Cảm Biến Nhiệt - Cấu Tạo, Nguyên Lí Hoạt động Và Phân Loại

Cảm biến nhiệt độ là gì? Cấu tạo & Nguyên lí hoạt động chung của cảm biến nhiệt. Các loại cảm biến nhiệt độ. Phân loại. Sơ lược về một số loại cảm biến nhiệt. Ứng dụng. Lưu ý khi bảo quản và sử dụng. Nơi cung cấp cảm biến nhiệt uy tín, chất lượng.

Theo nhiều nghiên cứu của các nhà khoa học trên thế giới thì hầu hết tất cả những sự sống, đến các hệ thống vật lí, hoá học,… đều bị ảnh hưởng bới nhiệt độ. Chính vì sự quan trọng đó mà nhiệt độ trở thành đại lượng được đo nhiều nhất trên thế giới. Người ta đo nhiệt độ để có con số chính xác về thông số môi trường này mà có biện pháp điều chỉnh cho thích hợp. Có nhiều cách cũng như nhiều thiết bị để đo nhiệt độ khác nhau, trong đó có cảm biến nhiệt.

Vậy cảm biến nhiệt là gì, nó có cấu tạo ra sao và nó sẽ đo nhiệt độ như thế nào, nơi nào sẽ cung cấp loại thiết bị này,… Chúng ta sẽ cùng tìm câu trả lời cho những câu hỏi này qua bài viết sau nhé.

CẢM BIẾN NHIỆT LÀ GÌ?

Cảm biến nhiệt được hiểu là thiết bị được dùng để đo sự biến đổi về nhiệt độ của các đại lượng cần đo. Theo đó, khi nhiệt độ có sự thay đổi thì các cảm biến sẽ đưa ra một tín hiệu và từ tín hiệu này các bộ đọc sẽ đọc và quy ra thành nhiệt độ bằng một con số cụ thể.

Cảm biến nhiệt được biết đến với khả năng thực hiện các phép đo nhiệt độ với độ chính xác cao hơn nhiều so với khi thực hiện bằng các loại cặp nhiệt điện hoặc nhiệt kế.

Cảm biến nhiệt còn có tên gọi khác là nhiệt kế điện trở metaI

CẤU TẠO CẢM BIẾN NHIỆT

Cảm biến đo nhiệt độ có cấu tạo chính là 2 dây kim loại khác nhau được gắn vào đầu nóng và đầu lạnh.

Ngoài ra, nó còn được cấu tạo bởi nhiều bộ phận khác, cụ thể như sau:

• • Bộ phận cảm biến: đây được xem là bộ phận quan trọng nhất, quyết định đến độ chính xác của toàn bộ thiết bị cảm biến. Bộ phận này được đặt bên trong vỏ bảo vệ sau khi đã kết nối với đầu nối.
  • Dây kết nối: các bộ phận cảm biến có thể được kết nổi bằng 2,3 hoặc 4 dây kết nổi. Trong đó, vật liệu dây sẽ phụ thuộc hoàn toàn vào điều kiện sử dụng đầu đo.
  • Chất cách điện gốm: bộ phận này với nhiệm vụ chủ yếu là làm chất cách điện ngừa đoản mạch và thực hiện cách điện giữa các dây kế nối với vỏ bảo vệ.
  • Phụ chất làm đầy: gồm bột alumina mịn, được sấy khô và rung. Phụ chất này với chức năng chính là lắp đầy tất cả khoảng trống để bảo vệ cảm biến khỏi các rung động.
  • Vỏ bảo vệ: giống như tên gọi, bộ phận này được dùng đẻ bảo vệ bộ phận cảm biến và dây kết nối. Bộ phận này phải được làm bằng vật liệu phù hợp với kích thước phù hợp và khi cần thiết có thể bọc thêm vỏ bọc bằng vỏ bổ sung.
  • Đầu kết nối: Bộ phận này được làm bằng vật liệu cách điện (gốm), chứa các bảng mạch, cho phép kết nối của điện trở. Trong đó, bộ chuyển đổi 4-20mA khi cần thiết có thể được cài đặt thay cho bảng đầu cuối.

