Bạn đã nghe nhiều về
các loại thiết bị cảm biến nhiệt
nhưng chưa biết chúng bao gồm những loại nào, ứng dụng của chúng ra sao trong
cuộc sống thực tế. Hãy theo dõi bài viết ngay sau đây để được giải đáp những thắc
mắc.
Thiết bị cảm biến nhiệt
là gì
Thiết bị cảm biến
nhiệt là thiết bị giúp hấp thu nhiệt độ từ môi trường, tại
đây tùy theo cơ cấu của cảm biến sẽ biến đại lượng nhiệt này thành một đại lượng
điện nào đó. Như thế một yếu tố hết sức quan trọng đó là “ nhiệt độ môi trường
cần đo” và “nhiệt độ cảm nhận của cảm biến”. Cụ thể điều này là: Các loại cảm
biến mà các bạn trông thấy nó đều là cái vỏ bảo vệ, phần tử cảm biến nằm bên
trong cái vỏ này ( bán dẫn, lưỡng kim….) do đó việc đo có chính xác hay không
tùy thuộc vào việc truyền nhiệt từ môi trường vào đến phần tử cảm biến tổn thất
bao nhiêu ( 1 trong những yếu tố quyết định giá cảm biến nhiệt ).
Phân loại thiết bị cảm biến nhiệt như thế nào
Nguyên tắc hoạt động của
thiết bị cảm biến nhiệt đó là tăng
cường trao đổi nhiệt giữa cảm biến và môi trường cần đo nhiệt độ.
Trên cơ sở đó ta phân
loại thiết bị cảm biến nhiệt dựa
trên nguyên lí hoạt động, tác dụng và tính năng của chúng thành các loại sau
đây:
– Cặp nhiệt điện (
Thermocouple ).
– Nhiệt điện trở (
RTD-resitance temperature detector ).
– Thermistor.
– Bán dẫn ( Diode, IC
,….).
– Ngoài ra còn có loại
đo nhiệt không tiếp xúc ( hỏa kế- Pyrometer ). Dùng hồng ngoại hay lazer.
Cấu tạo và ứng dụng của
các thiết bị cảm biến nhiệt
THERMISTOR
– 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, rẽ tiền,
dễ chế tạo.
– Khuyết điểm: Dãy tuyến
tính hẹp.
– Thường dùng: Làm các
chức năng bảo vệ, ép vào cuộn dây động cơ, mạch điện tử.
– Tầm đo: 50
 |
| Thiết bị cảm biến nhiệt |
– Thiết bị
cảm biến nhiệt Thermistor được cấu tạo từ hổn hợp các bột ocid. Các bột này
được hòa trộn theo tỉ lệ và khối lượng nhất định sau đó được nén chặt và nung ở
nhiệt độ cao. Và mức độ dẫn điện của hổn hợp này sẽ thay đổi khi nhiệt độ thay
đổi.
– 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.
– Thermistor chỉ tuyển
tính trong khoảng nhiệt độ nhất định 50-150D.C do vậy người ta ít dùng để dùng
làm cảm biến đo nhiệt. Chỉ sử dụng trong các mục đích bảo vệ, ngắt nhiệt, các
bác nhà ta thường gọi là Tẹt-mít. Cái Block lạnh nào cũng có một vài bộ gắn chặt
vào cuộn dây động cơ.
Lưu ý khi sử dụng:
– Tùy vào nhiệt độ môi
trường nào mà chọn Thermistor cho thích hợp, lưu ý hai loại PTC và NTC (gọi nôm
na là thường đóng/ thường hở ) Có thể test dễ dàng với đồng hồ VOM.
– Nên ép chặt vào bề mặt cần đo.
– Tránh làm hỏng vỏ bảo vệ.
– Vì biến thiên điện trở nên không quan tâm chiều
đấu dây.
