Tìm hiểu về cảm biến nhiệt độ
BỘ CÔNG THƢƠNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA ĐIỆN TỬ Bài tiểu luận: ĐO LƢỜNG CẢM BIẾN ĐỀ TÀI: TÌM HIỂU VỀ CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ GIÁO VIÊN HƢỚNG DẪN NGUYỄN TUẤN ANH HÀ NỘI SINH VIÊN THỰC HIỆN: VŨ NGỌC DƢƠNG TRẦN HỮU NAM 09 - 2010 Cảm Biến Nhiệt Độ Khoa CNKT Điện Tử LỜI MỞ ĐẦU Trong trình sản xuất có nhiều đại lƣợng vật lý nhƣ nhiệt độ, áp suất, tốc độ, tốc độ quay, nồng độ pH, độ nhờn vv cần đƣợc xử lý cho đo lƣờng, cho mục đích điều khiển truyền động Các cảm biến thực chức này, chúng thu nhận, đáp ứng kích thích Cảm biến chuyển đổi kỹ thuật để chuyển đổi lƣợng vật lý nhƣ nhiệt độ, áp suất, khoảng cách vv sang đại lƣợng khác để đánh giá tốt Trong tất đại lƣợng vật lý, nhiệt độ đại lƣợng đƣợc quan tâm nhiều nhiệt độ đóng vai trò định đến nhiều tính chất vật chất Nhiệt độ làm ảnh hƣởng đến đại lƣợng chịu tác dụng Thí dụ nhƣ áp suất, thể tích chất khí…vv Bởi công nghiệp nhƣ đời sống hàng ngày phải đo nhiệt độ Sinh viên thực : Vũ Ngọc Dƣơng – Trần Hữu Nam -2- Cảm Biến Nhiệt Độ Khoa CNKT Điện Tử I: TÌM HIỂU CHUNG VỀ CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ Để chế tạo cảm biến nhiệt độ ngƣời ta sử dụng nhiều nguyên lý cảm biến khác nhƣ: Phƣơng pháp quang dựa phân bố phổ xạ nhiệt dao động nhiệt (hiệu ứng Doppler) Phƣơng pháp dựa giãn nở vật rắn, chất lỏng chất khí (với áp suất không đổi) dựa tốc độ âm Phƣơng pháp điện dựa phụ thuộc điện trở vào nhiệt độ 1.1 PHÂN LOẠI Nhiệt độ từ môi trƣờng đƣợc cảm biến hấp thu, tùy theo cấu cảm biến biến đại lƣợng nhiệt thành đại lƣợng điện Nhƣ yếu tố quan trọng “ nhiệt độ môi trƣờng cần đo” “nhiệt độ cảm nhận cảm biến” Cụ thể điều là: Các loại cảm biến mà bạn trông thấy vỏ bảo vệ, phần tử cảm biến nằm bên vỏ ( bán dẫn, lƣỡng kim….) việc đo có xác hay không tùy thuộc vào việc truyền nhiệt từ môi trƣờng vào đến phần tử cảm biến tổn thất ( yếu tố định giá cảm biến nhiệt) A PHÂN LOẠI CẢM BIẾN NHIỆT Cặp nhiệt điện ( Thermocouple ) Nhiệt điện trở ( RTD-resitance temperature detector ) Thermistor Bán dẫn ( Diode, IC ,….) Ngoài có loại đo nhiệt không tiếp xúc ( hỏa kế- Pyrometer ) Dùng hồng ngoại hay lazer A.1 CẶP NHIỆT ĐIỆN ( Thermocouples ) - Cấu tạo: Gồm chất liệu kim loại khác nhau, hàn dính đầu - Nguyên lý: Nhiệt độ thay đổi cho sức điện động thay đổi ( mV) - Ƣu điểm: Bền, đo nhiệt độ cao - Khuyết điểm: Nhiều yếu tố ảnh hƣởng làm sai số Độ nhạy không cao - Thƣờng dùng: Lò nhiệt, môi trƣờng khắt nghiệt, đo nhiệt nhớt máy nén,… - Tầm đo: -100 D.C [...]... thực hiện : Vũ Ngọc Dƣơng – Trần Hữu Nam - 17 - Cảm Biến Nhiệt Độ Khoa CNKT Điện Tử Mạch Cảm Biến Nhiệt Độ Điều Khiển Quạt Tản Nhiệt 12V I Linh kiện chính sử dụng trong mạch : 1 Cảm biến nhiệt độ LM35dz - LM35 Độ chính xác cao, tính năng cảm biến nhiệt rất nhạy, ở nhiệt độ 25 oC nó có sai số không quá 1% Với tầm đo từ... cảm biến gồm một lớp màng mỏng (platin) đặt trên nền ceramic hoặc thủy tinh Tia lazer đƣợc sử dụng để chuẩn hóa giá trị điện trở của nhiệt điện trở Hình 1.8: Cấu trúc nhiệt điện trở kim loại dạng màng mỏng (vỏ ceramic) II: MỘT SỐ LOẠI CẢM BIẾN 2.1 IC CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ Nhiều công ty trên thế giới đã chế tạo IC bán dẫn để đo và hiệu chỉnh nhiệt độ IC cảm biến nhiệt độ là mạch tích hợp nhận tín hiệu nhiệt. .. Dòng thuận 10mA Độ chính xác: khi làm việc ở nhiệt độ 25oC với dòng làm việc 1mA thì điện - LM35 có độ biến thiên theo