Cảm biến nhiệt độ là gì? Cấu tạo, nguyên lý và phân loại

Có nhiều cách để đo nhiệt độ được lựa chọn nhưng phổ biến nhất trong sản xuất công nghiệp vẫn là phương pháp chính xác cao và mang lại hiệu quả nhất. Trong bài viết này, TKĐ sẽ giới thiệu đến các bạn biết thêm về một số loại cảm biến nhiệt độ, chức năng và những điều lưu ý khi sử dụng.

Cảm biến nhiệt độ là gì?

Cảm biến nhiệt độ là một thiết bị giúp đo và hiển thị tác dụng của sự biến hóa nhiệt độ của những đại lượng, vật, môi trường tự nhiên cần đo .

Mỗi công việc, mỗi một môi trường và hệ thống sẽ có đặc điểm, tính chất, đại lượng và yêu cầu riêng nên loại cảm biến nhiệt được sử dụng cũng sẽ không giống nhau.

Cảm biến nhiệt có độ đúng mực cao hơn nhiệt kế và những cặp nhiệt thường thì .

Cấu tạo cảm biến nhiệt độ

Cảm biến nhiệt độ công nghiệp được phân loại thành 2 phần : Chính là 2 dây sắt kẽm kim loại để gắn vào đầu lạnh, đầu nóng .
Phần phụ sẽ gồm có :

Đầu kết nối: Là nơi chứa các bảng mạch dùng để kết nối điện trở. Chất liệu là gốm.

Bộ phận cảm biến: Nó được bảo vệ bởi lớp vỏ sau khi đã kết nối với các đầu nối. Bộ phận này quan trọng nhất. Nó quyết định đến độ chính xác của thiết bị khi làm việc.

Phụ chất làm đầy: Đó chính là bột alumina có độ mịn, được sấy khô. Chức năng của nó là lấp đầy những khoảng trống để giúp hạn chế sự rung động của cảm biến.

Dây kết nối: Tùy theo từng loại mà số lượng dây kết nối có thể là 2, 3, 4. Vật liệu sản xuất dây sẽ dựa vào điều kiện của đầu đo.

Vỏ bảo vệ: Chức năng của nó là bảo vệ dây kết nối và cảm biến. Tùy theo yêu cầu mà lớp vỏ này có thể bổ sung thêm lớp ngoài bằng vỏ bổ sung để tăng khả năng bảo vệ.

Chất cách điện bằng gốm: Chức năng của nó là ngăn cách điện của vỏ và dây kết nối, ngăn ngừa đoản mạch.

Nguyên lý làm việc của cảm biến nhiệt độ

Như tất cả chúng ta đã biết, cảm biến nhiệt độ luôn hoạt động giải trí theo nguyên tắc : Sự đổi khác điện trở sắt kẽm kim loại so với sự đổi khác nhiệt .
Dễ hiểu hơn đó là : Khi sự chênh lệch nhiệt độ giữa đầu lạnh và đầu nóng diễn ra thì tại đầu lạnh sẽ phát sinh một sức điện động V. Và vì nhiệt tại đầu lạnh sẽ phụ thuộc vào vào yếu tố chất liệu để bảo vệ sự không thay đổi khi đo nên ngày càng Open nhiều loại cảm biến nhiệt khác nhau. Mỗi loại E, R, J, S, K, T lại cho ra một sức điện động không giống nhau .
Nguyên lý này được hình thành dựa trên sự quan hệ giữa nhiệt và vật tư sắt kẽm kim loại. Khi điện trở là 100 Ω thì nhiệt độ là 0. Khi điện trở trăng thì nhiệt độ tăng, khi điện trở giảm thì nhiệt độ giảm .

Tham khảo thêm: Cảm biến điện dung là gì? Cấu tạo và ứng dụng

Các loại dây cảm biến nhiệt độ

Dựa theo số dây cảm biến mà người ta phân loại thành :

2 dây

Đây chính là loại có độ đúng mực kém nhất
Nó chỉ được sử dụng khi muốn liên kết độ bền nhiệt được triển khai với điện trở thấp và dây điện trở ngắn hoặc để kiểm tra mạch điện tương tự .
Kết quả điện trở đo được là tổng của điện trở dây dẫn đang dùng cho liên kết với thành phần cảm biến .

3 dây

Loại cảm biến 3 dây sẽ chho mức độ đo đúng mực tốt hơn so với loại 2 dây nên được sử dụng nhiều trong những mạng lưới hệ thống, máy móc sản xuất công nghiệp .
Thiết bị này khi đo sẽ loại được những lỗi gây ra bởi điện trở những dây dẫn. Tại đầu ra của thiết bị, điện áp sẽ biến hóa dựa trên sự biến hóa điện trở của cảm biến nhiệt và kiểm soát và điều chỉnh liên tục theo nhiệt độ .

