Nguyên lí cảm biến nhiệt độ RTD

Chào cả nhà! Chắc hẳn cả nhà đã biết được Cảm biến nhiệt độ là một thiết bị quan trọng trong nhiều lĩnh vực, từ sản xuất công nghiệp, y tế, đến các ứng dụng gia đình. Chúng đóng vai trò then chốt trong việc đo lường và giám sát nhiệt độ, giúp đảm bảo các quy trình và hệ thống hoạt động ổn định và an toàn. Với sự phát triển của công nghệ, các loại cảm biến nhiệt độ ngày càng trở nên đa dạng và chính xác hơn, phục vụ tốt hơn cho nhu cầu ngày càng cao của con người. Trong bài viết này, chúng ta sẽ cùng tìm hiểu về nguyên lý cảm biến nhiệt độ, các loại cảm biến phổ biến và cách lựa chọn loại cảm biến phù hợp cho từng ứng dụng cụ thể.

I. Cảm biến nhiệt độ là gì?

Bài viết này, Hưng Phát sẽ chia sẻ về tầm quan trọng của cảm biến nhiệt độ. Đây là thiết bị dùng để đo lường sự thay đổi nhiệt độ của các đối tượng, giúp kiểm soát và duy trì ổn định nhiệt độ một cách chính xác.

Cảm biến nhiệt có khả năng thực hiện các phép đo nhiệt độ với độ chính xác cao hơn nhiều so với các phép đo nhiệt độ thông thường khác. Nó được sử dụng trong nhiều ứng dụng khác nhau như kiểm soát chất lượng, an toàn, và tự động hóa.

a). Cấu tạo cơ bản của cảm biến nhiệt độ

Để hiểu rõ hơn về cấu tạo của cảm biến nhiệt độ, chúng ta hãy cùng khám phá các thành phần chính của thiết bị này và vai trò quan trọng của từng bộ phận.

• Vỏ bảo vệ: Bảo vệ bộ phận cảm biến bên trong khỏi các tác động môi trường như bụi bẩn, nước, hóa chất,…
• Bộ phận cảm biến: Là bộ phận chính của cảm biến, có nhiệm vụ biến đổi sự thay đổi nhiệt độ thành tín hiệu điện.
• Mạch điện tử: Khuếch đại và xử lý tín hiệu điện từ bộ phận cảm biến, sau đó hiển thị giá trị nhiệt độ cụ thể trên màn hình hoặc truyền tải đến hệ thống điều khiển.

b). Phân loại cảm biến nhiệt độ

Cảm biến nhiệt độ được phân loại theo nhiều tiêu chí khác nhau, phổ biến nhất là dựa vào nguyên lý hoạt động:

• Cảm biến nhiệt độ điện trở (RTD): Dựa trên nguyên lý thay đổi điện trở của kim loại khi nhiệt độ thay đổi.
• Cảm biến nhiệt độ cặp nhiệt điện (TC): Dựa trên nguyên lý tạo ra suất điện động giữa hai kim loại khác nhau khi có sự chênh lệch nhiệt độ giữa hai đầu mối hàn của chúng.
• Cảm biến nhiệt độ bán dẫn (PTC, NTC): Dựa trên nguyên lý thay đổi điện trở của bán dẫn khi nhiệt độ thay đổi.
• Cảm biến nhiệt độ hồng ngoại (IR): Dựa trên nguyên lý đo bức xạ hồng ngoại phát ra từ vật thể cần đo.

II. Nhiệt điện trở (RTD – Resistance Temperature Detectors)

Bài viết này, Hưng Phát sẽ nói về công thức, cấu tạo, và các loại RTD phổ biến trên thị trường:

a). Nguyên lý hoạt động

Nhiệt điện trở hoạt động dựa trên nguyên lý thay đổi điện trở của kim loại khi nhiệt độ thay đổi. Khi nhiệt độ tăng, điện trở của kim loại cũng tăng theo một tỷ lệ nhất định. Tỷ lệ này được gọi là hệ số nhiệt điện trở (TCR) của kim loại.

b). Công thức tính toán điện trở của RTD

R(T) = R0 + α * T

• R(T) là điện trở của PT100 tại nhiệt độ T (°C)
• R0 là điện trở của PT100 tại nhiệt độ 0°C (thường là 100 Ω)
• α là Hệ số nhiệt điện trở (TCR) của PT100 (0,00392 Ω/°C)
• T là nhiệt độ (°C) cần đo

c). Cấu tạo và hoạt động

Nhiệt điện trở được cấu tạo bởi một cuộn dây kim loại được làm từ các vật liệu có TCR cao như platina (Pt), niken (Ni), đồng (Cu),… Cuộn dây này được quấn quanh một lõi cách điện và được bảo vệ bởi vỏ bọc kim loại hoặc nhựa.

Khi nhiệt độ thay đổi, điện trở của cuộn dây kim loại cũng thay đổi theo. Điện trở này được đo bằng đồng hồ đo điện trở hoặc bộ khuếch đại và hiển thị giá trị nhiệt độ tương ứng.

d). Các loại RTD phổ biến

• Pt100: Loại RTD phổ biến nhất, có độ chính xác cao và dải đo nhiệt độ rộng (-200°C đến 850°C).

