Kỹ thuật cảm biến Cảm biến nhiệt độ

Tai liệu cảm biến nhiệt độ Tai liệu cảm biến nhiệt độ Tai liệu cảm biến nhiệt độ Tai liệu cảm biến nhiệt độ Tai liệu cảm biến nhiệt độ Tai liệu cảm biến nhiệt độ Tai liệu cảm biến nhiệt độ Kỹ thuật cảm biến về cảm biến nhiệt độ

Khái niệm đo nhiệt độ Nhiệt điện trở PTC Nhiệt điện trở kim loại Cặp nhiệt điện IC đo nhiệt Phương pháp đo nhiệt độ không tiếp xúc Nhiệt điện trở NTC Mạch ứng dụng Nhiệt độ đại lượng vật lý đặc trưng cho trạng thái nhiệt vật chất Ảnh hưởng lớn đến nhiều tính chất vật chất đo nhiệt độ Đóng vai trị quan trọng công nghiệp nhiều lĩnh vực Thang đo Kelvin (K) Thành lập Năm 1664, Robert Hook thiết lập điểm không điểm động nước cất Năm 1852, Thomson (Kelvin) xác định thang nhiệt độ Điểm nước đá tan Điểm nước sôi Quan hệ với thang khác 0K 100 K - Celsius (°C) Do Andreas Celsius thành lập (năm 1742) °C 100 °C T(°C) = T(K) - 273.15 Fahrenheit (°F) Do Fahrenheit thành lập (năm 1706) 32 °F 212 °F T(°F) = 1.8*T(°C) + 32 Phương pháp đo Đo tiếp xúc - Cảm biến tiếp xúc với môi trường đo Đặc điểm Đo không tiếp xúc - Cảm biến không tiếp xúc với môi trường đo - Phép đo dựa giản nở vật liệu, biến đổi trạng thái - Phép đo dựa vào phụ thuộc xạ nhiệt môi trường đo vào vật liệu, thay đổi điện trở, hiệu ứng nhiệt điện nhiệt độ - Đo xác trường hợp đo tiếp xúc - Không cần tiếp xúc trực tiếp với mơi trường đo - Thích hợp cho đo nhiệt độ lòng vật rắn - Thích hợp cho đo nhiệt độ mơi trường tiếp xúc trực tiếp - Độ tin cậy cao dựa tượng vật lý vật liệu - Độ xác độ lặp lại tùy thuộc vào chất lượng cảm biến trình hiệu chuẩn Ưu điểm - Độ ổn định độ lặp lại tốt trình đo - Cần đảm bảo tiếp xúc tốt cảm biến môi trường đo - Có thể gặp sai số ảnh hưởng yếu tố khác xạ nhiệt từ môi trường xung quanh - Khơng thích hợp cho mơi trường đo tiếp xúc trực tiếp chất lỏng hay khí - Cần cân nhắc hiệu chỉnh sai số ảnh hưởng yếu tố vật lý khác xạ từ môi trường xung quanh Nhược điểm  Để đo nhiệt độ vật rắn cảm biến nhiệt độ:  Khoan lỗ nhỏ đường kính r độ sâu L  Lỗ dùng để đưa cảm biến vào sâu chất rắn  Để tăng độ xác kết phải đảm bảo hai điều kiện:  Chiều sâu lỗ khoan phải lớn gấp 10 lần đường kính (L >= 10 r)  Giảm trở kháng nhiệt vật rắn cảm biến cách giảm khoảng cách vỏ cảm biến thành lỗ khoan Khoảng cách vỏ cảm biến thành lỗ khoan phải lấp đầy vật dẫn nhiệt tốt Nhiệt điện trở kim loại phương pháp đo nhiệt độ dựa hiệu ứng nhiệt điện kim loại Pt (platin), Ni (nickel) C (copper) o Nhiệt điện trở Pt (platin): Pt kim loại có hiệu ứng nhiệt điện ổn định sử dụng rộng rãi ứng dụng đo nhiệt độ xác Sử dụng phương trình Callendar- Van Dusen : 𝑹(𝒕) = 𝑹𝟎 (𝟏 + 𝑨 𝒕 + 𝑩 𝒕𝟐 + 𝑪 𝐭 − 𝟏𝟎𝟎℃ 𝒕𝟑 ) Trong thực tế người ta thường chế tạo nhiệt điện trở: PT 100, PT 500, PT 1000 PT100 RTD thường cấu tạo cách quấn dây bạch kim mỏng xung quanh lõi không dẫn điện giúp hỗ trợ dây mỏng Toàn cụm bọc vỏ bọc để bảo vệ cảm biến tạo độ ổn định cho cảm biến Loại nhiệt điện trở Đặc điểm Ưu điểm Nhược điểm  Hiệu ứng nhiệt điện ổn định  Độ xác cao ổn định trình đo  Thích hợp cho ứng dụng đo nhiệt độ xác độ tin cậy cao  Độ lặp lại tốt, cho phép đo