Bài giảng đo lường cảm biến chương 5

Quan hệ giữa nhiệt độ Celsius và nhiệt độ Kelvin được thể hiện:  T F C... + Điểm chuẩn nhiệt độ:Nhiệt độ đo được chính là nhiệt độ của cảm biến và được ký hiệu là Tc.. Để làm giảm ảnh

I Thang nhiệt độ

+ Thang Kelvin : đơn vị : oK Trong thang Kelvin, người ta gán cho

điểm nhiệt độ cân bằng của trạng thái nước, nước đá : 273,15oK

+ Thang Celsius: oC Một độ Celsius bằng 1 độ kelvin Quan hệ

giữa nhiệt độ Celsius và nhiệt độ Kelvin được thể hiện:



T F C

+ Điểm chuẩn nhiệt độ:

Nhiệt độ đo được chính là nhiệt độ của cảm biến và được ký

hiệu là Tc

Nhiệt độ này phụ thuộc vào nhiệt độ môi trường Tx và sự trao đổi

nhiệt với môi trường bên ngòai

Để làm giảm ảnh hưởng của nhiệt độ môi trường:

- Tăng trao đổi nhiệt giữa cảm biến và môi trường đo

- Giảm trao đổi nhiệt giữa cảm biến và môi trường bên ngòai

Ví dụ: đo nhiệt độ trong lòng chất rắn : khoan 1 lỗ sâu L với bán

kính r thì L ≥ 10.r và lỗ khoan phải được lấp đầy bằng vật liệu dẫn

nhiệt tốt

1 Nhiệt điện trở kim loại

Nguyên lý : sự thay đổi giá trị điện trở tuyến tính dương với nhiệt

độ: khi nóng thì giá trị điện trở tăng và khi lạnh thì giá trị điện trở

giảm

Quan hệ giữa điện trở và nhiệt độ:

R = R0 (1 + α.ΔT)

R0 : điện trở danh định tại nhiệt độ T0

ΔT : Chênh lệch nhiệt độ so với

nhiệt độ chuẩn T0

II Nhiệt điện trở

Xem như tuyến tính

R(T) = Ro[1+AT + BT2 + C(T-100)3]

Nhiệt điện trở là thiết bị có điện trở thay đổi tương ứng theo

nhiệt độ

Là thiết bị có điện trở thay đổi tương ứng với nhiệt độ Có độ

ổn định và độ nhạy rất cao Bao gồm 2 lọai

+ PTC : Nhiệt điện trở bán dẫn có hệ số nhiệt điện trở dương:

giá trị điện trở tăng khi nhiệt độ tăng

+ NTC : Nhiệt điện trở bán dẫn có hệ số nhiệt điện trở âm: giá trị điện trở giảm khi nhiệt độ tăng

Nhiệt điện trở được chế tạo nhiều hình dáng khác nhau, phần tử

nhạy cảm hoặc được bọc một lớp bảo vệ hoặc để trần

2 Nhiệt điện trở bán dẫn

1 Nhiệt điện trở có hệ số nhiệt điện trở âm (NTC : Negative

Temperatur Coefficient)

Đối với NTC thì điện trở giảm từ 3  5,5% / 1 độ

Đường đặc trưng nhiệt độ - điện trở

của 1 NTC

RNTC tại 20oC = 5,5 kΩ

RNTC tại 100oC = 400 Ω

Đặc tính của NTC không tuyến tính

nên phải tuyến tính hóa Cách đơn

giản là mắc điện trở nhiệt NTC song

song với một điện trở khác

R R

R

U R

R

R

U U

Để giảm độ phi tuyến thì ta chọn R2 > 10 RNTC Khi đó thì 1/R2

rất nhỏ so với 1/RNTC nên có thể bỏ qua

R R

U U

2 Nhiệt điện trở có hệ số nhiệt điện trở duong (PTC : positive

III Cặp nhiệt ngẫu.

1 Hiệu ứng nhiêt điện:

Tại mối nối của 2 dây dẫn A và B khác nhau nhưng có cùng

nhiệt độ sẽ hình thành một điện áp chỉ phụ thuộc vào lọai

/ /  B T C  C T D  D T A 

T B

P

T B A n

m V P

+ Hiệu ứng Thomson

Giữa 2 điểm M, N có nhiệt độ khác

nhau của một thanh dẫn đồng chất

T T A

T

T

A h dT

hA là hệ số Thomson của một vật liệu

Định luật Magnus: nếu hai đầu của một mạch điện làm bằng

một dây dẫn đồng nhất và có cùng nhiệt độ thì sức điện động

+ Hiệu ứng Seebeck

2 Vật liệu A và B với nhiệt độ khác

nhau ở 2 đầu mối nối  hình thành

E

T T

B A

T B A

T B A

T

T B

2

1

1 2

1 2

/ /

/

eAB = .T

 : Là hệ số Seebeck

1 : mối hàn làm việc.

2, 3 : mối hàn trung hòa khi t1 không đổi

2

Nhiệt độ tại 2 mối hàn phải bằng nhau và dây dẫn nối thêm ra

phải đồng chất để khơng phát sinh suất điện động ký sinh tại

2, 3

M ng

AB f

dc C

FD AB

AB

R R

t t

E R

R R

R R

R

t t E

FD AB

M ng

AB M

t t E

R

I

U

/1

),(

M R R

Sai số phép đo sẽ nhỏ khi

Rng/RM nhỏ

Vật liệu Lọai Phạm vi đo Độ nhạy

R, S

-200 – 1000oC-200 – 1000oC

>1500oC

41μV/oC68μV/oC68μV/oCMột số cặp nhiệt điện thông dụng

IV Đo nhiệt độ dùng Diode, Transistor

Nguồn dòng I cung cấp cho Diode hoặc Transistor

Điện áp ra không những phụ thuộc vào nhiệt độ mà còn phụ

thuộc vào dòng điện cung cấp

Độ nhạy : S = dV/dT có giá trị khỏang -2,5mV/oC

Phạm vi đo : -500C – 1500C

V 

Logn q

KT I

I Log q

KT

V d  

2 1

V Vi mạch cảm biến tích hợp (IC)

1 Nguyên Lý chung

+ Nhận tín hiệu nhiệt độ và chuyển thành tín hiệu điện áp hoặc

dòng điện

+ Có thể đo độ C, độ K hoặc độ F tùy lọai

+ Giới hạn đo từ khỏang -55oC đến 150oC với độ chính xác 1

hoặc 2oC

+ Tác dụng của nhiệt độ là tăng tỷ lệ ion và lỗ trống tự do trong chất bán dẫn  tăng điện áp hoặc dòng điện thuận của tiếp xúc p-n

2 IC cảm biến LM34 (đo độ F) / LM35 (Đo độ C)

+ LM34 có ngõ ra 10mV/oF và làm việc tuyến tính trong khỏang

-50oF – 300oF

Ứng dụng :

+ Nhiệt kế vi sai:

2 IC cảm biến AD592

Là cảm biến nhiệt cung cấp dòng điện ra

tương ứng với nhiệt độ tuyệt đối

Do công nghệ chế tạo phát triển

nên AD592 đo rất chính xác

+ Sử dụng nguồn cung cấp đơn

cho phép đo độ chính xác 0,5oC

+ Khỏang đo nhiệt độ: -25 – 105oC

+ Không bị nhiễu điện áp

Chỉnh biến trở R=100Ω sao cho ngõ ra

Vout = 1mV/oK

Ứng dụng: đo nhiệt độ trung bình

và đo nhiệt độ nhỏ nhất