4 dây

Loại cảm biến nhiệt độ 4 dây chính là Volt-ampe kế. Đặc điểm của nó là có độ đúng mực lớn nên được ưu tiên dùng trong phòng thí nghiệm hơn sản xuất công nghiệp .
Có 1 điều người mua nên quan tâm đó là : Điện áp sau khi đo được chỉ phụ thuộc vào vào điện trở của nhiệt. Và độ chính đúng chuẩn của phép đo bị chi phối bởi độ không thay đổi của dòng đo cùng với độ đúng chuẩn của số đọc điện áp trên nhiệt .
Có hai loại nhiệt điện tạo thành : nhiệt khoáng chất MgO, nhiệt truyền thống cuội nguồn .

Xem ngay: Cảm biến tiệm cận là gì? Đặc điểm, phân loại Proximity Sensors

Phân loại cảm biến nhiệt độ

Mặc dù có nhiều loại cảm biến nhiệt độ nhưng chúng tôi chỉ giới thiệu với các bạn 5 loại. Đây cũng chính là 5 cảm biến nhiệt thông dụng, phổ biến nhất trên thị trường.

Nhiệt điện trở – RTD

Cảm biến nhiệt điện trở thường được sử dụng trong những mạng lưới hệ thống sản xuất hóa chất, những xí nghiệp sản xuất gia công vật tư thiết kế xây dựng … Với dải nhiệt đo rộng từ – 200 độ C – 700 độ C, RTD hoàn toàn có thể phân phối nhu yếu của người dùng phong phú .

Cấu tạo nhiệt điện trở

Nhiệt điện trở được phong cách thiết kế dạng đầu to với những dây sắt kẽm kim loại làm từ : Niken, đồng, Patium … quấn lại .
Nó hoạt động giải trí theo nguyên tắc : Khi nhiệt độ đổi khác sẽ kéo theo điện trở giữa 2 đầu dây biến hóa. Tùy thuộc vào loại RTD đó làm từ vật liệu gì mà độ tuyến tính trong 1 khoảng chừng nhiệt độ nhất định sẽ tương ứng .
Ưu điểm của cảm biến nhiệt điện trở là : Chiều dài dây không bị hạn chế, hiệu quả có độ đúng chuẩn cao, dễ thao tác và sử dụng. Mặc dù dải đo bé hơn nhưng giá thành thiết bị lại cao hơn so với cặp nhiệt khác .

Lưu ý khi sử dụng nhiệt điện trở

Loại cảm biến nhiệt điện trở RTD rất thuận tiện cho việc sử dụng của người mua khi hoàn toàn có thể kiểm tra bằng đồng hồ đeo tay VOM hoặc nối thêm dây. RTD được nhìn nhận là cho tác dụng đúng mực bởi có đến 4 dây giúp điện trở giảm đi khoảng chừng 50 % dẫn đến sai số thấp .

Tìm hiểu ngay: Cảm biến sợi quang là gì? Phân loại và hãng sản xuất

Cặp nhiệt độ Thermocouples (Can nhiệt)

Giống như các thiết bị khác, cặp nhiệt điện cũng có những ưu điểm riêng khá nổi trội như: Rất bền bỉ, ít xảy ra sự cố, có thể dùng với nhiệt độ cao. Tuy nhiên, thiết bị này lại có độ nhạy không cao và kết quả đo bị chi phối bởi nhiều yếu tố.

Can nhiệt thường được dùng cho đo nhiệt nhớt máy nén hay dùng trong những lò hơi vì dải nhiệt đô rộng từ – 100 độ C đến 1400 độ C .

Cấu tạo cặp nhiệt độ Thermocouples

Cấu tạo của cặp nhiệt độ này khá đơn thuần đó là 2 day sắt kẽm kim loại được hàn dính 1 đầu. Chúng sẽ phân thành đầu nóng, đầu lạnh. Thiết bị được sản xuất dựa trên nguyên tắc : Sự biến hóa nhiệt độ sẽ kéo theo sự biến hóa sức điện động. Cụ thể là sự chênh lệch nhiệt của đầu nóng và đầu lạnh sẽ phát sinh 1 sức điện động có giá trị xác lập tại đầu lạnh .
Chính vì thể và sự không thay đổi và hiệu quả đo nhiệt độ tại đầu lạnh rất quan trọng. Vật liệu là một yếu tố quyết định hành động. Mỗi cặp nhiệt độ Thermocouple khác nhau sẽ có sức điện động khác nhau như : J, K, E, S, R, T .

