Slide thuyết trình Cảm biến nhiệt độ

Seminar: GVHD: Lê Ngọc Đình SVTH: Nguyễn Minh Trung K0503200 MỤC LỤC: TỔNG QUAN  RESISTANCE TEMPERATURE DETECTORS_RTDs  THERMALLY SENSITIVE RESISTOR/T HERMISTOR  THERMOCOUPLE  NHIỆT KẾ HỒNG NGOẠI  CẢM BIẾN ĐO NHIỆT ĐỘ Nhiệt độ đại lượng vật lý đo trực tiếp được,nhưng xác đònh thông qua thay đổi đại lượng phụ thuộc( điện trở,sự giản nở) ĐƠN VỊ ĐO NHIỆT ĐỘ :  Thang đo Celsius  Thang đo Kelvin: T ( ° C ) = T ( ° K ) −  Thang đo Fahren: T (° F ) = T (° C ) + Thang đo nhiệt độ chuẩn : -182,97 °C : cân khí _lỏng - oxygène;  0,00 °C: cân rắn_ lỏng – nước;  0,01 °C: điểm thử nước;  100,00 °C: cân lỏng_ rắn – nước;  419,58 °C: cân rắn lỏng –kẻm ;  444,67 °C: cân khí_ lỏng – lưu huỳnh;  961,62 °C: cân rắn _lỏng- bạc;  1064,43 °C: cân rắn lỏng- vàng  CÁC PHUƠNG PHÁP ĐO NHIỆT ĐỘ : Đo nhiệt độ trực tiếp: - Cặp nhiệt điện (Thermocouple) - Nhiệt điện trở kim loại/ nhiệt điện trở dương (Resistance Temperature DetectorsRTDs) - Nhiệt điện trở bán dẫn/ nhiệt điện trở âm (Thermally Sensitive Resistor/Thermistor)  Đo nhiệt độ gián tiếp: - Nhiệt kế hồng ngoại  RESISTANCE TEMPERATURE DETECTORS_RTDs :  Ngun lý :điện trở vật dẫn thay đổi theo nhiệt độ: R=ρ l A ρ = ρ o (1 + αT ) l : chiều dài dây dẫn [m] A : tiết diện dây dẫn [m2] Ρ : điện trở suất [Ωm] RESISTANCE TEMPERATURE DETECTORS_RTDs :  Sự phụ thuộc điện trở vào nhiệt độ gần tuyến tính biểu diễn theo phương trình: R = R ×[1 − a × ( T − T0 ) + b × ( T − T0 ) ]  Ta coi đáp ứng tuyến tính khoảng nhỏ nhiệt độ,.Cơng thức viết lại: RT = R0 × (1 + α * ∆T ) a, b, α : số phụ thuộc kim loại RT: điện trở nhiệt độ cần đo T [°K] R0: điện trở nhiệt độ To[°K] RESISTANCE TEMPERATURE DETECTORS_RTDs :  Ảnh hưởng tự đốt nóng : PD R×I δ = = ∆T ∆T δ : hệ số tiêu tán cơng suất [mW/ °C] PD : cơng suất tiêu tán [mW]  Độ nhạy [Ω/ °C]: S = α × R0 Quan hệ điện trở_nhiệt độ : Nhiệt độ tăng điện trở tăng THERMOCOUPLE:  Suất điện động a b, b c, c d, d a lần lược bằng: THERMOCOUPLE:  Suất điện động Seebeck tổng suất điện động thành phần Peltier Thomson trên:  Nếu chọn T1 nhiệt độ so sánh lấy T1 = °C, cặp vật dẫn A B cho trước, suất điện động phụ thuộc vào T2 THERMOCOUPLE:  Ngun lý :Hai vật liệu dẫn điện khác nối tạo thành mối nối,khi có chênh lệch nhiệt độ chúng tự sinh sức điện động THERMOCOUPLE: Do sức điện động phụ thuộc vào chênh lệch nhiệt độ hai mối nối, cần phải biết nhiệt đô 2, xác đònh nhiệt độ mối nối lại  Nhiệt độ mối nối biết gọi nhiệt độ chuẩn  Độ nhạy nhiệt (hay gọi suất nhiệt điện) cặp nhiệt điện nhiệt độ Tc xác định:  Đặc trưng cặp nhiệt : Cấu tạo : Bảng liệt kê số loại cặp nhiệt điện thường gặp: Cặp nhiệt điện Nhiệt độ làm việc 0C E, mV Độ xác Đồng/Constantan Ф = 1,63 mm -270 ÷370 -6,258 đến 19,027 (-1000C ÷-400C): ±2% (-400C ÷1000C): ±0,8% (1000C 3500C): ±0,75% Sắt/Constantan Ф = 3,25 mm -210 ÷800 -8,096 đến 45,498 (00C ÷4000C): ±30C (4000C ÷8000C): ±0,75% Chromel/Alumel Ф = 3,25 