Chuong 3 cam bien do nhiet do

Wednesday, September 11, 2013 1
III. Cảm biến đo nhiệt độIII. Cảm biến đo nhiệt độ
1. Tổng quan
2. Cặp nhiệt điện (Thermocouple)
3. Nhiệt điện trở (RTD)
4. Themistor
5. IC đo nhiệt độ
6. Nhiệt kế hồng ngoại

1. Tổng quan
Cảm biến nhiệt độ là thiết bị được dùng để đo nhiệt
độ của đối tượng.
Các cảm biến này cảm nhận sự thay đổi nhiệt độ và
cho tín hiệu ngõ ra một trong hai dạng: thay đổi điện
áp hoặc thay đổi điện trở.
Để lựa chọn cảm biến cho một ứng dụng cụ thể thì
cần xem xét: độ chính xác, khoảng đo, thời gian đáp
ứng và môi trường làm việc.
Cảm biến nhiệt độ được phân thành 2 loại:
Cảm biến loại tiếp xúc
Cảm biến loại không tiếp xúc (đo bức xạ nhiệt)

1. Tổng quan
Cảm biến loại tiếp xúc:
Cặp nhiệt điện (Thermocouple)
Nhiệt điện trở
• RTD
• Thermistor
IC đo nhiệt độ
Cảm biến loại không tiếp xúc
Nhiệt kế hồng ngoại
• Đo nhiệt độ bằng cách nhận năng lượng hồng ngoại
được phát ra từ vật liệu

1. Tổng quan

Cấu tạo
Được làm bằng 2 vật liệu dẫn điện khác nhau (thường
là hợp kim) được hàn dính 1 đầu, đầu còn lại được
đưa đến thiết bị đo
Thermocouple có 2 mối nối: lạnh và nóng
Hoạt động
Thermocouple hoạt động dựa trên nguyên lý của hiệu
ứng Seebeck
Điện áp giữa 2 mối nối được gọi là điện áp Seebeck

2. Cặp nhiệt điện
Một số hình ảnh

Type Composition Range Good for Not recommended
for
Cost Sensitivity
K Chromel (Ni-Cr alloy) /
Alumel (Ni-Al alloy)
−200 °C to 1200 °C Oxidizing or
neutral applications Use under 540ºC
Low 41 µV/°C
E Chromel / Constantan
(Cu-Ni alloy)
−200 °C to 900 °C Oxidizing or inert
applications
Low 68 µV/°C
J Iron / Constantan −40 °C to 750 °C Vacuum, reducing,
or inert apps
Oxidizing or humid
environments
Low 52 µV/°C
N Nicrosil (Ni-Cr-Si alloy) /
Nisil (Ni-Si alloy)
−270 °C to 1300 °C Oxidizing or
neutral applications
Low 39 µV/°C
T Copper / Constantan −200 °C to 350 °C Oxidizing, reducing
or inert apps
Wet or humid
environments
Low 43 µV/°C
R Platinum /Platinum with
13% Rhodium
0 °C to 1600 °C High temperatures Shock or vibrating
equipment
High 10µV/°C
S Platinum /Platinum with
10% Rhodium
equipment
High 10µV/°C
B Platinum-Rhodium /
Pt-Rh
equipment
High 10µV/°C
Các loại cặp nhiệt điện

Công thức tính
Điện áp được tạo ra bởi cặp nhiệt điện được cho bởi
công thức
V = S * ΔT
Trong đó:
• V: Điện áp đo được (V)
• S: Hệ số Seebeck (V/0
C)
• ΔT: Chênh lệch nhiệt độ giữa 2 mối nối
Do đó, nhiệt độ cần đo được tính theo công thức
T= Tthamchiếu + V/S (°C)

Đặc tính

Các kiểu đầu dò của cặp nhiệt điện:
-Đơn giản nhất
- Nhỏ gọn, đáp
ứng nhanh
-Dùng đo nhiệt độ
chất khí
-Đầu đo được đặt trong ống
kim loại (inox hoặc hợp kim)
- Đo được nhiệt độ cao, nhiều
môi trường vật chất
-Đầu đo được làm bằng
vật liệu dẻo, dễ uốn
-Dùng đo nhiệt độ bề
mặt vật liệu