Lưu ý khi sử dụng cặp nhiệt độ Thermocouples

Trước khi sử dụng cặp nhiệt độ Thermocouples thì nên kiểm tra cẩn trọng cũng không nên nối thêm dây. Những cộng dây của nó phải nên để thông thoáng .

Bán dẫn

Cảm biến bán dẫn có rất nhiều ưu điểm như : Mạch giải quyết và xử lý đơn thuần, giá tiền phải chăng, độ nhạy khi đo cao, chống nhiễu tốt, rất dễ trong khâu sản xuất, sản xuất. Song cạnh bên đó, thiết bị này cũng có điểm yếu kém như : độ bền chắc không cao, không thích hợp dùng cho nhiệt cao .
Cảm biến bán dẫn được dùng cho những thiết bị đo để bảo vệ mạch điện tử, do nhiệt độ không khí .

Cấu tạo bán dẫn

Cảm biến bán dẫn sẽ được làm từ các chất bán dẫn quen thuộc như: Transistor, Diode, IC. Phạm vi nhiệt từ -50 độ C – 150 độ C. Trên lý thuyết, cảm biến bán dẫn hoạt động dựa trên mức độ sự phân cực của các lớp P-N tuyến tính khi tiếp xúc nhiệt độ môi trường. Hay nói dễ hiểu hơn đó chính là sự phân cực của những chất chất bán dẫn có trong cảm biến bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ.

So với trước đây, những cảm biến bán dẫn sự nâng cấp cải tiến công nghệ tiên tiến bán dẫn đã cho sinh ra ngày càng nhiều loại cảm biến đa công dụng và hiệu suất cao cao hơn .
Khách hàng thuận tiện phát hiện những loại cảm biến này dưới dạng cảm biến Pt100, những loại IC như : LM35, LM335, LM45. Nhiệt độ biến hóa sẽ cho ra điện áp đổi khác. Điện áp này được phân áp từ một điện áp chuẩn có trong mạch .
Một số loại cảm biến bán dẫn thường gặp như loại IC LM35, LM335, LM45 hay cảm biến loại Diode DS18B20 Pt100, cảm biến PT 100 .

Lưu ý khi sử dụng bán dẫn

Tất cả những cảm biến nhiệt bán dẫn đều có độ bền không cao và không hề chịu được nhiệt độ lớn. Nếu nhiệt độ của thiên nhiên và môi trường đo ngày càng tăng và vượt ngưỡng thao tác của thiết bị mà hãng sản xuất khuyến nghị thì nó sẽ bị hỏng. Vì thế mà nó không thích hợp cho những môi trường tự nhiên, việc làm khắc nghiệt .
Mỗi loại cảm biến bán dẫn sẽ chỉ số lượng giới hạn tuyến tính trong 1 khoanh vùng phạm vi nhất định nào đó và vượt ngoài khoanh vùng phạm vi này thì thiết bị sẽ không còn tính năng .

Thermistor

Thermistor là thiết bị theo nguyên lý thay đổi điện trở khi nhiệt thay đổi. Thiết bị này có 3 ưu điểm lớn: Giá thành rẻ, độ bền cao, dễ sản xuất và sử dụng. Nhưng ngược lại, nó có 1 phạm vi tuyến tính hẹp.

Cấu tạo của Thermistor

Thermistor được sản xuất từ những vật tư Niken, mangan, cobalt hay những hỗn hợp oxit sắt kẽm kim loại khác. Chúng sẽ được pha theo khối lượng và tỉ lệ nhất định trước khi đem nén và nung ở nhiệt độ cao. Khi nhiệt đổi khác thì mức độ dẫn điện của hỗn hợp này biến hóa .
Hiện nay thì Thermistor có 2 loại đó là :
+ NTC : Hệ số nhiệt âm. Nó có điện trở tăng theo nhiệt độ .
+ PTC : Hệ số nhiệt dương. Nó có điện trở giảm theo nhiệt độ .
Trong 2 loại trên thì NTC thường dùng nhiều hơn. Đặc điểm : Dải thang đo khá bé chỉ khoảng chừng 50 độ C. Do tuyến tính chỉ nằm trong khoảng chừng nhiệt độ số lượng giới hạn từ 50 – 150 d nên thiết bị này ít được sử dụng để đo và hiển thị hiệu quả nhiệt độ mà nó dùng để ngắt nhiệt và bảo vệ mạng lưới hệ thống. Thiết bị này sẽ được lắp ép vào mạch điện tử hay cuộn dây động cơ để bảo vệ hiệu suất cao khi nhiệt tăng .

