Bộ chuyển đổi tín hiệu NTC

Cảm biến NTC là gì? – Ký hiệu – Nguyên lý hoạt động | Bộ chuyển đổi tín hiệu nhiệt độ NTC

Hẳn các bạn được nghe về cảm biến RTD, cảm biến can nhiệt… Thế bạn có bao giờ được nghe đến cảm biến nhiệt độ NTC chưa? Đây là dạng cảm biến đo nhiệt độ hiếm khi được biết đến ở các trường đại học. Tuy nhiên, thực tế thì đây toàn là những loại cảm biến được ưu dùng ở các dự án của nhà máy, xí nghiệp…Nhưng từ đây lại xuất hiện thêm một vấn đề nhỏ. Trên thị trường Việt Nam có rất nhiều thiết bị dùng để chuyển đổi tín hiệu của RTD, can nhiệt độ. Vậy theo bạn thì có bao nhiêu thiết bị có thể chuyển đổi cảm biến nhiệt độ NTC? Rất là ít nhé! Tuy nhiên, bài viết này tôi xin giới thiệu một giải pháp, đó là bộ chuyển đổi nhiệt độ NTC

Bộ chuyển đổi nhiệt độ NTC

Trước khi tôi viết chuyên sâu về bộ chuyển đổi nhiệt độ NTC, thì đầu tiêu tôi phải giải thích cho các bạn biết về loại cảm biến NTC này trước đã.

Cảm biến nhiệt NTC là loại gì?

Đầy tiên, NTC tên đầy đủ là Negative Temperature Coefficient of Resistors. Ngắn gọn hơn thì NTC thermistors. Được dịch nghĩa sang tiếng việt thì chúng ta sẽ hiểu nó là điện trở nhiệt NTC.

Cảm biến nhiệt độ NTC
Cảm biến nhiệt độ NTC

Có một điểm tương đồng giữa RTD và NTC đó là khi môi trường xung quanh thay đổi thì giá trị điện trỡ sẽ bị thay đổi theo. Vì nguyên tắc này thế nên mới hay được gọi là điện trở nhiệt NTC.

Đây là loại cảm biến nhiệt độ có giải đo nhiệt độ thấp nhất trong so với cảm biến nhiệt độ RTD và can nhiệt. RTD có giải nhiệt từ -200˚C đến 850˚C, can nhiệt sẽ tùy từng loại như là từ 0 đến 1800 ˚C, hoặc giả là từ -200 đến 1200 độ C. Tuy nhiên, điện trở nhiệt NTC chỉ có khoảng từ khoảng -55 ˚C đến 200 ˚C.

Cảm biến nhiệt độ NTC 10k
Cảm biến nhiệt độ NTC 10k

Trong 3 loại trên, thì RTD là loại cảm biến có độ chính xác tốt nhất, sau đó đến điện trở nhiệt NTC và cuối cùng là thermocouple.

Tuy nhiên, sự so sánh trên nghe sẽ thấy thiếu điểm thuyết phục. Cảm biến can nhiệt, ưu điểm của nó dùng để đo được nhiệt độ cao.

Còn điện nhiệt trở NTC sẽ đo được nhiệt độ thấp. Vì lý do này, nên NTC sẽ có độ chính xác và sự ổn định tốt hơn khi dùng để đo ở nhiệt độ thấp.

Ký hiệu mạch điện NTC

Ký hiệu của NTC thermistor
Ký hiệu của NTC thermistor

Dạng ký hiệu trên mạch điện của NTC nhìn khá giống với ký hiệu của điện trở và biến trở trên sơ đồ mạch điện. Tuy nhiên vẫn có điểm khác biệt nhỏ, trên biến trở sẽ có đường gạch có mũi còn NTC thì không.

Các loại điện trở nhiệt NTC

Dưới đây là một số dạng điện trở nhiệt NTC

Bead thermistors

Đây là loại điện trở nhiệt NTC, có chân được làm từ hợp kim bạch kim nối liền trực tiếp với thân gốm. Là loại điện trở nhiệt có sự phản hồi tín hiệu, độ ổn định tốt hơn so với loại Disk and chip thermistors.

Nhiệt điện trở dạng hạt
Nhiệt điện trở dạng hạt

Mặc khác, bead thermistors (nhiệt điện trở dạng hạt) có thể hoạt động tại môi trường nhiệt độ cao. Tuy nhiên vì kích thước quả nhỏ đi, dẫn đến loại điện trở nhiệt này khá là dễ vỡ.

