Các loại cảm biến nhiệt độ

                                              Cảm biến nhiệt độ PT100 3 dây
Các loại cảm biến nhiệt độ được chia ra:

–  Cặp nhiệt điện (Thermocouple).
–  Nhiệt điện trở (RTD-resitance temperature detector).
–  Thermistor.
–  Bán dẫn (Diode, IC ,…).
1. CẶP NHIỆT ĐIỆN (Thermocouples).

–  Cấu tạo: Gồm 2 chất liệu kim loại khác nhau, hàn dính một đầu.
–  Nguyên lý: Nhiệt độ thay đổi cho ra sức điện động thay đổi (mV).
–  Ưu điểm: Bền, đo nhiệt độ cao.
–  Khuyết điểm: Nhiều yếu tố ảnh hưởng làm sai số. Độ nhạy không cao.
–  Thường dùng: Lò nhiệt, môi trường khắc nghiệt, đo nhiệt nhớt máy nén,…
–  Tầm đo: -100  – 1400 0C

1.1 Cấu tạo của cảm biến Thermocouples

–  Gồm 2 dây kim loại khác nhau được hàn dính 1 đầu gọi là đầu nóng (hay đầu đo), hai đầu còn lại gọi là đầu lạnh (hay là đầu chuẩn). Khi có sự chênh lệch nhiệt độ giữa đầu nóng và đầu lạnh thì sẽ phát sinh 1 sức điện động V tại đầu lạnh. Một vấn đề đặt ra là phải ổn định và đo được nhiệt độ ở đầu lạnh, điều này tùy thuộc rất lớn vào chất liệu. Do vậy mới cho ra các chủng loại cặp nhiệt độ, mỗi loại cho ra 1 sức điện động khác nhau: E, J, K, R, S, T. Các bạn lưu ý điều này để chọn đầu dò và bộ điều khiển cho thích hợp.

–  Dây của cặp nhiệt điện thì không dài để nối đến bộ điều khiển, yếu tố dẫn đến không chính xác là chỗ này, để giải quyết điều này chúng ta phải bù trừ cho nó (offset trên bộ điều khiển).

1.2 Lưu ý khi sử dụng cảm biến Thermocouples

–  Từ những yếu tố trên khi sử dụng loại cảm biến này chúng ta lưu ý là không nên nối thêm dây (vì tín hiệu cho ra là mV nối sẽ suy hao rất nhiều). Cọng dây của cảm biến nên để thông thoáng (đừng cho cọng dây này dính vào môi trường đo). Cuối cùng là nên kiểm tra cẩn thận việc Offset thiết bị.
–  Lưu ý: Vì tín hiệu cho ra là điện áp (có cực âm và dương) do vậy cần chú ý kí hiệu để lắp đặt vào bộ khuếch đại cho đúng.

Bảng tín hiệu cảm biến nhiệt – thermocouple.

Cảm biến nhiệt độ – Cảm biến Thermocouples

2. NHIỆT ĐIỆN TRỞ (RTD – resitance temperature detector).

–  Cấu tạo: gồm có dây kim loại làm từ: Đồng, Niken, Patium,…được quấn theo hình dáng của đầu to.
–  Nguyên lý: Khi nhiệt độ thay đổi điện trở giữa 2 đầu dây kim loại này sẽ thay đổi, và tùy chất liệu kim loại sẽ có độ tuyến tính trong 1 khoảng nhiệt độ nhất định.
–  Ưu điểm: Độ chính xác cao hơn cặp nhiệt điện, dễ sử dụng hơn, chiều dài dây không hạn chế.
–  Khuyết điểm: Dải đo bé hơn cặp nhiệt điện, giá thành cao hơn cặp nhiệt điện.
–  Thường dùng: Trong các ngành công nghiệp chung, công nghiệp môi trường hay gia công vật liệu, hóa chất,…
–  Tầm đo: -200 – 7000C