Tham khảo thêm sản phẩm: Hồ quang điện – Tính chất, ứng dụng, tác hại và biện pháp phòng ngừa

NGUYÊN LÍ HOẠT ĐỘNG

Cảm biến nhiệt hoạt động dưa trên cơ sở là sự thay đổi điện trở của kim loại so với sự thay đổi nhiệt độ vượt trội.

Cụ thể, khi có sự chênh lệch nhiệt độ giữa đầu nóng và đầu lạnh thì sẽ có một sức điện động V được phát sinh tại đầu lạnh. Nhiệt độ ở đầu lạnh phải ổn định và đo được và nó phụ thuộc vào chất liệu. Chính vì vậy mà mới có sự xuất hiện của các loại cặp nhiệt độ và mỗi loại cho ra một sức điện động khác nhau: E, J, K, R, S, T.

Nguyên lí làm việc của cảm biến nhiệt chủ yếu dựa trên mối quan hệ giữa vật liệu kim loại và nhiệt độ. Cụ thể, khi nhiệt độ là 0 thì điện trở ở mức 100Ω và điện trở của kim loại tăng lên khi nhiệt độ tăng và ngược lại.

Việc tích hợp bộ chuyển đổi tín hiệu giúp nâng cao hiệu suất làm việc của cảm biến nhiệt và giúp cho việc vận hành, lắp đặt được dễ dàng hơn.

CÁC LOẠI DÂY CẢM BIẾN NHIỆT

Như đã đề cập ở trên thì các bộ phận cảm biến có thể được kết nổi bằng 2,3 hoặc 4 dây kết nổi. Cụ thể như sau:

Cảm biến nhiệt độ 2 dây

• • Ít chính xác nhất.
  • Chỉ được sử dụng khi kết nối độ bền nhiệt học được thực hiện với dây điện trở ngắn và điện trở thấp.
  • Ngoài ra, nó cũng được sử dụng để kiểm tra mạch điện tương đương và điện trở đo được là tổng của các phần tử cảm biến, điện trở của dây dẫn được sử dụng cho kết nối.

Cảm biến nhiệt độ 3 dây

• • Loại này cho mức độ chính xác cao hơn loại 2 dây.
  • Nó được sử dụng nhiều trong lĩnh vực công nghiệp.
  • Ưu điểm của nó là sẽ loại bỏ được các lỗi gây ra bởi điện trở của các dây dẫn. Ở phần đầu ra, điện áp sẽ phụ thuộc hoàn toàn vào sự biến đổi điện trở của cảm biến nhiệt và sự điều chỉnh nhiệt độ diễn ra liên tục theo nhiệt độ.

Cảm biến nhiệt 4 dây

• • Loại này được xem là cho độ chính xác lớn nhất.
  • Nó được sử dụng trong các ứng dụng trong phòng thí nghiệm là chủ yếu.
  • Trong phạm vi mạch điện tương đương, điện áp đo được chỉ phụ thuộc vào điện trở của nhiệt. Độ ổn định của dòng đo và độ chính xác của số đọc điện áp trên nhiệt sẽ quyết định đến độ chính xác của phép đo.

Tìm hiểu thêm: Tỷ trọng là gì? Phân loại, Phương pháp đo & Nơi mua dụng cụ đo tỷ trọng

PHÂN LOẠI CẢM BIẾN NHIỆT

Hiện nay, cảm biến nhiệt độ được chia thành các loại như sau:

• • Cảm biến nhiệt độ (Cặp nhiệt điện – Thermocouple). Cặp nhiệt điện loại K, R,S,.. có dải đo nhiệt độ cao.
  • Nhiệt điện trở (RTD – Resistance Temperature Detectors). Thông thường là cảm biến Pt100, Pt1000, Pt50, CU50,…
  • Điện trở oxit kim loại
  • Cảm biến nhiệt bán dẫn (Diode, IC…).
  • Nhiệt kế bức xạ

SƠ LƯỢC VỀ MỘT SỐ LOẠI CẢM BIẾN NHIỆT

Trong số các loại cảm biến nhiệt thì loại cảm biến nhiệt độ (Cặp nhiệt điện – Thermocouple) và nhiệt điện trở (RTD – Resistance Temperature Detectors) là hai loại được sử dụng phổ biến nhất. Sau đây, Trung Sơn sẽ cùng bạn tìm hiểu rõ hơn về hai loại này nhé.

