Một phép ghi nhiệt độ nhiều kênh hỏng thường không hỏng ở phần mềm. Nó hỏng ở chỗ cặp nhiệt bị đấu ngược cực, ở chỗ PT100 chỉ nối hai dây, hoặc ở chỗ người đo tin vào con số phân giải 0,001 °C mà quên rằng sai số đo nhiệt độ là tổng của nhiều phần khác nhau. Bài này đi theo đúng thứ tự thao tác: chọn cảm biến, đấu nối, cấu hình phần mềm, chọn nhịp ghi, rồi bóc tách từng phần sai số — với hai bộ ghi phổ biến nhất của Pico Technology là bộ ghi nhiệt độ TC-08 cho cặp nhiệt và bộ ghi nhiệt độ PT-104 cho PT100/PT1000.
Nếu bạn còn đang phân vân giữa các dòng bộ ghi, phần so sánh model nằm ở bài chọn bộ ghi dữ liệu PicoLog theo tín hiệu. Ở đây giả định thiết bị đã có trên bàn và việc cần làm là ghi cho đúng.
Bốn câu hỏi phải trả lời trước khi cắm cảm biến
Trước khi chạm vào thiết bị, viết ra bốn con số. Chúng quyết định toàn bộ phần còn lại của quy trình, và bỏ qua chúng là lý do phổ biến nhất khiến một đợt ghi phải làm lại.
- Bao nhiêu điểm đo? TC-08 có 8 kênh mỗi máy, PT-104 có 4 kênh mỗi máy. PicoLog 6 chạy được tối đa 20 thiết bị cùng lúc trên một máy tính, nên trần thực tế là 160 kênh cặp nhiệt hoặc 80 kênh PT100.
- Dải nhiệt nào? Con số này chọn loại cặp nhiệt, và với PT-104 thì quyết định luôn việc PT100 có phù hợp không: dải của PT-104 là −200 đến +800 °C.
- Sai số cho phép là bao nhiêu? Nếu yêu cầu ở mức vài phần mười độ, cặp nhiệt vẫn đủ. Nếu yêu cầu ở mức phần trăm độ, cặp nhiệt không đủ dù bộ ghi có tốt đến đâu.
- Hiện tượng nhiệt diễn ra nhanh cỡ nào? Đây là con số hay bị bỏ sót nhất, và phần “chọn nhịp ghi” bên dưới nói kỹ vì sao.
Bước 1 — Chọn loại cặp nhiệt cho TC-08
TC-08 hỗ trợ tám loại cặp nhiệt: B, E, J, K, N, R, S, T. Ghép lại, chúng phủ từ −270 đến 1820 °C, nhưng không loại nào phủ hết một mình, và mỗi loại có một đoạn riêng mà thiết bị đạt phân giải 0,025 °C.
Cách đọc biểu đồ này khi đang chuẩn bị phép đo rất đơn giản. Trước hết, loại cặp nhiệt phải phủ hết dải nhiệt của bạn, kể cả những đoạn chỉ xuất hiện lúc quá độ — lò nguội qua đêm hay tủ sấy chạy quá đà đều nằm trong dải cần phủ. Sau đó, kiểm tra xem điểm làm việc chính có rơi vào đoạn màu đậm hay không.
Loại K là lựa chọn mặc định hợp lý cho phần lớn phép đo công nghiệp: phủ −270 đến 1370 °C và đạt phân giải 0,025 °C trên toàn dải. Loại T hẹp hơn nhiều, chỉ tới 400 °C, nhưng đó là loại quen thuộc trong đo lạnh và đo nhiệt độ thấp. Ở đầu kia, loại B lên tới 1820 °C nhưng chỉ đạt phân giải 0,025 °C từ 600 °C trở lên, nên dùng nó để theo dõi một lò nung ở 300 °C là chọn sai công cụ.
Lưu ý rằng phân giải và sai số là hai chuyện khác nhau. Phân giải 0,025 °C nói rằng thiết bị phân biệt được thay đổi nhỏ cỡ đó; nó không nói phép đo đúng tới mức đó. Phần sai số nằm ở mục riêng bên dưới.
