Kỹ thuật cảm biến Khoa Cơ khí - Động lực Trờng Cao Đẳng Nghề Công Nghệ Nông Lâm Đông Bắc BI 1: CM BIN NHIT GII THIỆU Cảm biến nhiệt độ sử dụng nhiều lĩnh vực kinh tế kỹ thuật, cảm biến nhiệt độ đóng vai trị định đến tính chất vật chất nhiệt độ làm ảnh hưởng đến đại lượng chịu tác dụng nó, ví dụ áp suất, thể tích chất khí vv cảm biến nhiệt độ nhạy cảm sử dụng thí nghiệm, lĩnh vực nghiên cứu khoa Trong lĩnh vực tự động hoá người ta sử dụng sensor bình thường đặc biệt MỤC TIÊU BÀI HỌC Sau học xong học viên có đủ khả năng: - Đánh giá/xác định vị trí, nhiệm vụ ứng dụng cảm biến nhiệt độ - Mô tả chức năng, nhiệm vụ điều kiện làm việc cảm biến nhiệt độ - Biết phạm vi ứng dụng cảm biến nhiệt độ NỘI DUNG * Đại cương * Nhiệt điện trở với Platin Nickel * Cảm biến nhiệt độ với vật liệu silic * IC cảm biến nhiệt độ * Nhiệt điện trở NTC * Nhiệt điện trở PTC * Các thực hành ứng dụng loại cảm biến nhiệt độ HOẠT ĐỘNG I : HỌC LÝ THUYẾT TRÊN LỚP Đại cương Trong tất đại lượng vật lý, nhiệt độ đại lượng quan tâm nhiều nhiệt độ đóng vai trị định đến nhiều tính chất vật chất, nhiệt độ làm ảnh hưởng đến đại lượng chịu tác dụng nó, ví dụ áp suất, thể tích chất khí vv Để đo trị số xáccủa nhiệt độ vấn đề khơng đơn giản, nhiệt độ đại lượng đo gián tiếp sở tính chất vật phụ thuộc vào nhiệt độ Trước đo nhiệt độ ta cần đề cập đến thang đo nhiệt độ 1.1 Thang đo nhiệt độ Việc xác định thang đo nhiệt độ xuất phát từ định luật nhiệt động học - Thang đo nhiệt độ tuyệt đối xác định dựa tính chất khí lý tưởng Định luật Camot nêu rõ: Hiệu suất ( động nhiệt thuận nghịch hoạt động nguồn có nhiệt độ θ1 θ2 thang đo phụ thuộc vào θ1 θ2: http://www.ebook.edu.vn Kü thuật cảm biến Khoa Cơ khí - Động lực Trờng Cao Đẳng Nghề Công Nghệ Nông Lâm Đông Bắc Dng ca hm F ch ph thuc vo thang đo nhiệt độ, ngược lại, việc lựa chọn hàm F định thang đo nhiệt độ Đặt F(θ) = T xác định T nhiệt độ nhiệt động học tuyệt đối hiệu suất động nhiệt thuận nghịch viết sau: η = 1− T1 T2 Trong T1 T2 nhiệt độ nhiệt động học tuyệt đối nguồn a/ Thang nhiệt độ động học tuyệt đối: Kelvil, đơn vị đo K thang người ta gán cho nhiệt độ điểm có trạng thái nước đá, nước hơi, giá trị 273,150k Từ thang cần xác định theo số thang khác b/ Thang nhiệt celsius: Đo 0c, 10c = kelvil hay T ( C ) = T ( K ) − 273,15 c/ Thang nhiệt Fahrenheit: (0F) ( ) { ( F ) − 32} T 0C = T T ( F ) = T ( C ) + 32 0 Bảng 1-1: Thông số đặc trưng số thang đo nhiệt độ khác Nhiệt độ Kelvin (0K) Celsius (0C) Fahrenheit (0F) Điểm tuyệt đối - 273,15 - 459,67 Hỗn hợp nước – nước đá 273,15 32 Cân nước – nước đá - 273,16 0,01 32,018 nước Nước sôi 373,15 100 212 1.2 Nhiệt độ đo nhiệt độ cần đo Trong tất đại lượng vật lý nhiệt độ (t0) quan tâm nhiều đóng vai trị quan trọng ảnh hưởng nhiều đến tính chất vật chất cơng nghiệp đời sống việc đo nhiệt độ cần thiết Để đo trị số xác nhiệt độ cơng việc khó khăn phức tạp, phần lớn đại lượng vật lý so sánh với giá trị mẫu nhiệt độ khơng đại lượng gia tăng Để thiết lập thang đo nhiệt độ để đo nhiệt độ có số phương pháp sau: - Phương pháp quang dựa vào p hân bố phổ xạ dao động nhiệt (hiệu ứng Doppler) - Dựa vào giãn nở vật rắn, chất lỏng, chất khí dựa tốc độ âm - Dựa vào phụ thuộc điện trở vào nhiệt độ (hiệu ứng seebeek) - Dựa phát triển tần số dao động thạch anh Nhiệt điện trở với Platin Nickel 2.1 Điện trở kim loại thay đổi theo nhiệt độ Được sử dụng kim loại nguyên chất (Pt; Cu; Ni) với hệ số nhiệt điện trở lớn tốt http://www.ebook.edu.vn 10 Kü thuËt cảm biến Khoa Cơ khí - Động lực Trờng Cao Đẳng Nghề Công Nghệ Nông Lâm Đông B¾c Pt làm việc nhiệt độ 1900 C đến 6500C Cu làm việc nhiệt độ 500C đến 1500C Người ta kéo chúng thành sợi mảnh quấn khung chịu nhiệt đặt vào hộp vỏ đặc biệt đưa đầu để lấy tín hiệu với điện trở (R) chế tạo khoảng từ 10(Ω)đến 100(Ω) Trong R0 điện trở thời điểm ban đầu ϕ= n.e.μ Trong đó: n số điện tử tự đơn vị diện tích e điện tích điện tử tự μ tính linh hoạt điện tử, μ đặc trưng tốc độ điện tử từ trường) R U 100 50 0K I 20 40 60 b/ Đặc tính nhiệt a/ Đặc tính V-A Hình 1.1: Đặc tính V-A đặc tính nhiệt điện trở kim loại - nhạy điện trở kim loại thay đổi theo nhiệt độ Ġ S cao tốt, (S khái niệm cảm nhận phát triển nhiệt độ) Phương trình mơ tả khâu nhiệt phương trình vi phân bậc (T S + 1).R(t ) = K θ (t ) Điện trở kim loại thay đổi theo nhiệt độ có ưu điểm sử dụng rộng dãi sử dụng nhiều Xong nhược điểm điện trở kim loại thay đổi theo nhiệt độ kích thước lớn, cồng kềnh, có qn tính lớn 2.2 Nhiệt điện trở Platin Platin vật liệu cho nhiệt