Cảm Biến Nhiệt Độ Là Gì ?

Cảm biến nhiệt độ (Temperature Sensor) hay còn được gọi là đầu dò nhiệt độ, là một cảm biến có thể cảm nhận được nhiệt độ và chuyển đổi nó thành tín hiệu ở đầu ra có sẵn. Cảm biến nhiệt độ là bộ phận cốt lõi của dụng cụ đo nhiệt độ, chủng loại đa dạng, phong phú. Nếu dựa trên phương pháp đo, sensor cảm biến nhiệt độ có thể chia thành hai loại. Cụ thể là loại tiếp xúc và loại không tiếp xúc. Còn dựa trên đặc điểm của vật liệu cảm biến và linh kiện điện tử thì đầu dò nhiệt độ lại được chia thành hai nhóm chính. Đó là điện trở nhiệt và cặp nhiệt điện.

Cảm Biến Nhiệt Độ Là Gì | Có Bao Nhiêu Loại Cảm Biến Nhiệt Độ

Cảm biến nhiệt độ qua tiếp xúc.

Bộ phận cảm ứng nhiệt độ có khả năng tiếp xúc tốt với vật cần đo lường nhiệt độ. Bộ phận này còn được gọi là nhiệt kế. Nhiệt kế đạt được trạng thái cân bằng nhiệt bằng cách dẫn nhiệt hoặc đối lưu. Do đó, chỉ thị của nhiệt kế có thể xác định trực tiếp nhiệt độ của vật cần đo.

Nói chung, kết quả đo lường của nhiệt kế có độ chính xác gần như tuyệt đối. Hơn nữa, nhiệt kế cũng đo lường được sự phân bố nhiệt độ bên trong vật thể trong một phạm vi nhiệt độ nhất định. Riêng đối với các vật thể chuyển động, vật thể có nhiệt dung riêng thấp, kết quả đo lường nhiệt độ của nhiệt kế có độ chính xác không cao. Các loại nhiệt kế được sử dụng để đo lường nhiệt độ nhiều nhất phải kể đến nhiệt kế lưỡng kim, nhiệt kế thủy ngân, nhiệt kế áp suất khí, nhiệt kế điện trở và cặp nhiệt điện. Những loại nhiệt kế này được ứng dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp, nông nghiệp, thương mại và các lĩnh vực/dịch vụ khác.

Cảm biến nhiệt độ không tiếp xúc.

Các bộ phận “cảm ứng” không tiếp xúc trực tiếp với vật cần đo, đây chính là khái niệm của dụng cụ đo nhiệt độ không tiếp xúc. Hệ thống cảm biến nhiệt độ này “hoạt động” dựa trên định luật cơ bản của bức xạ vật đến nên còn được gọi là thiết bị đo nhiệt độ bức xạ.

Trái ngược với cảm biến nhiệt độ cảm biến nhiệt độ công nghiệp qua tiếp xúc, hệ thống cảm biến không tiếp xúc có thể đo lường chính xác nhiệt độ của các vật thể chuyển động, vật thể có nhiệt dung riêng thấp. Đây được xem là ưu điểm nổi bật của thiết bị đo nhiệt độ không tiếp xúc.

Các dụng cụ đo bằng phương pháp không tiếp xúc bao gồm hỏa kế quang học; nhiệt kế quang điện, nhiệt kế bức xạ toàn phần và nhiệt kế so màu sắc. Cả bốn phương pháp này chỉ có thể đo được nhiệt độ tương ứng với độ sáng, bức xạ nhiệt và nhiệt độ màu. Riêng chỉ có nhiệt độ đo lường của một vật đen (một vật có thể hấp thụ tất cả các bức xạ và không phản xạ với ánh sáng) là nhiệt độ thực tế.

Để xác định nhiệt độ thực sự của một vật thể, độ phát xạ của vật thể ấy phải được hiệu chỉnh. Tuy nhiên, độ phát xạ trên bề mặt của vật thể không chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ và bước sóng mà còn phụ thuộc vào trạng thái bề mặt, màng phủ và cấu trúc vi mô của chính vật thể đó. Do đó, kết quả đo lường nhiệt độ thực của vật thể rất khó chính xác.

