Cảm biến nhiệt độ là gì

Cảm biến nhiệt độ là gì

Trong cuộc sống hàng ngày của chúng ta và hoạt động sản xuất trong ngành công nghiệp khác nhau. Chắc hẳn có nhiều trường hợp cần phải biết nhiệt độ của môi trường. Bên trong lò phản ứng, cuộn dây của máy điện,.. Để biết được nhiệt độ thì sẽ cần sử dụng cảm biến nhiệt độ. Như vậy chúng ta cùng tìm hiểu cảm biến nhiệt độ là gì? Chúng có bao nhiêu loại khác nhau.

Công nghệ cảm biến nhiệt độ

Trong các năm qua, dưới sự phát triển của các ngành công nghiệp đã phát minh ra các công nghệ khác nhau để đo nhiệt độ trong các ứng dụng cụ thể khác nhau. Nhưng tại sao công nghệ khác nhau? Vậy cảm biến nhiệt độ là gì

Điều này là do các ứng dụng khác nhau làm cho một kỹ thuật tốt hơn; các kỹ thuật khác cho từng trường hợp cụ thể. Và không có cách duy nhất nào được đề xuất cho tất cả các ứng dụng đo nhiệt độ.

Rất có thể bạn đã nghe nói về các loại cảm biến nhiệt của RTD. Các bộ cảm biến nhiệt điện tử, bộ cảm ứng nhiệt điện tử. Các bộ phận bán dẫn trực tuyến, các bộ phận khác nhau, sẽ được đề cập ở đây.

Các loại cảm biến nhiệt độ

Các loại cảm biến nhiệt độ thông dụng

Cảm biến nhiệt độ

Trước khi tôi đi vào chi tiết về chủ đề này. Chúng ta hãy xem cảm biến nhiệt độ cảm biến (Bộ chuyển đổi nhiệt độ) là gì và ý nghĩa của bộ truyền nhiệt độ.
Nói chung, cảm biến hoặc đầu dò là một thiết bị vật lý có khả năng biến đổi một loại biến quy trình thành loại tín hiệu analog để PLC hoặc biến tần có thể đọc được.

Để giải thích về câu khái quát này, hãy để tôi cho bạn một ví dụ.

Nhiệt độ, áp suất, lưu lượng, v.v., là một số biến quá trình và thực sự. Chúng là đặc điểm vật lý của thế giới thực của chúng ta.
Với công nghệ hiện đại và vì những tiến bộ to lớn trong ngành kỹ thuật điện những năm qua. Chúng ta muốn biến đổi mọi giá trị quá trình có thể đo thành tín hiệu điện và cảm biến nhiệt độ là một thiết bị sẽ biến nhiệt độ thành tín hiệu điện.

Cấu tạo cảm biến nhiệt độ

Cho đến nay, công nghệ đã làm được một bước đầu tiên lớn, đó là sự chuyển đổi từ nhiệt độ cơ bản thành tín hiệu điện.

Dựa trên các công nghệ cảm biến khác nhau. Tín hiệu này có thể, có phạm vi khác nhau và đối với các ứng dụng công nghiệp. Chúng ta cần giới hạn tín hiệu của mình đối với một số phạm vi tín hiệu điện tử được chấp nhận phổ biến trên toàn thế giới.

Một số trong các phạm vi tín hiệu điện điều khiển được chấp nhận trên toàn cầu là:

  • Bốn đến hai mươi milliampe (4-20 mA)
  • Một đến năm volt (1-5 V)
  • Không đến mười volt (0-10 V)

Bộ chuyển đổi tín hiệu nhiệt độ

Đầu dò nhiệt điện trở (RTD)

Bây giờ chúng ta hãy quay trở lại với các công nghệ đầu dò nhiệt độ khác nhau.

Thiết bị đo nhiệt độ điện trở RTD là một thiết bị có điện trở thay đổi theo nhiệt độ.

Vì nó là một thiết bị thụ động; một dòng điện bên ngoài nên được sử dụng cho nó và sau đó có thể đo được điện áp rơi trên nó. Điện áp này là một dấu hiệu tốt của nhiệt độ.

Khi đề cập đến một thiết bị như là thụ động; Có nghĩa là thiết bị đó cần nguồn điện (hoặc điện áp) bên ngoài.

Transmitter nhiệt độ

Để nói rõ, một lượng lớn dòng điện bên ngoài có thể gây ra sự tiêu hao năng lượng trong điện trở của RTD và dẫn đến nhiệt dư thừa. Vì vậy để tránh loại lỗi này, dòng điện nên được giữ ở mức tối thiểu.

Sơ đồ nối dây này cho thấy ứng dụng đơn giản nhất của RTD, được gọi là cấu hình hai dây của Cameron.

Đọc chính xác hơn cho cấu hình 3 dây hoặc 4 dây.

Trong thực tế, khoảng cách giữa điểm cảm biến nhiệt độ và hệ thống đo lường gọi cho hệ thống dây điện và vì hệ thống dây điện thực có điện trở riêng, một số lỗi đo lường đã xen vào đây.

Các giải pháp ba dây (3 dây) và bốn dây (4 dây) được phát triển để loại bỏ lỗi này.

Cảm biến nhiệt độ 2 dây, 3 dây, 4 dây

Một trong những RTD phổ biến nhất là này PT100. Bao gồm một màng bạch kim mỏng trên màng nhựa và cho thấy mức kháng cự 100Ω ở 32 ° F (100Ω ở 0ºC).

Điện trở của nó thay đổi theo nhiệt độ. Và nó thường có thể đo nhiệt độ từ -330 đến 1560 ° F.

