Các loại cảm biến nhiệt độ và nguyên lý hoạt động

Cảm biến nhiệt độ dùng để đo nhiệt độ là thiết bị sử dụng khá phổ biến hiện nay. Nó dùng để cảm nhận sự biến đổi nhiệt độ của môi trường xung quanh. Nó thường được sử dụng phổ biến trong các ngành công nghiệp như: thực phẩm, dược phẩm, hóa chất, ô tô, hàng hải...Các ứng dụng cần kiểm soát nhiệt độ chính xác và ổn định cao.

Cảm biến nhiệt độ cặp nhiệt điện (Thermocouple)

Cảm biến nhiệt độ Thermocouple (Thermo: nhiệt độ ; Couple: cặp) hay còn gọi là cảm biến nhiệt độ cặp nhiệt điện ngoài ra còn được gọi là can nhiệt, dùng để đo nhiệt độ sử dụng phổ biến trong công nghiệp, các ứng dụng cần đo nhiệt độ. Hoạt động dựa trên nguyên lý "Hiệu ứng nhiệt điện". Nguyên lý làm việc dựa trên sự thay đổi điện áp theo nhiệt độ của cặp kim loại, ảnh hưởng của nhiệt độ đến mối nối giữa hai kim kim loại khác nhau tạo ra một dòng điện nhỏ.

Cảm biến nhiệt điện có rất nhiều loại như: loại K (Niken-Crom / Niken-Alumel), loại J (Iron / Constantan), loại T (Đồng (Cu) / Constantan), loại E (Niken-Crom / Constantan), loại N (Nicrosil / Nisil), loại S (Platinum Rhodium-10% / Platinum), loại R ( Platinum Rhodium-13% / Platinum), Loại B (Platinum Rhodium-30% / Platinum Rhodium-6%). Các laoị trên có các dải đo và giá thành khác nhau tùy theo nhu cầu sử dụng.

Nguyên lý làm việc cảm biến nhiệt độ cặp nhiệt điện (Thermocouple)

Một cặp nhiệt điện bình thường gồm hai dây kim loại khác nhau. Mỗi dây được chế tạo từ một kim loại đơn chất hoặc hợp kim. Hai dây này được nối lại với nhau tại một đầu tạo thành điểm đo thông thường được gọi là điểm nóng. Bởi vì phần lớn nhiệt độ được đo cao hơn nhiệt độ môi trường. Hai đầu còn lại của hai dây được nối tới dụng cụ đo để tạo thành mạch kín cho dòng điện chạy qua. Thiết bị này sẽ đo mức điện áp được tạo ra tại điểm nối và chuyển đổi nó thành giá trị nhiệt tương ứng.

Cảm biến nhiệt độ điện trở (Cảm biến nhiệt điện trở, RTD – Resistance Temperature Detectors)

Cảm biến nhiệt độ điện trở hay còn gọi tắt là cảm biến RTD (Resistance Temperature Detectors) dùng để đo nhiệt độ tại những địa điểm đòi hỏi yêu cầu về độ chính xác cao. Tùy vào thiết kế của cảm biến có thể chia thành hai loại gồm: cảm biến thanh kim loại và dây kim loại mà điện trở của nó thay đổi theo nhiệt độ của môi trường đo.

Cảm biến nhiệt độ điện trở (cảm biến RTD) thường được làm từ các vật liệu như: Đồng (Cu), Platinum (Pt), Niken (Ni)... Chất liệu này được thiết kế dưới dạng dây mảnh, quấn đều theo hình dáng của đầu đo nhiệt độ. Điện trở giữa hai đầu dây kim loại thay đổi khi nhiệt độ tại nơi đo thay đổi. Tuy nhiên cảm biến nhiệt độ RTD có độ nhạy cao nhưng độ tuyến tính của nhiệt độ cũng phụ thuộc vào chất liệu làm ra nó.

Cảm biến nhiệt độ RTD dạng dây thường có 3 loại: loại 2 dây, loại 3 dây, loại 4 dây. Phổ biến nhất là 3 dây làm từ Platinum vì độ tinh khiến lên tới 99,9%

Nguyên lý làm việc nhiệt điện trở (Cảm biến nhiệt điện trở, RTD – Resistance Temperature Detectors)

Chuyển nhiệt độ nhiệt độ cần đo sao cho chúng trở thành tín hiệu điện trở. Khi nhiệt độ ở đầu đo của nhiệt điện trở được thay đổi thì đầu kia của cảm biến sẽ xuất hiện ra một điện trở. Đó cũng chính là cơ sở chính để đo nhiệt độ của nhiệt điện trở.Khi nhiệt độ cần đo tăng hoặc giảm thì điện trở sẽ được tăng hoặc giảm theo cùng nhiệt độ cần đo. Từ việc đo giá trị điện trở đo ta có thể suy ngược lại giá trị của nhiệt độ.

Cảm biến nhiệt điện trở rất đa dạng về chủng loại như: cảm biến nhiệt độ PT100, cảm biến nhiệt độ PT1000, cảm biến nhiệt độ Ni100.... Cảm biến nhiệt độ RTD dạng dây thường có 3 loại: 2 dây, 3 dây và 4 dây.

Cảm biến nhiệt số (Cảm biến nhiệt độ sử dụng bán dẫn)

Cảm biến nhiệt độ số (Digital temperature sensors) Khác với các cảm biến thông thường ngõ ra dạng tương tự, cảm biến nhiệt độ số tích hợp các bộ đo nhiệt độ, sau đó sử dụng bộ DAC và chuyển đổi giao tiếp sang các chuẩn giao tiếp để vi điều khiển (MCU) có thể đọc được như: I3C, I2C, SMBus, SPI, UART, Pulse count, 1-wire

Cảm biến dòng này có ưu điểm là độ chính xác rất cao, kích thước nhỏ gọn, dễ dàng tích hợp và các thiết bị.

Các sản phẩm đầu dò cảm biến nhiệt độ độ ẩm số giao tiếp I2C

Cảm biến nhiệt kế bức xạ, cảm biến nhiệt độ hồng ngoại không tiếp xúc (Hỏa kế - Pyrometer)

Cảm biến nhiệt độ hồng ngoại không tiếp xúc đo nhiệt độ bằng cách phát hiện năng lượng hồng phát ra từ vật thể đang được đo có nhiệt độ trên độ không tuyệt đổi (0o Kelvin). Thường sử dụng dù để đo nhiệt độ của những môi trường mà cảm biến thông thường không thể tiếp xúc được (lò nung, hóa chất ăn mòn mạnh, những nơi khó đặt cảm biến)

Nguyên lý làm việc cảm biến nhiệt kế bức xạ, cảm biến nhiệt độ hồng ngoại

Bất kỳ vật thể nào cũng bức xạ năng lượng hồng ngoại và cường độ bức xạ thay đổi theo nhiệt độ. Cảm biến nhiệt độ hồng ngoại sử dụng năng lượng bức xạ hồng ngoại có bước sóng trong khoảng 8μm-14μm

Cảm biến nhiệt độ hồng ngoại được thiết kế để đo nhiệt độ từ xa bằng cách phát hiện năng lượng hồng ngoại (IR) của vật thể. Nhiệt độ càng cao, năng lượng IR phát ra càng nhiều.

Dựa vào bức xạ IR nhận được, cảm biến sẽ tính ra nhiệt độ của vật thể.

Nguồn bài viết: https://epcb.vn/blogs/news/cam-bien-nhiet-do