2.1 Cấu tạo của nhiệt điện trở RTD

–  Cấu tạo của RTD gồm có dây kim loại làm từ: Đồng, Nikel, Platinum,…được quấn tùy theo hình dáng của đầu đo. Khi nhiệt độ thay đổi điện trở giữa hai đầu dây kim loại này sẽ thay đổi, và tùy chất liệu kim loại sẽ có độ tuyến tính trong một khoảng nhiệt độ nhất định. Phổ biến nhất của RTD là loại cảm biến Pt, được làm từ Platinum. Platinum có điện trở suất cao, chống oxy hóa, độ nhạy cao, dải nhiệt đo được dài. Thường có các loại: 100, 200, 500, 1000 ohm tại 0 D.C. Điện trở càng cao thì độ nhạy nhiệt càng cao.

–  RTD thường có loại 2 dây, 3 dây và 4 dây.

2.2 Lưu ý khi sử dụng nhiệt điện trở RTD

–  Loại RTD 4 dây giảm điện trở dây dẫn đi 1/2, giúp hạn chế sai số.
–  Cách sử dụng của RTD khá dễ chịu hơn so với Thermocouple. Chúng ta có thể nối thêm dây cho loại cảm biến này (hàn kĩ, chất lượng dây tốt, có chống nhiễu) và có thể đo test bằng VOM được.
–  Vì là biến thiên điện trở nên không quan tâm đến chiều đấu dây.

Cảm biến nhiệt độ - Nhiệt điện trở RTD

Cảm biến nhiệt độ – Nhiệt điện trở RTD

3. THERMISTOR

–  Cấu tạo: Làm từ hổn hợp các oxid kim loại: mangan, nickel, cobalt,…
–  Nguyên lý: Thay đổi điện trở khi nhiệt độ thay đổi.
–  Ưu điểm: Bền, rẻ tiền, dễ chế tạo.
–  Khuyết điểm: Dãy tuyến tính hẹp.
–  Thường dùng: Làm các chức năng bảo vệ, ép vào cuộn dây động cơ, mạch điện tử.
–  Tầm đo: 500C

3.1 Cấu tạo Thermistor

–  Thermistor được cấu tạo từ hỗn hợp các bột ocid. Các bột này được hòa trộn theo tỉ lệ và khối lượng nhất định sau đó được nén chặt và nung ở nhiệt độ cao. Và mức độ dẫn điện của hổn hợp này sẽ thay đổi khi nhiệt độ thay đổi.
–  Có hai loại thermistor: Hệ số nhiệt dương PTC – điện trở tăng theo nhiệt độ; Hệ số nhiệt âm NTC – điện trở giảm theo nhiệt độ. Thường dùng nhất là loại NTC.
–  Thermistor chỉ tuyển tính trong khoảng nhiệt độ nhất định 50-150D.C do vậy người ta ít dùng để dùng làm cảm biến đo nhiệt. Chỉ sử dụng trong các mục đích bảo vệ, ngắt nhiệt, các bác nhà ta thường gọi là Tẹt-mít. Cái Block lạnh nào cũng có một vài bộ gắn chặt vào cuộn dây động cơ.

3.2 Lưu ý khi sử dụng Thermistor

–  Tùy vào nhiệt độ môi trường nào mà chọn Thermistor cho thích hợp, lưu ý hai loại PTC và NTC (gọi nôm na là thường đóng/ thường hở) Có thể test dễ dàng với đồng hồ VOM.
–  Nên ép chặt vào bề mặt cần đo.
–  Tránh làm hỏng vỏ bảo vệ.
–  Vì biến thiên điện trở nên không quan tâm chiều đấu dây.

