English
Nhiệt độ được biết đến là một trong số những yếu tố quan trọng đối với sự sống của con người, những thiết bị cảm biến nhiệt có thể giúp con người đo lường, nhận biệt được những thay đổi của nhiệt độ để từ đó có thể nhanh chóng xử lý, điều chỉnh các thiết bị, hoạt động sản xuất cho phù hợp. Thiết bị này đối với những người chuyên về kỹ thuật sẽ không còn xa lạ gì tuy nhiên vẫn còn rất nhiều người chưa biết đến cảm biến nhiệt là gì. Vậy nên hôm nay CtiSupply sẽ giới thiệu đến bạn một số thông tin liên quan đến cảm biến nhiệt, cấu tạo, nguyên lý hoạt động và ứng dụng của chúng như thế nào trong bài viết chia sẻ bên dưới đây, cùng chúng tôi tìm hiểu ngay nhé!
Nội dung chính
Cảm biến nhiệt là gì?
Cảm biến nhiệt là gì? Đây được biết đến là một thiết bị sử dụng nhằm mục đích để đo đạc những sự biến đổi liên quan đến nhiệt độ của các đại lượng mong muốn đo. Khi nhiệt độ có sự thay đổi thì thiết bị này có thể nhận diện và truyền tín hiệu để con người nhận biết được bằng một con số cụ thể.
Thiết bị này mang đến cho người dùng độ chính xác tốt hơn so với những thiết bị nhiệt kế hay cặp nhiệt điện.
Cấu tạo
Trong một thiết bị cảm biến nhiệt sẽ có cấu tạo gồm các phần chính là:
- Bộ phận cảm biến nhiệt: được biết đến như là bộ phận quan trọng nhất trong thiết bị cảm biến. Chúng quyết định đến độ chính xác của thiết bị. Bộ phận cảm biến này sẽ được đặt nằm bên trong vỏ bảo vệ của thiết bị và được liên kết với một phần đầu nối
- Dây kết nối cảm biến: các bộ phận cảm biến có thể được kết nối với nhau thông qua 2 – 4 dây kết nối. Vật liệu sử dụng để làm dây kết nối sẽ phụ thuộc hoàn toàn vào điều kiện sử dụng đầu đo thiết bị
- Chất cách điện bằng gốm: chúng có nhiệm vụ làm chất cách điện, ngăn ngừa đoản mạch, giúp cách điện cho dây kết nối với phần bỏ bảo vệ của thiết bị cảm biến
- Chất làm đầy: bao gồm các bột alumina mịn đã được sấy khô và rung. Chúng được sử dụng nhằm lấp đầy các khoảng trống trong cảm biến, bảo vệ cảm biến nhiệt trước các rung động có thể xảy ra
- Phần vỏ bảo vệ của cảm biến: Chúng dùng để bảo vệ cảm biến và các dây kết nối, Vật liệu làm vỏ bảo vệ, kích thước vỏ cần phù hơp với thiết bị, nếu cần có thể bọc thêm vỏ bọc bổ sung cho cảm biến
- Đầu kết nối của cảm biến nhiệt: thường làm bằng vật liệu gốm cách điện, có chứa các bảng mạch để kết nối với điện trở. Phần bộ chuyển đổi 4-20mA có thể được thay thế cho bảng đầu cuối khi cần thiết.
Nguyên lý vận hành
Thiết bị cảm biến nhiệt độ sẽ hoạt động dựa trên nguyên lý sự thay đổi điện trở của kim loại so với sự thau đổi của nhiệt độ. Khi có sự chênh lệch nhiệt độ giữa phần đầu nóng và đầu lạnh thì sẽ xuất hiện một sức điện động V phát sinh ở đầu lanh. Với mỗi cặp nhiệt độ có chất liệu khác nhau ở phần đầu lạnh sẽ cho ra sức điện động khác nhau như là: E, K, J, R, S, T
Khi nhiệt độ có giá trị 0 thì điện trở của cảm biến ở 100(ôm) và điện trở của kim loại tăng lên khi nhiệt độ tăng lên, ngược lại khi điện trở của kim loại giảm khi nhiệt độ giảm.
Việc tích hợp thêm bộ chuyển đổi tín hiệu trong cảm biến nhiệt giúp nâng cao được hiệu suất làm việc cho cảm biến, hoạt động vận hành hay lắp đặt cũng được dễ dàng hơn.
