Cảm biến nhiệt là gì?

1. Cảm biến nhiệt là gì?

Hình 1: Cảm biến nhiệt

Cảm biến nhiệt độ là một thiết bị dùng để cảm nhận lượng nhiệt tại khu vực cần đo. Mục đích sử dụng cảm biến nhiệt độ chính là báo cho người dùng biết lượng nhiệt hiện tại trong khu vực cần đo là bao nhiêu.

2. Nguyên lý hoạt động và phân loại cảm biến nhiệt

A. Cặp nhiệt điện (Thermocouple):

Hình 2: Cặp nhiệt điện

- Cấu tạo của cảm biến nhiệt độ: Gồm 2 chất liệu kim loại khác nhau, hàn dính một đầu.
- Nguyên lý cảm biến nhiệt độ: Nhiệt độ thay đổi cho ra sức điện động thay đổi ( mV).
- Ưu điểm: Bền, đo nhiệt độ cao.
- Khuyết điểm: Nhiều yếu tố ảnh hưởng làm sai số. Độ nhạy không cao.
- Thường dùng: Lò nhiệt, môi trường khắt nghiệt, đo nhiệt nhớt máy nén,…
- Dải đo: -100 ~ 1400^oC

+ Đồng thời khi lắp đặt sử dụng loại Cặp nhiệt điện thì cần chú ý tới những điểm sau đây:
- Dây nối từ đầu đo đến bộ điều khiển càng ngắn càng tốt (vì tín hiệu truyền đi dưới dạng điện áp mV nên nếu dây dài sẽ dẫn đến sai số nhiều).
- Thực hiện việc cài đặt giá trị bù nhiệt (Offset) để bù lại tổn thất mất mát trên đường dây. Giá trị Offset lớn hay nhỏ tùy thuộc vào độ dài, chất liệu dây và môi trường lắp đặt.
- Không để các đầu dây nối của Cặp nhiệt điện tiếp xúc với môi trường cần đo.
- Đấu nối đúng chiều âm, dương cho Cặp nhiệt điện.

B. Nhiệt điện trở (Resitance temperature detector –RTD)

Hình 3: Điện trở nhiệt

- Cấu tạo của RTD gồm có dây kim loại làm từ: Đồng, Nikel, Platinum,…được quấn tùy theo hình dáng của đầu đo.
- Nguyên lí hoạt động: Khi nhiệt độ thay đổi điện trở giữa hai đầu dây kim loại này sẽ thay đổi, và tùy chất liệu kim loại sẽ có độ tuyến tính trong một khoảng nhiệt độ nhất định.
- Ưu điểm cảm biến nhiệt độ: độ chính xác cao hơn Cặp nhiệt điện, dễ sử dụng hơn, chiều dài dây không hạn chế.
- Khuyết điểm: Dải đo bé hơn Cặp nhiệt điện, giá thành cao hơn Cặp nhiệt điện
- Dải đo: -200~700^oC

- RTD thường có loại 2 dây, 3 dây và 4 dây. Loại 4 dây cho kết quả đo chính xác nhất.

C. Điện trở oxit kim loại (Thermistor)

Hình 4: Điện trở oxi kim loại

- Cấu tạo: Làm từ hổn hợp các oxid kim loại: mangan, nickel, cobalt,…

- Nguyên lý: Thay đổi điện trở khi nhiệt độ thay đổi.

- Ưu điểm: Bền, rẻ tiền, dễ chế tạo.

- Khuyết điểm: Dãy tuyến tính hẹp.

- Dải đo: 50^o

- Cảm biến nhiệt độ có hai loại thermistor: Hệ số nhiệt dương PTC- điện trở tăng theo nhiệt độ; Hệ số nhiệt âm NTC – điện trở giảm theo nhiệt độ. Thường dùng nhất là loại NTC.

D. Cảm biến nhiệt bán dẫn

Hình 5: Cảm biến nhiệt bán dẫn

- Cấu tạo cảm biến nhiệt độ: Làm từ các loại chất bán dẫn.

- Nguyên lý cảm biến nhiệt: Sự phân cực của các chất bán dẫn bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ.

- Ưu điểm cảm biến nhiệt: Rẻ tiền, dễ chế tạo, độ nhạy cao, chống nhiễu tốt, mạch xử lý đơn giản.

- Khuyết điểm: Không chịu nhiệt độ cao, kém bền.

- Dải đo: -50 ~ 150^oC

- Cảm biến nhiệt các loại bán dẫn điển hình: kiểu diod, các kiểu IC LM35, LM335, LM45

F. Nhiệt kế bức xạ (Hay hỏa kế)

Hình 6: Nhiệt kế bức xạ

- Cấu tạo: Làm từ mạch điện tử, quang học.
- Nguyên lý: Đo tính chất bức xạ năng lượng của môi trường mang nhiệt.
- Ưu điểm: Dùng trong môi trường khắc nghiệt, không cần tiếp xúc với môi trường đo.
- Khuyết điểm: Độ chính xác không cao, đắt tiền.
- Ứng dụng: Làm các thiết bị đo cho lò nung.
- Dải đo: -97 ~ 1800 ^oC