Nội dung bài viết
Cảm biến nhiệt độ là gì?
Cảm biến nhiệt độ là một thiết bị dùng để đo sự biến thiên nhiệt độ của các đại lượng cần đo.
Cảm biến nhiệt độ được thiết kế đặc biệt cho các ngành công nghiệp thực phẩm, dược phẩm, hóa chất, ô tô, hàng hải và nhựa, cũng như tất cả các ngành đòi hỏi độ chính xác và độ tin cậy cao trong phép đo.
Cảm biến nhiệt được cấu tạo bởi hai dây kim loại khác nhau gắn vào một đầu gọi là đầu nóng và đầu lạnh. Khi có sự chênh lệch nhiệt độ giữa hai đầu, sẽ xuất hiện hiện tượng điện phân ở đầu lạnh. Do đó, cần kiểm soát nhiệt độ lạnh đầu (tùy từng loại nguyên liệu).
Cấu tạo của cảm biến nhiệt
- Bộ phận cảm biến: bộ phận cảm biến là bộ phận chịu nhiệt quan trọng nhất, bộ phận cảm biến kém chất lượng sẽ gây nguy hiểm cho hoạt động chính xác của toàn bộ cảm biến. Sau khi kết nối với đầu nối, nó được đặt bên trong nắp bảo vệ. Phần tử cảm biến với cuộn dây kép có sẵn cho các mức độ chính xác khác nhau.
- Hệ thống dây điện. Kết nối của đơn vị cảm biến có thể được thực hiện bằng 2, 3 hoặc 4 dây; Chất liệu dây phụ thuộc vào điều kiện sử dụng của đầu dò.
- Bộ cách nhiệt bằng gốm. Chất cách nhiệt bằng gốm ngăn ngừa đoản mạch và bọc kín các dây kết nối khỏi vỏ bảo vệ.
- Phụ gia bao gồm bột alumin cực mịn, khô và rung, lấp đầy bất kỳ khoảng trống nào để bảo vệ cảm biến khỏi rung động.
- Vỏ bảo vệ. Vỏ bảo vệ để bảo vệ các bộ phận cảm biến và dây kết nối. Vì nó tiếp xúc trực tiếp với quá trình, điều quan trọng là nó phải được làm bằng vật liệu phù hợp và có kích thước phù hợp. Trong những điều kiện nhất định, nên bọc thêm vỏ bọc (thermowell).
- Đầu nối Đầu nối chứa bảng mạch làm bằng vật liệu cách điện (thường là gốm) cho phép kết nối điện của điện áp. Tùy thuộc vào kết cấu sử dụng vỏ chống cháy nổ có thể được sử dụng. Bộ chuyển đổi 4-20 mA có thể được lắp đặt thay cho bảng đấu nối.
Các loại dây cảm biến nhiệt:
A. Loại cảm biến nhiệt độ hai dây:
Là loại kém chính xác nhất và chỉ được sử dụng trong trường hợp kết nối độ bền nhiệt được thực hiện với dây ngắn và điện áp thấp; kiểm tra mạch so sánh, có thể lưu ý rằng điện tích đo được là tổng của thành phần cảm biến (tùy thuộc vào nhiệt độ) và độ dẫn của dây dẫn được sử dụng cho kết nối. Sai số trong phép đo này không liên quan: nó phụ thuộc vào nhiệt độ.
B. Loại cảm biến nhiệt độ 3 dây:
Để đo độ chính xác tốt hơn, kỹ thuật ba dây được sử dụng nhiều nhất trong lĩnh vực công nghiệp. Với kỹ thuật đo này, loại bỏ các sai số gây ra bởi tính điện của vật dẫn; lúc đi chơi, điện áp phụ thuộc hoàn toàn vào các biến thể điện của cảm biến nhiệt và liên tục điều chỉnh theo nhiệt độ.
c. Loại cảm biến nhiệt 4 dây:
Vôn-ampe kế cho độ chính xác cao nhất có thể; ít được sử dụng trong lĩnh vực công nghiệp, nó hầu như chỉ được sử dụng trong các ứng dụng phòng thí nghiệm.
Trên một đoạn mạch tương đương, có thể thấy rằng điện áp đo được chỉ phụ thuộc vào điện tích nhiệt; độ chính xác của phép đo phụ thuộc hoàn toàn vào độ ổn định của đường đo và độ chính xác của các số đọc điện áp trên nhiệt.
Có hai loại nhiệt điện được hình thành: cách nhiệt truyền thống hoặc cách nhiệt khoáng MgO.
Nguyên lý hoạt động
Nguyên lý hoạt động của nhiệt độ nhiệt siêu âm phản hồi metaI, thường được gọi là cảm biến nhiệt, dựa trên sự thay đổi của kim loại trở lại nhiệt độ cao hơn.
Vật liệu: bạch kim và niken, do công suất cao và ổn định.
