Cảm biến giám sát nhiệt độ

Cảm biến giám sát nhiệt độ dùng trong công nghiệp và dân dụng. Là thiết bị dùng để giám sát nhiệt độ trong các ứng dụng như đo nhiệt độ trong đường ống, đo nhiệt độ trong phòng, đo nhiệt độ trong các bể chứa, giám sát nhiệt độ môi trường. Có nhiều thiết bị khác nhau có thể đáp ứng các ứng dụng trên. Trong bài chia sẽ này mình xin giới thiệu một số loại thông dụng cho quý khách hàng.

Cảm biến giám sát nhiệt độ là thiết bị được sử dụng để đo và theo dõi nhiệt độ của môi trường, vật thể hoặc hệ thống trong thời gian thực. Cảm biến này chuyển đổi giá trị nhiệt độ thành tín hiệu điện hoặc dữ liệu kỹ thuật số để hiển thị, ghi lại hoặc điều khiển các thiết bị khác.

Các dòng Cảm biến giám sát nhiệt độ  thường được sử dụng: 

• Dòng Cảm biến nhiệt điện trở (RTD): Độ chính xác cao, dãy đo rộng, độ bền cao, dùng chủ yếu trong công nghiệp.
• Dòng Cảm biến nhiệt điện (Thermocouple): Đo nhiệt độ cao, phản hồi nhanh, thang đo rộng, dùng chủ yếu trong ngành luyện kim.
• Cảm biến nhiệt bán dẫn (Thermistor): Giá thành thấp, dùng trong các ứng dụng nhỏ, đơn giản, dãy đo nhỏ, tích hợp trong các bản mạch.
• Cảm biến hồng ngoại (IR): Đo nhiệt độ từ xa, không tiếp xúc trực tiếp, dùng để kiểm tra nhiệt nhanh, các ứng dụng đo nhiệt đơn giản, đo không tiếp xúc, thang đo nhỏ.

Giới thiệu nguyên lý và ưu nhược điểm của các dòng đo nhiệt độ 

1. Dòng cảm biến nhiệt độ RTD

Cảm biến nhiệt độ RTD (Resistance Temperature Detector) là loại cảm biến nhiệt độ hoạt động dựa trên nguyên lý sự thay đổi điện trở của kim loại khi nhiệt độ thay đổi. Khi nhiệt độ tăng hoặc giảm, điện trở của vật liệu  cũng thay đổi theo một cách tuyến tính và có thể đo lường được. Có nhiều dòng RTD khách nhau có thể kể tên như RTD Pt100, RTD Pt1000, RTD Cu50, RTD Cu100…Do đặc tính kỹ thuật nên dòng Pt100 và pt1000 là hai dòng phổ biến nhất hiện nay. Pt100 có nghĩa là 100 ohm tại 0 độ C, pt1000 là 1000 ohm tại 0 độ C.

Cấu tạo của dòng RTD như sau: 

1. Bộ phận cảm biến của thiết bị

• Là lõi chính của cảm biến, thường được làm từ Platinum (bạch kim).
• Điện trở của phần tử này tại 0°C là 100 ohm và thay đổi tuyến tính theo nhiệt độ.
• Phần tử cảm biến  nhiệt có thể được chế tạo theo 2 dạng:
• Dạng dây cuộn: Sợi bạch kim rất mảnh được quấn quanh lõi gốm hoặc thủy tinh. Dòng này có đặc tính đo nhiệt độ khá cao.
• Dạng màng mỏng (Thin-film): Một lớp mỏng bạch kim được khắc trên bề mặt cách điện, thường nhỏ gọn hơn và có phản hồi nhanh. Đặc tính là đo chính xác và dãy đo nhỏ hơn.

       2. Lõi cách điện của thiết bị. 

• • Được làm từ gốm sứ hoặc thủy tinh để giữ phần tử bạch kim ổn định và cách điện hoàn toàn.
  • Lõi giúp bảo vệ phần tử Pt100 khỏi bị hư hỏng và đảm bảo độ chính xác. Chống va đập tốt.

      3. Dây dẫn điện của thiết bị 

• Kết nối phần tử cảm biến với thiết bị đọc tín hiệu. Có các loại dây dẫn. Có loại 2 dây, 3 dây và 4 dây. Trong đó loại chính xác cao là 3 dây và 4 dây.

Có đến 70% các ứng dụng đo nhiệt độ sử dụng trong công nghiệp là dùng cảm biến pt100. Do đó chúng ta dễ dàng mua được trên thị trường với nhiều nhà cung cấp khác nhau.

2. Dòng Cảm biến nhiệt điện ( cặp nhiệt )

Cặp nhiệt điện Thermocouple là thiết bị đo nhiệt độ hoạt động dựa trên hiện tượng Seebeck, một hiện tượng trong vật lý mà một điện áp nhỏ xuất hiện khi có sự chênh lệch nhiệt độ giữa hai đầu của hai kim loại khác nhau được nối với nhau.