Disk and chip thermistors

Hiểu nôm na là dạng điện trở nhiệt dạng đĩa. Vật liệu tạo nên điện trở nhiệt này được kim loại hóa. Nó có kích thước lớn hơn nhiệt điện trở hạt nên sẽ có sự phản ứng thời gian chậm hơn nhiệt điện trở hạt.

Nhiệt điện trở dạng đĩa
Nhiệt điện trở dạng đĩa

Tuy nhiên vì kích thước của loại này nên chúng sẽ có hằng số tiêu tán cao hơn (cần công suất để tăng nhiệt độ của chúng lên 1 ° C). Vì công suất do nhiệt điện trở tiêu tán tỷ lệ với bình phương dòng điện nên chúng có thể xử lý dòng điện cao hơn nhiều so với nhiệt điện trở loại hạt.

Glass encapsulated NTC thermistors

Nhiệt điện trở dạng thủy tinh
Nhiệt điện trở dạng thủy tinh

Đây là cảm biến nhiệt độ NTC được đặt trong bong bóng khí thủy tin kín khí. Chúng được thiết kế để sử dụng với nhiệt độ trên 150 độ C hoặc để gắn bẳng mạch in. Việc làm được bao bọc bởi thủy tinh này, sẽ cải thiện được sự ổn định của cảm biến và bảo vệ cảm biến từ môi trường.

Nguyên lý hoạt động của một NTC

Để hiểu rõ thêm về cảm biến nhiệt độ NTC hoạt động như thế nào. Cho dễ hiểu thì tôi sẽ dùng một đoạn mạch kín gồm: pin 9V, 1 con điện trở gốm NTC và một đèn LED.

Nguyên lý hoạt động của NTC cơ bản
Nguyên lý hoạt động của NTC cơ bản

Qua sơ đồ, chắc hẳn bạn sẽ hiểu dòng điện chạy như thế này. Điện tích dương sẽ đi ra từ chân dương của Pin, di chuyển tới và qua NTC và đến chân dương của LED. Các điện tích âm sẽ từ chân led đi ra và đi vào chân âm của nguồn. Cơ bản, mạch điện sẽ hoạt động thế này.

Bài toán sẽ diễn ra thế này, bản chất của một NTC dựa vào sự thay đổi của nhiệt độ môi trường sẽ dẫn đến giá trị điện trở thay đổi.

I = U/R

Khi nhiệt độ môi trường càng tăng, thì giá trị điện trở của NTC sẽ giảm. Dựa vào sự tương quan giữa điện trỡ và dòng điện. Thì lúc này cường độ dòng điện I sẽ tăng lên. Kết quả là đèn led sẽ sáng hơn.

Còn khi nhiệt độ môi trường bị hạ thấp. Đồng nghĩa với việc là điện trở của NTC sẽ tăng lên. Dẫn đến, cường độ dòng điện sẽ giảm đi. Kết quả là đèn led sẽ sáng yếu hơn hoặc không sáng.

Từ bài toán trên, chúng ta sẽ kết luận được rằng. Đối với cảm biến nhiệt NTC thì khi môi trường nhiệt độ càng tăng lên dẫn điến giá trị điện trở càng giảm. Còn khi nhiệt độ giảm tới âm độ C thì lúc này giá trị điện trở tăng cao.

Công thức tính của NTC

Hệ số beta

Dứa đây là công thức hay dùng để tính hệ số Beta khi cài đặt cảm biến nhiệt NTC.

Công thức tính hệ số beta
Công thức tính hệ số beta

Trong đó R(T) là điện trở tại nhiệt độ T (ở Kelvin hoặc độ C). R(To) là giá trị điện trở tại To (Kelvin hoặc độ C).

Phương trình Stein-hart Hart

Một dạng phương trình khác để tính hệ số tự nhiên R tại nhiệt độ T.

Phương trình tính Stain-hart Hart
Phương trình tính Stain-hart Hart

Đây là dạng phương trình có thể cho kết quả chính xác đến ±0,15 độ C ở trong dãy nhiêt từ -50˚C đến 150 ˚C. Còn những thông số A, B, C là những thông số thường được do hãng cung cấp.  Độ chính xác này còn có thể cao hơn, lên đến ±0,01 độ C nếu như dãy đo từ 0 đến 100 ˚C (nếu như môi trường cần đo sự chính xác cao).