Lưu ý khi sử dụng Thermistor

Việc lựa chọn Thermistor phải được giám sát cẩn trọng dựa trên yếu tố nhiệt độ môi trường tự nhiên sao cho đúng chuẩn chính do nó có 2 loại PTC là thường mở và NTC là thường hở .
Khi lắp cần tránh va chạm làm hỏng lớp vỏ bảo vệ và cần ép chặt vào mặt phẳng đo. Do đặc thù của thiết bị chính là biến thiên theo điện trở nên không cần chú trọng vào chiều đấu dây. Các bạn cũng hoàn toàn có thể test với đồng hồ đeo tay đo VOM để kiểm tra .

Nhiệt kế bức xạ (Hỏa kế – Pyrometer)

Hỏa kế là thiết bị được điều tra và nghiên cứu và sản xuất để đo nhiệt độ của những thiên nhiên và môi trường đặc biệt quan trọng như lò sấy, lò nung, lò hơi, nơi khó lắp cảm biến hoặc bể hóa chất … mà cảm biến thường thì không hề lắp ráp .
Ưu điểm của nó chính là năng lực thao tác hiệu suất cao trong điều kiện kèm theo không tiếp xúc với vật cần đo và trong những môi trường tự nhiên khắc nghiệt .
Nhược điểm của nó là : Giá thành khá đắt đỏ nên người dùng cần phải xem xét để lựa chọn, độ đúng chuẩn khi đo ở mức tương đối .

Cấu tạo nhiệt kế bức xạ

Hiện nay, để cung ứng nhu yếu ngày càng cao của người mua thì có nhiều loại hỏa kế sinh ra như : Hỏa kế sắc tố, hỏa kế bức xạ, hỏa kế ánh sáng .
Tất cả những nhiệt kế bức xạ đều hoạt động giải trí theo 1 nguyên tắc đó là : Vật nào mang nhiệt cũng sẽ có hiện tượng kỳ lạ bức xạ nguồn năng lượng. Mỗi bức xạ nguồn năng lượng sẽ tạo nên 1 bước sóng nhất định và trách nhiệm của hỏa kế là thu và nghiên cứu và phân tích những bước sóng này. Cuối cùng là cho ra số lượng nhiệt độ của vật cần đo .
Cấu tạo của nhiệt kế bức xạ sẽ gồm những mạch quang học, mạch điện tử và được phong cách thiết kế nhỏ gọn để tiện cầm nắm. Thiết bị hoàn toàn có thể đo tốt trong khoanh vùng phạm vi từ – 54 đến 1000 độ C .

Lưu ý khi sử dụng hỏa kế

Khi sử dụng nhiệt kế bức xạ, người dùng nên chú ý quan tâm đến thông số kỹ thuật mà đơn vị sản xuất đưa ra. Vì mỗi thiết bị sẽ có một tầm đo khác nhau .
Hầu hết những pyrometer đều hoàn toàn có thể đo và sử dụng trong thiên nhiên và môi trường có nhiệt độ cao tuy nhiên đặc thù không tiếp xúc trực tiếp với vật hay môi chất đo nên độ đúng mực không cao như những thiết bị khác .
Kết quả đo được sẽ chịu nhiều yếu tố như : ánh sáng thiên nhiên và môi trường, người dùng có run tay hay không và những góc nhìn đo thiết bị .