Các phép đo nhiệt độ được thực hiện bằng cảm biến nhiệt chính xác và đáng tin cậy hơn nhiều so với phép đo được thực hiện bằng nhiệt kế hoặc cặp nhiệt kế
Đo nhiệt độ bằng cảm biến nhiệt khá đơn giản so với việc sử dụng các loại đo nhiệt độ khác, tuy nhiên cần thực hiện một số bước nhất định để sửa bất kỳ lỗi phát hiện nào.
Có ba nguyên nhân chính gây ra sai số trong phép đo nhiệt độ với nhiệt độ:
– Lỗi do quá nhiệt của các phần tử cảm biến
– Lỗi do cảm biến không tốt
– Lỗi do linh kiện cảm biến không được nhúng ở độ sâu nhất định.
Bộ phận cảm biến tự nóng lên trong quá trình đo khi nó bị ngắt do dòng điện quá mức, do hiệu ứng Joule, làm tăng nhiệt độ của linh kiện.
Sự tăng nhiệt độ phụ thuộc cả vào loại yếu tố chính được sử dụng và điều kiện đo. Ở cùng nhiệt độ, cùng độ bền nhiệt sẽ tự nóng lên ít hơn nếu đặt trong nước, không phải không khí; điều này là do thực tế là nước có tỷ lệ phân tán cao hơn không khí.
Thông thường tất cả các thiết bị đo sử dụng sốc nhiệt làm cảm biến đều có dòng đo cực thấp, nhưng không được vượt quá dòng đo 1 mA (EN 60751).
Để đo chính xác bằng cảm biến nhiệt, điều rất quan trọng là độ cách điện giữa ruột dẫn và vỏ bên ngoài phải đủ lớn, đặc biệt là ở nhiệt độ cao.
Nguồn điện cách ly có thể được coi là nguyên nhân được đặt song song với các phần tử cảm biến. Do đó, hiển nhiên, ở nhiệt độ không đổi, nếu độ cách điện giảm, điện áp đo trên linh kiện cảm biến cũng sẽ giảm do đó gây ra sai số trong phép đo.
Độ dẫn cách điện có thể giảm khi đầu dò được sử dụng ở nhiệt độ quá cao, khi có rung động mạnh hoặc do ảnh hưởng của các tác nhân vật lý hoặc hóa học.
Độ sâu ngâm của bộ cảm biến cũng cực kỳ quan trọng đối với các phép đo chính xác; Không giống như các cặp nhiệt điện, trong đó các phép đo có thể được coi là thất bại, nếu độ sâu không đủ, nó có thể gây ra sai số trong phép đo lên đến vài độ ° C.
Điều này là do vỏ, thường là kim loại, với bộ phận cảm biến được bảo vệ sẽ phân tán nhiệt theo sự chênh lệch nhiệt độ giữa vùng nóng và vùng lạnh. Vậy nên, cảm biến nhiệt Termotech có dải nhiệt dọc theo một phần của chiều dài vỏ.
Do đó, độ sâu ngâm phải đủ để cảm biến bên trong vỏ không bị chênh lệch nhiệt này.
Độ sâu tối thiểu sẽ phụ thuộc vào các điều kiện đo vật lý và kích thước của độ bền nhiệt (chiều dài của thành phần, v.v.).
Loại nhiệt kế điện trở PT100 ohm 0 ° C EN 60751
Tiêu chuẩn đo các loại cảm biến nhiệt
| Loại | Dây điện trở cuốn | Dây điện trở mảnh | Giá trị dung sai |
| AA | -50 ÷ +250 | 0 ÷ +150 | ± (0,1 + 0,0017* | t |) |
| A | -100 ÷ +450 | -30 ÷ +300 | ± (0,15 + 0,002* | t |) |
| B | -196 ÷ +600 | -50 ÷ +500 | ± (0,3 + 0,005* | t |) |
| C | -196 ÷ +600 | -50 ÷ +600 | ± (0,6 + 0,01* | t |) |
Cảm biến nhiệt bao gồm một mạch điện được tạo thành bởi hai dây dẫn kim loại khác nhau được hàn với nhau ở hai đầu. Khi có sự chênh lệch nhiệt độ giữa hai khớp, do hiệu ứng Seebeck, một vòng dây được tạo ra, một trong các khớp và một lực điện phân (emf) mở ra. Độ phân cực và cường độ của suất điện phân chỉ phụ thuộc vào loại kim loại được sử dụng và nhiệt độ mà các mối nối phải chịu.
Các mối nối tiếp xúc nhiệt độ cần đo được gọi là mối nối nóng hoặc mối nối đo, trong khi mối nối của dây dẫn cảm biến nhiệt và mạch đo được gọi là mối nối lạnh hoặc đường nối chuẩn. Để đo nhiệt độ bằng cảm biến nhiệt, kết nối tham chiếu phải ở một nhiệt độ nhất định (thường là 0 °) để emf được tạo ra chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ của đầu nối đo.