mm -270 ÷1250 -5,354 đến 50,633 (00C ÷4000C): ±30C (4000C ÷12500C): ±0,75% Chromel/Constantan Ф = 3,25 mm -270 ÷870 -9,835 đến 66,473 (00C ÷4000C): ±30C (4000C ÷12500C): ±0,75% Platin-Rodi(10%)/Platin Ф = 0,51 mm -50 ÷1500 -0,236 đến 15,576 (00C ÷6000C): ±2,5% (6000C ÷15000C): ±0,4% Platin-Rodi(13%)/Platin = 0,51 mm -50 ÷1700 -0,226 đến 17,445 (00C ÷5380C): ±1,4% (5380C ÷15000C): ±0,25% Mạch điện ứng dụng :  - - Suất điện động Seebeck đo hai đầu cặp nhiệt cung cấp thơng tin nhiệt độ cần đo.Người ta thường áp dụng hai phương pháp đo suất điện động: Sử dụng milivơn kế có điện trở lớn để giảm sụt dây dẫn Sử dụng phương pháp xung đối để dòng chạy qua cặp nhiệt khơng Mạch điện ứng dụng : Các cách bổ cặp nhiệt : Để bảo đãm việc đo xác, có cách bổ cho nhiệt độ mối nối:  Bổ phần cứng :  Mạch điện ứng dụng :  Bổ phần mềm :đo nhiệt độ khối đẳng nhiệt cảm biến nhiệt khác RTD : Đo điện trở RTD để có TREF •Từ TREF xác đònh áp VREF •Đo VM trừ Vref có V1 NHIỆT KẾ HỒNG NGOẠI :  - - - Nhiệt kế hồng ngọai (IRT) gồm có thành phần: Ống dẫn sóng (waveguide) để thu gom lượng phát từ bia (target) Cảm biến có tác dụng chuyển đổi lượng sang tín hiệu điện Bộ điều chỉnh độ nhạy để phối hợp phép đo thiết bị hồng ngọai với số xạ vật thể đo NHIỆT KẾ HỒNG NGOẠI : - Một mạch cảm biến bù nhiệt để đảm bảo thay đổi nhiệt độ phía bên thiết bị khơng bị truyền đến ngõ NHIỆT KẾ HỒNG NGOẠI :  Màng nhĩ phát lương hồng ngọai Bộ vi xử lý điều khiển việc điều chỉnh độ nhạy bù nhiệt, tiến hành tính tốn nhiệt độ bệnh nhân theo phương trình : NHIỆT KẾ HỒNG NGOẠI : Cảm biến mơi trường nhiệt điện trở có tác dụng điều chỉnh cảm biến đo nhiệt độ (Ta) Cảm biến hồng ngọai cảm biến hỏa điện (pyroelectric sensor) theo sau chuyển đổi dòng sang áp [...]... có sự chênh lệch nhiệt độ giữa chúng sẽ tự sinh ra sức điện động THERMOCOUPLE: Do bởi sức điện động chỉ phụ thuộc vào sự chênh lệch nhiệt độ giữa hai mối nối, cần phải biết được ít nhất nhiệt đô của 1 trong 2, mới xác đònh được nhiệt độ mối nối còn lại  Nhiệt độ của mối nối đã biết gọi là nhiệt độ chuẩn  Độ nhạy nhiệt (hay còn gọi là năng suất nhiệt điện) của cặp nhiệt điện ở nhiệt độ Tc được xác... có nhiệt độ khác nhau sẽ sinh ra một suất điện động Suất điện động này chỉ phụ thuộc vào bản chất của vật dẫn và nhiệt độ TM, TN của hai điểm M và N THERMOCOUPLE: Hiệu ứng seebeck: giả sử có một mạch kín tạo thành từ hai vật dẫn A B và hai chuyển tiếp của chúng được giữ ở nhiệt độ T1 và T2, khi đó mạch sẽ tạo thành một cặp nhiệt điện  Cặp nhiệt điện này gây nên một suất điện động do kết quả tác động... nhiệt độ mối nối:  Bổ chính bằng phần cứng :  Mạch điện ứng dụng :  Bổ chính bằng phần mềm :đo nhiệt độ khối đẳng nhiệt bằng cảm biến nhiệt khác như RTD : Đo điện trở RTD để có TREF •Từ TREF xác đònh áp VREF •Đo VM và trừ Vref có V1 NHIỆT KẾ HỒNG NGOẠI :  - - - Nhiệt kế hồng ngọai (IRT) cơ bản gồm có 4 thành phần: Ống dẫn sóng (waveguide) để thu gom