Tham khảo thêm: Cảm biến quang là gì? Cấu tạo, phân loại và ứng dụng

Cách chọn cảm biến nhiệt độ

Để hoàn toàn có thể chọn được cảm biến nhiệt độ trong công nghiệp tương thích không phải thuận tiện gì khi có hàng trăm loại trên thị trường. Vì thế mà những bạn hoàn toàn có thể xem xét những quan tâm sau :
+ Đầu tiên là xác lập loại cảm biến nhiệt độ cần sử dụng. Loại cảm biến PT 100 hay can nhiệt chính là 2 loại thường gặp. Khách hàng cũng nên xem tín hiệu output, PT 100 thì tín hiệu điện trở ( Ω ) còn can nhiệt cho tín hiệu điện áp ( mV ) .
+ Bạn lựa chọn loại cảm biến đầu củ hành dùng cho khoảng trống lớn hay là cảm biến dây lắp tại những vị trí nhỏ hẹp .
+ Thông số dải thang đo nhiệt độ là yếu tố quan trọng cần xem xét. Người dùng hoàn toàn có thể chọn hỏa kế với thang đo từ 54 đến 1000 độ C hay RTD với 200 độ C – 700 độ C hoặc can nhiệt – 100 độ C đến 1400 độ C. Tùy theo đặc thù của từng môi trường tự nhiên đo mà
+ Chiều dài que dò cảm biến
Khi bạn quan sát que dò sẽ thấy có 1 đoạn tầm 4 mm – 5 mm có sắc tố độc lạ. Đó chính là đoạn platinum. Thông thường những người mua của chúng tôi thường chọn cảm biến có que dài 50 mm .
+ Đường kính que dò và ren liên kết
Đường kính của que dò sẽ ảnh hưởng tác động đến độ nhạy của cảm biến do có lớp vỏ ngoài bằng inox. Cảm biến có que dò nhỏ nhạy hơn so với cảm biến có đường kính lớn .
Ren liên kết của những loại cảm biến thường thì sẽ chỉ cần chọn tương thích với nhu yếu. Nếu ren quá lớn hoặc quá nhỏ thì người dùng hoàn toàn có thể lắp những bộ chuyển đổi ren. Đối với cảm biến bọc sứ đặc biệt quan trọng không có ren liên kết thì bắt buộc phải đo đường kính .
+ Môi trường đo
Tùy theo đó là môi trường tự nhiên nước, hóa chất, khí nén mà người dùng chọn cảm biến tương thích. Nếu môi trường tự nhiên có chất ăn mòn thì nhất định phải sử dụng ống termowell .
+ Và yếu tố phụ như có cần chuẩn chống cháy nổ hay bộ chuyển đổi tín hiệu hay không, sai số và không bỏ lỡ giá tiền mẫu sản phẩm .

Ứng dụng cảm biến nhiệt độ

Cảm biến nhiệt độ là thiết bị được sử dụng khá phổ cập với nhiều ứng dụng khác nhau như : Đo nhiệt trong những lò sấy, đo nhiệt độ trong bồn nước, của lò nung hay đo nhiệt của bể chứa hóa chất, những nồi đun dầu .
Để người mua hoàn toàn có thể thuận tiện tưởng tượng thì chúng tôi sẽ ví dụ 1 số ít loại như :
+ Cảm biến điện trở được làm từ oxit sắt kẽm kim loại sẽ dùng nhiều trong mạng lưới hệ thống nhiệt lạnh .
+ Các cảm biến nhiệt kế điện tử, cảm biến can nhiệt, cảm biến bán dẫn loại T thường dùng trong những điều tra và nghiên cứu nông nghiệp .
+ Những cặp nhiệt điện loại PT100, K, R, S, B, T thường được phát hiện trong những mạng lưới hệ thống gia công, sản xuất hóa chất, vật tư công nghiệp .
+ Một số loại nhiệt kế điện tử hay cảm biến nhiệt PT100 sẽ sử dụng trong xe hơi, xe máy móc cơ giới .

Một số lưu ý khi sử dụng và bảo quản

Việc dữ gìn và bảo vệ cảm biến nhiệt độ không phức tạp khi chỉ cần để ở nơi không bị ánh nắng chiếu trực tiếp, không tiếp xúc với trẻ nhỏ. Nếu không sử dụng thì những cảm biến nhiệt độ phải được để ở nơi khô ráo và thoáng mát .
Để hoàn toàn có thể sử dụng thiết bị hiệu suất cao hơn thì người dùng cần quan tâm :
+ Độ dài của dây nối từ đầu đo đến bộ điều khiển và tinh chỉnh càng ngắn càng tốt .
+ Đầu nối phải lắp đúng chiều âm khí và dương khí
+ Tuyệt đối không để những đầu của dây nối cặp nhiệt cặp nhiệt điện tiếp xúc trực tiếp với môi trường tự nhiên đo .
+ Nên cài đặt giá trị bù nhiệt để bù lại những tổn thất, mất mát trên đường dây. Thông số này sẽ nhờ vào vào môi trường tự nhiên lắp ráp hay vật liệu và chiều dài mà giá trị sẽ nhỏ hoặc lớn .

Đến đây chắc hẳn các bạn ít nhiều đã trang bị cho bản thân một số kiến thức cơ bản về cảm biến nhiệt độ chuyên dùng trong các hệ thống khí nén, thủy lực, hơi… Nếu có bất kỳ thắc mắc nào cần được tư vấn và giải đáp, đừng ngại mà hãy kết nối nhanh với đội ngũ kỹ thuật của chúng tôi.

5/5 ( 2 bầu chọn )

Source: https://dvn.com.vn
Category: Phụ Kiện