Cảm biến nhiệt độ (Cặp nhiệt điện – Thermocouple)

Định nghĩa

• • Cặp nhiệt điện được hiểu là một thiết bị cảm biến nhiệt điện mạch kín, gồm 2 dây kim loại khác nhau được nối ở hai đầu.
  • Dòng điện được tạo ra khi nhiệt độ ở 2 đầu khác nhau. Đây được xem là hiệu ứng Seebeck và là cơ sở để đo nhiệt độ của loại này.
  • Cặp nhiệt điện khá bền và đo nhiệt độ cao.

Cấu tạo

• • Được cấu tạo từ 2 chất liệu kim loại khác nhau, hàn dính một đầu

Nguyên lí hoạt động 

• • Nguyên lí hoạt động của cặp nhiệt điện là khi nhiệt độ môi trường có sự thay đổi (tăng hoặc giảm) thì sẽ tác động lên đầu nóng của nó. Nhờ vào hiệu ứng Seebeck, điện áp ở đầu lạnh của cặp nhiệt điện sẽ tăng hoặc giảm theo nhiệt độ môi trường (nhiệt độ tăng thì điện áp tăng và ngược lại).
  • Chỉ cần đo giá trị của điện áp ở đầu lạnh ta sẽ có được giá trị của nhiệt độ.
  • Dải đo: -100 ~ 1800 độ C

Phân loại

Cặp nhiệt điện gồm hai loại chính là loại đầu củ hành K và loại sợi có dây sẵn K.

Loại đầu củ hành K với các thông số như sau:

• • Đường kính phi 4mm, phi 6mm, phi 8mm, phi 10mm, phi 17mm, phi 22mm…
  • Chiều dài 50mm, 70mm, 100mm, 150mm, 200mm, 250mm, 300mm, 1 mét..
  • Ren vặn: 9.6mm, 13mm, 17mm, 21mm, 27mm… hoặc không ren
  • Nhiệt độ hoạt động: 0-800 độ C, 0~1000 độ C, 0-1200 độ C (Ceramic K), 0~1500 độ C (loại R).

Loại sợi có dây sẵn K có các thông số như sau:

• • Đường kính phi 3mm, phi 4mm, phi 6mm, phi 8mm, phi 10, phi 17…
  • Chiều dài 50mm, 70mm, 100mm, 150mm, 200mm, 250mm, 300mm…
  • Ren vặn: 9.6mm, 13mm, 17mm, 21mm, 27mm… hoặc không ren.
  • Nhiệt độ hoạt động: 0-400 độ C. Dây 3 ruột dài 2 mét, 3 mét…

Ứng dụng

• • Cặp nhiệt điện được sử dụng trong quá trình đo nhiệt độ tại các môi trường như không khí, dầu, nước,…

Nhiệt điện trở (RTD – Resistance Temperature Detectors)

Định nghĩa

• • Nhiệt điện trở là loại cảm biến nhiệt hoạt động dựa trên nguyên tắc điện trở của kim loại tăng khi nhiệt độ tăng. Hiện tượng này được gọi là nhiệt điện trở suất, khi đo điện trở của cảm biến RTD thì sẽ suy ra được nhiệt độ.
  • Nhiệt điện trở được xem là có độ chính xác cao hơn Cặp nhiệt điện, dễ sử dụng hơn và chiều dài dây không hạn chế.

Cấu tạo

• • Được cấu tạo từ dây kim loại làm bằng đồng, niken,platinum,… và được quấn tuỳ theo hình dáng của đầu đo.