Ví dụ: Thông số kỹ thuật cảm biến nhiệt độ PT100 LM1P3BxxxxD20 (màu xanh thể cho đường kính đầu dò, màu đỏ thể hiện độ dài của que dò – và 2 màu sắc đó có thể lựa chọn theo nhu cầu của người dùng qua bản dò mã code dưới đây )

Ví dụ : Thông số kỹ thuật cảm biến nhiệt độ PT100 LM1P3B4050D20

Loại cảm biến : Pt100 – 3 dây

Đường kính đầu dò : 4 mm

Độ dài : 50 mm

Thang đo nhiệt độ : -50….400°C

Độ dài cáp : 2 mét

Sai số : Class B tương đương 0.15°C

• Pt1000: Loại RTD có độ nhạy cao hơn Pt100, phù hợp cho các ứng dụng cần độ chính xác cao.
• Ni100: Loại RTD có giá thành rẻ hơn Pt100; phù hợp cho các ứng dụng không yêu cầu độ chính xác cao.
• Cu100: Loại RTD có giá thành rẻ nhất; nhưng độ chính xác và dải đo nhiệt độ thấp hơn so với các loại RTD khác.

e). Ứng dụng thực tiễn:

Nhiệt điện trở được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau nhờ những ưu điểm như:

• Độ chính xác cao: Nhiệt điện trở có độ chính xác cao hơn so với các loại cảm biến nhiệt độ khác; như cặp nhiệt điện, thermistor.
• Dải đo nhiệt độ rộng: Nhiệt điện trở có dải đo nhiệt độ rộng, từ -200°C đến 850°C.
• Chịu được môi trường khắc nghiệt: Nhiệt điện trở có thể chịu được môi trường có độ ẩm cao, bụi bẩn, hóa chất,…
• Kích thước nhỏ gọn: Nhiệt điện trở có kích thước nhỏ gọn, dễ dàng lắp đặt và sử dụng.

III. PT100 sang 4-20mA

Bạn có thể sử dụng bộ chuyển đổi PT100 sang 4-20mA để chuyển đổi tín hiệu từ cảm biến nhiệt độ PT100 (hoặc PT1000) thành tín hiệu dòng 4-20mA; Dưới đây là một sản phẩm phổ biến có khả năng thực hiện chức năng này:

a). Bộ chuyển đổi nhiệt độ sang 4-20mA | T121

Nguồn cấp: 7 ÷ 30 Vdc (loop powered, chúng ta sẽ thảo luận về vấn đề này sau).

Cách ly: 1,5 kVac.

Tiêu chuẩn bảo vệ: IP20.

Thời gian lấy mẫu: 300ms.

Loại bỏ tần số: >60dB từ 50 ÷ 60 Hz.

Thời gian phản hồi: <620ms.

Cấp độ chính xác: 0,1% ( nhỏ nhất 0,1 ℃ ở RTD và 1℃ ở can nhiệt).

Độ trượt nhiệt: < 100 ppm (thông thường: 30ppm).

Độ phân giải chuyển đổi: 16bit.

Sai số chuyển đổi: Tối đa là 0,1% của khoảng tỷ lệ hoặc 0,1 ℃.

Sai số EMI: < 0,5 %.

Nhiệt độ hoạt động: -40 ÷ 85 ℃.

Kết nối: 6 đầu kết nối dạng sping terminal cho dây dẫn với mặt cắt từ 0,2 đến 2,5 mm². Khoảng dây trần được khuyến cáo là 8 mm. Bên cạnh đso còn có một cổng kết nối TTL với 4 chân dùng để lập trình

b). Cách đấu dây vào chân kết nối cho bộ chuyển đổi nhiệt độ– T121.

Các chân đấu nối của bộ chuyển đổi nhiệt độ T121 sử dụng kiểu kết nối sping terminal. Điều này có nghĩa là khi các chân đã được bảo vệ đúng cách, các bạn chỉ cần cắm chúng vào mà không cần thực hiện thêm thao tác nào khác. Để tháo ra, bạn chỉ cần sử dụng một tua vít dẹt, nhấn nhẹ và giữ nút, sau đó rút dây ra.

Hi vọng bài viết này sẽ giúp ít cho các bạn đọc giả càng hiểu thêm về tầm quan trọng của cảm biến nhiệt độ, nguyên lí hoạt động, và các sản phẩm khác có thể kết hợp cùng với cảm biến. Hưng Phát luôn là nơi cung cấp sản phẩm và giải phát tối ưu – chất lượng nhất dành cho bạn.

HƯNG PHÁT – Cam kết chất lượng và dịch vụ: 

Cung cấp sản phẩm chính hãng, chất lượng cao.
Giá cả cạnh tranh.
Đội ngũ kỹ thuật viên giàu kinh nghiệm, hỗ trợ tư vấn và bảo trì tận tâm.
Chế độ bảo hành uy tín.
Để được tư vấn và mua sản phẩm, vui lòng liên hệ với chúng tôi qua thông tin sau:

Hotline/ Zalo: [0855.200.531] Ms. Vi