điện trở dùng rộng dãi cơng nghiệp Có tiêu chuẩn nhiệt điện trở platin, klhác chúng nằm mức độ tinh khiết vật liệu Hầu hết quốc gia sử dụng tiêu chuẩn quốc tế DIN IEC 751 – 1983 (được sửa đổi lần thứ vào năm 1986, lần thứ vào năm 1995) USA tiếp tục sử dụng tiêu chuẩn riêng Ở tiêu chuẩn sử dụng phương trình Callendar – VanDusen: R(t) = R0 (1 + A.t + B.t2 + C [t – 1000C].t3) R0 trị số điện trở định mức 00C Alpha R0 Standard Hệ số Đất nước ohms/ohm/0C ohms IEC 751 Áo, Úc, Bỉ, 2000C < t < 00C 0,003855055 100 -3 (Pt100) Brazin, A = 3,90830 x 10 http://www.ebook.edu.vn 11 Kü thuật cảm biến Khoa Cơ khí - Động lực Trờng Cao Đẳng Nghề Công Nghệ Nông Lâm Đông Bắc B = - 5,77500 x 10-7 C = -4,18301 x 10-12 00C < t < 8500C A & B trên, riêng C = 0,0 SAMA RC - 0,0039200 A = 3,97869 x 10-3 98,129 B = - 5,86863 x 10-7 C = -4,16696 x 10-12 Bungari,Canađa, Đan mạch, Ai cập, Phần Lan, Pháp, Đức, Israen, ý, Nhật, Nam Phi, Thổ Nhĩ Kỳ, Nga, Anh, USA, Ba Lan, Rumani USA R0 nhiệt điện trở Pt 100 100Ω, Pt 1.000 1.000Ω, loại Pt 500, Pt 1.000 có hệ số nhiệt độ lớn hơn, độ nhạy lớn (điện trở thay đổi mạnh theo nhiệt độ) Ngồi cịn có loại Pt 10 có độ nhạy dùng để đo nhiệt độ 6000C Tiêu chuẩn IEC 751 định nghĩa đẳng cấp dung sai A, B Trên thực tế xuất thêm loại C D (Xem bảng đây) Các tiêu chuẩn áp dụngcho loại nhiệt điện trở khác Dung sai (0C) t = ± (0,15 + 0,002.⎢t⎥) t = ± (0,30 + 0,005.⎢t⎥) t = ± (0,40 + 0,009.⎢t⎥) t = ± (0,60 + 0,0018.⎢t⎥) Đẳng cấp dung sai A B C D Theo tiêu chuẩn DIN vật liệu Platin dùng làm nhiệt điện trở có pha tạp Do bị tạp chất khác thẩm thấu trình sử dụng thay đổi trị số điện so với Platin ròng, nhờ ổn định lâu dài theo thời gian, thích hợ cơng nghiệp Trong cơng nghiệp nhiệt điện trở Platin thường dùng có đường kính 30 μm (so sánh với đường kính sợi tóc khoảng 100 (μm) 2.3 Nhiệt điện trở nickel Nhiệt điện trở nicken so sánh với Platin rẻ tiền có hệ số nhiệt độ lớn gần gấp lần (6,18.10-3 0C-1) Tuy nhiên dải đo từ -600C đến +2500C, 3500C nicken có thay đổi pha, cảm biến nicken 100 thường dùng công nghiệp điều hồ nhiệt độ phịng R(t) = R0 (1 + A.t + B.t2 + D.t4 + F.t6) A = 5,485 x 10-3; B = 6,650 x 10-6; D = 2,805 x 10-11; F = -2,000 x -17 10 Với trường hợp khơng địi hỏi xác cao, ta sử dụng phương trình sau: R(t) = R0 (1 + a.t) http://www.ebook.edu.vn 12 Kü thuËt c¶m biÕn – Khoa Cơ khí - Động lực Trờng Cao Đẳng Nghề Công Nghệ Nông Lâm Đông Bắc a = alpha = 0,00672 0C Từ dễ dàng chuyển đổi thành giá trị nhiệt độ: T = (Rt/R0 – 1) / a = (Rt/R0 – 1)/0,00672 2.200 2.000 Resistance (Ohms) 1.800 1.600 1.400 1.200 1.000 800 600 - 60 - 40 - 40 20 40 60 80 100 120 140 Temperature (0C) Hình 1.2: Đờng đặc tính cảm biến nhiệt ®é ZNI 1.000 Cảm biến nhiệt độ ZNI 1.000 hãng ZETEX Semiconductors sản xuất sử dụng nhiệt điện trở Ni, thiết kế có giá trị 1.000( 00C) 2.4 Cách nối dây đo Nhiệt điện trở thay đổi điện trở theo nhiệt độ, với dịng điện khơng đổi qua nhiệt điện trở, ta đo U = R.I, để cảm biến khơng bị nóng lên qua phép đo, dòng điện cần phải nhỏt khoảng mA Với Pt 100 0C ta có điện khoảng 0,1 vôn, điện cần đưa đến máy đo qua dây đo Ta có kỹ thuật ni dõy o: đỏ đỏ đỏ đỏ đỏ Trắng Trắng dây Trắng dây Trắng dây Hình 1.3: Cách nối dây nhiệt điện trở Tiờu chun IEC 751 yêu cầu dây nối đến đầu nhiệt điện trở phải có màu giống (đỏ trắng) dây nối đến đầu phải khác màu * Kỹ thuật hai dây: http://www.ebook.edu.vn 13 Kü thuËt c¶m biÕn – Khoa Cơ khí - Động lực Trờng Cao Đẳng Nghề Công Nghệ Nông Lâm Đông Bắc R1 R2 Resistance Element vb S R3 Power Supply Bridge Ouiput H×nh 1.4: Kü thuËt nèi d©y Giữa nhiệt điện trở mạch điện tử nối dây, dây dẫn điện có điện trở, điện trở nối nối tiếp với điện trởcủa dây đo, mạch điện trở nhận điện cao điện cần đo, kết ta có thị nhiệt kế cao nhiệt độ cần đo, khoảng cách xa, điện trở dây đo lên đến vài ơm Ví dụ với dây đồng: Diện tích mặt cắt dây đo = 0,5 mm2 Điện trở suất = 0,0017 (Ω/mm2m-1) Chiều dài = 100m R = 6,8Ω, với 6,8Ω tương ứng cho nhiệt điện trở Pt 100 thay đổi nhiệt độ 170C Để đảm tránh sai số phép đo điện trở dây đo gây ra, người ta bù trừ điện trở dây đo mạch điện sau: Một biến trở bù trừ nối vào hai dây đo nhiệt điện rở thay điện trở 100Ω Mạch điện tử thiết kế với điện trở dự phòng dây đo 10Ω Ta chỉnh biến trở có thị 00C: Biến trở điện trở dây đo 10Ω * Kỹ thuật dây: R1 R2 Resistance Element vb S Lead Resistance R3 Power Supply Bridge Ouiput H×nh 1.5: Kü thuËt nèi d©y Từ nhiệt điện trở dây đo nối thêm điện trở (hình 1.5) Với cách nối dây ta có mạch đo hình thành, hai