4. BÁN DẪN

–  Cấu tạo: Làm từ các loại chất bán dẫn.
–  Nguyên lý: Sự phân cực của các chất bán dẫn bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ.
–  Ưu điểm: Rẽ tiền, dễ chế tạo, độ nhạy cao, chống nhiễu tốt, mạch xử lý đơn giản.
–  Khuyết điểm: Không chịu nhiệt độ cao, kém bền.
–  Thường dùng: Đo nhiệt độ không khí, dùng trong các thiết bị đo, bảo vệ các mạch điện tử.
–  Tầm đo: -50 – 150 0C

4.1 Cấu tạo bán dẫn

–  Cảm biến nhiệt bán dẫn là những loại cảm biến được chế tạo từ những chất bán dẫn. Có các loại như Diode, Transistor, IC. Nguyên lý của chúng là dựa trên mức độ phân cực của các lớp P-N tuyến tính với nhiệt độ môi trường. Ngày nay với sự phát triển của ngành công nghệ bán dẫn đã cho ra đời rất nhiều loại cảm biến nhiệt với sự tích hợp của nhiều ưu điểm: Độ chính xác cao, chống nhiễu tốt, hoạt động ổn định, mạch điện xử lý đơn giản, rẻ tiền,….

– Ta dễ dàng bắt gặp các cảm biến loại này dưới dạng diode (hình dáng tương tự Pt100), các loại IC như: LM35, LM335, LM45. Nguyên lý của chúng là nhiệt độ thay đổi sẽ cho ra điện áp thay đổi. Điện áp này được phân áp từ một điện áp chuẩn có trong mạch.

–  IC Cảm biến nhiệt LM35 và cảm biến nhiệt độ dạng Diode

– Gần đây có cho ra đời IC cảm biến nhiệt cao cấp, chúng hỗ trợ luôn cả chuẩn truyền thông I2C (DS18B20) mở ra một xu hướng mới trong “thế giới cảm biến”.

– IC Cảm biến nhiệt độ DS18B20

4.2 Lưu ý khi sử dụng bán dẫn

–  Vì được chế tạo từ các thành phần bán dẫn nên cảm biến nhiệt bán dẫn kém bền, không chịu nhiệt độ cao. Nếu vượt ngưỡng bảo vệ có thể làm hỏng cảm biến.

–  Cảm biến bán dẫn mỗi loại chỉ tuyến tính trong một giới hạn nào đó, ngoài dải này cảm biến sẽ mất tác dụng. Hết sức quan tâm đến tầm đo của loại cảm biến này để đạt được sự chính xác.

–  Loại cảm biến này kém chịu đựng trong môi trường khắc nghiệt: Ẩm cao, hóa chất có tính ăn mòn, rung sốc va chạm mạnh.

Cảm biến nhiệt độ – Bán dẫn

Cảm biến đo nhiệt độ là gì?

Là cảm biến được sử dụng để đo nhiệt độ, khi nhiệt độ thay đổi thì các cảm biến sẽ đưa ra một dạng tín hiệu mà từ tín hiệu này các bộ đọc sẽ đọc được và quy ra nhiệt độ. Với mỗi loại cảm biến sẻ có dạng tín hiệu khác nhau. Có loại thì đưa ra tín hiệu điện trở, được gọi là nhiệt điện trở hoặc có tên gọi khác là RTD. Thông thường là cảm biến Pt100, Pt1000, Pt50, CU50. Có loại đưa ra tín hiệu mV được gọi là cặp nhiệt và nó chỉ có hai dây tín hiệu ra. Thông thường là cảm biến K, R, S, B,T,E.

Để hiểu rỏ hơn về cảm biến đo nhiệt độ chúng ta sẻ tìm hiểu về một vài cảm biến sau.

1. Cảm biến nhiệt độ PT100.

Là loại cảm biến khi nhiệt độ thay đổi thỉ tín hiệu của nó sẻ thay đổi theo tín hiệu điện trở. Vì sao gọi là PT100, là vì khi ở nhiệt độ 0 độ C thì điện trở của nó là 100 ohm. Và từ đây bạn cũng có thể hiểu tại sao là cảm biến PT1000 và PT50. Và nói tới độ chính xác thì PT1000 là loại cảm biến có độ chính xác cao nhất. Thông thường nhiệt độ của RTD là -200~500 độ C, -50-150 độ C, -200~300 độ C.

Đối với các loại cảm biến nhiệt điện trở – RTD thì thường có 3 dây. Trong đó có hai dây chung nối tắt, loại 2 dây và loại 4 dây.