Những loại dây thường dùng trong cảm biến nhiệt độ
Dây kết nối cảm biến sẽ gồm có các loại phổ biến sau:
Cảm biến nhiệt 2 dây
Loại này có độ chính xác thấp nhất trong số tất cả các loại. Chúng chỉ được sử dụng khi kết nối độ bền nhiệt học được thực hiện với những dây điện trở ngắn và có giá trị điện trở thấp
Chúng cũng thường được sử dụng để kiểm tra các mạch điện tương được, giá trị điện trở đo được là tổng của các phần tử cảm biến và phần điện trở của dây dẫn được sử dụng cho kết nối
Cảm biến nhiệt 3 dây
Mức độ chính xác của loại 3 dây cao hơn loại 2 dây. Thường được sử dụng cho các lĩnh vực công nghiệp.
Loại dây này loại bỏ được các lổi gây ra do điện trở của dây dẫn. Tại phần đầu ra thì điện áp sẽ phụ thuộc hoàn toàn vào sự biến đổi của điện trở cảm biến nhiệt độ và sự điều chỉnh nhiệt độ diễn ra liên tục theo sự thay đổi nhiệt độ.
Cảm biến nhiệt 4 dây
Loại dây kết nối này cho kết quả chính xác nhất trong 3 loại. Được ứng dụng cho các thiết bị cảm biến nhiệt ở trong các phòng thí nghiệm là chủ yếu.
Ở phạm vi mạch điện tương đương thì điện áp đo được chỉ phủ thuộc vào điện trở của nhiệt độ. Mức độ ổn định của dòng đo cũng như độ chính xác của số đọc điện áp trên nhiệt sẽ quyết định hoàn toàn đến độ chính xác của phép đo
Phân loại
Sau đây là các loại cảm biến nhiệt thông dụng, được sử dụng nhiều trong thương mại, các ngành công nghiệp hiện nay:
Cặp nhiệt điện (Thermocouple)
Thiết bị cảm biến nhiệt này được biết đến là kiểu cảm biến điện mạch kín, với cấu tạo gồm 2 dây kim loại nối ở 2 đầu và khi nhiệt độ ở 2 đầu dây khác nhau sẽ sinh ra dòng điện. Chúng được gọi là hiệu ứng Seebeck và cũng là cơ sở để đo nhiệt của thiết bị này.
Thiết bị cặp nhiệt điện có độ bền khá tốt, đo được những mức nhiệt độ cao với dải đo từ -100 độ C đến 1800 độ C. Thường thiết bị này sẽ được sử dụng để đo đạc tại những môi trường như là không khí, nước, dầu,..
Hiện nay có 2 loại cặp nhiệt điện chính đó là loại đầu củ hành K và loại cặp nhiệt điện có dây sẵn K. Chúng có nhiều đường khí phi, chiều dài, ren vặn và mức nhiệt độ hoạt động rất đa dạng.
Nhiệt điện trở (Resistance Temperature Dectectors – RTD)
Thiết bị cảm biến nhiệt điện trở hoạt động theo nguyên tắc điện trở của kim loại tăng khi nhiệt độ tăng lên – nhiệt điện trở suất. So với cặp nhiệt điện thì nhiệt điện trở cho thông số chính xác hơn, dễ sử dụng và đặc biệt là có chiều dài dây không hạn chế
Thiết bị này được cấu tạo từ dây kim loại bằng các chất liệu như là niken, đồng, platium,.. chúng sẽ được quấn tùy thuộc và hình dáng của phần đầu đo. Mức dải đo của nhiệt điện trở khá ngắn chỉ từ -200 độ C đến khoảng 700 độ C
Với loại nhiệt điện trở thì cũng có 2 loại là đầu củ hành và loại sợi có dây sẵn. Chúng cũng có rất nhiều sản phẩm đường kính phi, ren vặn, chiều dài hay nhiệt độ hoạt động khác nhau cho người dùng lựa chọn
Ứng dụng của các thiết bị nhiệt điện trở khá phổ biến trong các ngành công nghiệp môi trường, những lĩnh vực gia công vật liệu, hóa chất,..
Thiết bị điện trở oxit kim loại (Thermistor)
Điện trở oxit kim loại được tạo nên từ hỗn hợp các oxit kim loại như là niken, mangan, cobalt,.. Chúng hoạt động dựa trên nguyên lý sự thay đổi điện trở khi mà nhiệt độ thay đổi. Với thiết bị này có các ưu điểm nổi bật về độ bền, dễ chế tạo, giá thành rẻ.