Bước 2 — Đấu cặp nhiệt vào TC-08 đúng cực tính
TC-08 dùng đầu nối cặp nhiệt loại miniature, kiểu đầu dẹt hai chân lệch bề rộng. Chính chi tiết lệch bề rộng đó là cơ chế chống cắm ngược: đầu nối chỉ vào được theo một chiều. Nhưng nó chỉ bảo vệ ở đầu cắm vào thiết bị, không bảo vệ ở chỗ bạn bấm dây vào đầu nối. Nếu tự bấm đầu nối, kiểm lại cực tính trước khi cắm — dấu hiệu điển hình của việc đấu ngược là số đọc chạy ngược chiều với thực tế khi bạn hơ nóng đầu đo.
Bốn ràng buộc điện của ngõ vào TC-08 nên nhớ khi bố trí hiện trường:
- Dải áp vào ±70 mV, trở kháng vào 2 MΩ.
- Điện áp common-mode tối đa ±7,5 V. Đây là ràng buộc hay bị vi phạm khi gắn cặp nhiệt lên vật thể có điện thế — vỏ động cơ, thanh cái, phần tử gia nhiệt.
- Bảo vệ quá áp ±30 V.
- Độ chính xác công bố chỉ đúng khi bản thân thiết bị nằm trong khoảng 20 đến 30 °C. Để bộ ghi cạnh lò rồi trông chờ sai số công bố là mâu thuẫn tự thân.
Nếu đầu đo phải đặt xa, dùng dây bù đúng loại cặp nhiệt chứ không dùng dây đồng. Mối nối giữa hai kim loại khác nhau tạo thêm một cặp nhiệt ký sinh; nối bằng dây đồng thường là cách tạo ra một sai số vài độ mà không để lại dấu vết gì trong dữ liệu.
Kênh bù đầu lạnh dùng được như một kênh đo
TC-08 có mạch bù đầu lạnh tích hợp, và mạch này bật lên được như kênh thứ chín để đo nhiệt độ môi trường quanh thiết bị. Đây là kênh rẻ nhất mà bạn có thể bật: nó cho biết nhiệt độ ngay tại dãy đầu nối của máy, tức là dữ liệu cần thiết để giải thích về sau khi số liệu trôi theo giờ trong ngày. Nếu mọi kênh đều dùng để đo điện áp thay vì nhiệt độ, tắt bù đầu lạnh đi được và vòng quét ngắn lại 100 ms.
Bước 3 — Đấu PT100 bốn dây vào PT-104
PT-104 nhận cảm biến hai, ba hoặc bốn dây qua đầu nối mini-DIN bốn chân, và Pico khuyến nghị cảm biến PT100 bốn dây cho phép đo chính xác. Lý do thuần vật lý: cảm biến điện trở được đọc bằng cách cho dòng chạy qua và đo áp rơi, nên điện trở của chính dây dẫn cộng thẳng vào kết quả. Kiểu bốn dây tách đường cấp dòng khỏi đường đo áp, nên điện trở dây gần như bị loại khỏi phép đo.
Con số làm rõ vấn đề: PT-104 có phân giải 0,001 °C và sai số thiết bị ở mức phần trăm độ. Với PT100, điện trở của cảm biến ở mức hàng trăm ohm, nên điện trở của vài mét dây đồng là một phần không bỏ qua được so với mức sai số phần trăm độ mà thiết bị hướng tới. Nói cách khác, đấu hai dây làm mất phần lớn lợi thế mà bạn đã trả tiền để có.
PT-104 cũng đo điện trở trực tiếp trên hai dải: 0–375 Ω và 0–10 kΩ. Thiết bị được hiệu chuẩn cho dải 0–375 Ω, nên khi cần số liệu điện trở đáng tin thì dùng dải đó. Thời gian chuyển đổi là 720 ms mỗi kênh, và đầu vào chịu quá áp ±30 V.
Bước 4 — Cấu hình phép ghi trong PicoLog 6
PicoLog 6 miễn phí và chạy trên Windows, macOS, Linux và Raspberry Pi OS. Thứ tự thao tác cho một phép ghi nhiều điểm:
- Cắm thiết bị và đợi nhận dạng. Cả TC-08 và PT-104 đều lấy nguồn từ cổng USB, không cần nguồn ngoài. Riêng PT-104 còn có cổng Ethernet với PoE; lưu ý kết nối Ethernet trong PicoLog 6 chỉ hỗ trợ trên Windows.