Khi muốn xài cảm biến PT100 2 dây thì lấy loại 3 dây nối 2 dây chung lại.

Đối với cảm biến nhiệt độ loại 2 dây thì tuy có giá thành thấp nhưng  có sai số cao và ít sử dụng nhất. Do bị ảnh hưởng điện trở trên cả hai dây nên dẫn đến sai số rất cao,

Đối  với loại cảm biến đo nhiệt độ loại 3 dây, đây là loại thông dụng nhất hiện nay. Với 2 dây chung triệt tiêu điện trở cho nhau, lúc này cảm biến chỉ bị ảnh hưởng điện trở trên dây A (Ra).

 

Cảm biến nhiệt độ PT100 – 4 dây.

Đối với loại cảm biến loại 4 dây thì các điện trở dây hầu như bị triệt tiêu. Nên kết quả đo rất chính xác, loại này có giá thành khá cao và được sử dụng trong các đo lường chính xác.

Còn việc các điện trở triệt tiêu thế nào thì đó là do cách tính toán và thiết kế của các loại bộ đọc. Thường thì các đồng hồ sẻ đo dòng và đo áp trên cảm biến để cho ra kết quả đọc. Đối với loại 4 dây thì đồng hồ dùng 2 dây đo dòng riêng và hai dây đo áp riêng. Do không có dòng trên 2 dây đo áp nên sẻ không có hiện tượng sụt áp trên dây.

Cùng xem qua bảng thay đổi điện trở theo nhiệt độ của cảm biến RTD.

Đối với những ai đang tìm kiếm cảm biến PT100 hay PT1000 loại 2 dây ra thì hiện tại ít ai có sẵn loại này. Nên chúng ta chỉ cần mua loại 3 dây, sau đó jump 2 chân chung lại là được. Không cần nhất thiết phải mua đúng loại 2 dây mới được.

Một loại cảm biến nhiệt  đo axit pt100.

Thân được phủ một lớp teflon chịu nhiệt, chịu axit và kháng nước tuyệt đối, có thể đo được nhiệt độ của tất cả các loại hóa chất và axit mạnh. Với nhiệt độ 0-300 độ c. Với kích thước phi 4.5mm, dây dài 2m. model: VK100-PT100-4-2M-PTFE.

 

2. Cảm biến đo nhiệt độ loại cặp nhiệt.

Là loại cảm biến được thiết kế kiểu hai dây ra, còn được gọi là thermocouple. Nó cấu tạo gồm hai dây dẫn là hai kim loại khác nhau và được chụm lại với nhau tạo thành cảm biến. Khi nhiệt độ thay đổi thì tín hiệu mV cũng thay đổi theo, từ đó bộ đọc quy ra giá trị nhiệt độ.

Cùng xem qua bảng thay đổi tín hiệu mV của các loại cảm biến nhiệt cặp nhiệt.

Bảng tín hiệu cảm biến nhiệt – thermocouple.

Cảm biến cặp nhiệt thông dụng hiện nay là loại K, nhiệt độ đo tối đa là 1200 độ C. Nhưng không phải cứ nghe K là 1200 độ, thông thường là nó được thiết kế với dãy đo là 400 độ, 800 độ và 1200 độ. Tùy thuộc và kích thước cảm biến và vỏ bảo vệ (protect tube).

Đối với cảm biến đo nhiệt độ loại R thì nhiệt độ đo tối đa là 1500 độ C. Và loại S là 1600 độ C, với vỏ bọc bên ngoài là Ceramic – Sứ.

Cảm biến nhiệt độ bằng sứ

Một loại cảm biến nhiệt độ loại K bằng sứ với nhiệt độ đo 1200 độ C.

Thông thường đối với loại cảm biến K gồm 2 dây kim loại âm và dương. Dây dương với thành phần 90%Ni-10%Cr, dây âm với thành phần 95%Ni-2%Mn-2%Al. Cảm biến loại R thì dây dương 87%Platium-13%Rhodium, dây âm 100%Platium.

Các loại cảm biến đo nhiệt độ.

