Chương 3 cảm biến nhiệt độ

LOGO PowerPoint Chng Cm bin nhit 3.1.Khỏi nim c bn Nhit l mt s nhng i lng nh hng rt ln n tớnh cht vt cht Nhit ch cú th o giỏn tip da vo s ph thuc ca tớnh cht vt liu vo nhit 3.1.1.Thang o nhit Thang nhit nhit ng hc tuyt i: Thang Kelvin (K) im cõn bng ca ba trng thỏi nc-nc ỏ-hi = 273,15 K Thang Celsius: (0C) 0C = 1K T (0C)=T(K) - 273,15 Thang Fahrenheit (0F) T (0C)=(T(0F) 32).(5/9) T(0F) = 9/5 T (0C) +32 Xut x: da trờn im cõn bng: NH4Cl+nc a = 00F; nc + nc ỏ = 32 0F; nhit c th ngi =96 0F 3.1.2.Nhit o c v nhit cn o Gi s : Tx :Nhit thc ca mụi trng o Tc :Nhit ca phn t cm nhn ca cm bin Khi ú Tx gi l nhit cn o,Tc gi l nhit o c iu kin o ỳng : Tx =Tc nhiờn nhiu nguyờn nhõn luụn tn ti chờnh lch Tx Tc nht nh. chớnh xỏc ca phộp o ph thuc vo hiu s Tx Tc hiu s ngy cng thỡ chớnh xỏc cng cao.Mun vy o cn phi: -Tng cng s trao i nhit gia b mt cm bin v mụi trng o -Gim s trao i nhit gia b cm bin v mụi trng bờn ngoi Kho sỏt trng hp o bng cm bin tip xỳc.Lng nhit truyn t mụi trng vo b cm bin : dQ A(Tx Tc )dt Vi : -h s dn nhit A-din tớch b mt trao i nhit T- Thi gian trao i nhit Lng nhit hp th: dQ mCdTc Vi : m-Khi lng cm bin C-Nhit lng ca cm bin Nu b qua tn tht nhit ca cm bin mụi trng ngoi v giỏ ,ta cú : A(Tx Tc )dt mCdt t mC ,gi l hng s thi gian nhit,ta cú : A dTc dt Tx Tc Nghim ca phng trỡnh cú dng : Tc Tx ke tng cng trao i nhit gia mụi trng cú nhit cn o v CB ta dựng cm bin cú t nhit thp,h s dn nhit cao, hn ch tn t CB bờn ngoi thỡ cỏc tip im dn t phn t cm nhn mch o bờn ngoi phi cú h s dn nhit thp 3.1.3.Phõn loi cm bin o nhit Cỏc cm bin o nhit c chia lm nhúm : -Cm bin tip xỳc :cm bin tip xỳc mụi trng o,gm : +Cm bin gión n(nhit k gión n) +Cm bin in tr(nhit in tr) +Cp nhit ngu -Cm bin khụng tip xỳc : k Di õy l mt s loi cm bin c bn: 3.2.Nhit k gión n Nguyờn lý hot ng ca nhit k gión n da vo s co gión n ca vt liu tng nhit .Nhit k ny kt cu n gin,d ch to 3.2.1.Nhit k gión n dựng cht rn Thng cú loi :gm v kim loi,kim loi v kim loi -Nhit k gm-kim loi: gm gm t ng kim loi,1 u gm liờn kt vi kim loi,1 u ni vi h thng truyn ng ti b phn ch th +Nguyờn tc : H s gión n nhit g kl ú lng gión n dlk >dlg lm gm dch chuyn sang phi.Di chuyn gm ph thuc dlk dlg ú ph thuc vo nhit -Nhit k kim loi-kim loi : gm kim loi (1) va (2) cú h s gión n khỏc liờn kt vi theo chiu dc +Nguyờn tc : gi s ú b cong v phớa 2.Da vo cong ca kim loi xỏc nh nhit Dựng o nhit di 7000 C 3.2.2.Nhit k gión n dựng cht lng 1)Bỡnh nhit 2)Mao dn 3)Cht lng Cht lng thng l thy ngõn 18.105 / C V nhit k bng thy tinh cú 2.105 / C 3.3.Nhit k in