Cảm biến nhiệt độ ngày nay được sử dụng trong nhiều lĩnh vực, đặc biệt là ngành công nghiệp. Trong sản xuất, giám sát và kiểm soát quá trình. Hãy cùng tìm hiểu để hiểu chúng đã giúp cho ngành công nghiệp ngày nay như nào nhé.
Cảm biến nhiệt độ là gì?
1. Cảm biến nhiệt độ là gì?
Cảm biến nhiệt độ là một thiết bị dùng để đo và cảm nhận nhiệt độ của các đại lượng cần đo. Thu thập dữ liệu để chuyển đổi thành dạng thông tin dễ hiểu cho người dùng quan sát. Nhiệt độ là đại lượng vật lý đóng vai trò quan trọng trong công suất công nghiệp. Thông thường là RTD đầu dò nhiệt độ điện trở hoặc là cặp nhiệt điện.
Cảm biến nhiệt độ được sử dụng ngày càng phổ biến trong một số ứng dụng trong các ngành đòi hỏi độ chính xác và tin cậy cao như: điều khiển môi trường hệ thống HV and AC, xử lý thực phẩm, các thiết bị ý tế, môi trường hóa chất, hệ thống kiểm soát, giám sát ở ô tô,…
Cảm biến nhiệt độ phổ biến nhất là nhiệt kế, được dùng đo nhiệt độ chất lỏng, chất rắn, chất khí.
2. Cấu tạo của cảm biến nhiệt độ
Cảm biến nhiệt độ được cấu tạo từ nhiều bộ phận khác nhau. Trong đó cấu tạo chính là 2 dây kim loại gắn ở hai đầu nóng và đầu lạnh. Ngoài ra còn có:
- Bộ phận cảm biến: Bộ phận này được đặt ở bên trong lớp vỏ bảo vệ sau khi đã kết nối với đầu nối. Bộ phận này quyết định đến độ chính xác của toàn bộ cảm biến.
- Dây kết nối: Số dây sẽ phụ thuộc vào điều kiện sử dụng cảm biến. Có thể từ 2,3 đến 4 dây.
- Chất cách điện gốm: Bộ phận này có nhiệm vụ làm chất cách điện ngừa đoản mạch. Ngăn cách điện giữa các dây nối và vỏ bảo vệ.
- Phụ chất làm đầy: Bao gồm bột alumina mịn được sấy khô và rung. giúp lấp đầy khoảng trống để bảo vệ cảm biến khỏi tác động rung.
- Vỏ bảo vệ: Bộ phận này nhằm bảo vệ cảm biến và dây kết nối. Được làm bằng vật liệu phù hợp và kích thước theo từng thiết bị đo.
- Đầu kết nối: Bộ phận này được làm bằng gồm, chứa các bảng mạch, giúp kết nối điện trở.
3. Nguyên lý làm việc của cảm biến nhiệt độ.
Cảm biến nhiệt độ được dựa trên sự thay đổi điện trở của kim loại so với sự thay đổi nhiệt độ.
VD: Khi đầu nóng và đầu lạnh có sự chênh lệch về nhiệt độ thì từ đầu lạnh sẽ phát sinh ra sức điện động V. Cảm biến nhiệt có mối quan hệ giữa vật liệu kim loại với nhiệt độ và phụ thuộc vào chất liệu. Cụ thể khi nhiệt độ bằng 0 thì điện trở sẽ ở mức 100Ω, khi điện trở của kim loại tăng thì nhiệt độ tăng và ngược lại.
Các loại cảm biến nhiệt độ và ứng dụng
1. Cặp nhiệt độ ( Thermocouple)
Loại cảm biến này bao gồm hai chất liệu kim loại khác nhau hàn dính một đầu. Hoạt động theo nguyên lý: Nhiệt độ thay đổi cho ra sức điện động thay đổi. Có dải đo từ – 100 độ C đến 1800 độ C. Được sử dụng ở môi trường khắc nghiệt, chịu nhiệt tốt.
Ngày này loại cảm biến này được sử dụng trong các sản xuất công nghiệp, luyện kim, gia công vật liệu,… Trên thị trường ngày nay có nhiều loại cặp nhiệt khác nhau như E, J, K, R, S, T, B,… Mỗi loại sẽ có cấu tạo, sức điện động và dải đo khác nhau. Nên cần tìm hiểu nhu cầu sử dụng trước khi mua.
2. Nhiệt điện trở
Nhiệt điện trở hay còn gọi là RTD được viết tắt từ Resistance temperature detector. Chúng có thể được cấu tạo từ Đồng, niken, platinum,… Hoạt động với nguyên lý: Điện trở giữa hai đầu dây kim loại thay đổi khi nhiệt độ thay đổi, mỗi loại kim loại sẽ có độ tuyến tính nhất định riêng. Có dải đo từ -200 độ C đến 700 độ C.
Cảm biến này được sử dụng trong các ngành công nghiệp chung, công nghiệp môi trường, gia công vật liệu, hóa chất,… Thường có loại 2 dây, 3 dây, 4 dây, trong đó 4 dây là loại chính xác nhất.
3. Điện trở oxit kim loại.
Bao gồm hai loại: Hệ số nhiệt dương PTC Thermistor: điện trở tăng theo nhiệt độ và hệ số nhiệt âm NTC Thermistor: điện trở giảm theo nhiệt độ.
Loại cảm biến nhiệt độ này được làm từ hỗn hợp axit kim loại bao gồm: manganese, nickel, cobalt,… Được hoạt động theo sự thay đổi của điện trở khi nhiệt độ thay đổi. Có dải đo từ 50 độ C.
Được sử dụng với chức năng bảo vệ, ép vào cuộn dây động cơ. mạch điện tử,…
4. Cảm biến nhiệt bán dẫn
Được làm từ các loại chất bán dẫn khác nhau, hoạt động theo sự phân cực của các chất bán dẫn ảnh hưởng bởi nhiệt độ. Loại này chịu nhiệt kém nhưng dễ chế tạo, độ nhạy cao, chống nhiễu tốt. Có dải đo nhiệt từ -50 độ C đến 150 độ C.
Một số loại điển hình như: diode, IC LM35, LM335, LM45,… được dùng để đo nhiệt độ không khí, các thiết bị đo và bảo vệ mạch điện tử.
5. Nhiệt kế bức xạ
Cảm biến này được làm từ mạch điện tử, quang học. Dùng để đo bức xạ năng lượng của môi trường mang nhiệt.
Có thể sử dụng ở môi trường khắc nghiệt mà không cần tiếp xúc trực tiếp với môi trường đo. Có dải đo từ – 18 độ C đến 1800 độ C. Được sử dụng nhiều nhất trong các thiết bị đo cho lò nung.
Một số loại thường thấy của hỏa kế như: hỏa kế bức xạ, hỏa kế màu sắc, hỏa kế cường độ sáng,…
