Cùng với các loại cảm biến áp suất, cảm biến hồng ngoại,…cảm biến nhiệt độ cũng là một loại cảm biến được sử dụng cho rất nhiều ứng dụng quan trọng trong công nghiệp và đời sống.
Cùng tìm hiểu về cảm biến nhiệt, những công dụng và nguyên lý hoạt động của thiết bị trong bài viết này của CNSG.
Cảm biến nhiệt là gì?
Cảm biến nhiệt là thiết bị cảm biến được dùng với mục đích để đo sự biến đổi về nhiệt độ của các đại lượng cần đo.
Theo nguyên lý hoạt động của thiết bị cảm biến nhiệt này, khi nhiệt độ có sự thay đổi thì các cảm biến sẽ đưa ra một tín hiệu và từ tín hiệu này các bộ đọc sẽ có khả năng đọc và quy ra thành nhiệt độ bằng một con số cụ thể.
Cảm biến nhiệt được biết đến với khả năng thực hiện các phép tính toán, nhận diện và đo nhiệt độ chính xác cao hơn nhiều so với khi thực hiện bằng các loại cặp nhiệt điện hoặc nhiệt kế thông thường.
Xem thêm: Phân loại, nguyên lý hoạt động cảm biến tiệm cận
Cấu tạo cảm biến nhiệt
Cảm biến đo nhiệt độ có cấu tạo chính được tạo thành bởi 2 dây kim loại khác nhau được gắn vào vị trí đầu nóng và đầu lạnh.
Ngoài ra, cảm biến nhiệt còn được cấu tạo bởi nhiều bộ phận khác, cụ thể như sau:
| Bộ phận cảm biến |
|
| Chất cách điện gốm |
|
| Dây kết nối |
|
| Phụ chất làm đầy |
|
| Đầu kết nối |
|
| Vỏ bảo vệ |
|
Nguyên lý hoạt động của cảm biến nhiệt
- Cảm biến nhiệt hoạt động dưa trên cơ sở nguyên lý là sự thay đổi điện trở của kim loại so với sự thay đổi nhiệt độ mà nó phát hiện một cách vượt trội.
- Cụ thể, khi có sự chênh lệch nhiệt độ giữa đầu nóng và đầu lạnh thì sẽ có một sức điện động được phát sinh tại đầu lạnh. Nhiệt độ ở đầu lạnh phải ổn định và đo được và nó phụ thuộc vào chất liệu. 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 lý làm việc cơ bản 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.
- Việc tích hợp bộ chuyển đổi tín hiệu giúp nâng cao hiệu suất làm việc của cảm biến nhiệt và giúp cho việc vận hành, lắp đặt được dễ dàng hơn.
Các loại dây cảm biến nhiệt
Cảm biến nhiệt độ 2 dây
- Đây là loại cảm biến nhiệt ít chính xác nhất.
- Loại dây cảm biến nhiệt này chỉ được sử dụng khi kết nối độ bền nhiệt học được thực hiện với dây điện trở ngắn và điện trở thấp.
- Ngoài ra, ứng dụng của cảm biến nhiệt 2 dây cũng dùng để kiểm tra mạch điện tương đương và điện trở đo được là tổng của các phần tử cảm biến, điện trở của dây dẫn được sử dụng cho kết nối.
Cảm biến nhiệt độ 3 dây
- Loại cảm biến nhiệt 3 dây này cho mức độ chính xác được đánh giá cao hơn so với loại 2 dây.
- Ứng dụng của cảm biến nhiệt 3 dây được sử dụng nhiều trong lĩnh vực công nghiệp.
- Ưu điểm của nó là sẽ loại bỏ được các lỗi gây ra bởi điện trở của các dây dẫn. Ở phần đầu ra, điện áp sẽ phụ thuộc hoàn toàn vào sự biến đổi điện trở của cảm biến nhiệt và sự điều chỉnh nhiệt độ diễn ra liên tục theo nhiệt độ.
Cảm biến nhiệt 4 dây
- Loại 4 dây này được xem là cho độ chính xác lớn nhất.
- Nó được sử dụng trong các ứng dụng trong phòng thí nghiệm là chủ yếu.
- Trong phạm vi mạch điện tương đương, điện áp đo được chỉ phụ thuộc vào điện trở của nhiệt. Độ ổn định của dòng đo dây nhiệt 4 dây có độ chính xác cao và số đọc điện áp trên nhiệt sẽ quyết định đến độ chính xác của phép đo.
Phân loại cảm biến nhiệt
Trên thị trường hiện nay, cảm biến nhiệt độ được chia thành các loại phổ biến như sau:
- Cảm biến nhiệt độ (cặp nhiệt điện – thermocouple): là loại cặp nhiệt điện loại k, r,s,.. có dải đo nhiệt độ cao.
- Nhiệt điện trở (rtd – resistance temperature detectors). Thông thường là cảm biến pt100, pt1000, pt50, cu50,…
- Điện trở oxit kim loại
- Cảm biến nhiệt bán dẫn (diode, ic…).
- Nhiệt kế bức xạ
Ứng dụng của cảm biến nhiệt
Cảm biến nhiệt được sử dụng với nhiều chức năng và nhiều ứng dụng quan trọng khác nhau như: dùng để đun dầu, đo nhiệt độ trong bồn đun nước, đo nhiệt độ lò nung, lò sấy,…
Một số cảm biến nhiệt được sử dụng cho các lĩnh vực cụ thể như:
- Nhiệt kế điện tử, bán dẫn, can nhiệt loại được sử dụng trong nghiên cứu về nông nghiệp,…
- Điện trở oxit kim loại được sử dụng trong nhiệt lạnh
- Nhiệt kế điện tử, pt100 được sử dụng trong xe hơi
- Cặp nhiệt điện loại k, t, r, s, b và pt100 được sử dụng trong gia công hoá chất, vật liệu,…
Lưu ý khi bảo quản và sử dụng
- Khi sử dụng xong cảm biến nhiệt cần được bảo quản ở những nơi khô ráo, thoáng mát, tránh sự tiếp xúc với ánh nắng trực tiếp và tránh xa tầm tay trẻ em.
- Khi lắp đặt và nối dây cảm biến nhiệt thì dây nối từ đầu đo đến bộ điều khiển nên càng ngắn càng tốt.
- Bằng cách thực hiện việc cài đặt giá trị bù nhiệt sẽ hỗ trợ giúp bù lại lượng nhiệt tổn thất mất mát trên đường dây. Giá trị bù nhiệt lớn hay nhỏ phụ thuộc vào độ dài, chất liệu dây và môi trường lắp đặt.
- Tuyệt đối không để các đầu dây nối của cặp nhiệt điện tiếp xúc với môi trường cần đo.
- Đầu nối cần phải đúng theo chiều âm, dương.