NHIỆT ĐIỆN TRỞ RTD
– Cấu tạo của thiết bị cảm biến nhiệt RTD gồm có dây
kim loại làm từ: Đồng, Nikel, Platinum,…được quấn tùy theo hình dáng của đầu
đo. 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.Phổ
biến nhất của RTD là loại cảm biến Pt, được làm từ Platinum. Platinum có điện
trở suất cao, chống oxy hóa, độ nhạy cao, dải nhiệt đo được dài. Thường có các
loại: 100, 200, 500, 1000 ohm tại 0 D.C. Điện trở càng cao thì độ nhạy nhiệt
càng cao.
– RTD thường có loại 2
dây, 3 dây và 4 dây.
Lưu ý khi sử dụng:
– Loại RTD 4 dây giảm
điện trở dây dẫn đi 1/2, giúp hạn chế sai số.
 |
| Thiết bị cảm biến nhiệt |
– Cách sử dụng của RTD
khá dễ chịu hơn so với Thermocouple. Chúng ta có thể nối thêm dây cho loại cảm
biến này ( hàn kĩ, chất lượng dây tốt, có chống nhiễu ) và có thể đo test bằng
VOM được.
– Vì là biến thiên điện trở nên không quan tâm
đến chiều đấu dây.
CẶP NHIỆT ĐIỆN ( Thermocouples )
– Cấu tạo: Gồm 2 chất
liệu kim loại khác nhau, hàn dính một đầu.
– Nguyên lý: 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,…
– Tầm đo: -100 D.C
<1400 D.
 |
| Thiết bị cảm biến nhiệt |
– Gồm 2 dây kim loại
khác nhau được hàn dính 1 đầu gọi là đầu nóng ( hay đầu đo), hai đầu còn lại gọi
là đầu lạnh ( hay là đầu chuẩn ). Khi có sự chênh lệch nhiệt độ giữa đầu nóng
và đầu lạnh thì sẽ phát sinh 1 sức điện động V tại đầu lạnh. Một vấn đề đặt ra
là phải ổn định và đo được nhiệt độ ở đầu lạnh, điều này tùy thuộc rất lớn vào
chất liệu. Do vậy mới cho ra các chủng loại cặp nhiệt độ, mỗi loại cho ra 1 sức
điện động khác nhau: E, J, K, R, S, T. Các bạn lưu ý điều này để chọn đầu dò và
bộ điều khiển cho thích hợp.
– Dây của thiết bị
cảm biến nhiệt cặp nhiệt điện thì không dài để nối đến bộ điều khiển, yếu tố
dẫn đến không chính xác là chổ này, để giải quyết điều này chúng ta phải bù trừ
cho nó ( offset trên bộ điều khiển ).
Lưu ý khi sử dụng:
– Từ những yếu tố trên
khi sử dụng loại cảm biến này chúng ta lưu ý là không nên nối thêm dây ( vì tín
hiệu cho ra là mV nối sẽ suy hao rất nhiều ). Cọng dây của cảm biến nên để
thông thoáng ( đừng cho cọng dây này dính vào môi trường đo ). Cuối cùng là nên
kiểm tra cẩn thận việc Offset thiết bị.
– Lưu ý: Vì tín hiệu
cho ra là điện áp ( có cực âm và dương ) do vậy cần chú ý kí hiệu để lắp đặt
vào bộ khuếch đại cho đúng.
BÁN DẪN
– Cấu tạo: Làm từ các
loại chất bán dẫn.
– Nguyên lý: Sự phân cực
của các chất bán dẫn bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ.
– Ưu điểm: Rẽ tiền, dễ
chế tạo, độ nhạy cao, chống nhiễu tốt, mạch xử lý đơn giản.
– Khuyết điểm: Không chịu
nhiệt độ cao, kém bền.
– Thường dùng: Đo nhiệt
độ không khí, dùng trong các thiết bị đo, bảo vệ các mạch điện tử.
