SƠ LƯỢC VỀ MỘT SỐ LOẠI CẢM BIẾN NHIỆT Trong số các loại cảm biến nhiệt thì loại cảm biến nhiệt độ (Cặp nhiệt điện – Thermocouple) và nhiệt điện trở (RTD – Resistance Temperature Detectors) là hai loại được sử dụng phổ biến nhất. Sau đây, Trung Sơn sẽ cùng bạn tìm hiểu rõ hơn về hai loại này nhé. Cảm biến nhiệt độ (Cặp nhiệt điện – Thermocouple) Cặp nhiệt điện Cặp nhiệt điện Định nghĩa Cặp nhiệt điện được hiểu là một thiết bị cảm biến nhiệt điện mạch kín, gồm 2 dây kim loại khác nhau được nối ở hai đầu. Dòng điện được tạo ra khi nhiệt độ ở 2 đầu khác nhau. Đây được xem là hiệu ứng Seebeck và là cơ sở để đo nhiệt độ của loại này. Cặp nhiệt điện khá bền và đo nhiệt độ cao. Cấu tạo Được cấu tạo từ 2 chất liệu kim loại khác nhau, hàn dính một đầu Nguyên lí hoạt động Nguyên lí hoạt động của cặp nhiệt điện là khi nhiệt độ môi trường có sự thay đổi (tăng hoặc giảm) thì sẽ tác động lên đầu nóng của nó. Nhờ vào hiệu ứng Seebeck, điện áp ở đầu lạnh của cặp nhiệt điện sẽ tăng hoặc giảm theo nhiệt độ môi trường (nhiệt độ tăng thì điện áp tăng và ngược lại). Chỉ cần đo giá trị của điện áp ở đầu lạnh ta sẽ có được giá trị của nhiệt độ. Dải đo: -100 ~ 1800 độ C Phân loại Cặp nhiệt điện gồm hai loại chính là loại đầu củ hành K và loại sợi có dây sẵn K. Loại đầu củ hành K với các thông số như sau: Đường kính phi 4mm, phi 6mm, phi 8mm, phi 10mm, phi 17mm, phi 22mm… Chiều dài 50mm, 70mm, 100mm, 150mm, 200mm, 250mm, 300mm, 1 mét.. Ren vặn: 9.6mm, 13mm, 17mm, 21mm, 27mm… hoặc không ren Nhiệt độ hoạt động: 0-800 độ C, 0~1000 độ C, 0-1200 độ C (Ceramic K), 0~1500 độ C (loại R). Loại sợi có dây sẵn K có các thông số như sau: Đường kính phi 3mm, phi 4mm, phi 6mm, phi 8mm, phi 10, phi 17… Chiều dài 50mm, 70mm, 100mm, 150mm, 200mm, 250mm, 300mm… Ren vặn: 9.6mm, 13mm, 17mm, 21mm, 27mm… hoặc không ren. Nhiệt độ hoạt động: 0-400 độ C. Dây 3 ruột dài 2 mét, 3 mét… Ứng dụng Cặp nhiệt điện được sử dụng trong quá trình đo nhiệt độ tại các môi trường như không khí, dầu, nước,… Nhiệt điện trở (RTD – Resistance Temperature Detectors) Nhiệt điện trở (RTD – Resistance Temperature Detectors) Nhiệt điện trở (RTD – Resistance Temperature Detectors) Định nghĩa Nhiệt điện trở là loại cảm biến nhiệt hoạt động dựa trên nguyên tắc điện trở của kim loại tăng khi nhiệt độ tăng. Hiện tượng này được gọi là nhiệt điện trở suất, khi đo điện trở của cảm biến RTD thì sẽ suy ra được nhiệt độ. Nhiệt điện trở được xem là có độ chính xác cao hơn Cặp nhiệt điện, dễ sử dụng hơn và chiều dài dây không hạn chế. Cấu tạo Được cấu tạo từ dây kim loại làm bằng đồng, niken,platinum,… và được quấn tuỳ theo hình dáng của đầu đo. Nguyên lí hoạt động Nhiệt độ môi trường tăng hoặc giảm thì điện trở của RTD sẽ tăng hoặc giảm theo một cách tỉ lệ thuận. Giá trị của nhiệt độ sẽ được suy