalog”, mà là ba điều sau.

1. Muốn biết nhiệt độ của cái gì, trong dải nào và nhanh đến mức nào: từ dải nhiệt độ, tốc độ đáp ứng và điều kiện lắp đặt, thu hẹp lựa chọn giữa cặp nhiệt điện và nhiệt điện trở (RTD), cũng như loại và kết cấu.
2. Xem xét sai số tại điểm đo theo cả chuỗi đo: chồng lên dung sai theo cấp của phần tử hoặc dây cặp nhiệt là sai số từ ống bảo vệ, chiều dài nhúng, đi dây, bộ chuyển đổi tín hiệu (transmitter) và trôi (drift) theo thời gian.
3. Ghi vào RFP và kiểm tra ở FAT/SAT: đưa tính toán độ bền ống bảo vệ, tín hiệu lỗi (NAMUR NE43), chẩn đoán và cách xác định chu kỳ hiệu chuẩn vào hồ sơ yêu cầu kỹ thuật, rồi kiểm tra trong thử nghiệm nghiệm thu tại nhà máy nhà cung cấp (FAT) và thử nghiệm nghiệm thu tại hiện trường (SAT).

Cách chọn cảm biến nói chung trong nhà máy được tổng hợp trong bài “Các loại cảm biến IoT trong nhà máy 2026“. Bài viết này chỉ tập trung vào cảm biến nhiệt độ tiếp xúc dùng cho quá trình, lắp trên thiết bị, đường ống, lò, khuôn và bồn chứa.

Các loại cảm biến nhiệt độ trong nhà máy: cặp nhiệt điện và nhiệt điện trở

Cảm biến nhiệt độ tiếp xúc dùng cho quá trình chủ yếu chia thành cặp nhiệt điện và nhiệt điện trở (RTD).

Cặp nhiệt điện ghép hai loại dây kim loại khác nhau và xác định nhiệt độ từ sức điện động sinh ra do chênh lệch nhiệt độ. Theo tài liệu kỹ thuật của Graphtec, nhà sản xuất thiết bị đo, thiết bị đo nhận biết nhiệt độ tại chỗ nối nhờ chức năng bù mối nối chuẩn (bù mối nối lạnh) và từ đó xác định nhiệt độ tại mối đo. Hãng này giải thích rằng khi kéo dài cần dùng dây bù phù hợp với loại cặp nhiệt điện, và nếu có chênh lệch nhiệt độ tại chỗ nối giữa cặp nhiệt điện và dây bù thì không thể đo chính xác.

Nhiệt điện trở sử dụng tính chất điện trở của bạch kim hoặc kim loại khác thay đổi theo nhiệt độ. Đại diện tiêu biểu là nhiệt điện trở bạch kim Pt100. Theo bản xem trước chính thức của IEC 60751:2022, phạm vi áp dụng của tiêu chuẩn này là nhiệt điện trở bạch kim công nghiệp và phần tử điện trở bạch kim trong dải −200 đến +850°C.

Về cách phân biệt sử dụng, Senmatic, nhà sản xuất cảm biến của Đan Mạch, giải thích rằng nhiệt điện trở thường được dùng trong khoảng −50 đến 600°C, cặp nhiệt điện dùng được đến nhiệt độ cao hơn nữa, và nhiệt điện trở nhìn chung có độ ổn định cao hơn cặp nhiệt điện. JUMO giải thích rằng nhiệt điện trở có độ chính xác và độ phân giải cao hơn cặp nhiệt điện.

Cách chọn phía bộ điều khiển được trình bày trong bài “Chọn bộ điều khiển nhiệt độ công nghiệp: RFP, FAT và SAT“. Ngoài ra, biên dạng nhiệt trong lò hàn thuộc phạm vi bài “Quản lý biên dạng nhiệt reflow“, giám sát kho đông lạnh thuộc phạm vi bài “Triển khai hệ thống giám sát nhiệt độ kho thực phẩm đông lạnh“, và nằm ngoài phạm vi bài viết này. Các phương pháp không tiếp xúc như camera nhiệt cũng nằm ngoài phạm vi.

Cặp nhiệt điện và nhiệt điện trở (Pt100) khác nhau thế nào

Bảng dưới đây tổng hợp sự khác biệt giữa hai loại, trong phạm vi các tài liệu mà bài viết này đã xác nhận được. Thời gian đáp ứng thay đổi lớn theo kết cấu và điều kiện thử nghiệm, nên chúng tôi không so sánh đơn giản giữa các loại với nhau.

Trong bài viết này, chúng tôi cho rằng nếu nhiệt độ nằm trong dải của nhiệt điện trở và coi trọng độ chính xác, độ ổn định thì Pt100 là ứng viên, còn với nhiệt độ cao vượt dải đó thì cặp nhiệt điện là ứng viên; và với cả hai loại, chỉ riêng “cấp” không quyết định được sai số tại điểm đo.

Các loại cặp nhiệt điện và cách chọn

Theo phần tóm tắt chính thức của IEC 60584-1:2013, tiêu chuẩn này quy định hàm tham chiếu và dung sai cho các loại R, S, B, J, T, E, K, N, C và A. Ở phiên bản thứ 3, phạm vi đa thức của loại K bị giới hạn đến 1.300°C, và phụ lục C đưa ra hướng dẫn về nhiệt độ sử dụng tối đa và điều kiện môi trường cho từng loại.