Cảm biến nhiệt độ hồng ngoại được sử dụng để đo nhiệt độ online không tiếp xúc được sử dụng cho các ứng dụng có nhiệt độ cao như : cán thép nóng chảy, lò đúc nhôm …

Nguyên lý cảm biến nhiệt độ & Cấu Tạo Cảm biến nhiệt độ

Cảm biến nhiệt độ được thiết kế dựa trên hoạt động giãn nở nhiệt của kim loại. Khi nhiệt độ môi trường thay đổi, kim loại giãn nở với mức độ tương ứng. Kết quả là bộ phận cảm biến phát ra tín hiệu, xác định nhiệt độ của vật thể đang do lường.

Điện trở nhiệt.

Điện trở nhiệt hay còn được gọi là cảm biến nhiệt độ thermistor. Nhiệt điện trở hoạt động dựa trên nguyên lý “Khi nhiệt độ của kim loại thay đổi, điện trở của nó cũng thay đổi”.

Nhiệt điện trở dùng để đo nhiệt độ dựa trên trên hiệu ứng biến thiên của điện trở suất khi nhiệt độ thay đổi. Khi nhiệt độ tăng, điện trở tăng; nhiệt độ giảm, điện trở giảm hoặc ngược lại nhiệt độ tăng, điện trở giảm; nhiệt độ giảm, điện trở tăng. Với đặc tính thay đổi điện trở rõ rệt như vậy, điện trở nhiệt được sử dụng nhiều trong các mạch điện với mục đích cảm biến nhiệt.

Nhiệt điện thường được làm từ vật liệu gốm như oxit niken, mangan hoặc coban phủ trong thủy tinh khiến chúng dễ bị hỏng. Ưu điểm chính của chúng so với các loại hành động nhanh là tốc độ phản ứng với mọi thay đổi về nhiệt độ, độ chính xác và độ lặp lại.

Hầu hết các loại nhiệt điện trở đều có Hệ số nhiệt độ âm (NTC), đó là giá trị điện trở của chúng giảm xuống khi nhiệt độ tăng, và dĩ nhiên có một số loại có Hệ số nhiệt độ dương (PTC), trong đó giá trị điện trở tăng lên với sự gia tăng nhiệt độ.

Nhiệt điện được chế tạo từ vật liệu bán dẫn loại gốm sử dụng công nghệ oxit kim loại như mangan, coban và niken, v.v … Vật liệu bán dẫn thường được tạo thành các đĩa hoặc quả bóng nhỏ được hàn kín để đáp ứng tương đối nhanh với mọi thay đổi nhiệt độ .

Nhiệt điện trở được đánh giá bằng giá trị điện trở của chúng ở nhiệt độ phòng (thường là 25oC), hằng số thời gian của chúng (thời gian phản ứng với sự thay đổi nhiệt độ) và xếp hạng công suất của chúng đối với dòng điện chạy qua chúng. Giống như điện trở, nhiệt điện trở có sẵn với các giá trị điện trở ở nhiệt độ phòng từ 10 Mega ohm xuống chỉ còn vài Ohms, nhưng để sử dụng cho mục đích cảm biến, những loại có giá trị tính bằng kilo-ohms thường được sử dụng.

Có hai loại điện trở nhiệt: Thuận nhiệt điện trở và nghịch nhiệt điện trở.

•         Thuận nhiệt điện trở (Positive temperature coefficient)

Nhiệt độ tăng >>> Điện trở tăng.

Nhiệt độ giảm >>> Điện trở giảm.

•         Nghịch nhiệt điện trở (Negative temperature coefficient)

Nhiệt độ tăng >>> Điện trở giảm.

Nhiệt độ giảm >>> Điện trở tăng.

Nhiệt điện trở là thiết bị điện trở thụ động, có nghĩa là chúng ta cần truyền một dòng điện qua nó để tạo ra một điện áp có thể đo được. Sau đó, các nhiệt điện thường được kết nối nối tiếp với một điện trở phân cực phù hợp để tạo thành một mạng phân chia tiềm năng và việc lựa chọn điện trở cho một đầu ra điện áp ở một số điểm hoặc giá trị nhiệt độ được xác định trước .

