CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ LÀ GÌ?

CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ LÀ GÌ?

CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ LÀ GÌ?
Hi vọng với bài viết trên được tổng hợp và dịch bởi Cty Thiết bị công nghiệp Việt Nhật, sẽ giúp bạn đọc hiểu được các khái niệm :
• Cảm biến nhiệt độ là gì
• Các loại cảm biến nhiệt độ
• Nguyên lý hoạt động của các loại cảm biến

Cảm biến nhiệt độ là gì?
Trong cuộc sống hàng ngày và trong các ngành công nghiệp khác nhau, có rất nhiều ứng dụng cần phải biết nhiệt độ của môi trường, lò hơi, lò xấy, bên trong lò phản ứng, cuộn dây của máy điện, v.v. Bằng cách sử dụng cảm biến nhiệt độ chúng ta có thể biết được nhiệt độ chính xác ở những nơi cần đo.
Công nghệ cảm biến nhiệt độ (Temperature Sensor Technologies)
Trong quá trình phát triển, chúng ta đã phát minh ra các công nghệ khác nhau để đo nhiệt độ trong các ứng dụng cụ thể khác nhau. Các công nghệ khác nhau với kỹ thuật đo khác nhau cho từng trường hợp cụ thể và không có cách duy nhất nào được sử dụng cho tất cả các ứng dụng.
Những công nghệ phổ biến bạn từng đã nghe thấy như RTD, cặp nhiệt đện, bộ cảm ứng nhiệt điện tử, các loại bán dẫn,

Thiết bị chuyển đổi nhiệt độ (Temperature Transmitter)
• Thiết bị chuyển đổi nhiệt độ hay còn gọi là Bộ chuyển đổi nhiệt độ là gì? và ý nghĩa của Bộ truyền nhiệt độ.
• Nói chung,Bộ chuyển đổi nhiệt độ là một cảm biến hoặc đầu dò là một thiết bị vật lý có khả năng biến đổi một loại giá trị vật lý thành loại tín hiệu thông dụng. cụ thể ở đây là chuyển đổi nhiệt độ thành tín hiệu điện
• các giá trị như : Nhiệt độ, áp suất, lưu lượng, v.v., là một giá trị vật lý và hiện thực, chúng là đặc điểm vật lý của thế giới thực của chúng ta. Với công nghệ hiện đại và vì những tiến bộ của công nghệ điện trong thế kỷ qua, chúng ta muốn biến đổi mọi giá trị vật lý có thể đo thành tín hiệu điện và cảm biến nhiệt độ là một thiết bị sẽ biến Nhiệt độ thành tín hiệu điện, cho dù tín hiệu này có nhỏ đến đâu thì vẫn có thể cho ra tín hiệu cụ thể !


• Việc chuyển đổi Nhiệt độ cơ bản thành tín hiệu điện tử thành công có thể xem là một bước tiến lớn trong ngành công nghệ đo lường của nhân loại
• Dựa trên các công nghệ cảm biến khác nhau, tín hiệu này có thể có phạm vi khác nhau và đối với các ứng dụng công nghiệp, chúng ta cần giới hạn tín hiệu của mình đối với một số phạm vi tín hiệu điện tử được chấp nhận phổ biến trên toàn thế giới.
Một số các tín hiệu điện được chấp nhận trên toàn cầu là:
• Bốn đến hai mươi milliamp (4-20 mA)
• Một đến năm volt (1-5 V)
• Không đến mười volt (0-10 V)
Một “bộ chuyển đổi Nhiệt độ ” là một thiết bị mà biến đổi đầu ra rất nhỏ của một “đầu dò nhiệt độ” đến một trong các phạm vi tín hiệu tiêu chuẩn.