mạch dùng làm mạch chuẩn, với kỹ thuật dây, sai số phép đo điện trở dây đo http://www.ebook.edu.vn 14 Kü thuËt cảm biến Khoa Cơ khí - Động lực Trờng Cao Đẳng Nghề Công Nghệ Nông Lâm Đông B¾c thay đổi nhiệt độ khơng cịn Tuy nhiên dây đo cần có trị số kỹ thuật có nhiệt độ Kỹ thuật dây phổ biến * Kỹ thuật dây R1 R2 Resistance Element vb Lead Resistance S R3 Power Supply Bridge Ouiput H×nh 1.6: Kü thuËt nèi d©y Với kỹ thuật dây người ta đạt kết đo tốt nhất, hai dây dùng cho dịng điện khơng đổi qua nhiệt điện trở Hai dây khác dùng làm dây đo điện nhiệt điện trở, trường hợp tổng trở ngõ vào mạch đo lớn so với điện trở dây đo, điện trở dây đo coi không đáng kể, điện đo không bị ảnh hưởng điện trở dây đo thay đổi nhiệt 2.5 Các cấu trúc cảm biến nhiệt platin nickel * Nhiệt điện trở với kỹ thuật quấn dây - Nhiệt điện trở với vỏ gốm: Sợi Platin giữ chặt ống gốm sứ với bột ốit nhôm, dải đo từ – 2000C đến 8000C - Nhiệt điện trở với vỏ thuỷ tinh: Loại có độ bền học độ nhạy cao, dải đo từ – 2000C đến 4000C, dùng mơi trường hố chất có độ ăn mịn hố học cao - Nhiệt điện trở với vỏ nhựa: Giữa lớp nhựa polyamid dây platin có đường kính khoảng 30 mm dán kín Với cấu trúc mảng, cảm biến dùng để đo nhiệt độ bề mặt ống hay cuộn dây biến Dải đo từ – 800C đến 2300C - Nhiệt điện trở với kỹ thuật màng mỏng: Loại có cấu trúc cảm biến gồm lớp màng mỏng (platin) đặt ceramic thuỷ tinh Tia lazer sử dụng để chuẩn hoá giá trị điện trở nhiệt điện trở 2.6 Mạch ứng dụng với nhiệt điện trở platin ADT70 IC hãng Analog Devices sản xuất, cung cấp kết hợp lý tưởng với Pt1.000, ta có dải đo nhiệt độ rộng, sử dụng với Pt100 Trong trường hợp có cách biệt, với nhiệt điện trở Platin kỹ thuật màng mỏng, ADT70 đo từ 500C đến 5000C, cịn với nhiệt điện trở Platin tốt, đo đến 1.0000C Độ xác hệ thống gồm ADT70 nhiệt điện trở Platin thang đo -2000C đến 1.0000C phụ thuộc nhiều vào phẩm chất nhiệt điện trở Platin * Các thông số thiết bị ADT70: - Sai số : ±10C - Điện áp hoạt động: vôn ±5 vôn http://www.ebook.edu.vn 15 Kü thuËt cảm biến Khoa Cơ khí - Động lực Trờng Cao Đẳng Nghề Công Nghệ Nông Lâm Đông B¾c - Nhiệt độ hoạt động: Từ – 400C đến 1250C (dạng 20 – lead DIP, SO packages) - ứng dụng: Thiết bị di động, điều khiển nhiệt độ NULLA NULLB BIAS 25V REFOUT +VS OUTOA IOTA IOTB MATCHEO CURRENT SOURCES +INO 2,5V REP -INOA -1NiA -1NiA SHUT DOWN 1NST AMP RGA RGB RGC SENSE OUTSA AGND -Vs SHUTDOWN DGND Hình 1.7: Sơ đồ khối ADT70 ADT70 có thành phần chính: Nguồn dịng điều chỉnh phận khuyếch đại, nguồn dịng điều chỉnh phận khuyếch đại Nguồn dòng sử dụng để cung cấp cho nhiệt điện trở điện trở tham chiếu Bộ phận khuyếch đại so sánh điện áp nhiệt điện trở điện áp điện trở tham chiếu, sau đưa tín hiệu điện áp tương ứng với nhiệt độ (ADT70 cịn có opamp, nguồn áp 2,5 vôn) Dải đo ADT70 phụ thuộc vào đặc tính nhiệt điện trở, điều quan trọng phải chọn lựa nhiệt điện trở thích hợp với ứng dụng thực tế 2.7 Mạch ứng dụng với nhiệt diện trở Ni Zni 1.000 với ZMR500 dùng với DVM nhiệt kế Cảm biến nhiệt độ với vật liệu silic Cảm biến nhiệt độ với vật liệu silic ngày đóng vai trị quan trọng hệ thống điện tử, với cảm biến silic, bên cạnh đặc điểm tuyến tính, xác, phí tổn thấp, cịn tích hợp IC với phận khuyếch đại yêu cầu sử lý tín hiệu khác, hệ thống trở lên nhỏ gọn, mức độ phức tạp cao chạy nhanh Kỹ thuật cảm biến truyền thống cặp nhiệt, nhiệt điện trở có đặc tuyến khơng tuyến tính yêu cầu điều chỉnh chuyển đổi xác từ giá trị nhiệt độ xang đại lượng điện (dòng áp), hay dần cảm biến silicvới lợi điểm nhỏ gọn mạch điện tích hợp dễ sử dụng 3.1 Nguyên tắc Hình vẽ 1.8 thể cấu trúc cảm biến, kích thước cảm biến 500 x 500 x 200(mặt cảm biến lớp SiO2 có vùng hình trịn mạ kim loại có đường kính khoảng 20μm, tồn mặt đáy mạ kim loại http://www.ebook.edu.vn 16 Kü thuật cảm biến Khoa Cơ khí - Động lực Trờng Cao Đẳng Nghề Công Nghệ Nông Lâm Đông Bắc n+ doping metallwion d Sio2 n-si ne of force Equipotental plane n+ doping metalization Hình vẽ 1.9 biểu diễn mạch điện tương đương tượng trưng thay cho cảm biến silic (sản xuất theo nguyên tắc điện trở phân rải) Sự xếp dẫn đến phân bố dịng qua tinh thể có dạng hình nón, nguồn gốc có tên gọi điện trở phân rải Hình 1.8: Điện trở cảm biến nhiệt R xác định sau: Hình 1.9 R = ρ/πd Trong R điện trở cảm biến nhiệt; ρ điện trở suất vật liệu silic (ρ lệ thuộc vào nhiệt độ); d đường kính hình trịn vùng mạ kim loại mặt 3.2 Đặc trưng kỹ thuật dòng cảm biến KTY (hãng Philips sản xuất) Với xác ổn định lâu dài cảm biến với vật