CamBien 2

Đo lường - cảm biến Cảm biến đo nhiệt độ Các loại cảm biến thông dụng Đo lường – Cảm biến Cảm biến nhiệt độ: Các phận cảm biến nhiệt độ:  Phần tử cảm nhận: vật liệu có đặc tính thay đổi theo nhiệt độ  Đầu kết nối: kết nối phần tử cảm nhận mạch điện tử bên ngoài, có nhiệt dẫn suất điện trở nhỏ  Vỏ bọc bảo vệ: phân cách phần tử cảm nhận với môi trường, có nhiệt trở thấp cách điện tốt, chịu ẩm chống ăn mòn tốt Đo lường – Cảm biến Các loại cảm biến nhiệt độ RTD (Resistance Temperature Detector) Thermistor Thermocouples Bán dẫn Hồng ngoại Đo lường – Cảm biến Cảm biến nhiệt độ: RTD  Có dạng dây kim loại màng mỏng kim loại có điện trở suất thay đổi nhiều theo nhiệt độ  Gần tuyến tính dải đo rộng (quan hệ điện trở nhiệt độ gần tuyến tính)  Cần cung cấp dòng điện để tạo điện áp rơi cảm biến Đo lường – Cảm biến Cảm biến nhiệt độ: RTD Ưu điểm • Hoạt động ổn định • Độ xác cao • Có khả chống bụi, chống ăn mòn cao Nhược điểm • Giá thành cao • Thời gian đáp ứng chậm • Độ nhạy thấp nhiệt độ thay đổi • Nhạy cảm với rung sốc • Cần hiệu chỉnh sử dụng tầm nhiệt độ định mức Đo lường – Cảm biến Cảm biến nhiệt độ: RTD Đo lường – Cảm biến Cảm biến nhiệt độ: RTD Đo lường – Cảm biến Đo lường – Cảm biến Cảm biến nhiệt độ: Thermocouples (Cặp nhiệt ngẫu)  Gồm hay nhiều dẫn điện hàn với  Biến đổi nhiệt thành điện  Cần có chênh nhiệt mối nối có nhiệt độ cần đo t mối nối có nhiệt độ chuẩn t0  Dễ dàng sử dụng đo lường Đo lường – Cảm biến Cảm biến nhiệt độ: Thermocouples (Cặp nhiệt ngẫu) Ưu điểm     Nhược điểm Đơn giản Khả đo nhiệt độ cao Giá thành thấp Đáp ứng nhanh thay đổi nhiệt độ  Độ ổn định  Ít nhạy cảm với thay đổi nhỏ nhiệt độ  Dây dẫn nối dài phải dùng loại thermocouple  Dây dẫn bị nhiễu không bọc giáp chống nhiễu Đo lường – Cảm biến Cảm biến nhiệt độ: Thermocouples (Cặp nhiệt ngẫu)  số Seebeck Volt kế đọc giá trị Gọi J2 mối nối có nhiệt độ chuẩn, hai mối nối J1 J2 mối nối Cu-C, T có đơn vị 0C Nếu cho mối nối J2 nhiệt độ 00C Đo lường – Cảm biến Cảm biến nhiệt độ: Thermocouples (Cặp nhiệt ngẫu) Constantan: hợp kim đồng nickel Đo lường – Cảm biến Ví dụ Đo lường – Cảm biến Cảm biến nhiệt độ: Thermistor (Nhiệt điện trở) • Là hỗn hợp oxit kim loại nén định dạng • Có thể có kích thước nhỏ, số trường hợp nhỏ 1mm • Có điện trở giảm nhiệt độ tăng (hệ số nhiệt âm, negative temperature coefficient (NTC)) Đo lường – Cảm biến Cảm biến nhiệt độ: Thermistor (Nhiệt điện trở) Ưu điểm Nhược điểm • Có độ nhạy cao thay đổi nhỏ nhiệt độ • Ổn định cao • Có thể dùng dây nối đồng nickel • Tầm đo bị giới hạn • Dễ vỡ • Phải hiệu chỉnh dùng tầm đô định mức Đo lường – Cảm biến Cảm biến nhiệt độ: Thermistor (Nhiệt điện trở) Quan hệ điện trở nhiệt độ R – điện trở nhiệt độ T(K) R0 – điện trở nhiệt độ môi trường T0(K) B – số beta nhiệt điện trở Đo lường – Cảm biến Cảm biến nhiệt độ: Cảm biến hồng ngoại Đo lường – Cảm biến Cảm biến nhiệt độ: Cảm biến hồng ngoại Ưu điểm • Cảm biến không tiếp xúc • Đáp ứng nhanh với thermocouples • Không ảnh hưởng trình ăn mòn oxy hóa • Ổn định Nhược điểm • Giá thành cao • Mạch điện tử giao tiếp phức tạp • Chịu ảnh hưởng bụi, khói, xạ môi trường,… Đo lường – Cảm biến Cảm biến nhiệt độ: Bán dẫn Các linh kiện bán dẫn nhạy cảm với nhiệt độ: diode transitor nối theo kiểu diode Điện áp diode mối nối C-E transitor hàm nhiệt độ Tầm đo nhỏ so với thermocouples RTD, xác có giá thành thấp Đo lường – Cảm biến Thí nghiệm đo nhiệt độ dùng thermocouples, RTD, thermistor Temperature Thermocouple RTD Thermistor (degrees Celsius) (mille-Volts) (ohms) (kilo-ohms) 19 -0.10 108.00 105.60 20 -0.10 108.40 99.80 21 0.00 108.70 94.20 22 0.00 109.00 88.20 23 0.00 109.50 83.80 24 0.10 110.00 79.70 25 0.10 110.40 75.90 26 0.10 110.90 73.30 27 0.20 111.30 70.00 28 0.20 111.50 68.40 29 0.30 112.00 63.40 30 0.40 112.90 60.50 32 0.50 113.20 54.80 34 0.70 114.10 49.20 0.70 114.80 45.50 36 Đo lường – Cảm biến Thí nghiệm đo nhiệt độ dùng thermocouples, RTD, thermistor RTD 135.00 3.00 130.00 Resistance (Ω) 3.50 2.50 2.00 1.50 1.00 0.50 125.00 120.00 115.00 110.00 105.00 0.00 100.00 -0.50 10 20 30 40 50 60 70 80 90 10 20 30 40 50 Temperature (∘C) Temperature (∘C) Thermistor 120.00 100.00 Resistance (KΩ) Voltage (mV) Thermocouple 80.00 60.00 40.00 20.00 0.00 10 20 30 40 50 Temperature (∘C) Đo lường – Cảm biến 60 70 80 90 60 70 80 90 Vòng kín điều khiển nhiệt độ Đo lường – Cảm biến Bài tập Thiết kế mạch đo nhiệt độ dùng LM35 giải thuật để đọc nhiệt độ vi điều khiển Như câu 1, dùng RTD Như câu 1, dùng Thermistor (R0 = 1000 Ohm, B = 3068) Như câu 1, dùng Thermocouples (loại J) Đo lường – Cảm biến ... 20 -0.10 108.40 99.80 21 0.00 108.70 94 .20 22 0.00 109.00 88 .20 23 0.00 109.50 83.80 24 0.10 110.00 79.70 25 0.10 110.40 75.90 26 0.10 110.90 73.30 27 0 .20 111.30 70.00 28 0 .20 111.50 68.40 29 ... Resistance (Ω) 3.50 2. 50 2. 00 1.50 1.00 0.50 125 .00 120 .00 115.00 110.00 105.00 0.00 100.00 -0.50 10 20 30 40 50 60 70 80 90 10 20 30 40 50 Temperature (∘C) Temperature (∘C) Thermistor 120 .00 100.00... 110.90 73.30 27 0 .20 111.30 70.00 28 0 .20 111.50 68.40 29 0.30 1 12. 00 63.40 30 0.40 1 12. 90 60.50 32 0.50 113 .20 54.80 34 0.70 114.10 49 .20 0.70 114.80 45.50 36 Đo lường – Cảm biến Thí nghiệm đo nhiệt