Có thể đo nhiệt độ bằng cách sử dụng linh kiện nhạy cảm là điot hoặc tranzito mắc theo kiểu điot (nối B với C) phân cực thuận với I không đổi. Điện áp giữa hai cực sẽ là hàm của nhiệt độ.
Hình 4.5 Bán dẫn
Để tăng độ tuyến tính và khả năng thay thế, người ta thường mắc theo sơ đồ như hình , dùng một cặp tranzito đấu theo kiểu điot mắc đối nhau với hai dòng I1 và I2 không đổi chạy qua và đo hiệu điện thế B-E Bằng cách này sẽ loại bỏ được ảnh hưởng của dòng ngược I0.
Quan hệ điện áp - nhiệt độ
Xét trường hợp dùng cặp tranzito ở hình .
𝐼1 = 𝐼0𝑒𝑞𝑉1𝐾𝑇 → 𝑉1 =𝐾𝑇
𝑞 𝑙𝑛𝐼1
62
𝐼2 = 𝐼0𝑒𝑞𝑉2𝐾𝑇 → 𝑉2 =𝐾𝑇
𝑞 𝑙𝑛𝐼2
𝐼0 (4.28) Việc đo hiệu điện thế Vd = V1 – V2 cho phép loại trừ ảnh hưởng của dòng ngược I0:
=> 𝑉𝑑 = 𝑉1− 𝑉2=𝐾𝑇
𝑞 𝑙𝑛𝐼1
𝐼2=𝐾𝑇
𝑞 ln 𝑛 (4.29) N là tỷ số giữa hai dòng điện cố định chạy qua hai tranzito. Tính toán bằng số ta có:
Vd = 86,56.T ln n (4.30) Trong đó Vd đo bằng µV và T là nhiệt độ tuyệt đối K.
Độ nhạy nhiệt có dạng:
𝑆 =𝑑𝑉𝑑
𝑑𝑇 =𝐾
𝑞ln 𝑛 (4.31)
𝑆 = 86,56. ln 𝑛(𝜇𝑉. 𝐾−1) (4.32) Độ nhạy nhiệt nhỏ hơn so với trường hợp chỉ dùng một điot hoặc một tranzito, nhưng về nguyên tắc không phụ thuộc vào T. Độ tuyến tính trong trường hợp này được cải thiện một cách đáng kể.
Một số IC cảm biến nhiệt độ thông dụng như: LM35, LM335, LM45. Nguyên lý của chúng là nhiệt độ thay đổi sẽ cho ra điện áp thay đổi. Điện áp này được phân áp từ một điện áp chuẩn có trong mạch. Gần đây có cho ra đời IC cảm biến nhiệt cao cấp, chúng hổ trợ luôn cả chuẩn truyền thông I2C (DS18B20) mở ra một xu hướng mới trong “ thế giới cảm biến”.
63
Do được chế tạo từ các thành phần bán dẫn nên cảm biến nhiệt bán Ddẫn kém bền, không chịu nhiệt độ cao. Nếu vượt ngưỡng bảo vệ có thể làm hỏng cảm biến. Cảm biến bán dẫn mỗi loại chỉ tuyến tính trong một giới hạn nào đó, ngoài dải này cảm biến sẽ mất tác dụng, do đó cần quan tâm đến tầm đo của loại cảm biến này để đạt được sự chính xác. Hơn nữa, loại cảm biến này còn kém chịu đựng trong môi trường khắc nghiệt: độ ẩm cao, hóa chất có tính ăn mòn, rung sốc va chạm mạnh.
64
Chương 5 - Thiết kế hệ thống đo nhiệt