tr Nguyờn lý chung : Da vo s ph thuc in tr sut ca vt liu theo nhit Trong trng hp tng quỏt, s thay i in tr theo nhit cú dng: R(T) = Ro F(T - To) Ro - điện trở nhiệt độ To F - hàm đặc trưng cho vật liệu, F= T = To in tr kim loi : R(T) = Ro(1 + AT + BT2 + CT3) T đo oC To = 0oC in tr l cỏc oxyt bỏn dn : 1 R (t ) R o exp B T T o T- Nhit tuyt i,B thc nghim Khi T nh,R thay i tuyn tớnh theo nhit : R (T T ) R (T ).(1 R T ) R dR R (T ) dT R h s nhit ca R ( nhy nhit),ph thuc vt liu v T 0oC: - Platin (Pt): R = 3,9 10-3 / oC, - Mt s kim loi nhit in tr: R = 5,2 10-2/oC R ph thuc: - in tr sut - kớch thc hỡnh hc dR d d ds R R dT dT dT s dT d , dT 10 / o C d , dT ds , R s dT 10 / o C R 3.3.2.Nhit k in tr kim loi a)Vt liu: Yờu cu chung: - ln R0 ln m kớch thc nhit k nh -h s nhit in tr tt nht l luụn i du,khụng trit tiờu -d gia cụng v cú kh nng thay ln Cỏc cm bin nhit thng c ch to bng Pt v Ni.Ngoi cũn dựng Cu,W Pt :99,999% -> tng chớnh xỏc ch to R khụng ln,R(1000 C)=1,4R(00 C),T lm vic -2000 C 10000 C R 0 Ni : R : R(100 C)=1,6R(0 C) hot tớnh húa hc cao -> d b oxy húa,nhit lm vic giỏm kớch thc ca R ng sut khú b trit tiờu bng nhit -> kộm n nh b) Cu to nhit tr Trỏnh s l, núng u dũng in chy qua in tr thng gii hn giỏ tr mt vi mA v in tr cú nhy nhit cao thỡ in tr phi cú giỏ tr ln.Mun vy thỡ phi gim tit din dõy hoc tng chiu di dõy.Nhng tng tit din thỡ bn thp,tng chiu di gõy tng in tr ca dõy.Do ú phi chn R hp lý -Nhit k cụng nghip : V bc tt chng va p v rung ng mnh,in tr kim loi c cun v bao bc thy tinh hoc gm v t v bc bng thộp Nhit k CN dựng in tr platin 3.3.3.Nhit k s dng silic Si tinh khit hoc n tinh th cú h s in tr õm Nhit k s dng Si ch to bng cụng ngh khuch tỏn H s nhit cú gỏi tr dng S thay i nhit ca nh,ph thuc vo nng pha +Khi T1200 C , gim T tng : ion húa mnh nng ht dn tng ln hn nng pha Nhit lm vic -500 C 1200 C 3.3.4.Nhit k in tr oxyt bỏn dn a)Vt liu ch to Ch to t hn hp cỏc oxyt bỏn dn a tinh th nh : MgO,NiO MgAl2O4 ,Mn2O3 S ph thuc nhit : R(T ) R T exp 0T T T 0 Trong ú : R0( ) l in tr T0(K) nhy nhit : b R T2 Vỡ nh hng ca hm m n in tr chim u th nờn : R T R exp B T T V nhy nhit : B B( 3.000-5.000 K) R T2 b)Cu to,ch to -Hn hp oxyt c trn theo t l thớch hp -Nộn nh dng - Thiờu kt ~ 10000 C -ph kim loi lờn mt -Hn dõy dn ti im trờn b mt ph kim loi lm v bc Cú nhy nhit rt cao cú th phỏt hin bin thiờn nhit rt nh c 10-4 10-3 K 3.4.Cm bin nhit ngu 3.4.1.Hiu ng nhit in a.Hiu ng Peltier Hiu in th (s Peltier ) VM VN PAT / B S Peltier ph thuc : -Bn cht vt dn -Nhit b Hiu ng Thomson Vt dn ng cht A TM TN -> s Thomson T T