Dung sai của K, J, N và T như sau. TC Direct, nhà sản xuất cặp nhiệt điện của Anh, đăng các giá trị này với tư cách là “dung sai đầu ra của dây cặp nhiệt dùng để chế tạo cảm biến” do IEC 60584-1 quy định. Tài liệu kỹ thuật của Graphtec cũng đăng giá trị của K và T theo JIS C 1602:2015, và cấp 1, cấp 2 của K và T trùng khớp giữa hai tài liệu.

Trong bảng, t là giá trị nhiệt độ (°C) không tính dấu. Tính theo công thức, cấp 1 của K là ±4,0°C ở 1.000°C (0,004×1.000), cấp 2 là ±3,75°C ở 500°C (0,0075×500) và ±9,0°C ở 1.200°C (0,0075×1.200). Tại ranh giới 375°C của cấp 1, 0,004×375 = 1,5°C, nối liền với giá trị cố định ±1,5°C. Tài liệu của Graphtec ghi rằng “cấp 1 thì đắt; thông thường cấp 2 được sử dụng”.

Khi chọn loại, cũng cần xem xét sự thay đổi trong quá trình sử dụng. Tài liệu DE18 của Tempco, nhà sản xuất Mỹ, giải thích xu hướng trôi theo từng loại như sau: K có độ trôi từ trung bình đến cao ở nhiệt độ cao; N trôi thấp hơn K và thường được chọn làm phương án thay thế ổn định cho K; J gặp vấn đề oxy hóa, gỉ và giòn hóa của sắt; T trôi thấp ở nhiệt độ thấp nhưng đồng bị oxy hóa ở nhiệt độ cao; R và S xảy ra nhiễm bẩn và phát triển hạt.

Về đi dây, cần dùng dây bù phù hợp với loại cặp nhiệt điện. IEC 60584-3:2021 quy định cách nhận biết và dung sai chế tạo của dây kéo dài và dây bù dùng cho quá trình công nghiệp, và không bao gồm dây kéo dài, dây bù dạng MI. Vì chênh lệch nhiệt độ tại chỗ nối gây sai số, Graphtec khuyến nghị, nếu xét nghiêm ngặt, dùng cầu đấu hoặc đầu nối chuyên dụng có cùng đặc tính sức nhiệt điện động.

Pt100 cấp A và cấp B, phương thức đi dây

Dung sai của Pt100 được trình bày ở đây là giá trị trong tài liệu của nhà sản xuất dựa trên IEC 60751 (bản 2008). Lapp, nhà sản xuất cáp và cảm biến, đăng các giá trị sau với tư cách là “các cấp chính xác do IEC 60751:2008 quy định”, và bài giải thích của JUMO cũng có cùng giá trị cho cấp A và cấp B. Cần lưu ý rằng dải nhiệt độ áp dụng khác nhau giữa loại dây quấn và loại màng mỏng.

t là giá trị nhiệt độ không tính dấu; giá trị ở 0°C và 100°C là giá trị do Lapp đăng. Tính theo công thức, ở 200°C cấp A là ±0,55°C và cấp B là ±1,3°C. Bản thông số kỹ thuật TM311 của Endress+Hauser (sau đây gọi là E+H) cũng ghi sai số tối đa của Pt100 cấp A trong dải −50 đến +200°C là 0,55°C, phù hợp với công thức. Theo Lapp, cấp C được cho là không phổ biến trong mạch đo công nghiệp. JUMO giải thích rằng cấp B cân bằng tốt với giá thành và phổ biến nhất trong công nghiệp, còn cấp A dùng cho các ứng dụng như nhiệt độ chất tải nhiệt trong ngành năng lượng.

Biểu đồ dưới đây được vẽ bằng cách tính dung sai của Pt100 cấp A, cấp B và cặp nhiệt điện K cấp 1, cấp 2 theo công thức, chỉ trong phạm vi dải áp dụng. Đây là dung sai của riêng cảm biến, không bao gồm sai số do lắp đặt, đi dây, bộ chuyển đổi tín hiệu và biến đổi theo thời gian.

Cũng cần chú ý đến phiên bản tiêu chuẩn. Phiên bản thứ 3 của IEC 60751 được ban hành ngày 27 tháng 1 năm 2022, thay thế bản 2008. Senmatic giải thích rằng từ năm 2008, không chỉ phần tử mà toàn bộ nhiệt kế phải đáp ứng cấp chính xác tại đầu nối, và bản 2022 cũng như vậy. Hãng này chỉ ra rằng trong các yêu cầu báo giá, thông số của bản đầu tiên năm 1983 hiện vẫn đang được dùng lại.

Có ba phương thức đi dây: 2 dây, 3 dây và 4 dây. Theo Senmatic, cấp A và AA theo tiêu chuẩn cần đi 3 dây hoặc 4 dây. Hãng này còn cho rằng với đi 3 dây trên đường dây dài, do dung sai điện trở dây dẫn nên không thể kiểm chứng cấp A, và để đáp ứng cấp A trở lên của bản 2008 thì nên đặt hàng loại 4 dây (quan điểm của hãng này). Trong bài viết này, chúng tôi cho rằng nếu chỉ định cấp A trở lên thì nên quyết định trong thông số kỹ thuật là 3 dây hay 4 dây, cùng với chiều dài đi dây.