Nguyên lí hoạt động

• • Nhiệt độ môi trường tăng hoặc giảm thì điện trở của RTD sẽ tăng hoặc giảm theo một cách tỉ lệ thuận. Giá trị của nhiệt độ sẽ được suy ra từ việc do giá trị điện trở của RTD.
  • Dải đo: -200~700 độ C.

Phân loại

Có 2 loại là loại đầu củ hành PT100, PT1000 và loại sợi có dây sẵn PT100, PT1000.

Loại đầu củ hành PT100, PT1000 với các thông số như sau:

• • Đường kính phi 4mm, phi 6mm, phi 8mm, phi 10mm, phi 17mm…
  • Chiều dài 50mm, 70mm, 100mm, 150mm, 200mm, 250mm, 300mm…
  • Ren vặn: 9.6mm, 13mm, 17mm, 21mm, 27mm… hoặc không ren
  • Nhiệt độ hoạt động: -200~200 độ C, 0~150 độ C, -50~300 độ C, -50~500 độ C

Loại sợi có dây sẵn PT100, PT1000 với các thông số như sau:

• • Đường kính phi 3mm, phi 4mm, phi 6mm, phi 8mm, phi 10, phi 17…
  • Chiều dài 50mm, 70mm, 100mm, 150mm, 200mm, 250mm, 300mm…
  • Ren vặn: 9.6mm, 13mm, 17mm, 21mm, 27mm… hoặc không ren.
  • Nhiệt độ hoạt động: -200~200 độ C, 0~150 độ C, -50~300 độ C. Dây 3 ruột dài 2 mét, 3 mét…

Ứng dụng

• • Nhiệt điện trở chế tạo từ platin, đồng hoặc niken được sử dụng phổ biến nhất bởi độ chính xác cao, khả năng lặp lại tốt và có thể truyền tín trong một phạm vi nhiệt độ rộng, thể hiện sự thay đổi điện trở lớn trên mỗi mức độ thay đổi nhiệt độ.
  • Còn loại được chế tạo từ đồng và niken thường được sử dụng trong công nghiệp, độ chính xác và truyền tính khá hạn chế, phạm vi nhiệt độ tương đối hẹp.

Ngoài ra, còn một số loại cảm biến nhiệt khác ít phổ biến hơn hai loại trên như:

Điện trở oxit kim loại

• • Loại này được làm từ hỗn hợp các oxit kim loại như mangan, niken, cobalt,…
  • Hoạt động dựa trên sự thay đổi điện trở khi nhiệt độ thay đổi.
  • Ưu điểm của loại này là bền, rẻ, dễ ché tạo nhưng dãy tuyến tính khá hẹp.
  • Có dải đo là 50 độ C.
  • Loại này được dùng để bảo vệ, éo vào cuộn dây động cơ, mạch điện tử.
  • Có hai loại chính là: hệ số nhiệt dương PTC có điện trở tăng theo nhiệt độ và loại hệ số nhiệt âm NTC có điện trở giảm theo nhiệt độ. Thường dùng nhất là loại NTC.

Cảm biến nhiệt bán dẫn

• • Cảm biến nhiệt bán dẫn được làm từ các loại chất bán dẫn.
  • Hoạt động dựa trên sự phân cực của các chất bán dẫn bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ.
  • Loại này khá rẻ tiền, dễ chế tạo, có độ nhạy cao, chống nhiễu tốt, mạch xử lí đơn giản nhưng lại không chịu được nhiệt độ cao và cũng kém bền.
  • Dải đo: -50 ~ 150 độ C.
  • Loại này được ứng dụng để đo nhiệt độ không khí, dùng trong các thiết bị đo và bảo vệ mạch điện tử.
  • Phân loại: kiểu diod, các kiểu IC LM35, LM335, LM45

Nhiệt kế bức xạ

• • Nhiệt kế bức xạ còn được gọi là hoả kế, được cấu tạo từ mạch điện tử, quang học.
  • Hoạt động dựa trên việc đo tính chất bức xạ năng lượng của môi trường mang nhiệt.
  • Hoả kế có thể dùng trong môi trường khắc nghiệt, không cần tiếp xúc với môi trường đo nhưng lại có độ chính xác không cao và cũng kém bền.
  • Có dải đo vào khoảng -97 ~ 1800 độ C.
  • Được ứng dụng để làm thiết bị đo cho lò nung.
  • Hoả kế gồm các loại: Hỏa kế bức xạ, hỏa kế cường độ sáng và hỏa kế màu sắc.

