Cảm biến nhiệt độ là một thiết bị phổ biến được dùng để đo sự biến đổi về nhiệt độ của các đại lượng cần đo. Chúng được sử dụng nhiều trong công nghiệp cũng như dân dụng. Vậy cảm biến nhiệt độ là gì? Cấu tạo, nguyên lý hoạt động và ứng dụng của cảm biến nhiệt độ ra sao? Hãy cùng Bảo An Automation tìm hiểu trong bài viết dưới đây.
- Cảm biến nhiệt độ là gì? Một thiết bị dùng để đo và ghi lại nhiệt độ của một vật thể hoặc môi trường xung quanh. Cảm biến nhiệt độ có thể sử dụng trong nhiều ứng dụng khác nhau, từ đo nhiệt độ của các thiết bị điện tử cho đến đo nhiệt độ của các quá trình sản xuất công nghiệp.
- Cảm biến nhiệt độ là gì? Là phát hiện và đo độ nóng, độ mát và chuyển đổi thành tín hiệu điện.
Các ứng dụng thường thấy của cảm biến nhiệt:
- Trong hệ thống HVAC/R, cảm biến nhiệt độ kỹ thuật số của chúng tôi giúp giám sát hệ thống sưởi và làm mát công nghiệp, đồng thời cặp nhiệt điện cung cấp tín hiệu phản hồi cho bộ điều nhiệt thông minh để điều khiển cho bộ điều khiển nồi hơi trong nhà.
- Trong máy bay thương mại, nhiệt điện trở NTC đo nhiệt độ không khí và khí, trong một thiết kế thu nhỏ và nhẹ giúp tiết kiệm không gian trong các hệ thống nhỏ.
- Trong bếp lò và thiết bị gia dụng, cảm biến nhiệt độ bạch kim có thể giúp các đầu bếp nghiệp dư chuẩn bị bữa ăn một cách hoàn hảo – và đảm bảo họ bảo quản bữa ăn an toàn.
- Trong lò vi sóng, cảm biến nhiệt điện có thể đo nhiệt độ mà không tiếp xúc với thực phẩm
Hình 1: Cảm biến nhiệt độ
- Cấu tạo của cảm biến nhiệt độ phụ thuộc vào loại cảm biến. Tuy nhiên, nhìn chung, một cảm biến nhiệt độ bao gồm hai phần chính là thân cảm biến và bộ chuyển đổi tín hiệu.
- Thân cảm biến thường được làm bằng vật liệu dẫn nhiệt tốt như kim loại, nhôm, hoặc nhựa chịu nhiệt. Trong thân cảm biến thường có một đầu dùng để tiếp xúc với vật thể hoặc môi trường cần đo nhiệt độ. Đầu này có thể được làm bằng các loại vật liệu khác nhau tùy thuộc vào ứng dụng cụ thể, ví dụ như thép không gỉ, đồng, hay các vật liệu bán dẫn.
- Bộ chuyển đổi tín hiệu sẽ chuyển đổi tín hiệu được tạo ra bởi thân cảm biến thành tín hiệu điện. Đối với các loại cảm biến nhiệt độ như thermocouple hoặc RTD, tín hiệu điện này sẽ được đo bằng một đồng hồ đo nhiệt độ hoặc bộ điều khiển. Đối với các loại cảm biến nhiệt độ bán dẫn, tín hiệu điện này sẽ được chuyển đổi thành tín hiệu điện trở hoặc dòng điện, sau đó được đo bằng các công cụ tương ứng.
Ngoài ra, một số loại cảm biến nhiệt độ còn có các tính năng bổ sung như chức năng tự động điều chỉnh nhiệt độ, chống nhiễu, hoặc chống ẩm.
Hình 2: Cấu tạo của cảm biến nhiệt độ
- Nguyên lý hoạt động của cảm biến nhiệt độ phụ thuộc vào loại cảm biến. Tuy nhiên, nhìn chung, cảm biến nhiệt độ hoạt động dựa trên nguyên lý thay đổi một đặc tính nào đó của vật liệu khi nhiệt độ thay đổi.
- Ví dụ, cảm biến nhiệt độ thermocouple làm việc dựa trên hiệu điện thế (EMF) được tạo ra từ sự khác biệt nhiệt độ giữa hai vật liệu khác nhau. Thermocouple bao gồm hai dây kim loại khác nhau được nối lại với nhau ở một đầu. Khi đầu này được tiếp xúc với một vật thể hoặc môi trường có nhiệt độ khác biệt so với đầu kia, sự khác biệt nhiệt độ này tạo ra một hiệu điện thế, cảm biến nhiệt độ sẽ đo và đưa ra giá trị nhiệt độ tương ứng.
- Cảm biến nhiệt độ RTD (Resistance Temperature Detector) hoạt động dựa trên sự thay đổi điện trở của vật liệu dẫn điện khi bị nung nóng. RTD bao gồm một dây kim loại hoặc bốn dây kim loại được đặt trong một thân cảm biến. Khi nhiệt độ tăng lên, điện trở của dây kim loại sẽ tăng theo một đường cong chuẩn, cảm biến nhiệt độ sẽ đo và đưa ra giá trị nhiệt độ tương ứng
- Cảm biến nhiệt độ bán dẫn hoạt động dựa trên sự thay đổi điện trở hoặc dòng điện của vật liệu bán dẫn khi bị nung nóng. Cảm biến nhiệt độ bán dẫn có thể được làm bằng các vật liệu bán dẫn khác nhau như silic, germani hoặc gali. Khi nhiệt độ tăng lên, số điện tử trong vật liệu bán dẫn sẽ tăng, làm tăng điện trở hoặc dòng điện của vật liệu. Cảm biến nhiệt độ sẽ đo và đưa ra giá trị nhiệt độ tương ứng.