liệu silic KYT sử dụng công nghệ điện trở phân rải một, sử dụng thay tốt cho loại cảm biến nhiệt độ truyền thống * Ưu điểm chính: - Sự ổn định: Giả thiết cảm biến làm việc nhiệt độ có giá trị nửa giá trị nhiệt độ hoạt động cực đại, sau thời gian làm việc 45.000 (khoảng 51 năm) sau 1.000 (1,14 năm), hoạt động liên tục với dòng định mức giá trị nhiệt độ hoạt động cực đại cảm biến silic cho kết đo với sai số bảng (bảng – 3) Bảng – 3: Sai số cảm biến silic (do thời gian sử dụng) TYPE Sai số tiêu biểu (K) Sai số lớn (K) KTY 81 – 0,20 0,50 KTY 82 - KTY 81 – 0,20 0,80 KTY 82 – KTY 83 0,15 0,40 http://www.ebook.edu.vn 17 Kỹ thuật cảm biến Khoa Cơ khí - Động lực Trờng Cao Đẳng Nghề Công Nghệ Nông Lâm Đông Bắc - S dng cụng ngh silic: Do cảm biến sản xuất dựa tảng công nghệ silic nên gián tiếp hưởng lợi ích từ tiến lĩnh vực công nghệ đồng thời điều gián tiếp mang lại ảnh hưởng tích cực cho cơng nghệ đóng gói, nơi mà ln có xu hướng thu nhỏ - Sự tuyến tính: Cảm biến với vật liệu silic có hệ số gần số toàn thang đo, đặc tính điều lý tưởng để khai thác sử dụng (đặc trưng kỹ thuật KYT 81) Nhiệt độ hoạt động cảm biến silic thông thường bị giới hạn 1500C KYT 84 với vỏ bọc SOD68 công nghệ nối đặc biệt dây dẫn chip hoạt động đến nhiệt độ 3000C 2,4 R (kΩ) 1,6 0,8 -100 -50 50 100 150 200 Hình 1.10: Đặc trng kỹ thuật cña KYT 81 * Đặc điểm sản phẩm: Tên sản R25 (Ω) phẩm KYT 81 – 1.000 KYT 81 - 2.000 KYT 82 – 1.000 KYT 82 – 2.000 KYT 83 – 1.000 KYT 84 - 1.000 (R100) ΔR ( 1% tới ( 5% ( 1% tới ( 5% ( 1% tới ( 5% ( 1% tới ( 5% ( 1% tới ( 5% Thang đo (0C) - 55 tới 150 - 55 tới 150 - 55 tới 150 - 55 tới 150 - 55 tới 175 ( 1% tới ( 5% Dạng IC - 40 tới 300 SOD 70 SOD 70 SOT 23 SOT 23 SOD 68 (DO – 34) SOD 68 (DO – 34) Đối với loại KYT 83, ta có phương trình tốn học biểu diễn mối quan hệ điện trở nhiệt độ sau: [ RT = Rref + A(T − Tref ) + B (T − Tref http://www.ebook.edu.vn 18 )] Kü thuËt c¶m biÕn – Khoa Cơ khí - Động lực Trờng Cao Đẳng Nghề Công Nghệ Nông Lâm Đông Bắc RT l điện trở nhiệt độ; Rref điện trở Tref (1000C với loại KYT 84 250C với cảm biến lại); A,B hệ số Đối với KYT 81/82/84: [ RT = Rref + A(T − Tref ) + B(T − Tref ) − C (T − T1 ) D ] T1 nhiệt độ mà độ dốc đường cong bắt đầu giảm Nếu T(T1 hệ số C = 0; C D hệ số Loại cảm biến A (K – 1) B (K – 2) C(1)(K – D) D T1 (0C) KYT 81 – 7,874 x 10-3 1,874 x 10-5 3,42 x 10-8 3,7 100 -3 -5 -6 KYT 81 - 7,874 x 10 1,874 x 10 1,096 x 10 3,0 100 -3 -5 -8 KYT 82 – 7,874 x 10 1,874 x 10 3,42 x 10 3,7 100 -3 -5 -6 KYT 82 – 7,874 x 10 1,874 x 10 1,096 x 10 3,0 100 -3 -5 KYT 83 7,635 x 10 1,731 x 10 -3 -5 -8 KYT 84 6,12 x 10 1,1 x 10 3,14 x 10 3,6 250 * Chú ý: Với loại cảm biến KYT 83/84 lắp đặt cần ý đến cực tính, đầu có vạch màu cần nối vào cực âm, KYT 81/82 lắp đặt ta khơng cần quan tâm đến cực tính 3.3 Mạch điện tiêu biểu với KTY81 KTY82 Hình vẽ 1.11 cho ta mạch điện điển hình thiết kế cho cảm biến KYT 81 – 110 KYT 82 – 110 (nhiệt độ từ 00C đến 1000C) Điện trở R1 R2, cảm biến nhánh điện trở R3, biến trở P1 R4 tạo thành mạch cầu Giá trị R1 R2 chọn cho giá trị dòng điện qua cảm biến gần 1A tuyến tính hố cảm biến dải nhiệt độ cần đo Điện áp ngõ thay đổi tuyến tính từ 0,2VS đến 0,6 VS (VS = vơn Vout thay đổi từ vôn đến vôn) Ta điều chỉnh P1 để Vout = vôn 00C, 1000C điều chỉnh P2 Vout = vôn, với mạch điện việc điều chỉnh P2 không ảnh hưởng đến việc chỉnh zero VB R6 6,8kΩ R3 4kΩ R1 3,3kΩ P1 220Ω KYT81-110 R2 22kΩ P2 4,7kΩ R5 33kΩ V0 R4 1k Hình 1.11: Mạch đo nhiệt độ sử dụng KYT81-110 http://www.ebook.edu.vn 19 Kỹ thuật cảm biến Khoa Cơ khí - Động lực Trờng Cao Đẳng Nghề Công Nghệ Nông Lâm Đông Bắc IC cm bin nhiệt độ Rất nhiều công ty, hãng chế tạo sản xuất IC bán dẫn để đo hiệu chỉnh nhiệt độ IC cảm biến nhiệt độ mạch tích hợp nhận tín hiệu nhiệt độ chuyển thành tín hiệu dạng điện áp tín hiệu dịng điện Dựa vàp đặc tính nhạy cảm bán dẫn với nhiệt độ, tạo điện áp dòng điện tỉ lệ thuận với nhiệt độ tuyệt đối C, F, K hay tuỳ loại Đo tín hiệu điện ta cần biết nhiệt độ cần đo Tầm đo giới hạn từ -550C đến 1500C, độ xác từ 1% đến 2% tuỳ theo loại Sự tác động nhiệt độ tạo điện tích tự lỗ trống chất bán dẫn phá vỡ phân tử, bứt electron thành dạng tự di chuyển qua vùng cấu trúc mạng tinh thể, tạo xuất lỗ trống nhiệt làm cho tỉ lệ điện tử tự lỗ trống tăng lên theo quy luật hàm số mũ với nhiệt độ Kết tượng mức điện áp thuận, dòng thuận mối nối p – n diode hay transistor tăng theo hàm số mũ theo nhiệt độ Trong mạch tổ hợp, cảm biến nhiệt thường điện áp lớp chuyển tiếp p – n