Chính vì thế các cảm biến nhiệt độ NTC hoặc PTC được dùng để đo nhiệt độ nước làm mát trong hệ thống Chiller hoặc AHU hay còn gọi là cảm biến nhiệt độ dàn lạnh.

Đầu dò nhiệt độ | Resistance 

Một loại cảm biến nhiệt độ điện trở khác là Đầu dò nhiệt độ điện trở hoặc RTD. RTD cảm ứng là các cảm biến nhiệt độ chính xác được chế tạo từ các kim loại dẫn điện có độ tinh khiết cao như bạch kim, đồng hoặc niken vào cuộn dây và có điện trở thay đổi theo chức năng của nhiệt độ, tương tự như nhiệt điện trở. Cũng có sẵn là RTD từ màng mỏng. Các thiết bị này có một màng mỏng bạch kim được dán trên đế gốm trắng.

Đầu báo nhiệt độ điện trở có hệ số nhiệt độ dương (PTC) nhưng không giống như nhiệt điện trở, đầu ra của chúng cực kỳ tuyến tính tạo ra các phép đo nhiệt độ rất chính xác. Tuy nhiên, chúng có độ nhạy nhiệt rất kém, đó là sự thay đổi nhiệt độ chỉ tạo ra sự thay đổi đầu ra rất nhỏ, ví dụ 1 / oC.

Các loại RTD phổ biến hơn được làm từ bạch kim và được gọi là Nhiệt kế điện trở bạch kim Platinum Resistance Thermometer ( PRT )với phổ biến nhất trong số chúng là cảm biến Pt100, có giá trị điện trở tiêu chuẩn là 100Ω ở 0oC. Nhược điểm là Platinum đắt tiền và một trong những nhược điểm chính của loại thiết bị này là giá thành của nó. Cảm biến nhiệt độ RTD còn được gọi là cảm biến nhiệt độ Pt100 do chịu được nhiệt độ cao và chính xác cao.

Ngoài cảm biến nhiệt độ Pt100 có 3 loại : Pt100 2 dây , Pt100 3 dây , Pt100 4 dây. Trong đó, cảm biến nhiệt độ Pt100 3 dây được dùng nhiều nhất so với cảm biến nhiệt độ pt100 2 dây và Pt100 4 dây bởi phổ biến độ chính xác cao. Ngoài ra còn có một loại RTD khác chính là cảm biến nhiệt độ Pt1000 cho ra độ chính xác cao hơn cả Pt100 nhưng rất hiếm sử dung do giá thành cao hơn nhiều so với giá cảm biến nhiệt độ Pt100.

Giống như nhiệt điện trở, RTD, là các thiết bị điện trở thụ động và bằng cách truyền một dòng điện không đổi qua cảm biến nhiệt độ, có thể thu được điện áp đầu ra tăng tuyến tính theo nhiệt độ. Một RTD điển hình có điện trở cơ bản khoảng 100Ω ở 0oC, tăng lên khoảng 140Ω ở 100oC với dải nhiệt độ hoạt động trong khoảng từ -200 đến + 600oC.

Bởi vì RTD là một thiết bị điện trở, chúng ta cần truyền một dòng điện qua chúng và theo dõi điện áp kết quả. Tuy nhiên, bất kỳ sự thay đổi điện trở nào do nhiệt tự của dây điện trở khi dòng điện chạy qua nó, I2R, (Luật Ohms) đều gây ra lỗi trong bài đọc. Để tránh điều này, RTD thường được kết nối vào mạng Cầu Wheatstone có thêm dây kết nối để bù chì và / hoặc kết nối với nguồn dòng không đổi.

