Đang tải... (xem toàn văn)
tài liệu uy tín được biên soạn bởi giảng viên đại học Bách Khoa TPHCM, thuận lợi cho qua trình tự học, nghiên cứu bộ tự động hóa, điện tử, cơ điện tử, cơ khí chế tạo máy, lập trình nhúng, Tài liệu được kiểm duyệt bởi giảng viên, phòng đào tạo trường đại học bách khoa, lưu hành nội bộ
Chương Cảm biến đo nhiệt độ Tổng quan Cặp nhiệt điện (Thermocouple) Nhiệt điện trở (RTD) Themistor IC đo nhiệt độ Nhiệt kế hồng ngoại Tuesday, October 17, 2017 1 Tổng quan Cảm biến nhiệt độ thiết bị dùng để đo nhiệt độ đối tượng 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) Tuesday, October 17, 2017 Tổng quan Cảm biến loại tiếp xúc: Cặp nhiệt điện (Thermocouple) Nhiệt điện trở • RTD • Thermistor IC đo nhiệt độ Cảm biến loại khơng tiếp xúc Nhiệt kế hồng ngoại • Đo nhiệt độ cách nhận lượng hồng ngoại phát từ vật liệu Tuesday, October 17, 2017 Tổng quan Tuesday, October 17, 2017 Cặp nhiệt điện (Thermocouple) Cấu tạo Được làm vật liệu dẫn điện khác (thường hợp kim) hàn dính đầu, đầu lại đưa đến thiết bị đo Thermocouple có mối nối: lạnh nóng Hoạt động Thermocouple hoạt động dựa nguyên lý hiệu ứng Seebeck Điện áp mối nối gọi điện áp Seebeck Tuesday, October 17, 2017 Cặp nhiệt điện (Thermocouple) Tuesday, October 17, 2017 Cặp nhiệt điện Một số hình ảnh Tuesday, October 17, 2017 Cặp nhiệt điện (Thermocouple) Các loại cặp nhiệt điện Type Composition Range Good for K Chromel (Ni-Cr alloy) / Alumel (Ni-Al alloy) −200 °C to 1200 °C Oxidizing or neutral applications E Chromel / Constantan (Cu-Ni alloy) −200 °C to 900 °C Oxidizing or inert applications J Iron / Constantan −40 °C to 750 °C Vacuum, reducing, or inert apps N Nicrosil (Ni-Cr-Si alloy) / Nisil (Ni-Si alloy) −270 °C to 1300 °C Oxidizing or neutral applications T Copper / Constantan −200 °C to 350 °C Oxidizing, reducing or inert apps R Platinum /Platinum with 13% Rhodium °C to 1600 °C S Platinum /Platinum with 10% Rhodium B Platinum-Rhodium / Pt-Rh Cost Sensitivity Low 41 µV/°C Low 68 µV/°C Low 52 µV/°C Low 39 µV/°C Wet or humid environments Low 43 µV/°C High temperatures Shock or vibrating equipment High 10µV/°C °C to 1600 °C High temperatures Shock or vibrating equipment High 10µV/°C 50 °C to 1800 °C High temperatures Shock or vibrating equipment High 10µV/°C Tuesday, October 17, 2017 Not recommended for Use under 540ºC Oxidizing or humid environments Cặp nhiệt điện (Thermocouple) Cơng thức tính Điện áp tạo cặp nhiệt điện cho công thức V = S * ΔT Trong đó: • V: Điện áp đo (V) • S: Hệ số Seebeck (V/0C) • ΔT: Chênh lệch nhiệt độ mối nối Do đó, nhiệt độ cần đo tính theo cơng thức T= Ttham chiếu + V/S Tuesday, October 17, 2017 (°C) Cặp nhiệt điện (Thermocouple) Đặc tính Tuesday, October 17, 2017 10 5.1 Ngõ áp LM35/LM45 Điện áp ngõ tỉ lệ với nhiệt độ (10 mV/ oC) Khoảng đo độ xác • LM35: Từ -55 oC đến +150 oC, ±1 oC • LM45: Từ -20 oC đến +100 oC, ±3 oC Dùng điện trở kéo xuống chân ngõ để đo nhiệt độ oC Tuesday, October 17, 2017 30 5.1 Ngõ áp LM35/LM45 Đo nhiệt độ oC Tuesday, October 17, 2017 31 5.1 Ngõ áp Một số IC khác LM20: • Điện áp tỉ lệ nghịch với nhiệt độ oC (-11.7mV/oC) LM135, LM235, LM335: • Đo nhiệt độ tuyệt đối (K) với hệ số dương (+10mV/K) LM34: • Điện áp ngõ tỉ lệ với nhiệt độ oF (10mV/oF) Tuesday, October 17, 2017 32 5.1 Ngõ áp Một số IC khác LM50: • Ngõ tỉ lệ với nhiệt độ oC (+10mV/oC) + 500mV • Đo nhiệt độ âm không cần điện trở kéo xuống LM60: • Ngõ tỉ lệ với nhiệt độ oC (+6.25mV/oC) + 424mV • Nguồn cung cấp +2.7 V Tuesday, October 17, 2017 33 5.2 Ngõ dòng (LM134, LM234, LM334) Dòng điện ngõ tỉ lệ với nhiệt độ tuyệt đối Độ nhạy điều chỉnh điện trở Chỉ cần cấp nguồn 1.2 V IC hoạt động Tuesday, October 17, 2017 34 5.3 Ngõ so sánh LM 26/LM27 ngõ tương tự ngõ so sánh Tuesday, October 17, 2017 35 5.3 Ngõ so sánh LM 56 ngõ tương tự ngõ so sánh Tuesday, October 17, 2017 36 5.4 Một số IC khác LM73/LM74/LM95071/ … LM 86/LM89/LM90/ … Tuesday, October 17, 2017 37 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 Tuesday, October 17, 2017 38 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 Tuesday, October 17, 2017 39 Nhiệt kế hồng ngoại Tuesday, October 17, 2017 40 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 Tuesday, October 17, 2017 41 Nhiệt kế hồng ngoại Ưu điểm: Đo nhiệt độ nơi khó dùng cảm biến tiếp xúc Khơng bị hao mòn, ma sát làm việc lâu Nhược điểm: Bị ảnh hưởng xạ hồng ngoại khác Tuesday, October 17, 2017 42 Nhiệt kế hồng ngoại Ứng dụng: Tuesday, October 17, 2017 43 Tuesday, October 17, 2017 44 ... * ΔT Trong đó: • V: Điện áp đo (V) • S: Hệ số Seebeck (V/0C) • ΔT: Chênh lệch nhiệt độ mối nối Do đó, nhiệt độ cần đo tính theo công thức T= Ttham chiếu + V/S Tuesday, October 17, 2017 (°C) Cặp