- Cảm biến nhiệt độ hồng ngoại hoạt động dựa trên sự phát xạ của vật thể ở một bước sóng hồng ngoại nhất định, được chuyển đổi thành nhiệt độ của vật thể đó. Cảm biến này bao gồm một bộ phận thu sóng hồng ngoại, một bộ phận xử lý tín hiệu và một bộ phận hiển thị kết quả. Khi bức xạ hồng ngoại từ vật thể đến cảm biến, bộ phận thu sóng hồng ngoại sẽ nhận dạng bước sóng hồng ngoại tương ứng với nhiệt độ của vật thể, sau đó bộ phận xử lý tín hiệu sẽ chuyển đổi bước sóng thành giá trị nhiệt độ tương ứng.
- Ở trên, chúng ta đã tìm hiểu khái niệm cảm biến nhiệt độ là gì? Nhưng chúng được phân loại như thế nào? Hãy tìm hiểu ngay sau đây.
Phân loại các loại cảm biến nhiệt độ chủ yếu dựa trên nguyên lý hoạt động và ứng dụng của chúng. Dưới đây là các loại cảm biến nhiệt độ phổ biến:
- Cảm biến nhiệt độ Thermocouple có hình dáng, chất liệu đa dạng. Dải đo rộng −180 °C to 2,320 °C (Tùy vào chất liệu của phần tử nhiệt)
- Thời gian phản ứng của cặp nhiệt điện nhanh hơn RTD.
- Cặp nhiệt điện có độ nhạy kém, có nghĩa là nó không thể nhận ra một sự thay đổi nhỏ về nhiệt độ.
- Cặp nhiệt điện được sử dụng trong nhiều ứng dụng công nghiệp, khoa học. Chúng có thể được tìm thấy ở hầu hết các thị trường công nghiệp: Sản xuất điện, Khai thác mỏ, Dầu khí, Dược phẩm, Công nghệ sinh học, Xi măng, Giấy, Thủy tinh, v.v. Cặp nhiệt điện cũng được sử dụng trong các thiết bị hàng ngày như bếp lò, lò nung, lò nung và lò nướng bánh pizza.
- Cảm biến nhiệt độ Thermocouple thông thường có giá thành rẻ hơn Cảm biến nhiệt độ RTD
Ví dụ: Cảm biến nhiệt độ loại K của Omron E52-CA1DY M6 2M. Xem chi tiết tại đây
- Loại cảm biến này có độ nhạy cao, ổn định và chính xác hơn loại Thermocouple. Nhược điểm là đặt hơn Cảm biến nhiệt độ Thermocouple
- Cảm biến nhiệt độ RTD phù hợp hơn để đo phạm vi nhiệt độ thấp hơn. Phạm vi đo của RTD nằm trong khoảng từ -200°C đến 500°C.
- Được sử dụng rộng rãi trong nhiều ứng dụng công nghiệp bao gồm nồi hơi công nghiệp, hóa dầu, giám sát khí thải, y tế, dược phẩm, thực phẩm và các lĩnh vực khác.
- Loại cảm biến này có độ chính xác cao, kích thước nhỏ gọn và thời gian đáp ứng nhanh, thích hợp cho các ứng dụng trong điện tử và công nghiệp.
- Thường được tìm thấy các ứng dụng trong thiết bị điện tử tiêu dùng, như máy tính, điện thoại thông minh và máy tính xách tay, để theo dõi nhiệt độ pin và CPU, đồng thời ngăn ngừa quá nhiệt
Loại cảm biến này được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng y tế, thực phẩm, môi trường và trong các ứng dụng không tiếp xúc. Có thể ghi lại các dữ liệu đo và suất ra file báo cáo/theo dõi
Các ứng dụng chính của nhiệt kế hồng ngoại được đưa ra dưới đây:
- Hệ thống sưởi và điều hòa không khí
- Phát hiện sự cố cách nhiệt, tổn thất và tăng nhiệt cũng như rò rỉ lò và ống dẫn
- Công nghiệp/Điện: Giám sát hiệu suất của hệ thống làm mát động cơ/động cơ, hoạt động của nồi hơi, hệ thống hơi nước và phát hiện các điểm nóng trong hệ thống điện và bảng điều khiển
- An toàn thực phẩm: Kiểm tra hiệu suất thiết bị, vệ sinh và điều kiện nhiệt độ quy trình, đồng thời quét tủ trưng bày, xe tải, khu vực bảo quản và hệ thống làm mát
- Nông nghiệp: Theo dõi nhiệt độ thực vật để biết mức độ căng thẳng và chất độn chuồng của động vật để phát hiện tình trạng hư hỏng.
Kết luận: Trong bài viết này, Bảo An đã gửi đến bạn kiến thức về cảm biến nhiệt độ là gì? Cấu tạo, nguyên lý hoạt động và ứng dụng của cảm biến nhiệt độ. Mong rằng, bài viết là kiến thức bổ ích giúp bạn hiểu về cảm biến nhiệt độ và từ đó lựa chọn chính xác loại cảm biến nhiệt độ phù hợp với ứng dụng của mình.