ra từ việc do giá trị điện trở của RTD. Dải đo: -200~700 độ C. Phân loại Có 2 loại là loại đầu củ hành PT100, PT1000 và loại sợi có dây sẵn PT100, PT1000. Loại đầu củ hành PT100, PT1000 với các thông số như sau: Đường kính phi 4mm, phi 6mm, phi 8mm, phi 10mm, phi 17mm… Chiều dài 50mm, 70mm, 100mm, 150mm, 200mm, 250mm, 300mm… Ren vặn: 9.6mm, 13mm, 17mm, 21mm, 27mm… hoặc không ren Nhiệt độ hoạt động: -200~200 độ C, 0~150 độ C, -50~300 độ C, -50~500 độ C Loại sợi có dây sẵn PT100, PT1000 với các thông số như sau: Đường kính phi 3mm, phi 4mm, phi 6mm, phi 8mm, phi 10, phi 17… Chiều dài 50mm, 70mm, 100mm, 150mm, 200mm, 250mm, 300mm… Ren vặn: 9.6mm, 13mm, 17mm, 21mm, 27mm… hoặc không ren. Nhiệt độ hoạt động: -200~200 độ C, 0~150 độ C, -50~300 độ C. Dây 3 ruột dài 2 mét, 3 mét… Ứng dụng Nhiệt điện trở chế tạo từ platin, đồng hoặc niken được sử dụng phổ biến nhất bởi độ chính xác cao, khả năng lặp lại tốt và có thể truyền tín trong một phạm vi nhiệt độ rộng, thể hiện sự thay đổi điện trở lớn trên mỗi mức độ thay đổi nhiệt độ. Còn loại được chế tạo từ đồng và niken thường được sử dụng trong công nghiệp, độ chính xác và truyền tính khá hạn chế, phạm vi nhiệt độ tương đối hẹp. Ngoài ra, còn một số loại cảm biến nhiệt khác ít phổ biến hơn hai loại trên như: Điện trở oxit kim loại Loại này được làm từ hỗn hợp các oxit kim loại như mangan, niken, cobalt,… Hoạt động dựa trên sự thay đổi điện trở khi nhiệt độ thay đổi. Ưu điểm của loại này là bền, rẻ, dễ ché tạo nhưng dãy tuyến tính khá hẹp. Có dải đo là 50 độ C. Loại này được dùng để bảo vệ, éo vào cuộn dây động cơ, mạch điện tử. Có hai loại chính là: hệ số nhiệt dương PTC có điện trở tăng theo nhiệt độ và loại hệ số nhiệt âm NTC có điện trở giảm theo nhiệt độ. Thường dùng nhất là loại NTC. Cảm biến nhiệt bán dẫn Cảm biến nhiệt bán dẫn được làm từ các loại chất bán dẫn. Hoạt động dựa trên sự phân cực của các chất bán dẫn bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ. Loại này khá rẻ tiền, dễ chế tạo, có độ nhạy cao, chống nhiễu tốt, mạch xử lí đơn giản nhưng lại không chịu được nhiệt độ cao và cũng kém bền. Dải đo: -50 ~ 150 độ C. Loại này được ứng dụng để đo nhiệt độ không khí, dùng trong các thiết bị đo và bảo vệ mạch điện tử. Phân loại: kiểu diod, các kiểu IC LM35, LM335, LM45 Nhiệt kế bức xạ Nhiệt kế bức xạ còn được gọi là hoả kế, được cấu tạo từ mạch điện tử, quang học. Hoạt động dựa trên việc đo tính chất bức xạ năng lượng của môi trường mang nhiệt. Hoả kế có thể dùng trong môi trường khắc nghiệt, không cần tiếp xúc với môi trường đo nhưng lại có độ chính xác không cao và cũng kém bền. Có dải đo vào khoảng -97 ~ 1800 độ C. Được ứng dụng để làm thiết bị đo cho lò nung. Hoả kế gồm các loại: Hỏa kế bức xạ, hỏa kế cường độ sáng và hỏa kế màu sắc. Cuộn kháng Epcos