“Cấp” không phải là sai số tại điểm đo: xem xét theo chuỗi đo

Đây là trụ cột thứ hai của bài viết. Cấp A hay cấp 1 là dung sai của phần tử, dây cặp nhiệt, hoặc của riêng nhiệt kế. Sai số của giá trị đọc được tại hiện trường còn chồng thêm các yếu tố trước và sau đó.

• Ống bảo vệ và chiều dài nhúng: theo hướng dẫn lắp đặt TM311 của E+H, nếu chiều dài nhúng quá ngắn thì nhiệt truyền qua mối nối quá trình và thành bồn sẽ gây sai số.
• Độ trễ đáp ứng: khi đặt trong ống bảo vệ, đáp ứng sẽ chậm hơn. Với TM311 của E+H, trong cùng điều kiện thử nghiệm (trong nước chảy 0,4 m/s, bước nhảy 10 K), t90 của phần tử TipSens là 1,5 giây khi tiếp xúc trực tiếp và 3 giây khi có ống bảo vệ 6 mm (4,3×20 mm). Theo Emerson, thời gian đáp ứng T90 của cách lắp ống bảo vệ truyền thống thường nằm trong khoảng 30 giây đến 3 phút (do điều kiện thử nghiệm khác với giá trị của E+H, không thể so sánh hai giá trị này với nhau).
• Thay đổi của phần tử và dây cặp nhiệt: vì sức điện động của cặp nhiệt điện không sinh ra ở đầu đo mà ở đoạn có gradient nhiệt độ, phần tóm tắt bài báo của Phòng thí nghiệm Vật lý Quốc gia Anh (NPL) cho rằng tính không đồng nhất nhiệt điện là một trong những nguồn độ không đảm bảo đo quan trọng nhất.
• Đi dây: với nhiệt điện trở là điện trở dây dẫn; với cặp nhiệt điện là dây bù, chênh lệch nhiệt độ tại chỗ nối và bù mối nối lạnh; đây đều là nguyên nhân gây sai số.
• Bộ chuyển đổi tín hiệu: sai số chuyển đổi tương tự – số được cộng thêm. Yokogawa ghi độ chính xác A/D tiêu biểu với Pt100 của YTA710 là 0,1°C, nhưng đây là giá trị của khối chuyển đổi A/D trong bộ chuyển đổi tín hiệu, không phải độ chính xác bao gồm cả cảm biến.

Với sai số phía bộ chuyển đổi tín hiệu thì có biện pháp xử lý. Yokogawa giải thích rằng mỗi nhiệt điện trở thực tế đều lệch khỏi đường cong chuẩn của IEC 60751 (trong phạm vi dung sai), và với tùy chọn CM1 có thể nhập hệ số Callendar-van Dusen (CvD) để nâng độ chính xác của hệ bộ chuyển đổi tín hiệu và cảm biến. E+H cũng giải thích rằng hãng cung cấp như một dịch vụ riêng việc “ghép cặp cảm biến – bộ chuyển đổi tín hiệu”, tức hiệu chuẩn ở ít nhất 3 nhiệt độ để xác định đặc tính thực tế rồi cài hệ số CvD vào bộ chuyển đổi tín hiệu.

Tiêu chuẩn cho cặp nhiệt điện MI là IEC 61515:2016 cũng nêu trong phần tóm tắt chính thức rằng “thông số kỹ thuật áp dụng cho sản phẩm mới khi giao hàng, không áp dụng cho sản phẩm đã qua sử dụng”. Vì vậy, chúng tôi cho rằng khi lựa chọn, cần xác định độ chính xác yêu cầu cho từng điểm đo, và nắm rõ sai số phát sinh ở đâu trong chuỗi đo thông qua thông số kỹ thuật và thử nghiệm nghiệm thu.

Lựa chọn và lắp đặt ống bảo vệ (thermowell)

Ống bảo vệ che chắn cảm biến khỏi môi chất quá trình, nhưng vì nhô vào dòng chảy nên có nguy cơ bị hư hỏng do rung động gây bởi xoáy.

Theo trang của ASME, ASME PTC 19.3 TW-2016 (được tái xác nhận năm 2025, đang hiện hành) áp dụng cho ống bảo vệ gia công từ thanh đặc, bao gồm loại lắp bằng mặt bích hàn, ren, hoặc hàn vào bồn hay đường ống. Ống bảo vệ chế tạo từ ống, có bề mặt đặc biệt như khía nhám hay gân xoắn, hoặc có mối hàn trên thân hay đầu ống (kể cả phun phủ và hàn đắp) nằm ngoài phạm vi. Phương pháp lắp đặt và kích thước tiêu chuẩn cũng nằm ngoài phạm vi.

Cách đánh giá được trình bày trong sách trắng của Emerson (tháng 3/2014). Theo hãng này, sự cố gãy do mỏi của ống bảo vệ xảy ra tại lò Monju của Nhật Bản là do cộng hưởng theo phương dòng chảy (in-line), và bản năm 1974 chưa xét đến hiện tượng này. TW-2010 đánh giá theo bốn tiêu chí: giới hạn tần số, giới hạn ứng suất động, giới hạn ứng suất tĩnh và giới hạn áp suất thủy tĩnh, đồng thời lần đầu đưa vào sử dụng số Scruton biểu thị mức giảm chấn. Ăn mòn và xói mòn vật liệu cần được xem xét riêng.

Trong bài viết này, chúng tôi cho rằng thay vì tự đánh giá các trị số như tỉ số tần số, cách thực tế là yêu cầu trong RFP nộp “bản tính toán độ bền theo ASME PTC 19.3 TW hiện hành” kèm các điều kiện làm tiền đề như vận tốc dòng chảy, áp suất, nhiệt độ và môi chất.

Về chiều dài nhúng, trong hướng dẫn lắp đặt TM311, E+H nêu rằng trên đường ống, chiều dài nhúng lý tưởng là một nửa đường kính ống. Fluke, nhà sản xuất thiết bị hiệu chuẩn, đưa ra mức tham khảo “tối thiểu 20 lần đường kính đầu dò cộng chiều dài phần cảm biến” để tránh sai số dẫn nhiệt theo trục khi hiệu chuẩn, với ví dụ đầu dò đường kính 3/16 inch, phần cảm biến 3/4 inch thì tối thiểu là 4½ inch. Cả hai đều là hướng dẫn lắp đặt của nhà sản xuất hoặc quy tắc kinh nghiệm, không phải trị số của tiêu chuẩn. Mục lục của IEC 60751:2022 có hạng mục thử nghiệm “độ sâu nhúng tối thiểu”, nhưng trị số đó chưa được xác nhận trong bài viết này.

Là phương pháp không dùng ống bảo vệ, Emerson giới thiệu Rosemount X-well Technology, tính nhiệt độ quá trình bằng thuật toán dẫn nhiệt từ nhiệt độ phía không khí bên ngoài và nhiệt độ bề mặt đường ống. Tuy nhiên, chính hãng này cho rằng yếu tố ảnh hưởng lớn nhất đến độ chính xác là chênh lệch giữa nhiệt độ quá trình và nhiệt độ không khí bên ngoài, và có thể cân nhắc dùng cho các ứng dụng điều khiển không quan trọng. Có lẽ không nên cho rằng phương pháp này luôn cho độ chính xác tương đương khi thay thế ống bảo vệ.

Trôi (drift) theo thời gian và cách nghĩ về việc thay thế

Cặp nhiệt điện, đặc biệt là cặp nhiệt điện kim loại thường, thay đổi đặc tính trong quá trình sử dụng. Theo phần tóm tắt bài báo của NPL, tính đồng nhất của dây cặp nhiệt có thể suy giảm nhanh trong quá trình sử dụng, đặc biệt ở cặp nhiệt điện kim loại thường.

Tài liệu DE18 của Tempco giải thích về loại K như sau: trong khoảng 200 đến 600°C có thể bắt đầu xuất hiện độ trôi bổ sung khoảng 1 đến 2°C; mức lớn nhất ở khoảng 400°C, và nếu làm nguội nhanh thì có thể trở thành vĩnh viễn; có thể hạn chế ảnh hưởng bằng cách giữ ở 500°C trong 3 đến 4 giờ, làm nguội chậm rồi hiệu chuẩn lại, nhưng nếu tiếp xúc với nhiệt độ trên 600°C thì sẽ trở lại trạng thái cũ. Dải nhiệt độ khác nhau tùy tài liệu, nên đây được xem là giải thích của Tempco.

Trong bài viết này, chúng tôi cho rằng ba điểm sau là thực tế để chuẩn bị cho độ trôi.

• Với cặp nhiệt điện dùng ở nhiệt độ cao, quyết định thời điểm so sánh định kỳ hoặc thay thế sau khi đã ghi lại nhiệt độ sử dụng và thời gian sử dụng.
• Với các điểm đo quan trọng, bố trí để có thể so sánh với một cảm biến khác. Theo Yokogawa, YTA710 có đầu vào kép, cho phép chuyển sang dự phòng khi cảm biến hỏng, tính giá trị trung bình và chênh lệch nhiệt độ.
• Vì tính đồng nhất của dây cặp nhiệt có thể suy giảm trong quá trình sử dụng (NPL), cần có kế hoạch phụ tùng dự phòng với tiền đề là sẽ thay thế.

Bộ chuyển đổi tín hiệu và tín hiệu: 4-20 mA, NAMUR NE43, HART, IO-Link

Khi dùng bộ chuyển đổi tín hiệu, cần quyết định trước vùng nào của tín hiệu 4-20 mA được coi là “lỗi”. NAMUR NE43 không phải là tiêu chuẩn mà là khuyến nghị của NAMUR, phân vùng dải tín hiệu 4-20 mA. Theo giải thích của ICS Schneider, công ty phân phối và hiệu chuẩn thiết bị đo của Đức, khoảng 3,8 đến 4,0 mA là vùng dưới cho phép, 4,0 đến 20,0 mA là dải đo bình thường, 20,0 đến khoảng 20,5 mA là vùng trên cho phép; lỗi downscale thường ở khoảng 3,6 mA trở xuống, lỗi upscale thường ở khoảng 21 mA trở lên.

Dòng lỗi thực tế phụ thuộc vào bộ chuyển đổi tín hiệu và cách cài đặt. ICS Schneider nêu ví dụ 3,5 mA và 21,5 mA, và giải thích rằng upscale hay downscale tốt hơn không thể quyết định một cách chung chung, mà tùy vào cách nhà máy xác định phía an toàn.

Ngoài giá trị tương tự, còn có các giao thức truyền thông cho phép chuyển trạng thái và thông tin chẩn đoán của cảm biến lên cấp trên. Theo E+H, TM311 tự động nhận biết IO-Link và 4-20 mA, và ở chế độ IO-Link gửi toàn bộ thông tin lỗi dưới dạng số. Các hãng giải thích rằng dTRANS T09 của JUMO hỗ trợ 4-20 mA hoặc IO-Link, còn YTA710 của Yokogawa hỗ trợ 4-20 mA + HART 7 và các giao thức khác. Thiết kế nghiệm thu IO-Link được trình bày trong bài “Triển khai IO-Link: tích hợp dữ liệu cảm biến và nghiệm thu“, còn việc nâng cấp thiết bị HART hiện hữu được trình bày trong bài “Triển khai Ethernet-APL“.

Thu thập vào PLC/MES và cách xử lý lỗi

Nếu lưu nhiệt độ vào hồ sơ truy xuất nguồn gốc, điều quan trọng là không ghi tín hiệu lỗi như một giá trị nhiệt độ. ICS Schneider nêu ví dụ một dây của Pt100 bị đứt và PLC hiểu là giới hạn trên 200°C, và giải thích rằng nếu chỉ đơn giản hiển thị 21,5 mA thành 200°C thì thông tin “cảm biến bị lỗi” sẽ mất đi. Hãng này cho rằng việc khớp ngưỡng phía PLC với cài đặt của bộ chuyển đổi tín hiệu, và đưa vào độ trễ ngắn (hysteresis) hoặc kiểm tra tính hợp lý theo thời gian để tránh báo động giả do nhiễu, là hữu ích.

Trong bài viết này, chúng tôi cho rằng nên quyết định trước ba điểm sau giữa PLC và MES.

• Dòng điện trong vùng lỗi được ghi là “mất dữ liệu” kèm mã trạng thái, chứ không phải giá trị nhiệt độ.
• Vùng vượt giới hạn trên và dưới của dải đo được lưu như một trạng thái riêng, tách biệt với lỗi.
• Quyết định trong các thông tin chẩn đoán lấy được qua HART hoặc IO-Link, những thông tin nào sẽ đưa vào MES.

Cách quyết định số điểm thu thập và chu kỳ từ PLC được trình bày trong bài “Thu thập dữ liệu PLC 2026“, còn phát hiện mất dữ liệu và tiêu chí nghiệm thu được trình bày trong bài “Chống thất lạc dữ liệu cảm biến nhà máy“. Nếu lưu nhiệt độ lò làm hồ sơ điều kiện xử lý nhiệt, vui lòng tham khảo thêm bài “Hệ thống ghi nhận điều kiện xử lý nhiệt“. Ngoài ra, chúng tôi không xác nhận được giá trị chuẩn của ngành về độ chi tiết lưu trữ hay thời gian lưu trữ trên MES. Nhà máy cần tự quyết định theo mục đích sử dụng.

Các nhà sản xuất chính giải thích như thế nào

Dưới đây tổng hợp thông tin công khai của các nhà sản xuất chính, theo thứ tự bảng chữ cái và chỉ về chức năng. Tất cả đều là giải thích của từng hãng, và bài viết này không khuyến nghị sản phẩm cụ thể nào. Do điều kiện thử nghiệm khác nhau, chúng tôi cũng không so sánh hơn kém giữa các trị số.

Chức năng tự hiệu chuẩn của TrustSens là chức năng dành cho ứng dụng vệ sinh tại các điểm nhiệt độ cụ thể, không có nghĩa là cảm biến nhiệt độ của lò hay khuôn không cần hiệu chuẩn. Thời gian đáp ứng cũng vậy: giá trị E+H nêu cho TM311 (trong nước chảy 0,4 m/s theo IEC 60751, bước nhảy 10 K) và “30 giây đến 3 phút khi lắp ống bảo vệ” do Emerson nêu có điều kiện khác nhau, nên không thể so sánh.

Giá thay đổi lớn tùy theo loại, cấp, ống bảo vệ (vật liệu và có hay không có tính toán độ bền), bộ chuyển đổi tín hiệu (HART/IO-Link) và phạm vi chứng chỉ hiệu chuẩn. Chúng tôi không xác nhận được giá công khai trên trang chính thức của các nhà sản xuất nêu trên, vì vậy cần lấy báo giá thông qua RFP.

Hiệu chuẩn và cách xác định chu kỳ hiệu chuẩn

Trụ cột thứ ba là hiệu chuẩn. Theo giải thích của E+H, hiệu chuẩn nhiệt kế có phương pháp dùng điểm cố định như điểm băng 0°C và phương pháp so sánh với nhiệt kế chuẩn chính xác, sử dụng bể hiệu chuẩn có phân bố nhiệt độ đồng đều, hoặc lò hiệu chuẩn có thể nhúng đủ sâu cả thiết bị cần hiệu chuẩn và nhiệt kế chuẩn. Chúng tôi cho rằng với cảm biến tại hiện trường, hiệu chuẩn so sánh với nhiệt kế chuẩn sẽ là phương pháp chính.