Bộ chuyển đổi nhiệt độ NTC thermistors

Sau khi các bạn hiểu về cách thức hoạt động của cảm biến nhiệt độ NTC. Đồng thời biết được dạng tín hiệu ngõ ra của nó là dạng gì. Thì bây giờ chúng ta sẽ tìm hiểu thêm phương pháp đọc tín hiệu NTC nhé!

Bộ chuyển đổi tín hiệu Z-8NTC

Bộ chuyển đổi nhiệt độ Z-8NTC là dạng bộ thiết bị dùng để chuyển đổi tín hiệu NTC sang ModBus RTU. Sự đặc biệt của bộ này nằm ở việc nó có thể dùng để chuyển đổi 8 loại cảm biến cùng một lúc.

Bộ chuyển đổi tín hiệu NTC Z-8NTC
Bộ chuyển đổi tín hiệu NTC Z-8NTC

Đây là bộ chuyển đổi sẽ áp dụng phương trình Stein-hart Hart hoặc công thức Beta để tính toán ra giá trị điện trở tại thời điểm nhiệt độ T.

Về phần tính toàn về thì bạn yên tâm, cái này đã có cách tính riêng nhanh mà không cần phải dùng máy tính tính toán gì nhiều đâu nhé.

Thông số kỹ thuật:

  • Nguồn điện: 10…40 Vdc, 19…18 Vac, 50…60 Hz
  • Cách ly điện áp: 1500 Vac
  • Cấp bảo vệ: IP20
  • Nhiệt độ hoạt động: -20…+70
  • Cổng giao tiếp: RS485
  • Tốc độ truyền lên đến 15.200 bps
  • Số cổng: 8 cổng đầu vào
  • Loại Input vào: NTC 1k, NTC 10k, NTC 50k. Điện trở từ 100Ohm đến 10 kOhm, 1kOhm đến 100kOhm, từ 5kOhm đến 500kOhm
  • Độ chính xác: 0,5%
Ứng dụng của Z-8NTC

Do vậy, bộ chuyển đổi tín hiệu nhiệt độ NTC này chuyên chỉ dùng để chuyển đổi tín hiệu dạng điện trở, hoặc điện trở như phần thông số kỹ thuật trên đã được trình bày.

Ứng dụng của Z-8NTC trong hệ thống
Ứng dụng của Z-8NTC trong hệ thống

Đây là thiết bị rất đặc biệt vì có thể chuyển đổi cùng một lần 8 loại cảm biến nhiệt NTC. Sau đó sẽ truyền thông qua RS485 (đây là dạng kết nối mà tốc độ truyền nhanh và dài so với dạng kết nối thông thường).

Thế nên, bộ này thường dùng để chuyển đổi và đồng thời giám sát các thiết bị cảm biến tại phòng điều khiển. Cái mà từ ngữ hay dùng đó là hệ thống SCADA.

Ưu điểm của bộ chuyển đổi
ưu điểm của Z-8NTC
ưu điểm của Z-8NTC
  • Chuyển đổi 8 chân tín hiệu đầu vào.
  • Độ chính xác lên đến 0,5%
  • Chỉ dùng riêng phần mềm để cài đặt tín hiệu đầu vào
  • Chuyển sang RS485 (tốc độ truyền nhanh và đi xa)
  • Hay dùng trong hệ thống SCADA

Bộ chuyển đổi Z109REG2-1

Bộ chuyển đổi tín hiệu Z109REG2-1, là một bộ chuyển đổi tín hiệu đa năng được thiết kế bởi công ty SENECA. Là bộ dùng để chuyển đổi tín hiệu dang dòng điện, điện áp, biến trở, điện trở, RTD, cặp điện nhiệt, NTC… sang tín hiệu dạng Analog và một Relay.

Bộ chuyển đổi tín hiệu NTC Z109REG2-1
Bộ chuyển đổi tín hiệu NTC Z109REG2-1

Vì sự đa năng tín hiệu ngõ vào của nó, thế nên để chuyển đổi tín hiệu cảm biến nhiệt NTC vẫn nằm trong khả năng của thiết bị này nhé!