Mối quan hệ giữa điện trở và nhiệt độ của PT100 tương đối tuyến tính.

Cảm biến nhiệt độ RTD

PT100 chỉ là một ví dụ về RTD bạch kim. Và trong ngành, bạn có thể tìm thấy các loại RTD khác nhau phù hợp cho các ứng dụng khác nhau như :  Đồng, Niken, Niken-Sắt,..

Nhiệt điện trở là điện trở phụ thuộc nhiệt độ và được sử dụng rộng rãi trong các mục đích công nghiệp, như:

  • Bảo vệ quá dòng
  • Các yếu tố làm nóng tự điều chỉnh
  • Bộ giới hạn hiện tại

Cảm biến nhiệt độ PTC, NTC là gì

Nhiệt điện trở độ chính xác cao

Nhiệt điện trở có thể là NTC hoặc PTC.
Trong nhiệt điện trở NTC (Hệ số nhiệt độ âm), điện trở giảm khi nhiệt độ tăng. NTC thường được sử dụng làm bộ hạn chế hiện tại.

Với nhiệt điện trở PTC (Hệ số nhiệt độ dương), điện trở tăng khi nhiệt độ tăng. Nhiệt điện trở PTC thường được sử dụng như bảo vệ quá dòng và trong các cầu chì có thể đặt lại.

Cảm biến nhiệt độ NTC

Cặp nhiệt điện là gì?

Một cặp nhiệt điện hay đơn giản là TC (Thermocouple). Cụ thể được nối với nhau tạo thành điểm cảm nhận nhiệt độ, được thiết lập từ 2 kim loại khác nhau.

Dựa trên các đặc tính vật lý gọi là hiệu ứng nhiệt điện. Khi điểm nối này được đặt ở các nhiệt độ khác nhau, các tín hiệu millivolt khác nhau được tạo ra có thể được hiểu là một dấu hiệu của nhiệt độ.

Cặp nhiệt điện là gì

So với RTD, cặp nhiệt điện tự cấp nguồn và không yêu cầu nguồn kích thích bên ngoài.

Cặp nhiệt điện thường được sử dụng cho lò nung, buồng đốt Gas Turbine, ống xả nhiệt độ cao, v.v.

Nhược điểm của thermocouple (cặp nhiệt điện) là độ chính xác. Không làm cho nó trở thành giải pháp tốt nhất cho các ứng dụng chính xác.

So sánh cảm biến RTD và cặp nhiệt điện

Các mối nối cặp nhiệt điện, thường được tiếp xúc với môi trường khắc nghiệt. Trong khi các mối nối lạnh thường được gắn gần vị trí thiết bị.

Nguyên lý hoạt động thermocouple

Dựa trên phạm vi đo nhiệt độ của thang đo độ nhạy; độ nhạy cảm của độ nhạy và một số yếu tố khác trong mỗi ứng dụng; có sẵn các loại cặp nhiệt điện khác nhau. Ví dụ E, J, K, M, N, T,…

Loại K là loại có giá thành rẻ và nhiều loại đầu dò có sẵn trong phạm vi hoạt động từ − 330 ° F đến + 2460 ° F.

So sánh các loại cặp nhiệt điện

Do chức năng của cặp nhiệt điện dựa trên hiệu ứng nhiệt điện trong các loại dây dẫn khác nhau. Nên khi vị trí của cặp nhiệt điện khác xa với dụng cụ đo lường của Wap (ví dụ máy phát điện tử); Nên sử dụng loại dây dẫn thích hợp cho mục đích mở rộng. Mặt khác, tín hiệu nhỏ được tạo ra bởi cặp nhiệt điện sẽ được thêm một số lỗi tại điểm mà dây cặp nhiệt điện được kết nối với dây mở rộng!

Cảm biến nhiệt độ bán dẫn

Cảm biến nhiệt độ bán dẫn của bộ phận điện tử; dựa trên thực tế là điện áp tiếp giáp trên một tổ hợp chất bán dẫn pn. Như một tiếp giáp diode hoặc tiếp giáp cơ sở phát điện của các bóng bán dẫn thông thường, là một hàm của nhiệt độ.

Công nghệ này được sử dụng rộng rãi trong các thiết bị điện tử và công nghệ vi mạch.

Đặc tính tuyến tính, kích thước nhỏ và chi phí thấp là những lợi thế của công nghệ này. Nhưng cần lưu ý rằng phạm vi giới hạn trong khoảng -40 ° F đến 248 ° F làm cho nó phù hợp cho các ứng dụng cụ thể.

So sánh giữa các cảm biến nhiệt độ

Để kết thúc bài viết này, việc so sánh giữa các loại công nghệ cảm biến nhiệt độ khác nhau là một nhiệm vụ đa diện.

Ví dụ: nếu độ chính xác của nhiệt độ được coi là chỉ số hiệu suất chính, thông thường RTD sẽ tốt hơn cặp nhiệt điện; chính xác hơn khoảng 10 lần.

Từ quan điểm của độ nhạy của cảm biến RTD, điểm quan sát; trong khi cả RTD và cặp nhiệt điện phản ứng nhanh với sự thay đổi nhiệt độ; với chi phí tương tự, cặp nhiệt điện thường nhanh hơn.

Nếu tôi phải đo nhiệt độ PCB và / hoặc IC điện tử. Các loại dựa trên silicon là lựa chọn tốt nhất.

Ứng dụng cảm biến nhiệt độ

Bài viết tham khảo : Các loại cảm biến nhiệt độ