Cảm biến nhiệt độ bằng nhiệt kế điện trở

Nhiệt kế điện trở silic

Silic tinh khiết hoặc đơn tinh thể silic có hệ số nhiệt điện trở âm, tuy nhiên khi. Trong dải nhiệt độ làm việc (-55 ữ 200oC) có thể lấy gần đúng giá trị điện trở của cảm biến theo nhiệt. Sự thay đổi nhiệt của điện trở tương đối nhỏ nên có thể tuyến tính hoá bằng cách mắc thêm một điện trở phụ.

Nhiệt kế điện trở oxyt bán dẫn a) Vật liệu chế tạo

Hỗn hợp bột oxyt đ−ợc trộn theo tỉ lệ thích hợp sau đó đ−ợc nén định dạng và thiêu kết ở nhiệt độ ~ 1000oC. Các dây nối kim loại đ−ợc hàn tại hai điểm trên bề mặt đã đ−ợc phủ bằng một lớp kim loại. Nhiệt điện trở có độ nhạy nhiệt rất cao nên có thể dùng để phát hiện những biến thiên nhiệt độ rất nhỏ cỡ 10-4 - 10-3K.

Đầu đo có kích thước nhỏ nên có thể đo nhiệt độ tại từng điểm và nhiệt dung nhỏ nên thời gian hồi đáp bé. Tùy thuộc thành phần chế tạo, dải nhiệt độ làm việc của cảm biến nhiệt điện trở từ vài độ đến khoảng 300oC.

Mạch đo và dụng cụ thứ cấp a) Mạch đo dùng logomet

Do các lò xo cản và các khung dây có cấu tạo giống nhau và bố trí đối xứng, và ng−ợc chiều nên rôto đứng yên. Góc quay của rôto là hàm của tỉ số từ thông qua các cuộn dây và là hàm của nhiệt. Logomet dùng để đo nhiệt độ thường được chế tạo với cấp chính xác 1 và 2.

Nh− vậy R2 không phụ thuộc đơn trị vào nhiệt độ đo nên gây ra sai số. Trong phương trình (2.23) ảnh hưởng của nhiệt độ tới điện trở dây nối phân ra hai vế nên tăng độ chính xác phép đo, do đó có thế đạt cấp chính xác 0,2. ∆ , tín hiệu qua bộ khuếch đại (2) vào động cơ (4), động cơ quay một mặt làm quay kim chỉ, một mặt làm dịch chuyển con chạy của biến trở Rp cho đến khi cầu.

Thiết bị đo đ−ợc chế tạo với cấp chính xác 0,5 và cầu cân bằng của nhóm nào thì đi cùng với nhiệt kế điện trở của nhóm ấy.

Cặp nhiệt ngẫu

• Mạch đo và dụng cụ thứ cấp

Giữa hai đầu của một dây dẫn cũng có chênh lệch nồng độ điện tử tự do, do đó cũng có sự khuếch tán điện tử và hình thành hiệu điện thế t−ơng ứng trong A là eA(t,t0) và trong B là eB(t,t0). Chọn nhiệt độ ở một mối hàn t0 = const biết trước làm nhiệt độ so sánh và đo sức. Sức điện động của cặp nhiệt không thay đổi nếu chúng ta nối thêm vào mạch một dây dẫn thứ ba (hình 2.12) nếu nhiệt độ hai đầu nối của dây thứ ba giống nhau.

Do sai khác của các cặp nhiệt khác nhau tương đối nhỏ nên loại cặp nhiệt này th−ờng đ−ợc dùng làm cặp nhiệt chuẩn. Đầu làm việc của các cực (3) đ−ợc hàn nối với nhau bằng hàn vảy, hàn khí hoặc hàn bằng tia điện tử. Để cách ly các điện cực người ta dùng các ống sứ cách điện (4), sứ cách điện phải trơ về hoá học và đủ độ bền cơ và nhiệt ở nhiệt.