Khuyết điểm của thiết bị cảm biến nhiệt này chính là ở dãy tuyến tính khá hẹp, mức dải đo nằm trong khoảng 50 độ C. Điện trở oxit kim loại thì có 2 loại chính là hệ số nhiệt âm NTC và hệ số nhiệt dương PTC có điện trở giảm hoặc tăng theo nhiệt độ. Trong đó loại NTC là thiết bị thường được sử dụng nhiều nhất.
Thường thì chúng được sử dụng để bảo vệ, ép vào những dây động cơ hay mạch điện tử.
Cảm biến nhiệt bán dẫn
Thiết bị cảm biến nhiệt bán dẫn được làm từ nguyên liệu là các chất bán dẫn. Chúng sẽ hoạt động dựa trên sự phân cực của chất bán dẫn do ảnh hưởng bởi nhiệt độ tạo ra. Là loại cảm biến nhiệt có giá thành rẻ, dễ chế tạo và độ nhạy tốt, chống được nhiễu và mạch xử lý khá đơn giản. Tuy nhiên thiết bị này có độ bền kém cũng như không chịu được nhiệt độ cao
Mức dải đo của cảm biến nhiệt bán dẫn nằm trong khoảng từ -50 độ C đến 150 độ C. Các thiết bị cảm biến bán dẫn điển hình thường dùng như là kiểu IC LM35, LM45, LM335 hay kiểu diod.
Chúng được ứng dụng để đo nhiệt độ trong môi trường không khí, dùng trong những thiết bị đo đạc nhiệt độ hay bảo vệ mạch điện tử.
Hỏa kế (nhiệt kế bức xạ)
Hỏa kế hay thường được gọi là thiết kế bức xạ. Đây là thiết bị cảm biến nhiệt độ được tạo từ mạch điển tử, mạch quang học với cơ cấu hoạt động dựa theo việc đo tính chất bức xạ năng lượng có trong môi trường mang nhiệt.
Thiết bị nhiệt kế bức xạ có thể sử dụng tốt ở những điều kiện môi trường khắc nghiệt, không cần tiếp xúc trực tiếp với môi trường đo nhưng lại có thể cho kết quả đo có độ chính xác tốt. Tuy nhiên thiết bị này có độ bền không cao, khá mắc tiền. Dải đo của hỏa kế sẽ nằm trong khoảng từ -97 độ C đến 1800 độ C
Nhiệt kế bức xạ gồm có các loại như là hỏa kế cường độ sáng, hỏa kế màu sắc, hỏa kế bức xạ,.. Là thiết bị sử dụng đo cho các lò nung
Ứng dụng hiện nay
Vì những ưu điểm nổi bật, nhiều chức năng nên thiết bị cảm biết nhiệt có thể ứng dụng tốt cho nhiều môi trường, nhu cầu sử dụng khác nhau: dùng cho các bồn đun nước, đun dầu, đo nhiệt độ trong lò sấy, lò nung,.. Một số thiết bị còn có tính ứng dụng trong các lĩnh vực cụ thể như là:
- Sử dụng trong xe hơi: nhiệt kết điện tử, PT100
- Sử dụng trong lĩnh vực điện lạnh: các điện trở oxit kim loại
- Sử dụng trong gia công vật liệu, hóa chất: các cặp nhiệt điện, PT100
- Sử dụng trong nghiên cứu về ngành nông nghiệp, trồng trọt: nhiệt kế điện tử, cân nhiệt loại T, nhiệt kế bán dẫn
>>>>CTISUPPLY là đại lý Balluff Việt Nam chuyên phân phối các thiết bị cảm biến như sensors balluff phục vụ trong máy móc công nghiệp. Liên hệ chúng tôi ngay để được tư vấn và báo giá ưu đãi nhất!
Trên đây là tổng hợp những thông tin về thiết bị cảm biến nhiệt, giúp giải đáp thắc mắc cảm biến nhiệt là gì, những ứng dụng của chúng trong đời sống hiện nay như thế nào cho mọi người có thể nắm được. Hi vọng qua đó bạn có thể lựa chọn được thiết bị cảm biến nhiệt phù hợp cho nhu cầu sử dụng cho công việc của mình.