Cấu tạo của dòng Thermocouple như sau: 

• Thermocouple gồm hai dây kim loại chất liệu khác nhau được nối lại với nhau tại một đầu gọi là điểm nóng.
• Đầu còn lại gọi là điểm lạnh.
• Hiện tượng Seebeck của dòng thermocouple :
  • Khi có sự chênh lệch nhiệt độ giữa điểm nóng và điểm lạnh, một sức điện động sẽ xuất hiện trong mạch do sự khác biệt về độ dẫn điện và tính chất nhiệt điện của hai kim loại.
  • Điện áp này tỷ lệ thuận với sự chênh lệch nhiệt độ giữa hai điểm.
• Khả năng đo nhiệt độ:
  • Điện áp rất nhỏ (thường tính bằng mV) sinh ra được đo bởi thiết bị chuyên dụng như các bộ đọc nhiệt độ, bộ chuyển tín hiệu, PLC, bộ điều khiển…
  • Dựa vào bảng nhiệt điện động chuẩn hoặc công thức tương ứng với loại Thermocouple, ta sẽ tính được nhiệt độ tại điểm đo.

Các dòng thermocouple phổ biến hiện nay là:  Can nhiệt K, Can nhiệt J, can nhiệt B, can nhiệt E, can nhiệt S, can nhiệt T…

Bảng thông số các dòng can nhiệt được liệt kệ như sau:

Qua các thông số trên, thì chúng ta có thể tóm tắt, đặc tính của các dòng thermocouple như sau:

• Type K (Loại K): Lựa chọn phổ biến nhất cho hầu hết các ứng dụng công nghiệp.
• Type T (Loại T): Lý tưởng cho môi trường nhiệt độ thấp.
• Type S, R, B (Loại S, R, B): Sử dụng cho môi trường nhiệt độ cực cao với độ ổn định cao.
• Type N (Loại N): Là sự thay thế cải tiến cho loại K trong môi trường khắc nghiệt.

3. Cảm biến nhiệt bán dẫn (Thermistor)

Thermistor là một loại cảm biến nhiệt độ, được làm từ các vật liệu bán dẫn, có điện trở thay đổi mạnh khi nhiệt độ thay đổi. Tên “Thermistor” là viết tắt của Thermal Resistor (điện trở nhiệt). Dòng cảm biến bán dẫn được dùng chủ yêu trong các board mạch điện tử tích hợp, dùng trong các dòng cảm biến trong ứng dụng HVAC. Có hai dòng cảm biến bán dẫn chính đó là NTC và dòng PTC. Đặc điểm cấu tạo và nguyên lý được mô tả ngắn gọn như sau:

• NTC  viết tắt của Negative Temperature Coefficient:
  • Điện trở giảm khi nhiệt độ tăng.
  • Phổ biến nhất, thường được sử dụng để đo nhiệt độ hoặc kiểm soát nhiệt độ.
  • Ví dụ: Dùng trong các thiết bị gia dụng như máy điều hòa, tủ lạnh, lò vi sóng.
• PTC  viết tắt của Positive Temperature Coefficient:
  • Điện trở tăng khi nhiệt độ tăng.
  • Thường được dùng trong bảo vệ quá dòng hoặc quá nhiệt.

Ưu và nhược điểm của dòng cảm biến nhiệt bán dẫn:

• Độ nhạy cao: Phản hồi nhanh, phản ứng tức thì, nhạy nhiệt độ cao
• Kích thước nhỏ gọn: Dễ dàng tích hợp vào các hệ thống, lắp trong các thiết bị đo lường dễ dàng.
• Chi phí thấp: Giá thành rẻ hơn so với các cảm biến nhiệt độ khác như RTD hoặc Thermocouple.
• Dải đo nhiệt độ: Có thể đo từ -100°C đến 300°C. 

Nhược điểm của dòng cảm biến bán dẫn :

• Không tuyến tính: Điện trở không thay đổi tuyến tính theo nhiệt độ, cần hiệu chuẩn, bù trừ điện trở.
• Thang đo thấp : Không phù hợp với nhiều ứng dụng.
• Tuổi thọ không cao: Dễ bị sai số theo thời gian

Bảng thông số so sánh các dòng cảm biến nhiệt hiện nay : 

Như trên là một số thông tin mà chúng tôi chia sẽ về các dòng cảm biến nhiệt độ thông dụng. Mong rằng sẽ giúp ích các bạn trong việc chọn được thiết bị phù hợp. Nếu có thắc mắc trong việc chọn cảm biến. Các bạn hãy liện hệ chúng tôi theo thông tin sau để được tư vấn và nhận báo giá.

Phones: 0989 825 950 Mr Quốc –  Zalo : 0989 825 950

Email : Christian.Nguyen@Bff-tech.com