Hiện tại chúng tôi đang cung cấp các loại cảm biến nhiệt độ loại pt100, pt50, pt1000, cảm biến nhiệt loại K, J, R, S của Termotech xuất xứ Italy.

Quy tắc chọn cảm biến nhiệt: Chọn mẫu + Phi + chiều dài que đo + Ren vặn + chiều dây dẫn.

2. Đối với loại thermocouple (K) cũng gồm có hai loại loại đầu củ hành và loại sợi có dây sẵn.

– Cảm biến nhiệt độ Loại đầu củ hành K.

Cảm biến nhiệt độ Loại K, R, S

Đường kính phi 4mm, phi 6mm, phi 8mm, phi 10mm, phi 15mm,…

Chiều dài 50mm, 100mm, 150mm, 200mm, 250mm, 300mm, 400mm, 1 mét..

Ren vặn:13mm, 21mm… hoặc không ren

Với nhiệt độ hoạt động: 0-400 độ C, 0~1000 độ C, 0-1200 độ C (Ceramic K), 0~1500 độ C (loại R).

Bộ chuyển đổi tín hiệu nhiệt sang tín hiệu 4-20mA.

Đối với các loại cảm biến đo nhiệt độ loại K, Pt100. Khi sử dụng truyền tín hiệu đi xa, tín hiệu sẽ bị sai số đo điện trở dây. Nên khi truyền xa chúng ta phải sử dụng dây bù nhiệt phù hợp. Thông thường thì dây bù nhiệt có giá thành khá cao nên giải pháp đó là chúng ta sử dụng bộ chuyển đổi sang tín hiệu 4-20mA. Lúc này tín hiệu truyền đi là tín hiệu điện nên ta có thể sử dụng dây điện thường với giá thành rẻ hơn nhiều,

Cảm biến nhiệt độ ra tín hiệu 4-20mA

Bộ chuyển đổi có thể nhận tín hiệu PT100, PT1000, K, R, S, B, T, J, Biến trở và chuyển đổi sang tín hiệu 4-20mA. Bộ chuyển đổi được lắp trực tiếp trên đầu củ hành của can nhiệt hoặc gắn trên mặt tủ xài cho cảm biến đo nhiệt độ loại sợi.

Cảm ơn các bạn theo dõi bài viết của Dung. Chúc các bạn có thêm kiến thức khi chọn cam bien nhiet do.

Hãy liên hệ cho Dung nếu các bạn cần tìm hiểu thêm hay mua các loại cảm biến nhiệt độ liên hệ cho Dung theo thông tin bên dưới:

Sales Enginner:

Ms Trần Thị Phương Dung 

Mobi: 0937.27.65.66

Mail: dung.tran@huphaco.vn



Bài viết liên quan

cảm biến nhiệt độ thermocouple

Cảm biến nhiệt độ thermocouple

Cảm biến nhiệt độ thermocouple, cảm biến nhiệt độ rtd pt100, nhiệt kế, hỏa quang kế đều có chức năng để đo nhiệt độ. Vậy vì sau thermocouple lại được sử dụng nhiều nhất? Các bạn cùng xem bài viết này để hiểu rõ nguyên nhân vì sao nhé! Yeah! Cùng đọc nào, các bạn! […]

RTD là gì?

RTD là gì?

Cảm biến nhiệt độ RTD Pt100 là loại cảm biến phổ thông nhất trong công nghiệp, thậm chí là trong đời sống dân dụng của chúng ta. Vậy có bao giờ bạn tìm hiểu các khái niệm về chúng chưa? Bạn có bao giờ thắc mắc “RTD là gì?”, Rtd là viết tắt của từ […]

thermowell

Ống nhiệt thermowell

Trong các môi trường khắc nghiệt như nhà máy nhiệt luyện, nhà máy dầu khí, nhà máy dệt nhuộm- thuộc da, các lò hơi… thì các cảm biến nhiệt độ rất dễ hỏng, bị ăn mòn đầu dò gây sai kết quả đo, làm giảm tuổi thọ của cảm biến…Vì thế người ta mới nghiên […]