Thuận lợi
Cấu tạo đơn giản, chịu được va đập
Khoảng đo nhiệt độ rộng
Rẻ tiền
Đáp ứng nhanh
Đa dạng
Khó khăn
Phi tuyến
Ít ổn định
Điện áp thấp
Cần điểm tham chiếu

Ứng dụng
Dùng đo nhiệt độ trong các lò luyện gang, thép
Đo nhiệt độ khí thải

3. Nhiệt điện trở (Resistance Temperature Detectors)
Cấu tạo:
Dây kim loại làm từ Đồng, Nikel, Platinum,…được
quấn tùy theo hình dáng của đầu đo.
Có 2 loại cơ bản: loại dây quấn và loại màn mỏng
Thông dụng nhất của RTD là loại Pt 100
Thường có loại 2 dây, 3 dây và 4 dây

Nguyên lý:
Khi nhiệt độ tăng, điện trở hai đầu dây kim loại tăng
Đồ thị quan hệ giữa điện trở và nhiệt độ

Cách đấu dây cho RTD
2 dây
3 dây
- Giảm sai số đo
- Các dây phải có cùng chiều dài và
vật liệu
- Dây nối có thể dài đến 600m

Cách đấu dây cho RTD
4 dây
- Độ chính xác và độ tin cậy tốt nhất
- Không có sai số hệ thống
- Bù hoàn toàn ảnh hưởng của sai số

Ứng dụng RTD
Máy lạnh, máy điều hòa
Chế biến thực phẩm
Bếp, lò nướng
Ngành dệt
Gia công vật liệu
Vi điện tử
Đo nhiệt độ khí, gas, chất lỏng

Ưu điểm của RTD
Tuyến tính trên khoảng rộng
Chính xác cao
Ổn định với nhiệt độ cao
Nhược điểm của RTD
Đáp ứng chậm hơn cặp nhiệt điện
Đắc tiền hơn cặp nhiệt điện
Ảnh hưởng bởi sốc và rung
Yêu cầu 3 dây hoặc 4 dây

4. Thermistors (Thermally sensitive resistor)
Cấu tạo:
Được làm bằng các ôxít kim loại: Niken, Mangan,
côban, … được phủ bởi nhựa hoặc thủy tinh
Phân loại:
Hệ số nhiệt âm - NTC ( Negative Temperature
Coefficient)
Hệ số nhiệt dương - PTC (Positive Temperature
Coefficient)
Ký hiệu:

4. Thermistors
NTC Thermistor
PTC Thermistor

4. Thermistors
Đặc tính
NTC Thermistor PTC Thermistor

4. Thermistors
Ưu điểm
Đáp ứng nhanh
Điện trở thay đổi nhiều
Điện trở cao
• Loại bỏ vấn đề điện trở dây dẫn
Giá thành thấp hơn RTD
Chịu được rung và sốc
Khuyết điểm
Phi tuyến
Khoảng đo hẹp
Điện trở cao  Phát nóng chính bản thân
Ít ổn định hơn RTD

4. Thermistors
Ứng dụng
NTC
• Dùng để đo nhiệt độ, điều khiển nhiệt độ, bù nhiệt độ:
– Các đồ điện trong nhà: tủ lạnh, máy giặt, nồi cơm
điện, máy sấy tốc, …
– Trong điện tử công nghiệp: các bộ ổn định nhiệt
độ, các bộ bù nhiệt độ, …
– Trong viễn thông: dùng để đo và bù nhiệt độ cho
điện thoại di động
• Cảm biến mức chất lỏng
– Dựa vào sự khác nhau của hằng số tiêu tán nhiệt độ
trong nước và không khí hoặc hơi, …