Các công nghệ đầu dò nhiệt độ khác nhau :
Nhiệt kế điện trở (RTD – Resistance Temperature Detectors )
• Nhiệt kế điện trở RTD hoặc “thiết bị Nhiệt kế điện trở” là một thiết bị có điện trở thay đổi theo nhiệt độ.
• Nhiệt kế điện trở RTD là một thiết bị thụ động nên cần phải sử dụng một dòng điện bên ngoài cung cấp cho nó và sau đó ta có thể đo được điện áp trên nó. Điện áp này là một dấu hiệu phát hiện nhiệt độ đang ở giá trị nào tương ứng
• Khi nói đến một thiết bị được coi là thụ động, có nghĩa là thiết bị đó cần cấp nguồn bên ngoài (hoặc điện áp).
Một lượng lớn dòng điện bên ngoài có thể gây ra sự tiêu hao năng lượng trong điện trở của RTD và dẫn đến nhiệt dư thừa, vì vậy để tránh loại lỗi này, dòng điện nên được giữ ở mức tối thiểu.
• Sơ đồ nối dây này cho thấy ứng dụng đơn giản nhất của RTD, được gọi là cấu hình hai dây.
• Để có thể cho tín hiệu chính xác hơn chúng ta có thể dùng cấu hình 3 dây hoặc 4 dây.
• Trong thực tế, khoảng cách giữa điểm cảm biến nhiệt độ và hệ thống đo lường có hệ thống dây điện và vì hệ thống dây điện đều có điện trở riêng, đây là một trong số gây ra lỗi đo lường! Các giải pháp Ba dây (3 dây) và Bốn dây (4 dây) được phát triển để loại bỏ lỗi này.

Một trong những RTD phổ biến nhất là Này PT100, bao gồm một màng bạch kim mỏng trên màng nhựa và cho thấy mức trở kháng 100Ω ở 32 ° F. Điện trở của nó thay đổi theo nhiệt độ và nó thường có thể đo nhiệt độ từ -330 đến 1560 ° F.
Mối quan hệ giữa điện trở và nhiệt độ của PT100 tương đối tuyến tính.

PT100 chỉ là một ví dụ về RTD bạch kim và bạn có thể tìm thấy các loại RTD khác nhau phù hợp cho các ứng dụng khác nhau như Đồng, Niken, Niken-Sắt, v.v. trong ngành công nghiệp.
Điện trở nhiệt (Thermistors)
Nhiệt điện trở là điện trở phụ thuộc nhiệt độ và được sử dụng rộng rãi trong các mục đích công nghiệp như:
• Bảo vệ quá dòng
• Điều chỉnh nhiệt độ
• giới hạn dòng điện

• Nhiệt điện trở có thể là NTC hoặc PTC.
• Trong nhiệt điện trở NTC (Hệ số nhiệt độ âm), điện trở giảm khi nhiệt độ tăng. NTC thường được sử dụng làm bộ hạn chế dòng.
• Với nhiệt điện trở PTC (Hệ số nhiệt độ dương), điện trở tăng khi nhiệt độ tăng. Nhiệt điện trở PTC thường được sử dụng như bảo vệ quá dòng và trong các cầu chì có thể đặt lại.

Cặp nhiệt điện (Thermocouples)
Cặp nhiệt điện hay còn gọi đơn giản là TC liên kết bao gồm một cặp dây không giống nhau được nối với nhau, tạo thành điểm cảm nhận của hoặc hoặc mối nối. Dựa trên các đặc tính vật lý gọi là Hiệu ứng nhiệt điện, khi điểm giao nhau này được đặt ở các nhiệt độ khác nhau, các tín hiệu millivolt khác nhau được tạo ra có thể được hiểu là một tín hiệu của nhiệt độ.

• So với RTD, cặp nhiệt điện tự cấp nguồn và không yêu cầu nguồn kích thích bên ngoài.
• Cặp nhiệt điện thường được sử dụng cho lò nung, buồng đốt Gas Turbine, ống xả nhiệt độ cao, v.v.
• Hạn chế chính của cặp nhiệt điện là độ chính xác của thiết bị nhận nên đây không phải là giải pháp tốt nhất cho các ứng dụng cần độ chính xác cao.

