Cảm Biến Nhiệt Độ Là Gì? Cấu Tạo Và Cơ Chế Hoạt Động Như Thế Nào?

Cảm biến nhiệt độ là một trong những loại cảm biến có tính vật lý cần thiết với đời sống con người và được sử dụng rất phổ biến trong dân dụng và trong công nghiệp. Được ứng dụng phổ biến như vậy nhưng không phải ai cũng hiểu rõ về nó, về cấu rạo ra sao, phân loại thế nào và nguyên lý hoạt động như nào? Vậy hãy cùng Bazo tìm hiểu qua loại thiết bị cảm biến này thông qua bài viết dưới đây nhé!

Đơn vị đo nhiệt độ mà thiết bị đưa ra có thể là độ C, độ F hoặc độ K.

Tùy vào từng ngành như trong công nghiệp thực phẩm, dược phẩm, cơ khí và hóa chất, … mà cảm biến nhiệt có thiết kế đặc trưng cho từng loại bởi ngành nào cũng đòi phải có độ chính xác cũng như độ tin cậy cao trong các lần đo.

Với vật liệu thường dùng là bạch kim và niken, do có điện trở suất cao và tính ổn định của chúng mà từ đó các phép đo nhiệt độ được thực hiện với cảm biến nhiệt có độ chính xác và đáng tin cậy hơn nhiều so với các phép đo được thực hiện với các loại cặp nhiệt điện hoặc nhiệt kế khác.

Độ dung sai của cảm biến thể hiện độ chính xác của thiết bị, độ dung sai càng nhỏ thì độ chính xác càng cao. Cao nhất là 0.1% là tiêu chuẩn AA.

Ngoài ra, cảm biến nhiệt độ còn có tên gọi khác là cảm biến điện trở metal bởi cơ sở dựa trên sự thay đổi điện trở của kim loại với sự thay đổi nhiệt độ vượt trội.

Cấu tạo của cảm biến nhiệt độ

Cấu tạo của cảm biến nhiệt có hai thành phần có vai trò chính là 2 dây kim loại khác nhau được gắn vào đầu nóng và đầu lạnh. Ngoài ra thì để cấu thành lên bộ cảm biến nhiệt hoàn chỉnh, hầu như bao gồm các bộ phận sau:

• Bộ phận cảm biến: là bộ phận quyết định đến độ chính xác của toàn bộ thiết bị cảm biến, được đặt bên trong vỏ bảo vệ sau khi đã kết nối với đầu nối.
• Dây kết nối: các bộ phận cảm biến có thể được kết nổi bằng 2,3 hoặc 4 dây kết nổi còn vật liệu dây sẽ phụ thuộc hoàn toàn vào điều kiện sử dụng đầu đo.
• Chất cách điện gốm: có nhiệm vụ chủ yếu là làm chất cách điện ngừa đoản mạch và thực hiện cách điện giữa các dây kế nối với vỏ bảo vệ.
• Phụ chất làm đầy: gồm bột alumina mịn, được sấy khô và rung có chức năng chính là lắp đầy tất cả khoảng trống để bảo vệ cảm biến khỏi các rung động.
• Vỏ bảo vệ: được dùng để bảo vệ bộ phận cảm biến và dây kết nối, được làm bằng vật liệu phù hợp với kích thước phù hợp và khi cần thiết có thể bọc thêm vỏ bọc bằng vỏ bổ sung.
• Đầu kết nối: được làm bằng vật liệu cách điện (gốm), chứa các bảng mạch, cho phép kết nối của điện trở. Trong đó, bộ chuyển đổi 4-20mA khi cần thiết có thể được cài đặt thay cho bảng đầu cuối.

Cơ chế hoạt động của cảm biến nhiệt độ

Cảm biến nhiệt độ hoạt động dựa trên sự thay đổi điện trở của kim loại so với sự thay đổi nhiệt độ. Tức khi có sự chênh lệch nhiệt độ giữa đầu nóng và đầu lạnh thì sẽ phát sinh một sức điện động V tại đầu lạnh. Và nhờ vào thuộc tính của vật liệu mà cho ra độ ổn định và có thể đo được nhiệt ở đầu lạnh. Do vậy mới cho ra các loại cặp nhiệt độ, mỗi loại cho ra 1 sức điện động khác nhau: E, J, K, R, S, T.

Cũng chính bởi chất liệu lõi từ bạch kim và vỏ bọc ngoài bằng đồng bền bỉ, ổn định mà nguyên lí làm việc của thiết bị cảm này chủ yếu dựa trên mối quan hệ giữa vật liệu kim loại và nhiệt độ. Khi nhiệt độ là 0 thì điện trở ở mức 100Ω và điện trở của kim loại tăng lên khi nhiệt độ tăng và ngược lại.

Và trong đó, việc tích hợp bộ chuyển đổi tín hiệu giúp nâng cao hiệu suất làm việc của cảm biến nhiệt và giúp cho việc vận hành, lắp đặt được dễ dàng hơn. Đồng thời nhờ sử dụng đầu dò bằng bạch kim, không bị ăn mòn, rất nhạy với nhiệt độ, hoạt động ổn định.

Phân loại

Phân loại theo dây

Cảm biến nhiệt hai dây

Là loại có độ chính xác có thể nói là thấp nhất và chỉ được sử dụng trong trường hợp kết nối độ bền nhiệt được thực hiện với dây điện trở ngắn và điện trở thấp hay kiểm tra mạch điện tương đương, có thể lưu ý rằng điện trở đo được là tổng của phần tử cảm biến và điện trở của dây dẫn được sử dụng cho kết nối.

Lỗi trong phép đo này phụ thuộc vào nhiệt độ.

Cảm biến nhiệt ba dây

Loại này cho mức độ đo chính xác tốt hơn, kỹ thuật ba dây được sử dụng nhiều nhất trong lĩnh vực công nghiệp. Bởi với kỹ thuật đo lường này có thể loại bỏ các lỗi gây ra bởi điện trở của các dây dẫn; ở đầu ra, điện áp phụ thuộc hoàn toàn vào sự biến đổi điện trở của cảm biến nhiệt và điều chỉnh liên tục theo nhiệt độ.

Cảm biến nhiệt bốn dây

Loại này cho độ chính xác lớn nhất có thể nhưng ít được sử dụng trong lĩnh vực công nghiệp, nó hầu như chỉ được sử dụng trong các ứng dụng trong phòng thí nghiệm.

Phân loại theo mục đích sử dụng

• Cảm biến nhiệt độ (Cặp nhiệt điện – Thermocouple).
• 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).

Ứng dụng của cảm biến nhiệt độ

Cảm biến nhiệt độ ngày nay rất đa dạng về chức năng nên được ứng dụng vào các nhu cầu thực tế trong cuộc sống 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,…

Bài viết trên đây là tổng quát những thông tin cơ bản về cảm biến nhiệt độ mà người trong ngành nói riêng và mọi người nói chung cần nắm được để có thể lựa chọn, sử dụng một cách phù hợp. Theo dõi Bazo để đọc những bài viết liên quan nhé!