4. Thermistors
Đo nhiệt độ Điều khiển
Đo mức chất lỏng

4. Thermistors
Bù nhiệt độ

4. Thermistors
Ứng dụng
PTC
• PTC công suất
– Làm cầu chì: bảo vệ ngắn mạch/quá tải
– Làm công tắc: khởi động động cơ, khử từ, thời gian
trễ
– Bộ gia nhiệt
– Chỉ thị mức
• Cảm biến
– Nhiệt độ: bảo vệ quá nhiệt, đo và điều khiển
– Nhiệt độ giới hạn: bảo vệ động cơ, bảo vệ quá nhiệt

Ngõ ra điện áp
Ngõ ra dòng điện
Ngõ ra so sánh
Một số IC khác

5.1 Ngõ ra áp
LM35/LM45
Điện áp ngõ ra tỉ lệ với nhiệt độ (10 mV/ o
C)
Khoảng đo và độ chính xác
• LM35: Từ -55 o
C đến +150 o
C, ±1 o
C
• LM45: Từ -20 o
C đến +100 o
C, ±3 o
C
Dùng điện trở kéo xuống ở chân ngõ ra để đo được
nhiệt độ dưới 0 o
C

5.1 Ngõ ra áp
LM35/LM45
Đo nhiệt độ dưới 0 o
C

5.1 Ngõ ra áp
Một số IC khác
LM20:
• Điện áp ra tỉ lệ nghịch với nhiệt độ o
C (-11.7mV/o
C)
LM135, LM235, LM335:
• Đo nhiệt độ tuyệt đối (K) với hệ số dương (+10mV/K)
LM34:
• Điện áp ngõ ra tỉ lệ với nhiệt độ o
F (10mV/o
F)

5.1 Ngõ ra áp
Một số IC khác
LM50:
• Ngõ ra tỉ lệ với nhiệt độ o
C (+10mV/o
C) + 500mV
• Đo được nhiệt độ âm không cần điện trở kéo xuống
LM60:
• Ngõ ra tỉ lệ với nhiệt độ o
C (+6.25mV/o
C) + 424mV
• Nguồn cung cấp có thể +2.7 V

5.2 Ngõ ra dòng (LM134, LM234, LM334)
Dòng điện ngõ ra tỉ lệ với nhiệt độ tuyệt đối
Độ nhạy được điều chỉnh bằng điện trở ngoài
Chỉ cần cấp nguồn 1.2 V là IC hoạt động được

5.3 Ngõ ra so sánh
LM 26/LM27
1 ngõ ra tương tự
1 ngõ ra so sánh

5.3 Ngõ ra so sánh
LM 56
1 ngõ ra tương tự
2 ngõ ra so sánh

5.4 Một số IC khác
LM73/LM74/LM95071/ …
LM 86/LM89/LM90/ …

Ưu điểm
Tuyến tính cao
Ngõ ra thay đổi lớn
Rẻ tiền
Khuyết điểm
Đo dưới 250 0
C
Đáp ứng chậm
Yêu cầu nguồn cung cấp
Tự phát nóng

Cấu tạo:
Hoạt động:
Mọi vật thể đều phát ra năng lượng hồng ngoại khi ở
nhiệt độ trên điểm không tuyệt đối (0 K).
Giữa năng lượng hồng ngoại và nhiệt độ của vật thể có
sự tương quan với nhau.
Nhiệt kế hồng ngoại đo năng lượng hồng ngoại phát ra
từ vật thể và chuyển thành tín hiệu điện đo được.

Các thông số cần quan tâm
Khoảng đo
Kích thước vật đo
Khoảng cách đo
Đối tượng di chuyển hay cố định

Ưu điểm:
Đo nhiệt độ ở những nơi khó dùng cảm biến tiếp xúc
Không bị hao mòn, ma sát  làm việc được lâu hơn
Nhược điểm:
Bị ảnh hưởng bởi các bức xạ hồng ngoại khác

Ứng dụng:

Chuong 3 cam bien do nhiet do

Recomendados

Recomendados

Más contenido relacionado

La actualidad más candente

La actualidad más candente (20)

Similar a Chuong 3 cam bien do nhiet do

Similar a Chuong 3 cam bien do nhiet do (20)

Más de Đinh Công Thiện Taydo University

Más de Đinh Công Thiện Taydo University (20)

Último

Último (20)

Chuong 3 cam bien do nhiet do

Notas del editor