ỨNG DỤNG CỦA CẢM BIẾN NHIỆT

Cảm biến nhiệt độ được sử dụng với nhiều chứng năng và nhiều ứng dụng khác nhau như: dùng đo nhiệt độ trong bồn đun nước, đun dầu, đo nhiệt độ lò nung, lò sấy,…

Một số cảm biến nhiệt được sử dụng cho các lĩnh vực cụ thể như:

• • Nhiêt kế điện tử, bán dẫn, can nhiệt loại T được sử dụng trong nghiên cứu về nông nghiệp
  • Nhiệt kế điện tử, PT100 được sử dung trong xe hơi
  • Điện trở oxit kim loại được sử dụng trong nhiệt lạnh
  • Cặp nhiệt điện loại K, T, R, S, B và PT100 được sử dụng trong gia công vật liệu, hoá chất

LƯU Ý KHI BẢO QUẢN VÀ SỬ DỤNG.

Cảm biến nhiệt cần được bảo quản nơi khô ráo, thoáng mát, tránh ánh nắng trực tiếp và tránh xa tầm tay trẻ em.

Cần lưu ý khi sử dụng cặp nhiệt điện là:

• • Khi nối thì dây nối từ đầu đo đến bộ điều khiển nên càng ngắn càng tốt.
  • Bù lại tổn thất mất mát trên đường dây bằng cách thực hiện việc cài đặt giá trị bù nhiệt. Giá trị bù nhiệt lớn hay nhỏ phụ thuộc vào độ dài, chất liệu dây và môi trường lắp đặt.
  • Tuyệt đối không để các đầu dây nối của cặp nhiệt diện tiếp xúc với môi trường cần đo.
  • Đầu nối cần phải đúng theo chiều âm, dương.

NƠI CUNG CẤP CẢM BIẾN NHIỆT UY TÍN, CHẤT LƯỢNG

Trên thị trường hiện nay, bạn có thể dễ dàng tìm mua được các loại cảm biến nhiệt, tuy nhiên, không phải nơi nào cũng cung cấp được cho bạn những sản phẩm có nguồn gốc rõ ràng và chất lượng như mong muốn.

Hiểu được những vấn đề này, nhiều năm qua Trung Sơn đã và đang xây dựng mình thành địa chỉ cung cấp những sản phẩm chất lượng, nguồn gốc rõ ràng và giá thành cạnh tranh để khách hàng yên tâm sử dụng.

Vì vậy, nếu bạn có nhu cầu sử dụng cảm biến nhiệt hoặc các thiết bị hoặc các sản phẩm liên quan đến hoá chất thì hãy liên hệ ngay với Trung Sơn để được cung cấp những sản phẩm làm bạn hài lòng và yên tâm khi sử dụng.

Bài viết này Trung Sơn đã gửi đến bạn toàn bộ những thông tin liên quan đến cảm biến nhiệt một cách rõ ràng và cụ thể nhất. Nắm được những thông tin này, hy vọng bạn có thể lựa chọn sử dụng chúng phù hợp với mục đích của mình. Nếu vẫn còn thắc mắc nào về cảm biến nhiệt hay bất kì vấn đề nào khác thì bạn đừng ngần ngại mà hãy liên hệ ngay với Trung Sơn để được giải đáp. Vui lòng để lại bình luận bên dưới bài viết này nhé.

Có thể bạn quan tâm: Quang phổ là gì? Những điều bạn nên biết về Quang Phổ

YÊU CẦU CỦA KHÁCH HÀNG