Chu kỳ hiệu chuẩn không phải là thứ tiêu chuẩn quyết định thay cho bạn. ISO/IEC 17025:2017 là các yêu cầu về năng lực, tính khách quan và vận hành nhất quán của phòng thử nghiệm và tổ chức hiệu chuẩn. ILAC-G24:2022/OIML D 10:2022, tài liệu hướng dẫn cách xác định khoảng thời gian hiệu chuẩn lại, nêu rằng “không có một phương pháp tốt nhất duy nhất có thể áp dụng phổ quát để xác định và điều chỉnh khoảng thời gian hiệu chuẩn lại”. Khoảng thời gian ban đầu chủ yếu được quyết định bằng đánh giá rủi ro, và các yếu tố cần xem xét bao gồm độ không đảm bảo đo yêu cầu, rủi ro vượt sai số cho phép lớn nhất, khuyến nghị của nhà sản xuất, xu hướng mài mòn và trôi, mức độ và mức khắc nghiệt của việc sử dụng, điều kiện môi trường, ảnh hưởng của đại lượng đo (ví dụ ảnh hưởng của nhiệt độ cao lên cặp nhiệt điện), tần suất và kết quả kiểm tra giữa kỳ. ICS Schneider cũng giải thích rằng DIN EN 60584 không quy định khoảng thời gian hiệu chuẩn cố định.

Tài liệu này yêu cầu lưu kết quả hiệu chuẩn thành lịch sử để làm cơ sở cho việc đánh giá khoảng thời gian trong tương lai, và có kiểm tra giữa kỳ giữa hai lần hiệu chuẩn. Tài liệu đưa ra 5 phương pháp xem xét lại, trong đó nhiệt điện trở bạch kim được nêu làm ví dụ áp dụng cho phương pháp kiểm tra trong khi sử dụng (kết hợp với phương pháp thời gian lịch).

Trong bài viết này, chúng tôi cho rằng việc quyết định chu kỳ ban đầu theo rủi ro, rồi lưu lại hồ sơ quy trình xem xét lại dựa trên lịch sử hiệu chuẩn và kiểm tra giữa kỳ, là cách thực tế để giải thích căn cứ của chu kỳ khi được đánh giá. Quản lý thời hạn được trình bày trong bài “Hệ thống quản lý hiệu chuẩn cho nhà máy tại Thái Lan“, còn đối chiếu điểm đo và độ không đảm bảo đo trên chứng chỉ được trình bày trong bài “Triển khai AI đối chiếu chứng chỉ hiệu chuẩn trong nhà máy“.

Về hạ tầng hiệu chuẩn tại Thái Lan, NIMT, viện đo lường quốc gia, có bộ phận đo nhiệt độ và quang học. NIMT đã tổ chức khóa đào tạo hiệu chuẩn cặp nhiệt điện từ ngày 28 đến 30 tháng 5 năm 2025, với nội dung bao gồm trình diễn bù mối nối lạnh, ảnh hưởng của độ nhúng, ảnh hưởng của tính không đồng nhất, và tính toán độ không đảm bảo đo. Ngoài ra, Viện Điện và Điện tử (EEI) trực thuộc Bộ Công nghiệp Thái Lan giải thích trên trang của mình rằng từ năm 2005, viện được Viện Tiêu chuẩn Công nghiệp Thái Lan (TISI) công nhận về hiệu chuẩn theo ISO/IEC 17025, và có lĩnh vực hiệu chuẩn nhiệt độ, độ ẩm.

Các hạng mục cần ghi trong RFP

Chuyển những nội dung trên thành các hạng mục của RFP (hồ sơ mời đề xuất) cho cảm biến nhiệt độ.

Chúng tôi cho rằng để tránh dùng lại thông số của phiên bản cũ, điều quan trọng là trong RFP ghi phiên bản tiêu chuẩn đi kèm với phương thức đi dây.

Những gì cần kiểm tra ở FAT/SAT

Trong bài viết này, chúng tôi đề xuất đưa các hạng mục sau vào FAT/SAT. Tiêu chí đạt do nhà máy tự quyết định theo độ chính xác yêu cầu của từng điểm đo.

• Hiệu chuẩn so sánh: đặt cạnh nhiệt kế chuẩn và so sánh giá trị tại nhiều điểm trong dải nhiệt độ sử dụng. Đồng thời kiểm tra xem các điểm đo trên chứng chỉ hiệu chuẩn có bao phủ dải nhiệt độ sử dụng hay không.
• Kiểm tra vòng (loop check): phát tín hiệu mô phỏng từ bộ chuyển đổi tín hiệu và kiểm tra xem PLC và MES có hiển thị, ghi nhận cùng một nhiệt độ hay không.
• Tín hiệu khi đứt dây, ngắn mạch: tháo dây của cảm biến, kiểm tra rằng dòng lỗi xuất ra đúng theo cài đặt, PLC và MES ghi nhận là mất dữ liệu chứ không phải nhiệt độ, và phân biệt được với vùng vượt giới hạn trên, dưới.
• Tên tag và thang đo: số hiệu điểm đo, tên tag và dải đo có khớp với bản vẽ hay không.
• Trạng thái lắp đặt: ở SAT, kiểm tra bằng quan sát và ghi chép chiều dài nhúng, việc lắp ống bảo vệ và tình trạng chỗ nối của dây bù.