Có một điểm khác biết với bộ Z-8NTC, thì bộ này sẽ dùng công thức tính hệ số Beta như trên để tính toán. Điều này phải dựa vào số liệu của hãng sản xuất mới tính được hằng số Beta này.

Tuy nhiên, quá trình cài đặc tín hiệu NTC trong bộ này cũng sẽ khá phức tạp hơn. Mặc dù đã biết cách tính hằng số Beta. Ấy vậy mà, điều này khá dễ dàng đối với một nhân viên kỹ thuật như tôi nhé!

Thông số kỹ thuật:

  • Nguồn: 10…40Vdc, 19…28 Vac
  • Cách ly điện áp: 3750 Vac
  • Bảo vệ: Chống lại sự quá dòng 400 W/ms
  • Cấp bảo vệ: IP20
  • Thời gian phản hồi: 35ms
  • Độ chính xác: 0,1%
  • Nhiệt độ hoạt động: -20…+60˚C
  • Số cổng input: 1
  • Các loại tín hiệu đầu vào: Voltage, Current, RTD, Thermocouple, Potentiometer, Rheostat, Strobe.
  • Số cổng output: 1
  • Tín hiệu ngõ ra: Voltage hoặc current, relay
Ứng dụng của bộ chuyển đổi

Đây là bộ có đặc điểm riêng là vừa xuất ra tín hiệu Analog và đồng thời điều khiển Relay.

Ứng dụng của Z-8NTC trong hệ thống
Ứng dụng của Z-8NTC trong hệ thống

Là bộ chuyển đổi dùng để xuất tín hiệu lên màn hình hiển thị, qua PLC…điều khiển một số loại động cơ như van, động cơ bơm…

Ưu điểm của thiết bị
Ưu điểm của Z109REG2-1
Ưu điểm của Z109REG2-1
  • Có đa dạng tín hiệu ngõ vào.
  • Độ chính xác lên đến 0,1%.
  • Dùng để chuyển đổi thành 4-20mA và thêm một cổng Relay.
  • Cài đặt bằng phần mềm

Một số bài viết tham khảo mà bạn có thể cần xem qua!

Bộ chuyển đổi tín hiệu đa năng Z109REG2-1 – Ứng dụng – Thông số kỹ thuật.

Cảm ơn các bạn đã đọc bài viết của tôi. Chúc các bạn một ngày tốt lành!

 

SALES ENGINEER: Nguyễn Thành Đạt

SĐT: 0342962936



Bài viết liên quan

Bộ chuyển đổi pt100 sang 4-20mA T120-T121

Bộ chuyển đổi PT100 sang 4-20mA

Tóm Tắt Nội Dung1 Bộ chuyển đổi PT100 sang 4-20mA là gì?1.1 RTD nghĩa là gì?1.2 Thermocouple là gì?2 Bộ chuyển đổi PT100 sang 4-20mA2.1 Thiết bị chuyển đổi T1202.1.1 Thông số kỹ thuật T1202.1.2 Sơ đồ nối dây ngõ vào cho bộ chuyển đổi T1202.2 Thiết bị chuyển đổi T1212.2.1 Thông số kỹ thuật […]

iot là gì

Tổng hợp hệ thống các thiết bị IOT truyền thông trên internet

Tóm Tắt Nội Dung1 CÔNG NGHỆ IOT là gì ?1.1 Vậy internet ra đời năm nào ?2 Ứng dụng của IOT trong công nghiệp2.1 Ví dụ lợi ích từ thiết bị IOT3 Ứng dụng của IOT trong đời sống4 Xu hướng công nghệ internet of things ở Việt Nam5 Mô hình hệ thống iot thu […]

Bộ chuyển đổi nhiệt độ sang RS485

Bộ chuyển đổi Pt100 ra Modbus RTU RS485

Tóm Tắt Nội Dung1 Bộ chuyển đổi nhiệt độ – RS485 Z-4RTD21.1 Công dụng của thiết bị2 Ứng dụng của bộ chuyển đổi Z-4RTD2-13 Đặc điểm của bộ chuyển đổi Z-4RTD2-13.1 Các loại input đầu vào Z-4RTD2-13.2 Cách cài đặt bộ chuyển đổi 3.3 Cài đặt thông qua máy tính4 Tổng kết Bộ chuyển đổi Pt100 […]