• Ngoài ra, cặp nhiệt điện cần một điểm đo tham chiếu có tên là Cold Junction.
• Các mối nối cặp nhiệt điện thường tiếp xúc với môi trường khắc nghiệt, trong khi mối nối lạnh thường được gắn gần vị trí thiết bị.

Dựa trên phạm vi đo nhiệt độ của thang đo độ nhạy, độ nhạy cảm của độ nhạy và một số yếu tố khác trong mỗi ứng dụng, có sẵn các loại cặp nhiệt điện khác nhau, ví dụ E, J, K, M, N, T, v.v.
• Chẳng hạn, Kiểu J được tạo thành từ sự kết hợp của Sắt Iron-Constantan, với phạm vi từ −40 ° F đến + 1380 ° F và độ nhạy khoảng 27.8 BìnhV / ° F.
• Trong khi kiểu K (Chromel-Alumel) là một trong những cặp nhiệt điện thông dụng phổ biến nhất với độ nhạy khoảng 22,8 ThayV / ° F.
• Loại K là không tốn kém và nhiều loại đầu dò có sẵn trong phạm vi hoạt động từ − 330 ° F đến + 2460 ° F.

Do chức năng của cặp nhiệt điện dựa trên Hiệu ứng nhiệt điện trong các loại dây dẫn khác nhau, khi vị trí của cặp nhiệt điện khác xa với dụng cụ đo lường (ví dụ bộ chuyển đổi điện), nên sử dụng loại dây dẫn thích hợp cho mục đích mở rộng. Mặt khác, tín hiệu nhỏ được tạo ra bởi cặp nhiệt điện sẽ được thêm một số lỗi tại điểm mà dây cặp nhiệt điện được kết nối với dây mở rộng!
Cảm biến nhiệt độ bán dẫn (Semiconductor Temperature Sensors)
• Cảm biến nhiệt độ bán dẫn của bộ phận điện tử dựa trên nguyên lý là điện áp tiếp giáp trên một tổ hợp chất bán dẫn pn, như một tiếp giáp diode hoặc tiếp giáp cơ sở phát điện của các bóng bán dẫn thông thường, là một hàm của nhiệt độ.
• Công nghệ này được sử dụng rộng rãi trong các thiết bị điện tử và công nghệ vi mạch.
• Đặc tính tuyến tính, kích thước nhỏ và chi phí thấp là những lợi thế của công nghệ này, nhưng cần lưu ý rằng phạm vi giới hạn trong khoảng -40 ° F đến 248 ° F làm cho nó phù hợp cho các ứng dụng cụ thể.
So sánh giữa các cảm biến nhiệt độ
• Để kết thúc bài viết này, việc so sánh giữa các loại công nghệ cảm biến nhiệt độ khác nhau là một nhiệm vụ chủ yếu.
• Ví dụ: nếu độ chính xác của được coi là chỉ số hiệu suất chính, thông thường RTD sẽ tốt hơn Cặp nhiệt điện; chính xác hơn khoảng 10 lần.
• Từ quan điểm của độ nhạy cảm, điểm quan sát, trong khi cả RTD và cặp nhiệt điện phản ứng nhanh với sự thay đổi nhiệt độ, với chi phí tương tự, cặp nhiệt điện thường đo nhanh hơn.
• Nếu ta phải đo nhiệt độ PCB và / hoặc IC điện tử, các loại dựa trên silicon là lựa chọn tốt nhất.
• Ngoài ra, bên cạnh việc so sánh độ lợi kỹ thuật, đôi khi chi phí là yếu tố chính trong việc lựa chọn thiết bị phù hợp

Hi vọng với bài viết trên được tổng hợp và dịch bởi Cty Thiết bị công nghiệp Việt Nhật, sẽ giúp bạn đọc hiểu được các khái niệm :
• Cảm biến nhiệt độ là gì
• Các loại cảm biến nhiệt độ
• Nguyên lý hoạt động của các loại cảm biến