Câu hỏi thường gặp

Nên chọn cặp nhiệt điện hay nhiệt điện trở?

Nếu nhiệt độ cần đo nằm trong dải của nhiệt điện trở (theo Senmatic, thường là −50 đến 600°C) và coi trọng độ chính xác, độ ổn định thì Pt100 là ứng viên; với nhiệt độ cao như trong lò thì cặp nhiệt điện là ứng viên. Với cả hai loại, độ chính xác cần được xem xét trên toàn bộ chuỗi đo.

Pt100 cấp A và cấp B khác nhau thế nào?

Theo tài liệu của nhà sản xuất dựa trên IEC 60751 (bản 2008), cấp A là ±(0,15 + 0,002·t), cấp B là ±(0,3 + 0,005·t); ở 100°C lần lượt là ±0,35°C và ±0,8°C. Dải áp dụng khác nhau theo kết cấu: cấp A với loại dây quấn là −100 đến +450°C, với loại màng mỏng là −30 đến +300°C. Theo Senmatic, cấp A và AA theo tiêu chuẩn cần đi 3 dây hoặc 4 dây.

Có nhất thiết phải dùng ống bảo vệ không?

Khi dùng ống bảo vệ, vì có nguy cơ hư hỏng do rung động gây bởi dòng chảy, cần yêu cầu bản tính toán độ bền theo ASME PTC 19.3 TW hiện hành. Cũng có phương pháp không dùng ống bảo vệ, nhưng chính Emerson xếp đó là phương pháp có thể cân nhắc cho ứng dụng điều khiển không quan trọng.

Xác định chu kỳ hiệu chuẩn cảm biến nhiệt độ như thế nào?

Không có chu kỳ do tiêu chuẩn quy định. ILAC-G24/OIML D 10:2022 cho rằng không có phương pháp tốt nhất mang tính phổ quát, và hướng dẫn quyết định khoảng thời gian ban đầu bằng đánh giá rủi ro, rồi xem xét lại dựa trên lịch sử hiệu chuẩn và kiểm tra giữa kỳ.

Khi đứt dây, PLC sẽ thấy gì?

Khi dùng bộ chuyển đổi tín hiệu, nếu cài đặt theo NE43 thì dòng lỗi sẽ là khoảng 3,6 mA trở xuống với downscale, khoảng 21 mA trở lên với upscale. Nếu quy đổi nguyên dòng lỗi sang nhiệt độ, giá trị có thể được ghi nhận như nhiệt độ giới hạn trên hoặc dưới, vì vậy cần cài đặt để vùng lỗi được xử lý là mất dữ liệu, và kiểm tra ở FAT/SAT bằng cách tháo dây.

Tổng kết

• Chúng tôi cho rằng điều cần quyết định trước khi lựa chọn cảm biến nhiệt độ công nghiệp không phải là cấp trên catalog, mà là ba điều: (1) muốn biết nhiệt độ của cái gì, trong dải nào, nhanh đến mức nào; (2) sai số trên toàn bộ chuỗi đo; (3) ghi tính toán độ bền ống bảo vệ, tín hiệu lỗi, chẩn đoán và chu kỳ hiệu chuẩn vào RFP và kiểm tra ở FAT/SAT.
• Dung sai của cặp nhiệt điện là giá trị từ các tài liệu trích dẫn IEC 60584-1/JIS C 1602:2015, và là dung sai của dây cặp nhiệt. Dung sai của Pt100 là giá trị trong tài liệu của nhà sản xuất dựa trên IEC 60751 (bản 2008), và dải áp dụng khác nhau giữa loại dây quấn và loại màng mỏng.
• Sai số tại điểm đo còn chồng thêm sai số từ ống bảo vệ, chiều dài nhúng, đi dây, bộ chuyển đổi tín hiệu và trôi theo thời gian.
• Vùng lỗi của 4-20 mA (theo NE43 là 3,6 mA trở xuống và 21,0 mA trở lên) không ghi thành nhiệt độ mà xử lý là mất dữ liệu.
• Chu kỳ hiệu chuẩn không do tiêu chuẩn quyết định, mà được xác định và ghi lại dựa trên đánh giá rủi ro, lịch sử hiệu chuẩn và kiểm tra giữa kỳ.

Ngay cả ở giai đoạn rà soát các điểm đo nhiệt độ hiện có, hay cân nhắc nên đưa điểm đo nào vào MES, quý vị cũng có thể trao đổi với TOMAS TECH. Vui lòng liên hệ tại đây.

Tài liệu tham khảo

• IEC “IEC 60584-1:2013 Thermocouples – Part 1: EMF specifications and tolerances” https://webstore.iec.ch/en/publication/2521
• IEC “IEC 60584-3:2021 Thermocouples – Part 3: Extension and compensating cables” https://webstore.iec.ch/en/publication/63754
• IEC “IEC 60751:2022 Industrial platinum resistance thermometers and platinum temperature sensors” https://webstore.iec.ch/en/publication/63753
• VDE VERLAG “IEC 60751:2022 preview PDF” https://www.vde-verlag.de/iec-normen/preview-pdf/info_iec60751%7Bed3.0%7Db.pdf
• IEC “IEC 61515:2016 Mineral insulated metal-sheathed thermocouple cables and thermocouples” https://webstore.iec.ch/en/publication/24665
• ASME “PTC 19.3 TW – Thermowells” https://www.asme.org/codes-standards/find-codes-standards/thermowells
• Emerson “White Paper: Thermowell Calculations”, tháng 3/2014 (PDF) https://www.emerson.com/documents/automation/white-paper-thermowell-calculations-rosemount-en-89838.pdf
• TC Direct “How accurate is a thermocouple?” https://tcdirect.co.uk/thermocouple-sensors/thermocouple-accuracies.aspx
• Graphtec “Hướng dẫn chọn cặp nhiệt điện: kiến thức cơ bản Vol.1” (PDF, tiếng Nhật) https://graphtec.co.jp/wp-content/uploads/Guidethermocouple_vol1.pdf
• ICS Schneider Messtechnik “Temperature Measurement According to DIN EN 60584” https://www.ics-schneider.de/temperature-measurement-according-to-din-en-60584-what-needs-to-be-considered/?lang=en
• JUMO “RTD accuracy class – PT100 according to IEC60751” https://www.jumo.group/us/en/about-us/blog/pt100-accuracy-class
• Lapp “What are the Pt100 accuracy classes?” https://fi.lappgroup.com/products/temperature-measurement-and-instrumentation/faq/what-are-the-pt100-accuracy-classes.html
• Senmatic “IEC 60751:2022 – the main points and updated tolerance classes” https://www.senmatic.com/sensors/knowledge/iec-60751-sensor-tolerance-classes
• Endress+Hauser “Technical Information iTHERM CompactLine TM311” TI01439T/02.2020 (PDF) https://portal.endress.com/wa001/dla/5001120/9062/000/01/TI01439TEN_0220.pdf
• Endress+Hauser “iTHERM TrustSens TM371” https://www.ca.endress.com/en/field-instruments-overview/temperature-measurement-thermometers-transmitters/iTHERM-TrustSens-TM371
• Pyromation “T71 Programmable Temperature Transmitter” (PDF) https://pyromation.com/Catalog/tt07.pdf
• ICS Schneider Messtechnik “Temperature Transmitter with Sensor Break: Correctly Configuring NAMUR Fault Signal” https://www.ics-schneider.de/temperaturmessumformer-bei-fuehlerbruch-namur-fehlersignal-upscale-und-downscale-richtig-parametrieren/?lang=en
• Yokogawa “YTA710 Temperature Transmitter” https://www.yokogawa.com/solutions/products-and-services/measurement/field-instruments-products/temperature-transmitters/field-mount/yta710-temperature-transmitter/
• Emerson “Rosemount X-well Technology” https://www.emerson.com/en/measurement-instrumentation/products/rosemount-x-well-technology-family
• JUMO “dTRANS T09 Cable transmitter for temperature” https://www.jumo.group/nl/en/products/productdetails/707090
• Tempco “DE18 Understanding True Thermocouple Accuracy” (PDF) https://www.tempco.com/wp-content/uploads/2026/07/DE18.ThermocoupleAccuracy.pdf
• Machin, Tucker, Pearce “A comprehensive survey of thermoelectric homogeneity of commonly used thermocouple types”, năm 2018 (NPL) https://eprintspublications.npl.co.uk/7940/
• Fluke Calibration “Stem Conduction Error” KA-03389 https://my.fluke.com/en-us/article/KA-03389
• ISO “ISO/IEC 17025:2017” https://www.iso.org/standard/66912.html
• OIML “ILAC-G24:2022 / OIML D 10:2022 Guidelines for the determination of recalibration intervals of measuring equipment” (PDF) https://www.oiml.org/en/files/pdf_d/d010-e22.pdf
• NIMT “Calibration of thermocouples and thermocouple indicators”, tháng 5/2025 (PDF) https://training.nimt.or.th/OnlineRegister/TrainingProfile/20250113-NIMT-11020-12312,12321.pdf
• NIMT “Hybrid Learning on Calibration of thermocouples and thermocouple indicators”, ngày 8 tháng 6 năm 2022 https://en.nimt.or.th/?p=6919
• Electrical and Electronics Institute “Measuring Instrument Calibration Services” https://www.thaieei.com/en/services/measuring-instrument-calibration-services/
• The Star (Reuters) “Thai August factory output rises 4.44% y/y, beats forecast”, ngày 30 tháng 9 năm 2026 https://www.thestar.com.my/business/business-news/2026/09/30/thai-august-factory-output-rises-444-yy-beats-forecast
• Trading Economics “Thailand Industrial Output Growth Beats Forecasts”, ngày 30 tháng 9 năm 2026 https://tradingeconomics.com/thailand/industrial-production/news/587981
• Trading Economics “Thailand Business Confidence Remains Subdued”, ngày 2 tháng 10 năm 2026 https://tradingeconomics.com/thailand/business-confidence/news/589079