Để bảo vệ các điện cực, các cặp nhiệt có vỏ bảo vệ (1) làm bằng sứ chịu nhiệt hoặc thép chịu nhiệt. Hệ thống vỏ bảo vệ phải có nhiệt dung đủ nhỏ để giảm bớt. quán tính nhiệt và vật liệu chế tạo vỏ phải có độ dẫn nhiệt không quá nhỏ nh−ng cũng không đ−ợc quá lớn. Tr−ờng hợp vỏ bằng thép, mối hàn ở đầu làm việc có thể tiếp xúc với vỏ để giảm thời gian hồi đáp. Mạch đo và dụng cụ thứ cấp. Nhiệt độ cần đo đ−ợc xác định thông qua việc đo sức điện động sinh ra ở hai. đầu dây của cặp nhiệt ngẫu, do vậy muốn nâng cao độ chính xác cần phải:. + Giảm thiểu ảnh hưởng tác động của môi trường đo lên nhiệt độ đầu tự do. + Giảm thiểu sự sụt áp do có dòng điện chạy qua các phần tử của đầu đo và mạch đo. Sơ đồ mạch đo dùng milivôn kế a) Sơ đồ. Trong mạch đo, cặp nhiệt (AB) đ−ợc nối với milivôn kế (mV) qua các dây dẫn (C) tạo thành mạch kín. Dòng điện (i) do suất điện động nhiệt điện EAB(t,t0) sinh ra trong mạch chạy qua khung dây của milivôn kế, làm khung dây quay đi một góc (ϕ).

Kết quả đo cho phép ta xác định trực tiếp giá trị của hiệu số hai nhiệt độ t1- t2. Trường hợp nhiệt độ môi trường đo không khác nhiều nhiệt độ đầu tự do, để tăng độ nhạy phép đo có thể mắc theo sơ đồ nối tiếp n cặp nhiệt nh− hình 2.18. Dùng dây bù: Để loại trừ ảnh hưởng của nhiệt độ đối tượng đo lên đầu tự do có thể mắc dụng cụ đo theo sơ đồ hình 2.20.

Dùng cầu bù: Trên hình 2.21 giới thiệu sơ đồ dùng cầu bù tự động bù nhiệt độ đầu tù do. Giả sử nhiệt độ đầu tự do tăng lên t’0, khi đó Rđ tăng lên, cầu mâst cân bằng, làm xuất hiện một điện áp Ucd. Điện trở phụ Rf của milivôn kế th−ờng chế tạo bằng vật liệu có αR = 0 nên không ảnh hưởng, sự thay đổi Rv khi nhiệt độ tăng chủ yếu do sự thay đổi của điện trở khung dây Rkd (chế tạo bằng đồng αR = 4,2.10-3/oC).

Trên hình 2.23 trình bày sơ đồ đo bằng phương pháp xung đối, dựa theo nguyên tắc so sánh điện áp cần đo với một điện áp rơi trên một đoạn điện trở. Nếu cố định đ−ợc I0, L và R ta có Ex phụ thuộc đơn trị vào l tức là phụ thuộc vào vị trí con chạy của đồng hồ đo.

Hoả kế

Hoả kế quang

Nguyên tắc đo nhiệt độ bằng hoả kế quang là so sánh độ sáng của vật cần đo và độ sáng của một đèn mẫu ở trong cùng một bước sóng nhất định và theo cùng một hướng. Bật công tắc K để cấp điện nung nóng dây tóc bóng đèn mẫu (5), điều chỉnh biến trở Rb để độ sáng của dây tóc bóng đèn trùng với độ sáng của vật cần đo. Ngoài ra sai số của phép đo còn do ảnh h−ởng của khoảng cách đo, tuy nhiên sai số này th−ờng nhỏ.

Khi môi tr−ờng có bụi làm bẩn ống kính, kết quả đo cũng bị.