Cặp nhiệt điện | Thermocouple

Cặp nhiệt điện gồm hai dây dẫn kim loại có tính chất hóa học khác nhau, được hàn dính với nhau ở hai đầu. Bởi vì nó có hai dây dẫn được làm từ hai kim loại khác nhau nên được gọi là “cặp nhiệt điện”. Hai kim loại này giãn nở trong phạm vi nhiệt độ khác nhau, dẫn đến độ nhạy của chúng cũng khác nhau. Độ nhạy của cặp nhiệt điện xác định mức độ chênh lệch điện thế khi nhiệt độ thay đổi 1° C. Đối với hầu hết các cặp nhiệt điện được làm từ kim loại, giá trị chênh lệch này nằm trong khoảng từ 5 microvolts/° C đến 40 microvolts/° C.

Bởi vì độ nhạy của cặp nhiệt điện không phụ thuộc vào độ dày của kim loại nên kim loại mỏng nhất cũng có thể làm cảm biến nhiệt độ. Hơn nữa, kim loại có đặc tính dẻo, có tốc độ phản ứng tốt, dùng chế tạo cặp nhiệt điện có thể đo được quá trình thay đổi nhiệt độ nhanh.

Cặp nhiệt điện cho đến nay là loại được sử dụng phổ biến nhất trong tất cả các loại cảm biến nhiệt độ. Sự phổ biến của cặp nhiệt điện do tính đơn giản, dễ sử dụng và tốc độ phản ứng của chúng với sự thay đổi nhiệt độ, chủ yếu là do kích thước nhỏ của chúng. Cặp nhiệt điện cũng có phạm vi nhiệt độ rộng nhất trong tất cả các cảm biến nhiệt độ từ dưới -200oC đến hơn 2000oC.

Cặp nhiệt điện là các cảm biến nhiệt điện về cơ bản bao gồm hai điểm nối của các kim loại khác nhau, chẳng hạn như đồng và hằng số được hàn hoặc uốn với nhau. Một điểm nối được giữ ở nhiệt độ không đổi được gọi là điểm nối tham chiếu (Lạnh), trong khi điểm còn lại là điểm nối (Nóng). Khi hai điểm nối ở nhiệt độ khác nhau, một điện áp được phát triển trên đường giao nhau được sử dụng để đo cảm biến nhiệt độ như hình dưới đây.

Hiệu trưởng hoạt động của một cặp nhiệt điện rất đơn giản và cơ bản. Khi hợp nhất với nhau, điểm nối của hai kim loại khác nhau như đồng và hằng số tạo ra hiệu ứng nhiệt điện điện tử, tạo ra sự khác biệt tiềm năng không đổi chỉ có một vài milivol (mV) giữa chúng. Chênh lệch điện áp giữa hai điểm nối được gọi là hiệu ứng Se Seeckeck do một gradient nhiệt độ được tạo ra dọc theo các dây dẫn tạo ra một emf. Sau đó, điện áp đầu ra từ một cặp nhiệt điện là một hàm của sự thay đổi nhiệt độ.

Nếu cả hai mối nối đều ở cùng nhiệt độ thì sự khác biệt tiềm năng giữa hai mối nối bằng không, nói cách khác, không có đầu ra điện áp là V1 = V2. Tuy nhiên, khi các điểm nối được kết nối trong một mạch và ở cả hai nhiệt độ khác nhau, đầu ra điện áp sẽ được phát hiện liên quan đến sự chênh lệch nhiệt độ giữa hai điểm nối, V1 – V2. Sự khác biệt về điện áp này sẽ tăng theo nhiệt độ cho đến khi đạt được mức điện áp cực đại tiếp giáp và điều này được xác định bởi các đặc tính của hai kim loại khác nhau được sử dụng.

Cặp nhiệt điện có thể được chế tạo từ nhiều loại vật liệu khác nhau cho phép đo nhiệt độ cực từ -200oC đến hơn 2000oC. Với sự lựa chọn lớn về vật liệu và phạm vi nhiệt độ, các tiêu chuẩn được quốc tế công nhận đã được phát triển hoàn chỉnh với mã màu cặp nhiệt điện để cho phép người dùng chọn cảm biến cặp nhiệt điện chính xác cho một ứng dụng cụ thể.