transistor loại bipolar, Texinstruments có STP 35 A/B/C; National Semiconductor LM 35/4.5/50…vv 4.1 Cảm biến nhiệt LM 35/ 34 National Semiconductor Hầu hết cảm biến nhiệt độ phổ biến sử dụng có phần phức tạp, chẳng hạn cặp nhiệt độ ngẫu có mức ngõ thấp yêu cầu bù nhiệt, thermistor khơng tuyến tính, thêm vào ngõ loại cảm biến khơng tuyến tính tương ứng thang chia nhiệt độ Các khối cảm biến tích hợp chế tạo khắc phục đặc điểm đó, ngõ chúng quan hệ với thang đo Kelvin độ Celsius Fahrenheit + VS (4v TO 20V) Thang ®o: +20C ®Õn 1500C VS = v«n tíi 30 v«n OUTPUT 10,0mV/0C LM 35 + VS Thang ®o: -550C ®Õn 1500C R1 = VS/50 μA VS = v«n tíi 30 v«n VouT = 1500mV t¹i +1500C = +250mV t¹i +250C = -550mV -550C VOUT LM 35 R1 - VS Hình 1.12: Cách kết nối cảm biến nhiệt LM35 * Loi LM35: Precision Centigrade Temperature Sensor: Với loại ta có điện áp ngõ tỉ lệ trực tiếp với thang nhiệt độ Celsius (thang bách phân) http://www.ebook.edu.vn 20 Kü thuËt cảm biến Khoa Cơ khí - Động lực Trờng Cao Đẳng Nghề Công Nghệ Nông Lâm Đông B¾c Như mạch điện bù trừ điểm zero thang Kelvin (thang nhiệt độ tuyệt đối) khơng cịn cần thiết số IC cảm biến nhiệt khác - Đặc điểm: Điện áp hoạt động: Vs = vơn đến 30 vơn; Điện áp ngõ tuyến tính: 10 mV/0C - Thang đo: - 550C đến 1500+C với LM 35/35A; - 400C đến 1100C với LM 35C/35CA; 00C đến 1000C với LM 35D; - Sự tự nung nóng nhỏ: 0,080C (trong mơi trường khơng khí) - Mức độ khơng tuyến tính ±1/40C) * Cách kết nối * Loại LM 34: Giống LM 35 thiết kế cho thang đo Fahrenheit từ -50 đến + 3000F, độ xác ±0,40F LM 34 có ngõ 10mV/0F Điện áp hoạt động: Từ vôn DC đến 20 vôn DC Trở kháng ngõ LM 34 thấp đặc điểm ngõ tuyến tính làm cho giá trị đọc hay điều khiển mạch điện dễ dàng 4.2 Cảm biến nhiệt độ AD 590 Analog Devices Cảm biến AD 590 (Analog Devices) thiết kế làm cảm biến nhiệt có tổng trở ngõ lớn (10 M(), vi mạch cân nhà sản xuất, khiến cho dòng mA tương ứng với chuẩn nhiệt độ K Điện áp làm việc nhỏ tốt để tránh tượng tự gia nhiệt, cấp điện áp thay đổi, dòng điện thay đổi Thang đo: - 550C đến 1500C Điện áp hoạt động: Từ vơn DC đến 30 vơn DC Dịng điện tỉ lệ: μA/0K 4.3 Mạch ứng dụng * Mạch đo nhiệt độ LM 35 v«n 12 «n 12 v«n R3 = kΩ LM R5 = 1,8 kΩ TL 082 TL 082 R3 = kΩ v«n R1 = 8,2 kΩ R4 = kΩ R4 = kΩ R6 = 2,2 kΩ R2 = 10 kΩ http://www.ebook.edu.vn 21 R7 = 10 kΩ 150 55 VAK Kỹ thuật cảm biến Khoa Cơ khí - Động lực Trờng Cao Đẳng Nghề Công Nghệ Nông Lâm Đông Bắc * Mch ng dng LM35 với thiết bị khuyếch đại âm 12 LM3886 +28 v«n IC2 Themmall y R3= 10 kΩ IC1 LM 35 LMC7211 IC3 -28 v«n 10 kΩ R4 = 560 kΩ 20 kΩ kΩ 12 v«n 3,3 μF IC4 4,7 kΩ Q1 NDS R1= 10 kΩ LM 4041- Audio 10 F Hình 1.12: LM35 với phận khuyếch đại âm c«ng suÊt Trong mạch ứng dụng này, nhiệt độ IC khuyếch đại âm (IC1) đại lượng quan tâm LM35 IC1 có gắn kết nhiệt, tín hiệu ngõ so sánh xuống mức thấp nhiệt độ vượt giới hạn (thông số chọn R1 R2 điện áp tham chiếu) Hệ thống thiết kế để quạt hoạt động nhiệt độ vượt khoảng giá trị 800C tắt nhiệt độ xuống 600C Nhiệt điện trở NTC NTC (Negative Temperature Conficient) nhiệt điện trở có hệ số nhiệt điện trở âm nghĩa giá trị điện trở giảm nhiệt độ tăng, giảm từ 3% đến 5% độ 5.1 Cấu tạo NTC hỗn hợp đa tinh thể nhiều ôxit gốm nung chảy nhiệt độ cao (1.0000C đến 1.4000C) Fe2O3; Zn2TiO4; MgCr2O4 TiO2 hay NiO CO với Li2O Để có NTC có đặc trưng kỹ thuật ổn định với thời gian dài, cịn sử lý với phương pháp đặc biệt sau chế tạo 5.2 Đặc tính cảm biến nhiệt NTC * Đường đặc tính cảm biến Nhiệt độ - điện trở NTC mã số A34-2/30: RNTC (5,5 kw nhiệt độ môi trường 200C RNTC ≈ 400 w nhiệt độ mơi trường 1000C * Đặc tính dịng/áp NTC Đặc tính dịng áp NTC cung cấp nhiều thơng tin đặc tính điện trở Nhiệt độ Đặc tính dùng trường hợp dịng qua NTC làm nhiệt độ cao nhiệt độ môi trường Đặc tuyến gọi đặc tuyến tĩnh NTC, điện áp rơi NTC ghi nhận đạt trạng thái cân điện cung cấp nguồn nhiệt (thường lấy môi trường nhiệt độ 250C, điều kiện lặng gió) http://www.ebook.edu.vn 22 Kü tht c¶m biến Khoa Cơ khí - Động lực Trờng Cao Đẳng Nghề Công Nghệ Nông Lâm Đông Bắc Đặc tuyến chia làm vùng: - Vùng bắt đầu đặc tuyến (giới hạn vùng khu vực 10 mW), lượng điện cung cấp cho NTC khơng đáng kể, lượng nhiệt sinh dịng điện không đáng kể, vùng này, điện trở NTC xác định nhiệt độ môi trường Độ nhạy đáng kể sử dụng NTC làm cảm biến nhiệt độ vùng KΩ 101 100 10-1 10-2 3000C 200 100 Hình 1.13: Đờng đặc tính cảm biến nhiệt độ 10k 100k 1k 100 3000C 1000C 500C 2000C 4000C 10w 10 mw mw 10Ω 1w 100 mw Hình 1.14: Đặc tuyến U/I NTC - Vùng 2: Do tăng