nhiệt độ: 10mV / 1oC - điện áp ngõ ra từ 0V – 1.28V Dải nhiệt độ và sự thay đổi trở kháng theo nhiệt độ của LM35 Các bộ biến đổi (Transducer) chuyển đổi các đại lƣợng vật lý ví dụ nhƣ nhiệt độ, cƣờng độ ánh sáng, lƣu tốc và tốc độ thành các tín hiệu điện phụ thuộc vào bộ biến đổi mà đầu... trở kháng hay dung kháng Ví dụ, nhiệt độ đƣợc biến đổi thành về các tín hiệu điện sử dụng một bộ biến đổi gọi là Thermistor (bộ cảm biến nhiệt) , một bộ cảm biến nhiệt đáp ứng sự thay đổi nhiệt độ bằng cách thay đổi trở kháng nhƣng đáp ứng của nó không tuyến tính Sinh viên thực hiện : Vũ Ngọc Dƣơng – Trần Hữu Nam - 18 - Cảm Biến Nhiệt Độ Khoa CNKT Điện Tử ... 35/4.5/50… 2.1.1 Cảm biến nhiệt LM 35/ 34 của National Semiconductor Hầu hết các cảm biến nhiệt độ phổ biến đều khó sử dụng Chẳng hạn cặp nhiệt ngẫu có mức ngõ ra thấp và yêu cầu bù nhiệt, thermistor thì không tuyến tính Thêm vào đó ngõ ra của các loại cảm biến này không tuyến tính Sinh viên thực hiện : Vũ Ngọc Dƣơng – Trần Hữu Nam - 15 - Cảm Biến Nhiệt Độ Khoa CNKT... đổi thành giá trị nhiệt độ: t = (Rt / R0 - 1) / a = (Rt / R0 - 1) / 0.00672 Sinh viên thực hiện : Vũ Ngọc Dƣơng – Trần Hữu Nam - 13 - Cảm Biến Nhiệt Độ Khoa CNKT Điện Tử Hình 1.2: Đường đặc tính cảm biến nhiệt độ ZNI1000 Cảm biến nhiệt độ ZNI1000 do hãng ZETEX Semiconductors sản xuất sử dụng nhiệt điện trở Ni,... Độ Khoa CNKT Điện Tử Bảng 3.1: Trở kháng của bộ cảm biến nhiệt theo nhiệt độ Nhiệt độ (0C) Trở kháng của cảm biến (k) 0 29.490 25 10.000 50 3.893 75 1.700 100 0.817 Bảng 3.2: Hƣớng dẫn chọn loạt các cảm biến nhiệt họ LM35 Mã sản phẩm Dải nhiệt độ Độ chính xác Đầu ra LM35A -55 C to + 150 C + 1.0 C 10 mV/F LM35 -55 C to + 150 C + 1.5 C 10 mV/F LM35CA... tín hiệu nhiệt độ chuyển thành tín hiệu dƣới dạng điện áp hoặc tín hiệu dòng điện Dựa vào các đặc tính rất nhạy cảm của các bán dẫn với nhiệt độ, tạo ra điện áp hoặc dòng điện tỷ lệ thuận với nhiệt độ tuyệt đối C, F, K hay tùy loại Đo tín hiệu điện ta biết đƣợc nhiệt độ cần đo Tầm đo nhiệt độ giới hạn từ -550C đến 1500C, độ chính xác từ 10C đến 20C tùy theo từng loại Sự tích cực của nhiệt độ sẽ tạo ra... loại có hệ số nhiệt độ dƣơng Trong hình 1.1 ta có các đặc tuyến điện trở của các kim loại theo nhiệt độ Nhƣ thế điện trở kim loại có hệ số nhiệt điện trở dƣơng PTC (Positive Temperature Coefficient): điện trở kim loại tăng khi nhiệt độ tăng Để hiệu ứng này có thể sử dụng đƣợc trong việc đo nhiệt độ, hệ số nhiệt độ cần phải lớn.Điều đó có nghĩa là có sự thay đổi điện trở khá lớn đối với nhiệt độ Ngoài ra... dụng cảm biến nhiệt LM35 để theo dõi nhiệt độ Sinh viên thực hiện : Vũ Ngọc Dƣơng – Trần Hữu Nam - 20 - Cảm Biến Nhiệt Độ Khoa CNKT Điện Tử - Nhiệt độ đƣợc theo dõi và biểu thì thông qua 3 cấp bằng 3 led xanh , vàng đỏ - Lm358 có nhiệm vụ so sánh điện áp ở chân số 6 và chân 2 với điện áp đầu ra của càm biến nhiệt ... 1.2.1 Nhiệt độ đƣợc đo nhiệt độ cần đo Nhiệt độ đo đƣợc: Nhiệt độ đo đƣợc nhờ điện trở hay cặp nhiệt, nhiệt độ cảm biến kí hiệu TC Nó phụ thuộc vào nhiệt độ môi trƣờng TX vào trao đổi nhiệt độ Nhiệm... Cảm Biến Nhiệt Độ Khoa CNKT Điện Tử I: TÌM HIỂU CHUNG VỀ CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ Để chế tạo cảm biến nhiệt độ ngƣời ta sử dụng nhiều nguyên lý cảm. .. đổi nhiệt cảm biến môi trƣờng đo - Giảm trao đổi nhiệt cảm biến môi trƣờng bên Đo nhiệt độ lòng vật rắn Thông thƣờng cảm biến đƣợc trang bị lớp vỏ bọc bên Để đo nhiệt độ vật rắn cảm biến nhiệt độ,