Đầu dò nhiệt độ loại Thermocouple có nhiều loại khác nhau trong đó cảm biến nhiệt độ loại K được sử dụng phổ biến nhất do có thang đo rộng từ 0-1200oC. Cảm biến can K được dùng cho các ứng dụng đo nhiệt độ công nghiệp như lò nung , luyện thép, đo nhiệt độ lò hơi …

Các thiết bị đo nhiệt độ khác

Nhiệt kế lưỡng kim hay còn gọi là thermostat 

Nhiệt kế lưỡng kim bao gồm hai miếng kim loại có hệ số giãn nở khác nhau. Hai miếng kim loại này ép vào nhau và cuộn thành một thanh có dạng lò xo. Khi nhiệt độ thay đổi, thanh kim loại này sẽ cong lại, hoặc ít hoặc nhiều làm thay đổi vị trí ban đầu của kim chỉ thỉ.

Đồng hồ đo nhiệt độ dạng lưỡng kim hay còn gọi là rơle cảm biến nhiệt độ ( temperature switch )

Khi nhiệt độ tăng, chiều dài của một trong hai thanh kim loại giãn nở, thanh kim loại còn lại vẫn giữ nguyên. Do đó, sự giãn nở tuyến tính của thanh kim loại này làm cho kim chỉ thị dịch chuyển. Kim chỉ thị thay đổi nhanh chóng chuyển hóa thành tín hiệu ở đầu ra có sẵn.

Công tắt nhiệt độ được sử dụng để đo nhiệt độ trực tiếp trên đường ống và xuất một tín hiệu NO/NC ra khi nhiệt độ tới mức giới hạn cài đặt . Từ tín hiệu NO/NC này chúng ta có thể điều khiển hệ thống chạy theo mong muốn.

Cảm biến nhiệt độ của chất lỏng và không khí hay còn gọi là đồng hồ đo nhiệt độ

Khi nhiệt độ thay đổi, chất lỏng và khí cũng sẽ tạo ra sự thay đổi tương ứng về thể tích. Nói rõ hơn, nhiệt độ tăng thể tích của chất lỏng và khí tăng; ngược lại nhiệt độ giảm, thể tích của chất lỏng và khí giảm. Chính sự giãn nở do nhiệt độ này làm thay đổi vị trí ban đầu của kim chỉ thị. Cuối cùng đem lại kết quả đo lường về nhiệt độ của vật thể cần được đo lường.
Đồng hồ đo nhiệt độ có nhiệm vụ hiển thị nhiệt độ đo được ngay trên đồng hồ đảm bảo độ chính xác để người vận hành có thể giám sát được nhiệt độ trong hệ thống. 

Ứng dụng của cảm biến nhiệt độ

Cảm biến nhiệt độ được sử dụng để đo lường và kiểm soát nhiệt độ, bù trừ nhiệt độ, tốc độ dòng chảy, đo lưu lượng và tốc độ của gió, đo mức chất lỏng, đo bức xạ tia cực tím và hồng ngoại, đo công suất,.. và được ứng dụng rộng rãi trong Tivi màu. Nó giúp điều chỉnh màu màn hình máy tính, chuyển đổi nguồn điện, máy nước nóng, tủ lạnh, thiết bị nhà bếp, điều hòa không khí, ô tô và các lĩnh vực công nghiệp khác. Trong vài năm trở lại đây, sự phát triển vượt bậc của ngành công nghệ điện tử ô tô và điện tử tiêu dùng đã thúc đẩy nhu cầu sử dụng của cảm biến nhiệt độ. Có thể nói, đây là thiết bị cực kỳ tiềm năng trong tương lai không xa.

Cảm biến nhiệt độ nước làm mát

Ô tô là một trong những hệ thống cần giám sát nhiệt độ nước làm mát một cách chính xác nhất. Nó giúp giải nhiệt cho động cơ và giữ cho động cơ ô tô hoạt động một nhiệt độ cố định nhằm tiết kiệm nhiên liệu cho oto. Chính vì thế mà cảm biến nhiệt độ nước làm mát hay còn gọi là cảm biến nhiệt độ dàn lạnh đóng vai trò rất quan trọng trong các mẫu ô tô hiện đại ngày nay.