dòng, nhiệt độ NTC tăng cao nhiệt độ môi trường, tự làm nóng, điện trở NTC giảm đáng kể, giá trị dòng cho sẵn, áp tăng tối đa Vùng 3: Nếu dòng tăng thêm, điện áp rơi trở lên bé, cuối đường đặc tuyến điện trở NTC gần lượng điện chuyển đổi, có tác động nhiệt môi trường * Một số thông số NTC R20 hay R25: điện trở nguội hay điện trở biểu kiến giá trị nhiệt độ NTC 200C 250C (tuy nhiên sai số từ 5% đến 25%) http://www.ebook.edu.vn 23 Kỹ thuật cảm biến Khoa Cơ khí - Động lực Trờng Cao Đẳng Nghề Công Nghệ Nông Lâm Đông Bắc Tmin; Tmax l gii hn nhiệt độ hoạt động NTC Pmax công suất lớn cho phép chuyển đổi nhiệt NTC 5.3 ứng dụng NTC có nhiều ứng dụng, chia làm loại loại dùng làm đo lường loại làm trễ * Loại dùng làm đo lường: đo lường tác động bù, cần tránh tượng tự sinh nhiệt dòng NTC lớn, NTC hoạt động chủ yếu vùng tuyến tính, mơ tả trước đây, vùng điện trở NTC xác định nhiệt độ môi trường, phạm vi chủ yếu NTC lĩnh vực đo nhiệt độ, kiểm tra, điều khiển Tuy nhiên NTC dùng để bù tính phụ thuộc nhiệt độ điện trở, làm ổn định nhiệt độ cho mạch điện tử dùng bán dẫn * Loại dùng làm trễ: NTC có tính chất trễ, dịng điện qua lớn điện trở giảm nhiều trình tự toả nhiệt, tải lớn điện trở NTC giảm mạnh Nhiệt điện trở NTC tạo tác dụng trễ nhằm triệt dòng đỉnh mạch đèn chiếu sáng loại có tim, mạch động cơng suất nhỏ, mạch đốt tim bóng điện tử, mạch có tính dung kháng (tụ) * Mạch ứng dụng với NTC Hoạt động cảm biến dựa khác khả làm mát chất lỏng khơng khí nước chất lỏng, NTC nhúng vào chất lỏng, làm mát nhanh chóng, điện áp rơi NTC tăng lên, hiệu ứng NTC phát có tồn hay khơng chất lỏng vị trí * Bộ điều khiển nhiệt độ: NTC sử dụng nhiều hệ thống điều khiển nhiệt độ cách sử dụng nhiệt điện trở mạch so sánh bản, nhiệt độ vượt mức cài đặt, ngõ chuyển trạng thái từ Off sang ON * Bù nhiệt: Nhiều chất bán dẫn IC cần có bù nhiệt để có hoạt động ổn định dải nhiệt độ rộng, thân chúng có hệ số nhiệt độ dương NTC đặc biệt thích hợp với vai trò bù nhiệt * Rơle thời gian dùng NTC: Rơle thời gian ngày đạt độ xác cao cách sử dụng phần tử RC công tắc điện tử Tuy nhiên khơng cần độ xác cao, dùng NTC theo mạch điện sau đây: - Mạch A rơle thời gian đóng chậm, sau nối nguồn S1, dịng qua cuộn dây rơle, bị giới hạn điện trở nguội NTC lớn, sau thời gian trình tự gia nhiệt dịng qua nó, điện trở NTC giảm, tăng dòng khiến rơle tác động - Mạch B rơle thời gian mở chậm, đóng S2, dịng qua nhiệt điện trở, bắt đầu trình tự gia nhiệt, điện áp rơi qua RS tăng, sau thời gian rơle khơng cịn đủ trì, bị ngắt, thời gian trễ tuỳ thuộc vào môi trường toả nhiệt NTC Nhiệt điện trở PTC Nhiệt điện trở PTC (Positive Temperature Coefficent) loại nhiệt điện trở có hệ số nhiệt điện trở dương (giá trị điện trở tăng nhiệt độ tăng) Trong khoảng nhiệt độ định PTC có hệ số nhiệt độ αR cao 6.1 Cấu tạo http://www.ebook.edu.vn 24 Kü thuËt c¶m biÕn – Khoa Cơ khí - Động lực Trờng Cao Đẳng Nghề Công Nghệ Nông Lâm Đông Bắc Vt liu chế tạo PTC gồm hỗn hợp barium carbonate vài ôxit kim loại khác ép nung, nhiều tính chất điện khác đạt cách gia giảm hợp chất trộn khác nguyên vật liệu cách gia nhiệt theo nhiều phương pháp khác nhau, sau gia nhiệt nung kết mối nối hình thành thermistors sau q trình sản xuất dây nối dẫn thêm vào, nhiệt điện trở PTC thơng thường phủ bên ngồi lớp vỏ có cấu tạo vecni để chống lại ảnh hưởng mơi trường khơng khí 6.2 Đặc tính cảm biến nhiệt PTC * Đường đặc tính điện trở nhiệt độ PTC chia làm vùng: - Vùng nhiệt độ thấp: Giống nhiệt điện trở NTC có hệ số nhiệt độ âm - Vùng hệ số nhiệt độ tăng chậm (TA; TN): sau vài khoảng nhiệt độ đạt bắt đầu nhiệt điện trở biến đổi xang tính chất dương điểm TA, giá trị nhiệt điện trở PTC điểm TA xem điện trở khởi điểm, RA giá trị điện trở thấp mà PTC thể - Vùng làm việc (TN < T < TUPPER): Sau đạt giá trị nhiệt độ danh định TN, giá trị điện trở nhiệt điện trở PTC nhiên gia tăng theo độ dốc thẳng đứng, thực tế gấp vài chục lần so sánh độ dốc đoạn với đoạn trước, vùng dốc đứng dải điện trở làm việc nhiệt điện trở PTC Hướng đường đặc tuyến điểm nhiệt độ dần cao hơn, vùng làm việc nhiệt điện trở PTC bị giới hạn vùng nhiệt độ Tupper với điện trở vùng Rupper, Tupper bị vượt qua, gia tăng điện trở đạt giá trị điện trở tự đặt Và sau đường đặc tính vùng điểm có tính chất điện trở âm, vùng thường khơng có đặc tính nằm ngồi vùng làm việc nhiệt điện trở PTC Ω RE RN RA TA TN TE 00C TU H×nh 1.15 Đường đặc tính dịng áp cho loại riện lẻ khác cho nhà sản xuất thường không theo hệ trục toạ độ tuyến tính mà lại sử dụng