Có nhiều thiết bị đo và kiểm tra nhiệt độ môi trường, nhiệt độ dung dịch khác nhau. khả năng dùng nhiệt kế, máy đo độ ẩm không khí và một thiết bị thường được dùng là thermocouple. Vậy thermocouple là gì? cấu tạo, nguyên lý vận hành và ứng dụng thực tế của cảm biến nhiệt độ này.

Bạn đang xem: Thermocouple là gì

Định nghĩa thermocouple là gì?

Thermocouple trong tiếng Việt có nghĩa là cặp nhiệt điện là dụng cụ đo nhiệt độ. Nó dùng để đo nhiệt độ tại một điểm chi tiết. Nói cách khác, nó là một loại cảm biến được dùng để đo nhiệt độ dưới dạng dòng điện hoặc EMF.

Cặp nhiệt điện bao gồm hai dây dẫn bằng kim loại khác nhau được hàn với nhau ở hai đầu. Phần được hàn tạo ra đường giao nhau nơi nhiệt độ được dùng để đo. Sự biến thiên nhiệt độ của dây dẫn gây ra ra các hiệu điện thế.

Nguyên lý vận hành của thermocouple

Nguyên lý vận hành của cặp nhiệt điện phụ thuộc vào 3 yếu tố sau:

Hiệu ứng Seebeck

Hiệu ứng Seebeck xảy ra giữa hai kim loại khác nhau. Khi nhiệt lượng cung cấp cho một kim loại bất kỳ, các electron bắt đầu chuyển từ kim loại nóng sang kim loại lạnh. vì thế, tồn tại dòng điện một chiều cảm ứng trong mạch.

Nói một cách đơn giản, đó là hiện tượng trong đó sự chênh lệch nhiệt độ giữa hai kim loại khác nhau gây ra ra hiệu điện thế giữa chúng. Hiệu ứng Seebeck tạo ra điện áp nhỏ cho mỗi Kelvin nhiệt độ.

Hiệu ứng Peltier 

Hiệu ứng Peltier là nghịch đảo của hiệu ứng Seebeck. Hiệu ứng Peltier định nghĩa rằng sự chênh lệch nhiệt độ khả năng được tạo ra giữa hai dây dẫn khác nhau bất kỳ bằng cách áp dụng hiệu điện thế giữa chúng.

Hiệu ứng Thomson 

Hiệu ứng Thompson nói rằng khi hai kim loại khác nhau kết nối với nhau và nếu chúng tạo ra hai điểm nối thì điện áp gây ra ra toàn bộ chiều dài của dây dẫn vì gradien nhiệt độ. Gradient nhiệt độ là một ngôn từ vật lý cho biết hướng và tốc độ thay đổi ngay của nhiệt độ tại một vị trí chi tiết.

Cấu tạo cảm biến thermocouple

Cặp nhiệt điện bao gồm hai kim loại khác nhau. Các kim loại này được hàn với nhau tại điểm nối. Điểm giao nhau này được coi là điểm đo. Điểm giao nhau được phân thành ba loại.

Mối nối không bao quanh

Trong mối nối không được bao quanh, các dây dẫn được cách ly hoàn toàn khỏi vỏ bảo vệ . Nó được dùng cho các ứng dụng áp suất cao. Ưu điểm chính của việc dùng loại mối nối không bao quanh là nó làm sụt giảm tác động của từ trường lạc.

Nối đất

Phần nối đất, các kim loại và vỏ bảo vệ được hàn với nhau. Điểm nối đất dùng để đo nhiệt độ môi trường ăn mòn mạnh như axit, bazơ. Mối nối này cung cấp khả năng chống lại tiếng ồn.

Phần tiếp xúc

dùng ở những nơi bắt buộc phản hồi nhanh. Điểm nối tiếp xúc được dùng để đo nhiệt độ của khí.

Thermocouple vận hành như thế nào?

Nhuyên lý vận hành của thermcouple được minh họa như hình vẽ bên dưới. Mạch điện gồm hai kim loại khác nhau. Các kim loại này được kết nối với nhau theo cách mà chúng đang tạo ra hai điểm nối. Các kim loại được kết nối với mối nối thông qua mối hàn.

Nguyên lý vận hành của Thermocouple

Gọi P và Q là hai điểm giao nhau của cặp nhiệt điện. T1 và T2 là nhiệt độ tại các điểm nối. Khi nhiệt độ của các điểm nối khác nhau, EMF được tạo ra trong mạch.

Xem thêm: nam hay nữ Tiếng Anh Là Gì

Nếu nhiệt độ tại điểm giao nhau bằng nhau, EMF bằng nhau và ngược chiều tạo ra trong mạch và dòng điện bằng không chạy qua nó. 

Nếu nhiệt độ của các điểm nối không bằng nhau, thì sự chênh lệch điện thế gây ra ra trong mạch. 

Độ lớn của cảm ứng EMF trong mạch phụ thuộc vào loại vật liệu được dùng để chế tạo cặp nhiệt điện. Tổng dòng điện chạy qua mạch được đo qua các thiết bị đo.

Cảm ứng EMF trong mạch cặp nhiệt điện được đưa ra bằng phương trình

E = a(Δθ) + b(Δθ)2

Trong đó:

Δθ – chênh lệch nhiệt độ giữa điểm nối cặp nhiệt điện nóng và điểm nối cặp nhiệt điện tham chiếu. a, b – hằng số.

Dụng cụ đo EMF

EMF thu được từ các cặp nhiệt điện khả năng được đo bằng các phương pháp sau.

Đồng hồ vạn năng 

Đây là một phương pháp đơn giản hơn để đo EMF đầu ra của cặp nhiệt điện. Đồng hồ vạn năng được kết nối với các điểm nối lạnh của cặp nhiệt điện . Độ lệch của kim đồng hồ vạn năng bằng cường độ dòng điện chạy qua đồng hồ.

Chiết áp

Đầu ra của cặp nhiệt điện cũng khả năng được đo với sự trợ giúp của chiết áp DC.Bộ khuếch đại với thiết bị đầu ra Đầu ra thu được từ cặp nhiệt điện được khuếch đại thông qua bộ khuếch đại và sau đó cấp cho thiết bị ghi hoặc chỉ thị.

Ưu nhược điểm của cảm biến thermocouple

Ưu điểm:

Cặp nhiệt điện rẻ hơn so với các thiết bị đo nhiệt độ khác.Cặp nhiệt điện có thời gian phản hồi nhanh.Nó có một phạm vi nhiệt độ rộng.

Nhược điểm:

Có độ chính xác thấp.Việc hiệu chuẩn lại cặp nhiệt điện rất khó.

Ứng dụng của thermocouple

Chúng được dùng làm cảm biến nhiệt độ trong bộ điều nhiệt trong văn phòng, gia đình và công ty.

Được dùng trong các ngành công nghiệp để theo dõi nhiệt độ của kim loại trong sắt, nhôm và kim loại khác.

Ứng dụng trong ngành công nghiệp thực phẩm cho các ứng dụng đông lạnh và nhiệt độ thấp. Cặp nhiệt điện được dùng như một máy bơm nhiệt để thực hiện quy trình làm mát nhiệt điện.

dùng để kiểm tra nhiệt độ trong các nhà máy hóa chất, nhà máy dầu khí.

Xem thêm: Tải Game Battlegrounds – Playerunknown’s Battlegrounds

Kết luận: Với những thông tin trê, thiết bị Thịnh Phú mong rằng các bạn sẽ hiểu rõ hơn thermocouple là gì? cách vận hành và ứng dụng của cặp nhiệt điện này.

Chuyên mục: Hỏi Đáp