Cảm biến nhiệt độ nước làm mát hay còn gọi là ECT – viết tắt của Engine Coolant Temperature, là một trong những cảm biến rất quan trọng giúp bảo vệ động cơ, nâng cao hiệu quả làm việc của động cơ cũng như giúp cho động cơ hoạt động ổn định.

Các máy điều hoà không khí hay các máy lạnh trung tâm cũng cần các loại cảm biến nhiệt độ để điều chỉnh nhiệt độ theo yêu cầu. Ngày nay, các máy lạnh đều có Inverter , các cảm biến nhiệt độ sẽ đo nhiệt độ và truyền tín hiệu trực tiếp vào inverter giúp máy lạnh chạy êm hơn & tiết kiệm điện năng. 

Cảm biến nhiệt độ nước nóng

Giám sát nhiệt độ nước nóng như lò hơi, máy nước nóng hay nhiệt độ nước hồi về của dàn trao đổi nhiệt cần phải dùng tới cảm biến nhiệt độ nước nóng. Các loại cảm biến nhiệt độ Pt100 cần phải có giới hạn đo cao hơn nhiệt độ cần đo ít nhất 20% để làm tăng tuổi thọ của đầu dò nhiệt độ.

Nhiệt độ trong lò hơi cần giám sát nhiều điểm để bảo an toàn cho hệ thống cũng như người vận hành. Chúng ta cần chọn các cảm biến nhiệt độ có tiêu chuẩn cao để có kết quả đo chính xác nhất.

Cảm biến nhiệt độ và độ ẩm không khí

Các máy đo độ ẩm và nhiệt độ được lắp trong các kho chưa hàng , thư viện , kho nguyên liệu nhằm giám sát độ ẩm trong phòng một cách chính xác nhất.

Ngoài việc giám sát nhiệt độ thì trong các kho chứa cần giám sát thêm độ ẩm. Các cảm biến nhiệt độ và độ ẩm không khí thường được tích hợp chung trong một đầu dò của cảm biến. Tín hiệu ngõ ra của máy đo nhiệt độ và độ ẩm thường là tín hiệu 4-20mA hoặc 0-10V với hai tín hiệu độc lập.

Cảm biến nhiệt độ máy ấp trứng

Máy ấp trứng công nghiệp với công suất lớn từ 10.000 trứng trở lên cần giám sát nhiệt độ và độ ẩm một cách chính xác theo từng thời kỳ. Trong đó , nhiệt độ cần giám sát từ 36-37oC và độ ẩm 48-60% cần được giữ cho chính xác trong thời gian ấp trứng.

Cảm biến nhiệt độ máy ấp trứng cần hoạt động bền bỉ chính xác bởi nhiệt độ đóng vai trò quan trọng trong việc điều khiển hệ thống gia nhiệt giữ nhiệt độ trong máy luôn ổn định. Ngoài ra , cảm biến độ ẩm trong máy ấp trứng cũng đóng vai trò quan trọng không kém so với cảm biến nhiệt độ.

Mua cảm biến nhiệt độ ở đâu uy tín tại TP. HCM?

Bạn có nhu cầu về các thiết bị cảm biến nhiệt độ công nghiệp, cảm biến nhiệt độ RTD – Pt100, cảm biến nhiệt độ can nhiệt,…? Bạn phân vân không biết nên mua cảm biến nhiệt độ ở đâu chất lượng ? Công Ty TNHH Kỹ Thuật Tự Động Hưng Phát là câu trả lời dành cho bạn. Chúng tôi chuyên phân phối các thiết bị điện nhập khẩu cao cấp từ G7, hàng chính hãng 100%, tem nhãn đầy đủ. Tuyệt đối không sử dụng các sản phẩm kém chất lượng lừa gạt niềm tin của khách hàng. Nếu chất lượng sản phẩm không đúng như miêu tả, cam kết bồi thường 200%.

Bài viết tham khảm: Cảm biến điện dung là gì ?

 

Thông tin liên hệ

Kỹ sư cơ điện tử Mr Trọng

SĐT: 0975 116 329 (Zalo)

Mail: trongle@huphacon.vn