hệ trục log http://www.ebook.edu.vn 25 Kỹ thuật cảm biến Khoa Cơ khí - Động lực Trờng Cao Đẳng Nghề Công Nghệ Nông Lâm Đông Bắc Tớnh cht dng v dũng v áp nhiệt điện trở PTC có hình dạng giống tính chất nhiệt điện trở NTC * Một số thông số đặc trưng PTC - TNOM (TN): Nhiệt độ danh định, giá trị nhiệt độ RN = 2*RA - αR: Hệ số nhiệt độ nhiệt điện trở PTC - TUPPER: Nhiệt độ giới hạn vùng làm việc - R25: Điện trở PTC môi trường nhiệt độ 250C 6.3 ứng dụng Nhiệt điện trở PTC làm việc cảm biến có độ nhạy cao ứng dụng tính chất giá trị điện trở tăng: Khởi động bóng đèn huỳnh quang, mạch bảo vệ tải vv * Mạch ứng dụng với PTC Nhiệt điện trở PTC mắc cầu đo mạch so sánh (hình 1.16), nhiệt độ bình thường RPTC ( RS, điện áp ngõ mức thấp, tăng nhiệt độ vượt ngưỡng xuất hiện, PTC bị nung nóng nên RPTC ( RS nên điện áp ngõ V0 lên mức cao (hình 1.17) V0 RP > RS R1 = R2 R1 RP < RS RL RS R1 = R2 V0 R1 R2 PTC Swtich temperature RP T0C Hình 1.17: Đặc tuyến V0 Hình 1.16:bo v so sánh * Mch Mạch ng c PTC dùng để phát tăng nhiệt bất thường động cách đo trực tiếp, cảm biến nhiệt gắn chìm cuộn Stato, tín hiệu sử lý nhờ thiết bị điều khiển dẫn đến tỏc ng (Hỡnh 1.18) PTC PTC PTC Hình 1.18: Mạch bảo vệ động Thit b iu khin KLIXON 40/41/42AA series Thiết bị sử dụng kết hợp với cảm biến nhiệt độ PTC, chúng tương thích với loại cảm biến Klixon BA series http://www.ebook.edu.vn 26 Kü thuËt c¶m biÕn Khoa Cơ khí - Động lực Trờng Cao Đẳng Nghề Công Nghệ Nông Lâm Đông Bắc Nu nhiệt độ cuộn dây động trạng thái bình thường cảm biến điện trở giảm xuống đến mức thấp cần thiết Reset, thiết bị tự động reset thiết bị không cài đặt reset tay Sơ đồ kết nối cảm biến với điều khiển loại 40AA, 42AA Series Các thực hành ứng dụng loại cảm biến nhiệt độ 7.1 Thực hành với cảm biến nhiệt độ Platin Pt 100, Pt1000 ADT70 * Yêu cầu mục đích: a/ Thiết bị - Khảo sats cảm biến nhiệt độ Pt100, Pt1.000 * Thiết bị: - Cảm biến Pt100 Pt1000, IC ADT70 * Thực - Lắp đặt mạch đo nhiệt độ sử dụng nhiệt độ trở Pt100, Pt1000 với IC ADT 70 - Lắp mạch hình 1.19 Đo giá trị điện áp ngõ (VOUT IA điểm nối mass) VOUT= - Tính giá trị nhiệt độ mơi trường phịng thí nghiệm: t = * Pt 100 - Lắp mạch hình 1.19, cần lưu ý thay giá trị điện trở RG= 4,99kΩ hình 1.20 - Thay điện trở tham chiếu 1000Ω điện trở 100Ω Việc thay RG giúp giữ tỉ lệ điện áp ngõ nhiệt độ dùng Pt1000 - Đo giá trị điện áp ngõ ( chân VOUT IA điểm nối mass) VOUT= - Tính giá trị nhiệt độ mơi trường phịng thí nghiệm: t = + 5V NULLA NULLB BIAS +V 2,5VREFOUT ATD70 OUTA MATCHEO CURRENT SOURCES IOUTA +INOA INDEPENDENT OP AMP 2,5V REF IOUTB -INOA -INIA SHUT DOWN -INIB 1KΩ REF RESIS TOR 1KΩ PRTD OUTIA RGA RGB 49,9KΩ GND SENSE VOUT 5mV -VS RGND -1V < VS < -5V Hình 1.19: Pt1000 ADT70 http://www.ebook.edu.vn 27 DGND SHUTDOWN Kỹ thuật cảm biến Khoa Cơ khí - Động lực Trờng Cao Đẳng Nghề Công Nghệ Nông Lâm Đông Bắc -INIA RG INST AMP 4,98K RG +INIA GND SENSE OUT Hình 1.20: ADT70 Pt100 7.2 Thực hành với cảm biến LM 35 * Yêu cầu mục đích: Khảo sát IC LM 35 * Thiết bị : IC LM 35, điện trở Diod 1N914, diod zener Mili vôn kế * Thực Với IC LM35điện áp ngõ tỉ lệ trực tiếp với thang đo Celsius Thực tế IC LM35 có dạng sau: * Sơ đồ chân IC LM35 Dạng SO-8 Dạng TO-46 VOUT NC NC NC GND NC Dạng TO-220 +VS NC Dạng TO-92 +VS VOUT +VS VOUT GND LM35DT GND o BOTTOM VIEW BOTTOM VIEW +VS * Ráp mạch hình 1.21(thang đo:+20C đến 1500C) -Sử dụng Milivơn kế đo giá trị điện áp VOUT: VOUT= Tính nhiệt độ t = Đưa cảm biến đến gần nguồn nhiệt theo dõi thay đổi VOUT * Ráp mạch hình 1.22 ( thang đo:-550C đến 1500C) -Giá trị R1 chọn tuỳ thuộc vào –VS, R1 = - VS/50μA Sử dụng milivôn kế đo giá trị điện áp VOUT: VOUT = Tính nhiệt độ t: t = Đưa cảm biến đến gần nguồn nhiệt theo dõi thay đổi VOUT http://www.ebook.edu.vn 28 GND VOUT Kü thuËt c¶m biÕn Khoa Cơ khí - Động lực Trờng Cao Đẳng Nghề Công Nghệ Nông Lâm Đông Bắc +VS +VS (4V TO 20V) LM35 VOUT LM35 VOUT RT -VS Hình 1.21 Hình 1.22 * Ráp mạch hình vẽ 1.23 (thang đo từ -550C đến 1500C) +VS 6, 10, 20V +VS LM35 LM35 48,5K1% VOUT 10K1% 12K 10% 1N914 VOUT- 26,4K1% LM385 Hình 1.23 18K 1M1% Hình 1.24 Sử dụng milivôn kế đo giá trị điện áp VOUT: VOUT = Tính nhiệt độ t: t = Đưa cảm biến đến gần nguồn nhiệt theo dõi thay đổi VOUT * Ráp mạch hình 1.24 - Chú ý mạch giá trị điện áp tỉ lệ với nhiệt độ thang đo Fahrenheit Sử dụng milivôn kế đo giá trị điện áp VOUT: VOUT = Tính nhiệt độ t: t = Đưa cảm biến đến gần nguồn nhiệt theo dõi thay đổi VOUT 7.3 Thực hành với cảm biến nhiệt điện trở NTC * Yêu cầu - mục