Các loại cảm biến nhiệt độ giá rẻ, dùng bền và phổ biến
Các loại cảm biến nhiệt phụ thuộc vào vật liệu bao gồm cả dây dẫn có thể được tóm tắt như sau:
Cảm biến nhiệt bao gồm các kim loại quý (Bạch kim và Rhodium) cho phép thu được các phép đo rất chính xác. Đặc biệt chịu được ở nhiệt độ cao, nó thường được sử dụng trong quá trình oxy hóa trong khí quyển. Nó không thực sự được khuyến khích trong việc làm giảm bầu không khí hoặc những thứ có chứa hơi kim loại.
| Loại can nhiệt | Chất liệu | Dải đo nhiệt | Đặc điểm |
| S | Pt10%Rh – Pt | -50 / 1760 | Cảm biến S bao gồm các kim loại quý (Bạch kim và Rhodium) cho phép thu được các phép đo rất chính xác. Đặc biệt chịu được ở nhiệt độ cao, nó thường được sử dụng trong quá trình oxy hóa trong khí quyển. Nó không thực sự được khuyến khích trong việc làm giảm bầu không khí hoặc những thứ có chứa hơi kim loại. |
| R | Pt13%Rh – Pt | -50 / 1760 | Giống như cảm biến S nhưng với tỷ lệ phần trăm khác nhau của hai kim loại. |
| B | Pt30%Rh – Pt6%Rh | 0 / 1820 | Cặp nhiệt điện bao gồm các kim loại quý, do số lượng Rhodium lớn hơn so với các loại cảm biến S và R, có khả năng chịu nhiệt độ cao hơn và chịu áp lực cơ học. |
| E | Cr – Co | -270 / 1000 | Cảm biến E có công suất nhiệt điện cao kết hợp cực dương của cặp nhiệt điện kiểu K và cực âm của cặp nhiệt điện kiểu J . Đặc biệt chỉ định trong khí quyển oxy hóa. |
| J | Fe – Co | -210 / 1200 | Cặp nhiệt điện bao gồm cực dương sắt và chất xúc tác (hợp kim đồng-niken). Được chỉ định để đo nhiệt độ trung bình khi giảm khí quyển và có mặt hydro và carbon. Sự hiện diện của sắt gây nguy hiểm cho hoạt động của nó trong quá trình oxy hóa quặng. |
| K | Cr – Al | -270 / 1370 | Cặp nhiệt điện gồm các hợp kim có chứa niken. Nó phù hợp để điều chỉnh nhiệt độ cao trong môi trường oxy hóa. Không được sử dụng trong môi trường khí quyển. |
| T | Cu – Co | -270 / 400 | Cặp nhiệt điện cho phép đo chính xác ở nhiệt độ thấp trong quá trình oxy hóa và giảm khí quyển. |
| N | Nicrosil – Nisil | -270/400 (1)
0 / 1300 (2) |
Cặp nhiệt điện cho nhiệt độ cao tương tự như loại K nhưng có độ phản ứng trễ nhiệt ít hơn. |
| W3 | W3%Re – W25%Re | 0 / 2310 | Phạm vi nhiệt độ của cảm biến cho nhiệt độ cực cao bao gồm các anolyse vonfram chứa 3% hecxni và stens vonfram cho 25% khí đốt. Đặc biệt là chống lại sự giảm thiểu của khí quyển và sự hiện diện của hydro hoặc các khí trơ khác. Không được sử dụng trong không khí hoặc oxy hóa khí quyển. |
| W5 | W5%Re – W26%Re | 0 / 2310 | Cặp nhiệt điện rất giống với W3 nhưng với tỷ lệ lưu biến lớn hơn làm tăng khả năng chống cơ học của nó. Các tính năng khác là đặc trưng của cặp phích W3. |
Cảm biến nhiệt độ bán dẫn (Semiconductor Temperature Sensors)
Cảm biến bán nhiệt độ của thiết bị điện tử dựa trên nguyên tắc điện áp liên kết trên hợp chất bán lãnh sự pn, chẳng hạn như đồng bộ của diode hoặc liền kề với đế máy phát của oratome thông thường, là một hàm của nhiệt độ.
Công nghệ này được sử dụng rộng rãi trong các thiết bị điện tử và công nghệ vi mạch.
Đặc tính tuyến tính, kích thước nhỏ và chi phí thấp là những ưu điểm của công nghệ này, nhưng cần lưu ý rằng phạm vi giới hạn từ -40 ° F đến 248 ° F làm cho nó phù hợp với các ứng dụng cụ thể.
