Cảm biến nhiệt độ

Cảm biến nhiệt độ là một thiết bị điện tử đo nhiệt độ của đối tượng và chuyển thành tín hiệu điện tiêu chuẩn để cung cấp cho các bộ điều khiển phân tích. Cảm biến này được sử dụng rất rỗng rãi trong các thiết bị điện, điện tử và công nghiệp. Việc giám sát nhiệt độ chính xác theo luôn là ưu tiên hàng đầu. Hãy cùng Elecfarm tìm hiểu qua bài viết sau.

Nội dung

1. Tác dụng

Cảm biến nhiệt độ là một thiết bị giúp đo và hiển thị kết quả của sự biến đổi nhiệt độ của các đại lượng, vật, môi trường cần đo.

2. Cấu tạo

Cấu tạo của cảm biến được chia thành 2 phần:

Phần chính là 2 dây kim loại để gắn vào đầu lạnh, đầu nóng.
Phần phụ sẽ bao gồm:
- Đầu kết nối: Là nơi chứa các bảng mạch dùng để kết nối điện trở. Chất liệu là gốm.
- Bộ phận cảm biến: Nó được bảo vệ bởi lớp vỏ sau khi đã kết nối với các đầu nối. Bộ phận này quan trọng nhất. Nó quyết định đến độ chính xác của thiết bị khi làm việc.
- Phụ chất làm đầy: Đó chính là bột alumina có độ mịn, được sấy khô. Chức năng của nó là lấp đầy những khoảng trống để giúp hạn chế sự rung động của cảm biến.
- Dây kết nối: Tùy theo từng loại mà số lượng dây kết nối có thể là 2, 3, 4. Vật liệu sản xuất dây sẽ dựa vào điều kiện của đầu đo.
- Vỏ bảo vệ: Có chức năng bảo vệ dây kết nối và cảm biến. Tùy theo yêu cầu mà lớp vỏ này có thể bổ sung thêm lớp ngoài để tăng khả năng bảo vệ.
- Chất cách điện bằng gốm: Chức năng của nó là cách điện của vỏ và dây kết nối, ngăn ngừa ngắn mạch.

3. Nguyên lí hoạt động

Cảm biến nhiệt hoạt động dựa trên cơ sở là sự thay đổi điện trở của kim loại so với sự thay đổi nhiệt độ. Khi có sự chênh lệch nhiệt độ giữa đầu nóng và đầu lạnh thì sẽ có một sức điện động V được phát sinh tại đầu lạnh.

Nhiệt độ ở đầu lạnh phải ổn định và đo được. Nó phụ thuộc vào vật liệu chế tạo đầu lạnh. Chính vì vậy mà mới có sự xuất hiện của các loại cặp nhiệt độ và mỗi loại cho ra một sức điện động khác nhau: E, J, K, R, S, T.

Nguyên lí làm việc của cảm biến nhiệt chủ yếu dựa trên mối quan hệ giữa vật liệu kim loại và nhiệt độ. Cụ thể, khi nhiệt độ là 0 thì điện trở ở mức 100Ω và điện trở của kim loại tăng lên khi nhiệt độ tăng và ngược lại.

4. Phân loại

Cảm biến nhiệt độ được chia thành các loại sau:

Cảm biến cặp nhiệt điện (Cặp nhiệt điện – Thermocouple):
- Gồm 2 dây kim loại khác nhau được nối ở hai đầu tạo thành một mạch kín.
- 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.

Cảm biến nhiệt độ - Cặp nhiệt điện Thermocouple — Cảm biến nhiệt độ – Cặp nhiệt điện Thermocouple

Nhiệt điện trở (RTD – Resistance Temperature Detector)
- 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, từ điện trở đo được của cảm biến RTD thì sẽ tính được nhiệt độ cần đo.
- Nhiệt điện trở có độ chính xác cao hơn Cặp nhiệt điện, dễ sử dụng hơn và chiều dài dây không hạn chế.

Cảm biến nhiệt bán dẫn:
- Cảm biến bán dẫn có rất nhiều ưu điểm như: Mạch xử lý đơn giản, giá thành phải chăng, độ nhạy đo cao, chống nhiễu tốt, rất dễ trong khâu sản xuất, chế tạo.
- Cảm biến này có nhược điểm như: độ bền bỉ không cao, không thích hợp dùng cho nhiệt cao.
- Cảm biến bán dẫn được dùng cho các thiết bị đo để bảo vệ mạch điện tử, do nhiệt độ không khí.

Cảm biến nhiệt độ bán dẫn

Nhiệt kế bức xạ (Hỏa kế – Pyrometer):
- Được nghiên cứu và chế tạo để đo nhiệt độ của các môi trường đặc biệt như lò sấy, lò nung, lò hơi, nơi khó lắp cảm biến hoặc bể hóa chất… mà cảm biến thông thường không thể lắp đặt.
- Ưu điểm của nó chính là khả năng làm việc hiệu quả trong điều kiện không tiếp xúc với vật cần đo và trong những môi trường khắc nghiệt.
- Nhiệt kế bức xạ có nhược điểm: Giá thành khá cao, độ chính xác khi đo ở mức tương đối.