- Bật đúng những kênh cần dùng. Kênh thừa không chỉ làm rối đồ thị, nó kéo dài vòng quét — mỗi kênh bật thêm là 100 ms với TC-08 và 720 ms với PT-104.
- Khai báo loại cảm biến cho từng kênh. Với TC-08 là loại cặp nhiệt (K, J, T…); với PT-104 là PT100 hay PT1000 và số dây. Khai sai loại cặp nhiệt cho ra một đường cong trông vẫn hợp lý nhưng lệch có hệ thống — lỗi khó phát hiện nhất trong nhóm này.
- Đặt tên kênh theo vị trí vật lý. “Đầu vào bộ trao đổi nhiệt” hữu ích hơn “Kênh 3” rất nhiều khi mở lại file sau vài tuần.
- Chọn nhịp lấy mẫu và thời lượng ghi theo mục kế tiếp.
- Ghi thử vài phút và xem đồ thị trước khi chạy thật. Đây là lúc rẻ nhất để phát hiện kênh đấu ngược hoặc cảm biến gá lỏng.
Bước 5 — Chọn nhịp ghi theo quán tính nhiệt, không theo khả năng thiết bị
Bộ ghi nhiệt độ độ phân giải cao đọc từng kênh tuần tự, nên nhịp nhanh nhất có thể đạt được bị chặn dưới bởi số kênh bật. Với TC-08 bật cả 8 kênh cộng bù đầu lạnh, một vòng quét là 9 × 100 ms = 900 ms. Với PT-104 bật cả 4 kênh, một vòng là 4 × 720 ms = 2,88 giây. Đó là sàn, không phải mục tiêu.
Điều đáng nói là với phần lớn phép đo nhiệt, sàn này không phải ràng buộc thật. Một đầu đo có vỏ bọc gắn trên khối kim loại có hằng số thời gian tính bằng chục giây; ghi nó mỗi giây không tạo ra thông tin mới, chỉ tạo ra file lớn hơn. Ngược lại, một cặp nhiệt đầu trần gắn trên linh kiện nhỏ phản ứng nhanh hơn nhiều, và lúc đó vòng quét 2,88 giây của PT-104 có thể bỏ sót đỉnh nhiệt.
Cách chọn thực dụng: ước lượng thời gian để đối tượng đi hết phần lớn một bước thay đổi nhiệt, rồi lấy nhịp ghi khoảng một phần năm tới một phần mười con số đó. Nếu nhịp cần thiết nhanh hơn sàn của thiết bị, giải pháp không phải là ép thiết bị mà là giảm số kênh, hoặc chia tải sang máy thứ hai — cả TC-08 lẫn PT-104 đều chạy nhiều máy song song trên một PC. Góc nhìn thiết bị của con số này được nói kỹ hơn trong bài chọn bộ ghi dữ liệu PicoLog.
Bóc tách sai số đo nhiệt độ: bốn phần cộng lại
Đây là phần bị rút gọn nhiều nhất trong thực tế, và cũng là phần khiến hai phép đo cùng một vật cho hai kết quả khác nhau. Sai số cuối cùng gồm bốn phần, và datasheet của bộ ghi chỉ nói về phần đầu tiên.
Phần 1 — bộ ghi. TC-08 công bố ±(0,2% số đọc + 0,5 °C), PT-104 công bố ±(0,015 °C + 0,01% số đọc) ở 23 ±2 °C. Vì cả hai đều có một thành phần tỉ lệ với số đọc, sai số lớn dần theo nhiệt độ: ở 100 °C, TC-08 cho ±0,7 °C còn PT-104 cho ±0,025 °C; ở 800 °C, TC-08 cho ±2,1 °C còn PT-104 cho ±0,095 °C. Khoảng cách giữa hai con đường này là khoảng 28 lần ở 100 °C và 22 lần ở 800 °C.
Phần 2 — cảm biến. Dung sai của chính cặp nhiệt hay PT100 là một con số độc lập, lấy từ chứng chỉ hoặc tài liệu của cảm biến, không suy ra được từ datasheet bộ ghi. Với cặp nhiệt, phần này thường lớn hơn phần thiết bị, nên thay bộ ghi tốt hơn mà giữ nguyên cảm biến rẻ tiền hiếm khi cải thiện được kết quả.
Phần 3 — lắp đặt. Đầu đo gá lỏng, độ sâu nhúng không đủ, hoặc dẫn nhiệt dọc theo dây ra môi trường đều kéo số đọc lệch về phía nhiệt độ môi trường. Sai số này không nằm trong bất kỳ datasheet nào và thường lớn hơn cả hai phần trên cộng lại.
Phần 4 — môi trường của bản thân thiết bị. Cả hai bộ ghi chỉ đạt độ chính xác công bố khi thiết bị nằm trong khoảng 20 đến 30 °C. PT-104 còn có hệ số nhiệt 5 ppm/°C, tức là hiệu ứng nhỏ nhưng đo được khi phòng đặt máy trôi nhiệt độ.
Kết luận thực dụng: nếu yêu cầu của bạn là vài phần mười độ, hãy tập trung vào phần 2 và phần 3 — đó là nơi sai số thật sự nằm. Nếu yêu cầu là vài phần trăm độ, cặp nhiệt không đưa bạn tới đó, và bài toán chuyển sang PT100 bốn dây.
Nhiễu, vòng lặp đất và những gì thiết bị chịu được
Ghi nhiệt độ ở hiện trường nghĩa là ghi ở nơi có động cơ, biến tần và dây nguồn. Vài nguyên tắc bám sát đúng thông số đã công bố:
- Tôn trọng giới hạn common-mode ±7,5 V của TC-08. Cặp nhiệt đầu trần chạm vào vật thể mang điện thế là cách nhanh nhất vượt giới hạn này. Khi nghi ngờ, dùng đầu đo có vỏ cách điện.
- Đi dây cảm biến tách khỏi dây nguồn và tránh chạy song song đường dài; cắt ngang vuông góc khi buộc phải giao nhau.
- Chỉ nối đất màn chắn ở một đầu để không tạo thành vòng kín.
- Kéo dài thời gian chuyển đổi khi cần. Với PT-104, 720 ms mỗi kênh vốn đã dài và kèm bộ lọc — nhiễu RMS sau lọc là 0,01 °C.
Nếu tín hiệu vẫn nhiễu sau những bước này, vấn đề gần như luôn nằm ở đường dây và cách gá, không nằm ở bộ ghi.
Kiểm chứng trước khi tin vào số liệu
Ba phép kiểm nhanh, làm trước mỗi đợt ghi quan trọng, bắt được phần lớn lỗi:
- Kiểm điểm băng tan. Nhúng đầu đo vào hỗn hợp nước đá đang tan, khuấy đều, đọc giá trị. Con số phải bám quanh 0 °C trong phạm vi sai số đã cộng ở trên. Đây là phép kiểm tại chỗ làm được ngay mà không cần thiết bị chuẩn.
- Đặt hai cảm biến cạnh nhau. Gá hai kênh vào cùng một điểm rồi so. Chúng không cần trùng khít, nhưng chênh lệch phải nhỏ hơn tổng sai số dự kiến. Chênh lớn hơn nghĩa là có một kênh sai loại cảm biến hoặc gá lỏng.
- Bật kênh bù đầu lạnh của TC-08. Nếu nó đọc ra một giá trị vô lý so với nhiệt độ phòng, thiết bị đang đặt ở chỗ quá nóng và độ chính xác công bố không còn hiệu lực.
Ba sai lệch hay gặp khi ghi nhiều điểm
Nhầm phân giải với độ chính xác. Con số 0,001 °C của PT-104 là bước phân giải, còn độ chính xác là ±(0,015 °C + 0,01% số đọc). Ghi báo cáo tới ba chữ số sau dấu phẩy rồi kết luận theo chữ số cuối là đọc quá sâu vào nhiễu.
Coi một điểm đo là đại diện cho cả vật thể. Lý do người ta mua bộ ghi nhiều kênh là vì một vật thể có gradient nhiệt. Gắn một cặp nhiệt lên tủ sấy rồi tuyên bố nhiệt độ tủ là một phép ngoại suy, không phải phép đo. Khi có 8 kênh, hãy dùng chúng để lập bản đồ, không phải để đo lặp lại cùng một chỗ.
Đổi cấu hình giữa chừng đợt ghi. Bật thêm kênh làm đổi thời gian một vòng quét, tức là đổi luôn trục thời gian của dữ liệu. Nếu cần đổi, kết thúc file hiện tại và mở file mới.