năng lượng phát ra từ bia (target) Cảm biến có... đổi của bán dẫn theo nhiệt độ T, do số lïng cặp điện tử –lổ trống tăng làm giảm điện trở :  1 1   RT = R0 exp  β ×  −  T T0   β: hằng số vật liệu phụ thuộc nhiệt điện trở RT: điện trở tại nhiệt độ cần đo T [°K] Ro: điện trở tại nhiệt độ To[°K]  1 dR α= × RT dT α =− β T 2 THERMALLY SENSITIVE RESISTOR/THERMISTOR :  Đối với nhiệt độ lớn hơn thì ta phải dùng phương trình Steinhart-Hart:... điện động Seebeck đo được giữa hai đầu của cặp nhiệt sẽ cung cấp thơng tin về nhiệt độ cần đo.Người ta thường áp dụng hai phương pháp đo suất điện động: Sử dụng milivơn kế có điện trở trong rất lớn để giảm sụt thế trên dây dẫn Sử dụng phương pháp xung đối để dòng chạy qua cặp nhiệt bằng khơng Mạch điện ứng dụng : Các cách bổ chính cặp nhiệt : Để bảo đãm việc đo luôn chính xác, có 2 cách bổ chính cho nhiệt. .. ứng Peltier và Thomson.Suất điện động đó gọi là suất điện động Seebeck  THERMOCOUPLE:  Suất điện động giữa a và b, b và c, c và d, d và a lần lược bằng: THERMOCOUPLE:  Suất điện động Seebeck sẽ bằng tổng các suất điện động thành phần Peltier và Thomson ở trên:  Nếu chọn T1 là nhiệt độ so sánh và lấy T1 = 0 °C, khi đó đối với một cặp vật dẫn A B cho trước, suất điện động chỉ phụ thuộc vào T2 THERMOCOUPLE:... 3 T T Quan hệ điện trở _nhiệt độ : Nhiệt dộ tăng thì điện trở giảm Cấu tạo : Thermistor là một thuật ngữ thơng dụng của thermally sensitive resistor,đầu dò nhiệt của chúng là chất bán dẫn có α âm / dương Những thiết bị này được cấu tạo bởi vật liệu sứ có tính chất dẫn điện phụ thuộc vào nhiệt độ  NTC thermistor thường được làm từ những oxid của mangan,nickel,coban,sắt.Trong q trình sản xuất thơng thường,trước... thuộc vào bản chất của vật dẫn và nhiệt độ: THERMOCOUPLE: Định luật Volta : trong một chuỗi cách nhiệt được cấu thành từ những vật dẫn khác nhau, tổng suất điện động Peltier bằng 0  VD : trong một chuỗi gồm bốn vật dẫn A B C D mắc nối tiếp , tổng suất điện động sẽ bằng 0:  THERMOCOUPLE:  khi hai vật dẫn A và C được phân cách bởi các vật dẫn trung gian và tồn hệ là đẳng nhiệt thì hiệu điện thế giữa hai... gọi là nhiệt độ chuẩn  Độ nhạy nhiệt (hay còn gọi là năng suất nhiệt điện) của cặp nhiệt điện ở nhiệt độ Tc được xác định:  Đặc trưng cặp nhiệt : Cấu tạo : Bảng dưới đây liệt kê một số loại cặp nhiệt điện thường gặp: Cặp nhiệt điện Nhiệt độ làm việc 0C E, mV Độ chính xác Đồng/Constantan Ф = 1,63 mm -270 ÷370 -6,258 đến 19,027 (-1000C ÷-400C): ±2% (-400C ÷1000C): ±0,8% (1000C 3500C): ±0,75% Sắt/Constantan... mạch chuyển đổi nhiệt độ thành tần số…… Sử dụng kỹ thuật số tuyến tính hóa trong miền tần số Thay đổi mạch của transducer : mạch cầu Wheatstone; gắn trở song song  Thơng thường điện trở song song được tính theo cơng thức :  β − 2T   m R S = RTm ×   β + 2T   m   THERMOCOUPLE:  Hiệu ứng Peltier: ở chỗ tiếp xúc giữa hai dây dẫn A và B khác nhau về bản chất nhưng cùng một nhiệt độ tồn tại một