3. 1.1 Khâu chuyển đổi:
3.1.3.3.1. Đo nhiệt độ bằng nhiệt điện trở:
Nhiệt điện trở thường dùng để đo nhiệt độ của hơi nước, khí than trong các đường ống, các lị phản ứng hóa học, các nồi hơi, khơng khí trong phịng…
Ngun lý làm việc của thiết bị này là dựa vào sự thay đổi điện trở theo nhiệt độ của các vật dẫn điện, tức là điện trở một hàm theo nhiệt độ: R = f(T). Cuộn dây điện trở thường nằm trong ống bảo vệ, tùy theo công dụng mà vỏ ngồi có thể làm bằng thủy tinh, kim loại hoặc gốm.
a) Nhiệt điện trở kim loại(Thermetal):
Nhiệt điện trở kim loại được chế tạo dưới dạng dây nhỏ quấn quanh một đế cách điện (thường bằng sứ tròn, dẹp hay vòng xuyến) và được bọc bằng một
lớp vỏ bảo vệ (thủy tinh, sứ, thạch anh…). Vật liệu chế tạo nhiệt điện trở kim loại đòi hỏi cần phải thỏa mãn các yêu cầu:
• Hệ số nhiệt lớn. • Điện trở suất lớn.
• Tính ổn định hóa – lý cao.
• Tính thuần khiết về mặt cấu tạo hóa học cao. b) Nhiệt điện trở bán dẫn(Thermistor):
Đây là loại cảm biến nhiệt nhạy cảm với sự thay đổi nhiệt độ, được chế tạo bằng chất bán dẫn, thường gọi là Thermistor. Đặc điểm của Thermistor là điện trở của nó biến đổi rất lớn theo nhiệt độ. Thành phần chính của nó là bột oxyt kim loại như Mangan, Nickel, sắt… hoặc hổn hợp tinh thể MnAl2O, Zn2TiO4.
Nhiệt kế Thermistor được chế tạo bằng cách định hình, sau đó nung nóng đến 100 độ C trong mơi trường oxy hóa. Việc chọn tỷ lệ hợp các oxyt hoặc hỗn hợp tinh thể và mơi trường nung giữ vai trị quan trọng, quyết định chất lượng của Thermistor.
Trong những năm gần đây, các nhiệt kế Thermistor được sử dụng nhiều vì nó có ưu điểm: độ nhạy cao, đặc tính nhiệt ổn định, kích thước nhỏ, hình dáng thay đổi dễ dàng chế tạo.
Nhiệt điện trở bán dẫn chia làm hai loại:
-Nhiệt điện trở có hệ số nhiệt dương PT (Positive Thermistor) làm việc trên - nguyên tắc: khi nhiệt tăng thì R tăng, loại này được cấu tạo từ một trong những hợp chất sau: Ceramic, Sắt, Titan, Bari…
-Nhiệt điện trở có hệ số nhiệt âm NT (Negative Thermistor) làm việc trên nguyên tắc khi nhiệt độ tăng thì R giảm. Thành phần chính của loại này là bột oxyt kim loại Mn, Ni hoặc các hổn hợp tinh thể Aluminate Mn (MnAl2O), Titanate kẽm (Zn2TiO4)
Nguyên lý làm việc – đặc tuyến làm việc:
Đặc tuyến nhiệt độ của nhiệt điện trở bán dẫn loại PT:
R
A B C M M
O T
Tăng Thành Nhơn
Vùng A: hệ số nhiệt âm
Vùng B: hệ số nhiệt dương rất lớn
Vùng C: hệ số âm sâu, vùng này rất nguy hiểm và nhiệt điện trở dễ bị phá hủy
Điểm M: là điểm điều hành nhiệt điện trở. Đáp ứng nhiệt độ tức thời khi cường độ dòng tăng vọt, nhiệt điện trở hoạt động bình thường trong khi chờ đến nhiệt độ tăng. Hệ số nhiệt và điểm điều hành này thay đổi theo thành phần các hợp chất cấu tạo Thermistor. Độ biến thiên có thể từ 10% đến 90% trên độ bách phân.
Đặc tuyến nhiệt độ của nhiệt điện trở bán dẫn loại NT:
R
O
Đặc tuyến của NT có dạng hyperbol do sự thay đổi của chất bán dẫn theo nhiệt độ.
Trị số của điện trở giảm rất nhanh khi nhiệt độ tăng. Quan hệ này được biểu diễn bởi hàm:
R(T) = A.eB/T
A: hệ số điện trở phụ thuộc điện trở suất của bán dẫn.
B: hệ số nhiệt phụ thuộc vào tính chất vật lý của vật liệu làm chất bán dẫn và loại Thermistor.
B = 3000 ⇒5000: thermistor đo nhiệt độ thấp B = 6000 ⇒13000:thermistor đo nhiệt độ cao
Khi nhiệt độ càng giảm thì độ nhạy của Thermistor càng tăng. Đó là một ưu điểm của nhiệt kế này.
Phạm vi sử dụng Thermistor từ 100 độ C đến 400 độ C. Vì là chất bán dẫn nên khi sử dụng ở nhiệt độ hơn 200 độ C thì Thermistor phải có bọc chất liệu nhiệt.
c) Lưu ý khi sử dụng nhiệt điện trở:
Khi mua nhiệt điện trở cần căn cứ vào quy cách để chọn nhiệt điện trở phù hợp với điều kiện đo. Ví dụ cần đo trong mơi trường dễ ăn mịn thì phải dùng loại vỏ bằng thép hợp kim khơng rỉ có tính chất chống mịn. Nhiệt độ và áp lực môi trường đo không vượt quá giới hạn quy định của từng loại.
Không nên đặt nhiệt kế ở những nơi có chấn động, rung động, va chạm. Đầu dây nối vào dây đồng hồ chỉ nhiệt độ khơng được nóng q 100 độ C. Vị trí đặt cảm biến nhiệt (loại nhiệt điện trở có vỏ bảo vệ) tốt nhất là theo hướng thẳng đứng. Khi buộc phải hướng vị trí nằm ngang thì phải quay ổ đấu dây ra của nhiệt điện trở theo hướng xuống dưới để tránh nước lọt vào. Nếu đo nhiệt độ ở đường ống có dịng khí hoặc nước chảy qua thì vị trí đầu đo cần đặt q tâm ống (đầu ống ở vị trí 2/3 đường kính ống nước hoặc khí).
d) Một số nhiệt điện trở thơng dụng:
Nhiệt điện trở Platin
Nhiệt điện trở Nickel
Nhiệt điện trở đồng
Nhiệt điện trở Tungstène