Cặp nhiệt điện (Thermocouples)
Các cặp nhiệt điện, còn được gọi đơn giản là liên kết TC, bao gồm một cặp dây không giống nhau được kết nối với nhau, tạo thành một điểm cảm giác hoặc khớp. Dựa trên các đặc tính vật lý được gọi là hiệu ứng nhiệt nhiệt, khi giao điểm này được đặt ở các nhiệt độ khác nhau, các tín hiệu milivôn khác nhau được tạo ra có thể được hiểu là tín hiệu về nhiệt độ.
Nhiệt kế điện trở (RTD – Resistance Temperature Detectors )
RTD hoặc “Caller Thermo thermo” là một thiết bị có điện áp thay đổi nhiệt độ.
Nhiệt kế đo độ bền RTD là một thiết bị thụ động nên cần sử dụng dòng điện bên ngoài cung cấp cho nó và sau đó người ta có thể đo điện áp trên nó. Điện áp này là chỉ báo về nhiệt độ ở giá trị tương ứng
Khi nói đến một thiết bị được coi là thụ động, có nghĩa là thiết bị đó cần nguồn điện bên ngoài (hoặc điện áp).
Một lượng lớn dòng điện bên ngoài có thể gây ra tiêu thụ năng lượng trong dây dẫn của RTD và dẫn đến nhiệt dư, vì vậy để tránh loại lỗi này, dòng điện nên được giữ ở mức tối thiểu.
Sơ đồ đấu dây này cho thấy ứng dụng đơn giản nhất của RTD, được gọi là cấu hình hai dây.
Để có thể cho tín hiệu chính xác hơn chúng ta có thể sử dụng cấu hình 3 dây hoặc 4 dây.
Trên thực tế, khoảng cách giữa điểm cảm biến nhiệt độ và hệ thống đo lường có hệ thống dây dẫn và do hệ thống dây điện có nguồn điện riêng nên đây là một trong những nguyên nhân gây ra sai số đo lường! Giải pháp Three-wire (3-wire) và Four Wire (4-wire) đã được phát triển để loại bỏ lỗi này.
Điện trở nhiệt (Thermistors)
- Điện áp nhiệt phụ thuộc vào nhiệt độ và được sử dụng rộng rãi cho các mục đích công nghiệp như:
- Bảo vệ quá dòng
- Điều chỉnh nhiệt độ
- giới hạn hiện tại
- Nhiệt điện có thể là NTC hoặc PTC.
- Trong nhiệt điện NTC (Chỉ số nhiệt độ âm), điện áp giảm khi nhiệt độ tăng. NTC thường được sử dụng như một bộ giới hạn dòng.
- Với PTC nhiệt (Chỉ số nhiệt độ tích cực), công suất trở lại tăng khi nhiệt độ tăng. PTC Heat-edimal nhiệt thường được sử dụng làm bảo vệ quá dòng và trong cầu chì rút
Một số loại cảm biến nhiệt khác: cảm biến nhiệt độ nước làm mát, pt100, pt100, pt1000- 2 dây, pt100 3 dây, cảm biến nhiệt độ độ ẩm dht11 – dht22, cảm biến nhiệt độ hồng ngoại, khí nạp, lm35, cảm biến nhiệt độ công nghiệp, điều hòa, cảm biến nhiệt độ không tiếp xúc, ds18b20, arduino, cảm biến nhiệt độ tủ lạnh, máy ấp trứng, cảm biến nhiệt độ phòng, cảm biến nhiệt độ dàn lạnh oto, xiaomi, cảm biến nhiệt độ nước làm mát ô tô, ntc, nhiên liệu, lm35 arduino, 4-20ma, ex 150, cảm biến nhiệt độ ds18b20 arduino xe máy, bếp từ, cảm biến nhiệt độ nước làm mát 1 chân, gió hồi, cảm biến nhiệt độ bình nóng lạnh, siemens, toshiba, cảm biến nhiệt độ cymax, cảm biến nhiệt độ bếp hồng ngoại, cảm biến nhiệt độ nước nóng – thường được sử dụng lắp đặt trong hệ thống máy nước nóng gia đình, căn hộ, chung cư và hệ thống nước nóng năng lượng mặt trời, máy nén khí, lò nướng, pt100 datasheet, pt100-6-dây, 4 dây, cảm biến nhiệt độ dht22, hshop, cảm biến nhiệt độ hồng ngoại pc151mt-0, honeywell, cảm biến đo nhiệt độ gas, cảm biến nhiệt độ báo cháy…
Từ khóa liên quan
- Mạch cảm biến nhiệt độ 220V
- Cảm biến nhiệt độ 220V
- Cảm biến nhiệt độ PT100
- Cảm biến nhiệt độ DS18B20
- Cảm biến nhiệt độ hồng ngoại
- Cảm biến nhiệt độ nước làm mát
- Cảm biến nhiệt độ, độ ẩm
- Các loại cảm biến nhiệt độ