E AM N TM hAdT TN S Thomson ph thuc: -Bn cht vt dn - TM ,TN c.Hiu ng Seebeck Mch kớn t vt dn A,B ->mch s to thnh cp nhit in T2 e ab h AdT T1 T ebc PA2/ B T1 e cd hBdT T2 eda PBT1/ A S Seebeck bng tng cỏc sut in ụng thnh phn TT E A2/ B1 T PA2/ B T PA1/ B T2 (hA hB )dT T1 3.4.2.Cu to cp nhit a)Vt liu ch to Cú th dựng nhiu loi kim loi v hp kim khỏc Tuy nhiờn phi m bo yờu cu sau : -Sc in ng ln - bn c hc v hỏo hc nhit lm vic -D kộo si -Cú kh nng thay ln -Giỏ thnh r Cp platin-platin : Cc (+) la hp kim Platin(90%) v rụi(10%), cc (-) l platin sch Nhit lm vic ngn hn cho phep 16000 C,E =16,77mV Nhit lm vic di hn RAB =(1/L)R,Ex =I0 (1/L)R nu c nh c I0 ,L,R ta cú Ex ph thuc vo chy ca ng h S b : Ex =UAB 3.5.Ha k Cỏc cm bin quang thuc loi cm bin o nhit khụng tip xỳc,gm : Ha k bc x ton phn,ha k quang hc 3.5.1.Ha k bc x ton phn Nguyờn lý : Da trờn nh lut nng lng bc x ton phn E= T4 hng s,T : nhit tuyt i ca vt en S a) ỏnh sỏng t(1) qua(2) ->(4)- >(5) S b) ỏnh sỏng t (1) p ti (3) hi t nng lng tia bc x -> (5) B phn thu nng lng cú th l mt vi k in tr hoc l mt t hp cp nhiờt Tha : +tlamviec =100-1500 C +Cú quỏn tớnh nhit nh v n nh sau 3-5s +Kớch thc nh trung nng lng bc x vo ú Khi o nhit bng k bc x sai s thng khụng vt quỏ 270 C,trong iu kin : +Vt cú en xp x bng +T l gia ng kớnh vt bc x v khong cach o(D/L) khụng nh hn 1/16 +Nhit mụi trng 20 +- 200 C Thc t : en ca vt [...]...        Và độ nhạy nhiệt :    B B( 3. 000-5.000 K) R T2 b)Cấu tạo,chế tạo -Hỗn hợp oxyt được trộn theo tỉ lệ thích hợp -Nén định dạng - Thiêu kết ~ 10000 C -phủ kim loại lên 2 mặt -Hàn dây dẫn tại 2 điểm trên bề mặt phủ kim loại làm vỏ bọc Có độ nhạy nhiệt rất cao có thể phát hiện biến thiên nhiệt độ rất nhỏ cỡ 10-4 – 10 -3 K 3. 4 .Cảm biến nhiệt ngẫu 3. 4.1.Hiệu ứng nhiệt điện a.Hiệu ứng... :  =3mm.\ Căp nhiệt Chromel/Coben: Cực (+) là Chromel,cực âm là coben,hợp kim gồm 56%Cu+44%Ni Nhiệt đọ làm việc ngắn hạn 8000 C,Eđ =66mV Nhiệt độ làm việc dài hạn ... = 2 73, 15 K Thang Celsius: (0C) 0C = 1K T (0C)=T(K) - 2 73, 15 Thang Fahrenheit (0F) T (0C)=(T(0F) 32 ).(5/9) T(0F) = 9/5 T (0C) +32 Xut x: da trờn im cõn bng: NH4Cl+nc a = 00F; nc + nc ỏ = 32 0F;... nhit : -5.10 -3 /0 C (Ni,Fe-Ni) -4.10 -3 /0 C (Pt) +Di nhit s dng : -1950 C -2600 C (Ni,Fe-Ni) -2600 C -14000 C (Pt) Lu ý : S dng nhit k b mt cn ý n nh hng bin dng ca b mt o 3. 3 .3. Nhit k s dng... Dựng o nhit di 7000 C 3. 2.2.Nhit k gión n dựng cht lng 1)Bỡnh nhit 2)Mao dn 3) Cht lng Cht lng thng l thy ngõn 18.105 / C V nhit k bng thy tinh cú 2.105 / C 3. 3.Nhit k in tr Nguyờn lý chung