Chương 12: Các loại cặp nhiệt điện thường dùng trong thực tế Dải nhiệt độ làm việc đối với một cặp nhiệt điện thường bò hạn chế. Ở nhiệt độ thấp, năng suất nhiệt điện của nó giảm đi. Ở nhiệt độ cao, cặp nhiệt có thể bò nhiễm bẩn do môi trường đo hoặc xảy ra hiện tượng bay hơi một trong các chất thành phần của hợp kim làm cặp nhiệt, hoặc bò tăng kích thước hạt tinh thể dẫn đến làm tăng độ dòn cơ học, thậm chí có thể bò nóng chảy. Bảng dưới đây liệt kê một số loại cặp nhiệt điện thường gặp trong thực tế: Để đảm bảo độ ổn đònh của suất điện động, phải ấn đònh nhiệt độ sử dụng cao nhất cho cặp nhiệt có tính đến các điều kiện thực tế. Dây càng nhỏ thì nhiệt độ cực đại càng thấp. Bảng 5.3 trình bày một số thí dụ cho trường hợp cặp nhiệt Chromel/Costantan. Bảng 5.3 Đườngkínhdây, mm 3,25 1.63 0,81 0,33 Nhiệt độ cực đại, C 870 650 540 430 Dưới đây giới thiệu một vài hình ảnh các loại cảm biến nhiệt độ thông dụng: Hình 5.8 Thermistor (nhiệt điện trở). Hình 5.9 Thermo couple (cặp nhiệt điện). Hình 5.10 Thermostat. 5.4 ĐO NHIỆT ĐỘ BẰNG DIODE VÀ TRANSISTOR 5.5.1 Đặc điểm chung và độ nhạy nhiệt : Có thể đo nhiệt độ bằng cách sử dụng linh kiện nhạy cảm là diode hoặc transistor mắc theo kiểu diode (nối B với C) phân cực thuận với 1 không đổi (hình 5.11). Điện áp giữa hai cực sẽ là hàm của nhiệt độ . Độ nhạy nhiệt của diot hoặc của tranzito mắc theo kiểu diot được xác đònh bởi biểu thức: dT dV S (5-30) Giá trò của độ nhạy nhiệt cỡ –2,5mV/C. Ngoài ra, cũng giống như đối với điện áp V, độ nhạy nhiệt có thể phụ thuộc vào dòng ngược I o . Dòng này có thể thay đổi rất khác nhau đối với các linh kiện khác nhau, do vậy nên chọn các linh kiện có các đặc trưng tương tự (đối với một giá trò dòng cho trước phải có cùng điện áp V và dòng I o cũng như nhau). I v a) I v b) I 2 v2 I 1 v 1 v c c) Hình 5.11 Các linh kiện sử dụng cảm biến nhiệt độ. a) diode b) transistor mắc theo kiểu diode c)cặp transistor mắc theo kiểu diode Để tăng độ tuyến tính và khả năng thay thế, người ta thường mắc theo sơ đồ hình 5.11c, dùng một cặp transistor đấu theo kiểu diode mắc đối nhau với hai dòng I 1 và I 2 không đổi chạy qua và đo hiệu điện thế B-E. Bằng cách này sẽ loại trừ được ảnh hưởng của dòng ngược I o . Độ nhạy nhiệt trong trường hợp này được tính theo biểu thức: dT VVd S )( 21 (5-31) hoặc tính bằng số: 2 1 log.56,86 I I S (V.K -1 ) (5-32) Độ nhạy nhiệt này lớn hơn nhiều so với trường hợp dùng cặp nhiệt nhưng nhỏ hơn so với trường hợp nhiệt điện trở. Điều đặc biệt là ở đây không cần nhiệt độ chuẩn. Dải nhiệt độ làm việc bò hạn chế do sự thay đổi tính chất điện của cảm biến ở các nhiệt độ giới hạn và nằm trong khoảng T= - 50 C150C. Trong khoảng nhiệt độ này, cảm biến có độ ổn đònh cao. 5.5.2 Quan hệ điện áp –Nhiệt độ Xét trường hợp dùng cặp transistor Q 1 và Q 2 ở hình 5.11c. Giả sử dòng I o giống nhau cho hai transistor, dòng điện chạy qua các transistor là I 1 và I 2 , điện thế B-E tương ứng là V 1 và V 2 . Khi đó: o o I I q KT V KT qV II 1 1 1 1 lnexp (5-33) o o I I q KT V KT qV II 2 2 2 2 lnexp (5-34) Việc đo hiệu điện thế V d = V 1 –V 2 cho phép loại trừ ảnh hưởng của dòng ngược I o : n q KT I I q KT VVV d lnln 2 1 21 (5-35) n là tỷ số giữa hai dòng điện chạy qua hai transistor. Tính toán bằng số ta có: V d = 86,56.T.ln n (5-36) Trong đó V d đo bằng V và T đo bằng nhiệt độ K. Thí dụ: với n=2 V d =59,73.T Độ nhạy nhiệt có dạng: n q K dT dV S d ln ).(ln.58,86 1 KVnS Độ nhạy nhiệt nhỏ hơn so với trường hợp chỉ dùng một diode hoặc một transistor, nhưng về nguyên tắc không phụ thuộc vào T. Độ tuyến tính trong trường hợp này được cải thiện một cách đáng kể. . một vài hình ảnh các loại cảm biến nhiệt độ thông dụng: Hình 5.8 Thermistor (nhiệt điện trở). Hình 5.9 Thermo couple (cặp nhiệt điện). Hình 5.10 Thermostat. 5.4 ĐO NHIỆT ĐỘ BẰNG DIODE VÀ TRANSISTOR 5.5.1. tuyến tính và khả năng thay thế, người ta thường mắc theo sơ đồ hình 5.11c, dùng một cặp transistor đấu theo kiểu diode mắc đối nhau với hai dòng I 1 và I 2 không đổi chạy qua và đo hiệu. cặp transistor Q 1 và Q 2 ở hình 5.11c. Giả sử dòng I o giống nhau cho hai transistor, dòng điện chạy qua các transistor là I 1 và I 2 , điện thế B-E tương ứng là V 1 và V 2 . Khi đó: o o I I q KT V KT qV II 1 1 1 1 lnexp