Cảm biến nhiệt độ là gì?


Cảm biến nhiệt độ là thiết bị dùng để đo sự biến đổi về nhiệt độ của các đại lượng cần đo.





cam-bien-nhiet-do

Nguyên lý hoạt động của cảm biến nhiệt

Cảm biến nhiệt độ được cấu tạo gồm hai dây kim loại khác nhau được gắn vào một đầu gọi là đầu nóng (đầu đo) và đầu lạnh (đầu chuẩn). Khi có sự chênh lệch nhiệt độ giữa hai đầu thì sẽ phát sinh một nhiệt điện động tại đầu lạnh. Vì thế cần kiểm soát nhiệt độ đầu lạnh (tùy thuộc vào loại chất liệu).

Đo nhiệt độ bằng cảm biến nhiệt khá đơn giản so với việc sử dụng các loại đo nhiệt độ khác, tuy nhiên cần thực hiện một số bước nhất định để khắc phục mọi lỗi phát hiện.

Có ba nguyên nhân chính gây ra lỗi trong các phép đo nhiệt độ với nhiệt độ:

- Lỗi do quá nhiệt của phần tử cảm biến

- Lỗi do cách điện kém của thiết bị cảm biến

- Lỗi do phần tử cảm biến không được nhúng ở độ sâu nhất định

Bộ phận cảm biến nhiệt độ tự nóng lên trong quá trình đo khi nó bị cắt ngang bởi dòng điện quá cao, do hiệu ứng Joule, làm tăng nhiệt độ của phần tử.

Sự tăng nhiệt độ phụ thuộc cả vào loại yếu tố chính được sử dụng và các điều kiện đo. Ở cùng nhiệt độ, cùng độ bền nhiệt sẽ tự nóng lên ít hơn nếu được đặt trong nước chứ không phải không khí; điều này là do thực tế nước có hệ số phân tán cao hơn không khí.

Thông thường tất cả các thiết bị đo sử dụng nhiệt điện trở làm cảm biến đều có dòng đo cực thấp, tuy nhiên không nên vượt quá dòng đo 1 mA (EN 60751).

Để đo chính xác với cảm biến nhiệt, điều rất quan trọng là cách điện giữa các dây dẫn và vỏ bọc bên ngoài là đủ lớn, đặc biệt là ở nhiệt độ cao.

Điện trở cách điện có thể được xem như là một điện trở được đặt song song với các phần tử cảm biến. Do đó, rõ ràng, ở nhiệt độ không đổi, nếu cách điện giảm đi, điện áp đo trên phần tử cảm biến cũng sẽ giảm do đó gây ra lỗi trong phép đo.

Điện trở cách điện có thể giảm khi đầu dò được sử dụng ở nhiệt độ quá cao, khi có rung động mạnh hoặc do ảnh hưởng của các tác nhân vật lý hoặc hóa học.

Phân loại

Cảm biến nhiệt độ thường chia thành các loại sau:

- Cảm biến nhiệt độ (Cặp nhiệt điện - Thermocouple), được ứng dụng nhiều trong quá trình đo nhiệt độ tại các môi trường khác nhau như không khí, dầu, nước…sử dụng vật liệu chống ăn mòn ở vị trí trao đổi nhiệt đo đạc nhiệt độ trong môi trường hóa chất. Cặp nhiệt điện (loại K, R, S…) có dải đo nhiệt độ cao.

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

- Điện trở oxit kim loại (Thermmistor).

- Cảm biến nhiệt bán dẫn (Diode, IC...).

- Nhiệt kế bức xạ (Hỏa kế - Pyrometer).

Mình có một bài viết riêng biệt về phân loại các Cảm biến nhiệt độ tại đây

Ứng dụng

Hiện nay cảm biến nhiệt độ với đa dạng chức năng chúng được ứng dụng vào các nhu cầu thực tế khác nhau: Có thể sử dụng cảm biến nhiệt độ để đo nhiệt độ trong bồn đun nước, đun dầu, đo nhiệt độ lò nung, lò sấy, đo nhiệt độ các loại máy móc,…
Ngoài ra các bạn có thể xem thêm các ứng dụng của cảm biến nhiệt độ tại đây.