nhiệt độ  Cần thời gian để ổn định nhiệt độ lặp lặp lại mà khơng có sai số sau bị nung nóng làm lớn lạnh  Độ phản ứng nhanh độ ổn định tương đối  Chi phí thấp so với Pt  Độ xác độ lặp lại không cao Pt  Sử dụng rộng rãi ứng dụng công nghiệp với yêu cầu đo nhiệt độ khơng q xác  Dễ dàng sử dụng tích hợp vào hệ thống đo nhiệt độ  Độ ổn định bị ảnh hưởng tác động mơi trường q trình nung nóng làm lạnh  Chi phí thấp dễ dàng tạo thành cảm biến  Độ ổn định so với Pt Ni, bị ảnh hưởng yếu tố  Đáp ứng nhanh với thay đổi nhiệt độ mơi trường q trình nung nóng làm lạnh  Được sử dụng ứng dụng đo nhiệt độ khơng u cầu độ xác cao  Phổ biến ứng dụng công nghiệp với yêu cầu đo nhiệt độ đơn giản Pt (platin) Ni (nickel) C (copper)  Địi hỏi chi phí cao so với loại nhiệt điện trở khác  Độ xác thấp so với Pt Ni  Kỹ thuật dựa việc sử dụng hai dây dẫn điện để kết nối cảm biến hệ thống đo  Điện trở dây đo gây mát điện áp gây sai số kết đo  Phương pháp thường sử dụng ứng dụng đơn giản yêu cầu độ xác khơng cao 𝑅 𝐿 𝑅 𝑉 + - 𝐿 𝑅 𝑅 IC cảm biến nhiệt DS18B20 Là cảm biến nhiệt độ kỹ thuật số phổ biến sản xuất Maxim Integrated (trước - - Dallas Semiconductor) Ground DS18B20 Digital 4k7 3V-5.5V Ứng dụng • Kiểm sốt nhiệt độ, • Giám sát mơi trường, tự động hóa nhà thơng minh • Và nhiều ứng dụng khác Cấu trúc cảm biến Đặc điểm • Chứa cảm biến nhiệt độ giao tiếp số hóa tích hợp chip IC • Bao gồm chất pha rắn (các lớp bán dẫn) thiết kế để thay đổi điện trở dựa nhiệt độ • • • • Kết nối dây (1-Wire) Độ xác cao Dải nhiệt độ rộng Điện áp hoạt động thấp 𝑀𝑔𝐶𝑟 𝑂 Cấu tạo 𝑇𝑖𝑂 𝐹𝑒 𝑂 𝟏𝟎𝟎𝟎℃ ÷ 𝟏𝟒𝟎𝟎℃ NiO CO 𝑁𝑖 𝑂  Cặp nhiệt điện thiết bị sử dụng để đo ghi nhận nhiệt độ thông qua hiệu ứng nhiệt điện  Hiệu ứng nhiệt điện tượng phát sinh điện hai vật liệu khác tiếp xúc có nhiệt độ khác CẤU TẠO Cặp nhiệt điện bao gồm hai dây nhiệt điện khác kết nối thành cặp Kim loại A + 𝑉 Mỗi cặp nhiệt điện gồm hai dây: dây nhiệt điện dây chống nhiễu Dây nhiệt điện tạo điều kiện để tạo hiệu ứng nhiệt điện, dây chống nhiễu giúp giảm ảnh hưởng nhiễu từ môi trường xung quanh Kim loại B A B Cặp nhiệt điện loại K Cặp nhiệt điện loại J Cặp nhiệt điện loại T Cặp nhiệt điện loại E • Sử dụng nhiều ứng dụng cơng nghiệp, đo nhiệt độ cao • Phổ biến ứng dụng gia dụng công nghiệp, đo nhiệt độ trung bình • Thích hợp cho ứng dụng đo nhiệt độ thấp, độ xác cao • Sử dụng mơi trường có nhiệt độ cao chịu ảnh hưởng mơi trường ẩm ướt Vịng điều chỉnh Vật cần đo nhiệt độ Kính mờ Bóng đèn Vịng điều chỉnh Kính đỏ (bộ lọc) Kính mắt (Ống nhịm) Thấu kính (kính vật) Biến trở a b c mA Kính mắt Màng điều tiết Bộ phận ổn áp Gương phản xạ Kính lọc Đèn quang điện Biến áp cách ly Điện kế điện tử Hộp điện Vật cần đo Kính vật ~ Bộ khuếch đại điện tử Máy điều biến sóng a/s kiểu chấn động điện từ Bóng đèn HỎA KẾ QUANG ĐIỆN HỎA KẾ BỨC XẠ TỒN PHẦN Kính lọc Kính mắt Kính hội tụ Vòng điều chỉnh Tấm nhận xạ (bạch kim mạ đen) Tấm nhận xạ (bạch kim mạ đen) HỎA KẾ SO MÀU SẮC Vòng điều chỉnh Vật cần đo Phần tử quang điện Bộ khuếch đại ~ Thấu kính hội tụ 50 vòng / phút Đĩa quay Điện kế tự động Mạch cảm biến nhiệt độ dùng LM35 + 89s52 hiển thị LCD