Các model trong dòng PicoLog
Hai thiết bị nói trong bài nằm trong một dòng rộng hơn. Danh sách đầy đủ, kèm việc mỗi máy sinh ra để làm:
- PicoLog TC-08 — 8 kênh cặp nhiệt, tám loại B/E/J/K/N/R/S/T, bù đầu lạnh tích hợp.
- PicoLog PT-104 — 4 kênh PT100/PT1000, hai đến bốn dây, dải −200 đến +800 °C.
- PicoLog 1012 — 12 kênh điện áp, 10 bit, ngõ ra số D0–D1.
- PicoLog 1216 — 16 kênh điện áp, 12 bit, bốn ngõ ra số và một ngõ PWM.
- Pico ADC-20 — 20 bit, 4 kênh vi sai hoặc 8 kênh đơn cực, hai dải ±1250 và ±2500 mV.
- Pico ADC-24 — 24 bit, 8 kênh vi sai hoặc 16 đơn cực, bảy dải xuống tới ±39 mV.
- PicoLog CM3 — 3 kênh dòng AC qua kìm TA138, USB và Ethernet PoE.
- Pico MT03A — đo điện trở nhỏ tới 5 Ω, phân giải 10 µΩ, kiểm tra cuộn dây và tiếp địa.
Với phép đo nhiệt độ, chỉ hai máy đầu tiên là ứng viên trực tiếp. Các máy còn lại vào cuộc khi tín hiệu cần ghi không phải nhiệt độ, hoặc khi cảm biến của bạn xuất ra điện áp và bạn tự quy đổi.
Hiệu chuẩn định kỳ và giới hạn của phép tự kiểm
Phép kiểm điểm băng tan xác nhận hệ thống không sai thô, nhưng nó không thay được hiệu chuẩn. Pico khuyến nghị hiệu chuẩn lại PT-104 hằng năm; điện trở chuẩn của máy được lưu trong EEPROM nên việc hiệu chuẩn giữ nguyên trong máy. Với cặp nhiệt, bản thân đầu đo lão hoá theo thời gian và theo số chu kỳ nhiệt, nên lịch thay cảm biến cũng cần nằm trong kế hoạch.
Techmaster vận hành phòng hiệu chuẩn theo ISO/IEC 17025 cho thiết bị đo lường, và toàn bộ dòng sản phẩm Pico Technology được giới thiệu tại trang Pico Technology. Khi số kênh vượt quá vài chục điểm hoặc phép đo cần trộn nhiệt độ với điện áp và dòng trong cùng một khung thời gian, bài toán chuyển sang hệ thu thập dữ liệu để bàn — chủ đề được bàn trong bài so sánh hệ thu thập dữ liệu Keysight 34972A.
Câu hỏi thường gặp
TC-08 ghi được bao nhiêu kênh nhiệt độ cùng lúc?
Tám kênh trên mỗi máy. PicoLog 6 chạy tối đa 20 thiết bị trên một máy tính, nên trần là 160 kênh cặp nhiệt. Mỗi kênh bật thêm kéo dài vòng quét thêm 100 ms.
Khi nào nên dùng PT-104 thay cho TC-08?
Khi yêu cầu sai số ở mức phần trăm độ thay vì phần mười độ, và khi dải nhiệt nằm trong −200 đến +800 °C. Ở 100 °C, sai số thiết bị của PT-104 là ±0,025 °C so với ±0,7 °C của TC-08.
PT100 hai dây có dùng được với PT-104 không?
Dùng được, PT-104 nhận cảm biến hai, ba và bốn dây. Nhưng điện trở dây cộng thẳng vào kết quả, nên Pico khuyến nghị PT100 bốn dây cho phép đo chính xác.
Vì sao hai kênh gắn cạnh nhau lại đọc khác nhau?
Thường là do lắp đặt chứ không do thiết bị: độ sâu nhúng khác nhau, một đầu gá lỏng, hoặc dẫn nhiệt dọc dây. Kiểm tra bằng cách đổi chỗ hai cảm biến — nếu chênh lệch đi theo vị trí thì nguyên nhân là cách gá.
Có cần hiệu chuẩn bộ ghi nhiệt độ hằng năm không?
Pico khuyến nghị hiệu chuẩn lại PT-104 hằng năm. Ngoài ra, cặp nhiệt lão hoá theo chu kỳ nhiệt nên cần có lịch thay cảm biến riêng, độc lập với lịch hiệu chuẩn thiết bị.