đích Lấy đường đặc tính điện trở NTC, R = f(ϑ) I = f(U), thay đổi điện trở xảy tự làm nóng (tải tăng) * Thiết bị: ϑ Nhiệt điện trở NTC (Negative Ký hiệu nhiệt điện trở NTC Temperature Coeffcient), vôn kế, miliampekế * Thực hiện: Ghi chú: Sự thay đổi điện trở tạo qua việc thay đổi nhiệt độ môi trường xung quanh qua việc tự nóng làm lạnh tuỳ theo tải điện http://www.ebook.edu.vn 29 Kü thuËt c¶m biÕn – Khoa Cơ khí - Động lực Trờng Cao Đẳng Nghề Công Nghệ Nông Lâm Đông Bắc khỏc Đường đặc tính điện trở NTC đường biểu diễn hàm số mũ, phụ thuộc vào vật liệu sử dụng, dạng cấu tạo thay đổi nhiệt độ Bỏ qua thay đổi điện trở nhiệt độ mơi trường phịng thí nghiệm, nhiệt độ coi khơng đổi Lắp thí nghiệm theo mạch hình 1.25, đo dịng điện qua điện trở NTC theo điện áp cho bảng đây, để chỉnh trạng thái nhiệt độ ổn định thay đổi điện áp, phép đo thực theo khoảng cách thời gian 30s mA U: ÷ 30V V ϑ R25 = 6kΩ Hình 1.25 Để xây dựng đặc tính R = f(ϑ) cần đồi hỏi giá trị điện trở điện trở NTC xác định từ giá trị dòng điện đo điện áp cho trước bảng sau đây: Bảng giá trị điện áp U(V) 10 15 20 25 28 I(mA) R(kΩ) I(mA) R(kΩ 6,6 6,2 5,8 5,4 5,0 4,6 4,2 0 http://www.ebook.edu.vn 10 15 30 20 25 30 35 U(V) Kü thuËt c¶m biến Khoa Cơ khí - Động lực Trờng Cao Đẳng Nghề Công Nghệ Nông Lâm Đông Bắc 7.4 Thực hành với cảm biến nghiệt điện trở PTC * Yêu cầu - mục đích Lấy đường đặc tính điện trở PTC, R = f(ϑ) I = f(U), đặc tính R = f(ϑ) tạo qua việc tự làm nóng (tăng điện áp đặt vào nó) ϑ * Thiết bị: Nhiệt điện trở Ký hiệu nhiệt điện trở PTC PTC (Positive Temperature Coeffcient), vôiệt nam kế, miliampe kế * Thực hiện: Ghi chú: Sự thay đổi điện trở tạo qua việc thay đổi nhiệt độ môi trường xung quanh qua việc tự nóng làm lạnh tuỳ theo tải điện khác Bỏ qua thay đổi điện trở nhiệt độ mơi trường phịng thí nghiệm, nhiệt độ coi khơng đổi Vì đường đặc tính điện trở PTC khơng phụ thuộc vào nhiệt độ mà cịn phụ thuộc vào độ lớn điện áp đặt vào nó, thí nghiệm sau bỏ qua trường hợp phụ thuộc vào điện áp * Lắp thí nghiệm theo mạch hình 1.26 đo dịng điện qua điện trở PTC theo điện áp cho bảng Để chỉnh trạng thái điện trở ổn định thay đổi điện áp, phép đo dòng điện thực theo khoảng cách thời gian 30s mA U: ÷ 30V V R25 = 80Ω ϑ Hình 1.26 Để xây dựng đặc tính R = f(ϑ) cần đồi hỏi giá trị điện trở điện trở PTC xác định từ giá trị dòng điện đo điện áp cho trước bảng sau đây: Bảng giá trị điện áp U(V) I(mA) R(kΩ) http://www.ebook.edu.vn 31 10 12 16 20 24 Kỹ thuật cảm biến Khoa Cơ khí - Động lực Trờng Cao Đẳng Nghề Công Nghệ Nông Lâm Đông Bắc I(mA) 140 R(k 1.400 120 1.200 100 1.000 80 800 60 600 40 400 20 200 0 12 16 20 24 28 U(V) HOẠT ĐỘNG II: HỌC VIÊN TỰ NGHIÊN CỨU TÀI LIỆU Học viên tham khảo tài liệu đây: Các cảm biến kỹ thuật đo lường điều khiển Lê Văn Doanh, Phạm Thượng Hàn, Nguyễn Văn Hoà, Đào Văn Tân Nhà xuất Khoa học kỹ thuật Hà Nội Cảm biến ứng dụng – Dương Minh Trí - Nhà xuất Khoa học kỹ thuật Hà Nội Giáo trình cảm biến - Phạm Quốc Phô, Nguyễn Đức Chiến - Nhà xuất Khoa học kỹ thuật Hà Nội Giáo trình cảm biến – Trung tâm Việt - Đức phát hành HOẠT ĐỘNG III: HỌC TẬP, THỰC TẬP TẠI XƯỞNG TRƯỜNG * Nội dung: - Nghiên cứu ứng dụng loại cảm biến nhiệt độ - Tìm hiểu cách phân loại, ứng dụng cảm biến nhiệt độ 1/ Hình thức tổ chức: Chia thành nhóm nhỏ từ đến học sinh hướng dẫn giáo viên 2/ Dụng cụ, thiết bị: Các loại cảm biến nhiệt độ, dụng cụ kiểm tra nhiệt kế …vv 3/ Quy trình thực hiện: http://www.ebook.edu.vn 32 Kü thuËt cảm biến Khoa Cơ khí - Động lực Trờng Cao Đẳng Nghề Công Nghệ Nông Lâm Đông B¾c - Giáo viên tập trung lớp học viên, sơ lược ứng dụng cảm biến nhiệt độ, làm mẫu cách lắp đặt, cách đo hiệu chỉnh cảm biến nhiệt độ - Chia nhóm từ đến học viên thực hành thực tập với cảm biến nhiệt độ hướng dẫn giáo viên - Cuối học, giáo viên kiểm tra đánh giá, nhận xét tới học viên trình thực tập http://www.ebook.edu.vn 33 ... D T1 (0C) KYT 81 – 7,874 x 1 0-3 1, 874 x 1 0-5 3,42 x 1 0-8 3,7 10 0 -3 -5 -6 KYT 81 - 7,874 x 10 1, 874 x 10 1, 096 x 10 3,0 10 0 -3 -5 -8 KYT 82 – 7,874 x 10 1, 874 x 10 3,42 x 10 3,7 10 0 -3 -5 -6 ... NTC làm cảm biến nhiệt độ vùng KΩ 10 1 10 0 1 0 -1 1 0-2 3000C 200 10 0 Hình 1. 13: Đờng đặc tính cảm biến nhiệt độ 10 k 10 0k 1k 10 0 3000C 10 00C 500C 2000C 4000C 10 w 10 mw mw 10 1w 10 0 mw Hình 1. 14: Đặc... -3 -5 -6 KYT 82 – 7,874 x 10 1, 874 x 10 1, 096 x 10 3,0 10 0 -3 -5 KYT 83 7,635 x 10 1, 7 31 x 10 -3 -5 -8 KYT 84 6 ,12 x 10 1, 1 x 10 3 ,14 x 10 3,6 250 * Chú ý: Với loại cảm biến KYT 83/84 lắp đặt cần