– Tầm đo: -50 <150
D.C.
 |
| Thiết bị cảm biến nhiệt |
– Thiết bị
cảm biến nhiệt Bán Dẫn là những loại cảm biến được chế tạo từ những chất
bán dẫn. Có các loại như Diode, Transistor, IC. Nguyên lý của chúng là dựa trên
mức độ phân cực của các lớp P-N tuyến tính với nhiệt độ môi trường. Ngày nay với
sự phát triển của ngành công nghệ bán dẫn đã cho ra đời rất nhiều loại cảm biến
nhiệt với sự tích hợp của nhiều ưu điểm: Độ chính xác cao, chống nhiễu tốt, hoạt
động ổn định, mạch điện xử lý đơn giản, rẽ tiền,….
Ta dễ dàng bắt gặp các
cảm biến loại này dưới dạng diode ( hình dáng tương tự Pt100), các loại IC như:
LM35, LM335, LM45. Nguyên lý của chúng là nhiệt độ thay đổi sẽ cho ra điện áp
thay đổi. Điện áp này được phân áp từ một điện áp chuẩn có trong mạch.
IC Cảm biến nhiệt LM35
và cảm biến nhiệt độ dạng Diode
Gần đây có cho ra đời
IC cảm biến nhiệt cao cấp, chúng hổ trợ luôn cả chuẩn truyền thông I2C (
DS18B20 ) mở ra một xu hướng mới trong “ thế giới cảm biến”.
Lưu ý khi sử dụng:
– Vì được chế tạo từ các thành phần bán
dẫn nên cảm biến nhiệt Bán Dẫn kém bền, không chịu nhiệt độ cao. Nếu vượt ngưỡng
bảo vệ có thể làm hỏng cảm biến.
– Cảm biến bán dẫn mỗi loại chỉ tuyến
tính trong một giới hạn nào đó, ngoài dải này cảm biến sẽ mất tác dụng. Hết sức
quan tâm đến tầm đo của loại cảm biến này để đạt được sự chính xác.
– Loại cảm biến này kém chịu đựng trong
môi trường khắc nghiệt: Ẩm cao, hóa chất có tính ăn mòn, rung sốc va chạm mạnh.
NHIỆT KẾ BỨC XẠ ( còn gọi
là hỏa kế- pyrometer )
– 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.
– Thường dùng: Làm các
thiết bị đo cho lò nung.
– Tầm đo: -54 <1000
D.F.
 |
| Thiết bị cảm biến nhiệt |
– Nhiệt kế bức xạ (hỏa kế ) là loại thiết bị cảm biến nhiệt chuyên dụng
dùng để đo nhiệt độ của những môi trường mà các cảm biến thông thường không thể
tiếp xúc được ( lò nung thép, hóa chất ăn mòn mạnh, khó đặt cảm biến).
– Gồm có các loại: Hỏa kế bức xạ, hỏa kế
cường độ sáng, hỏa kế màu sắc. Chúng hoạt động dựa trên nguyên tắc các vật mang
nhiệt sẽ có hiện tượng bức xạ năng lượng. Và năng lượng bức xạ sẽ có một bước
sóng nhất định. Hỏa kế sẽ thu nhận bước sóng này và phân tích để cho ra nhiệt độ
của vật cần đo.
Lưu ý khi sử dụng:
– Tùy theo thông số của nhà sản xuất mà hỏa kế
có các tầm đo khác nhau, tuy nhiên đa số hỏa kế đo ở khoảng nhiệt độ cao. Và vì
đặc điểm không tiếp xúc trực tiếp với vật cần đo nên mức độ chính xác của hỏa kế
không cao, chịu nhiều ảnh hưởng của môi trường xung quanh (góc độ đo, rung tay,
ánh sáng môi trường ).
Trên đây là những thông
tin về thiết bị cảm biến nhiệt và ứng
dụng, lợi ích của chúng trong cuộc sống. Mong rằng những thông tin chúng tôi
cung cấp mang lại những thông tin hữu ích dành cho bạn.
Các
bạn có thể tham khảo những bài viết khác:
Tags:
