Cảm biến nhiệt độ và ứng dụng cảm biến nhiệt độ

Nhiệt độ là tính chất vật lý của vật chất Nhiệt độ chỉ có thể đo được bằng cách đo gián tiếp dựa vào sự phụ thuộc tính chất vật liệu vào nhiệt độ Để đo nhiệt độ người ta thường sử dụng các cảm biến nhiệt độ. Trong cảm biến nhiệt độ người ta dùng nhiều loại các biến nhiệt độ khác nhau, mỗi loại có một nguyên lý làm việc khác nhau nhưng điều tuân theo một thang đo nhất định (Kelvin, Celius, Fahrenheit).

Cảm biến ứng dụng cảm biến nhiệt độ TRẦN CHÁNH PHÁT PHAN VIỆT TUẤN NGUYỄN VĂN NGUYÊN THÁI BÌNH MINH TổNG quan • Nhiệt độ tính chất vật lý vật chất • Nhiệt độ đo cách đo gián tiếp dựa vào phụ thuộc tính chất vật liệu vào nhiệt độ • Để đo nhiệt độ người ta thường sử dụng cảm biến nhiệt độ Trong cảm biến nhiệt độ người ta dùng nhiều loại biến nhiệt độ khác nhau, loại có nguyên lý làm việc khác điều tuân theo thang đo định (Kelvin, Celius, Fahrenheit) Yếu tố ảnh hưởng đến đo nhiệt độ • Nhiệt độ môi trường cần đo • Nhiệt độ cảm nhận cảm biến Đối với loại cảm biến nhiệt có hai yếu tố ảnh hưởng trực tiếp đến độ xác nhiệt độ môi trường cần đo nhiệt độ cảm nhận cảm biến Điều có nghĩa việc truyền nhiệt từ môi trường vào đầu dò cảm biến nhiệt tổn thất cảm biến đo xác Điều phụ thuộc lớn vào chất liệu cấu tạo nên phần tử cảm biến (cảm biến nhiệt đắt hay rẻ nguyên nhân định) Nguyên tắc sử dụng cảm biến nhiệt độ • Phải đảm bảo trao đổi nhiệt môi trường cần đo với phần tử cảm biến TổNG quan • Các cảm biến cảm nhận thay đổi nhiệt độ cho tín hiệu ngõ hai dạng: thay đổi điện áp thay đổi điện trở • Để lựa chọn cảm biến cho ứng dụng cụ thể cần xem xét: độ xác, khoảng đo, thời gian đáp ứng môi trường làm việc • Cảm biến nhiệt độ phân thành loại: Cảm biến loại tiếp xúc Cảm biến loại không tiếp xúc (đo xạ nhiệt) Cảm biến loại tiếp xúc: Cặp nhiệt điện (Thermocouple) Nhiệt điện trở • RTD • Thermistor IC đo nhiệt độ Cảm biến loại không tiếp xúc Nhiệt kế hồng ngoại Hỏa kế v.v… Cặp nhiệt điện (Thermocouple) Cặp nhiệt điện (Thermocouple) Nguyên lý làm việc cặp nhiệt điện dựa tượng điện (hiệu ứng Seebeck): hai dây dẫn có chất hóa học khác nối với hai điểm tạo thành vòng dây kín hai điểm có nhiệt độ khác xuất sức điện động hình thành nên dòng điện vòng dây Sức điện động gọi sức điện động nhiệt điện, hiệu số hàm số nhiệt độ hai điểm nối Mạch điện gọi cặp nhiệt điện hay cặp nhiệt ngẫu Cặp nhiệt điện (Thermocouple) Điểm đốt nóng gọi đầu công tác, điểm lại gọi đầu tự Nếu giữ nhiệt độ điểm tự số Đây biểu thức sở cho phép đo nhiệt độ phương pháp cặp nhiệt điện Theo phương pháp này, để đo nhiệt độ (t1) dẫn tới việc đo sức điện động cặp nhiệt điện giữ cố định nhiệt độ đầu tự IC đo nhiệt độ Ưu điểm Tuyến tính cao Ngõ thay đổi lớn Rẻ tiền Khuyết điểm Đo 250 0C Đáp ứng chậm Yêu cầu nguồn cung cấp Tự phát nóng Nhiệt kế hồng ngoại Cấu tạo: Hoạt động: Mọi vật thể phát lượng hồng ngoại nhiệt độ điểm không tuyệt đối (0 K) Giữa lượng hồng ngoại nhiệt độ vật thể có tương quan với Nhiệt kế hồng ngoại đo lượng hồng ngoại phát từ vật thể chuyển thành tín hiệu điện đo Nhiệt kế hồng ngoại Nhiệt kế hồng ngoại Các thông số cần quan tâm Khoảng đo Kích thước vật đo Khoảng cách đo Đối tượng di chuyển hay cố định Nhiệt kế hồng ngoại Ưu điểm: Đo nhiệt độ nơi khó dùng cảm biến tiếp xúc Không bị hao mòn, ma sát  làm việc lâu Nhược điểm: Bị ảnh hưởng xạ hồng ngoại khác Nhiệt kế hồng ngoại Ứng dụng: Hỏa kế xạ toàn phần Nguyên lý dựa định luật: Năng lượng xạ toàn phần vật đen tuyệt đối tỉ lệ với luỹ thừa bậc nhiệt độ tuyệt đối vật Trong đó: σ số, T nhiệt độ tuyệt đối vật đen tuyệt đối (K) Thông thường có hai loại: hoả kế xạ có ống kính hội tụ, hoả kế xạ có kính phản xạ Hỏa kế xạ toàn phần a) Loại có ống kính hội tụ b) Loại có kính phản xạ 1) Nguồn xạ 2) Thấu kính hội tụ 3) Gương phản xạ 4) Bộ phân thu lượng 5) Dụng cụ đo thứ cấp Trong sơ đồ hình (a): ánh sáng từ nguồn xạ (1) qua thấu kính hội tụ (2) đập tới phận thu lượng tia xạ (4), phận nối với dụng cụ đo thứ cấp (5) Trong sơ đồ hình (b): ánh sáng từ nguồn xạ (1) đập tới gương phản xạ (3) hội tụ tới phận thu lượng tia xạ (4), phận nối với dụng cụ đo thứ cấp (5) Hỏa kế xạ toàn phần Bộ phận thu lượng vi nhiệt kế điện trở tổ hợp cặp nhiệt, chúng phải thoả mãn yêu cầu: • Có thể làm việc bình thường khoảng nhiệt độ 100 - 150oC • Phải có quán tính nhiệt đủ nhỏ ổn định sau - giây • Kích thước đủ nhỏ để tập trung lượng xạ vào Hỏa kế dùng gương phản xạ tổn thất lượng thấp (~10%), hỏa kế dùng thấu kính hội tụ tổn thất tới 30 – 40% Tuy nhiên loại thứ có nhược ddiemr môi trường nhiều bụi, gương bị bẩn, độ phản xạ giảm sai số tăng Khi đo nhiệt độ hỏa kế xạ sai số thường không vượt 270C điều kiện: • Vật đo phải có độ đen xấp xỉ • Tỉ lệ đường kính vật xạ khoảng cách đo (D/L) không nhỏ 1/16 • Nhiệt độ môi trường 20 ± 20C Hỏa kế xạ toàn phần Trong thực tế độ đen vật e