Cảm biến nhiệt độ là một thiết bị rất cần thiết, được con người sử dụng nhiều trong công nghiệp khi nó đo và hiển thị chính xác độ biến thiên nhiệt độ của môi trường và máy móc. Tuy nhiên với một số khách hàng, thiết bị này còn rất xa lạ và mới mẻ. Chính vì thế mà đội ngũ chúng tôi ngày hôm nay muốn giới thiệu và cung cấp thông tin về những loại cảm biến thông dụng trên thị trường hiện nay.
Cảm biến nhiệt độ là gì?
Trải qua từng giai đoạn phát triển, con người càng nỗ lực hơn trong việc phát minh và chế tạo những thiết bị đo nhiệt độ nhằm đáp ứng nhu cầu đa dạng của khác hàng và cảm biến nhiệt độ đã ra đời.
Chức năng của nó là đo sự biến đổi nhiệt độ của các đại lượng cần đo. Theo như đánh giá của các khách hàng thì những phép đo được thực hiện bởi các cảm biến nhiệt độ thì sẽ cho độ chính xác cao hơn, độ sai số và chênh lệch thấp, đáng tin cậy hơn là việc đo bằng những thiết bị thông thường khác như nhiệt kế hay các loại cặp nhiệt kiểu cũ.
Thiết bị cảm biến nhiệt độ trong công nghiệp được các hãng sản xuất thiết kế, nghiên cứu nhằm phục vụ cho nhu cầu đo, sử dụng của đa dạng các công việc như: Công nghiệp dược phẩm và thuốc, vật tư y tế, công nghiệp chế biến lương thực thực phẩm, nước giải khát hay công nghiệp sản xuất vật liệu nhựa, lắp ráp linh kiện điện tử, sản xuất hóa chất, lắp ráp ô tô, dùng trong ngành hàng hải và những ngành công nghiệp đòi hỏi độ chính xác gần như tuyệt đối, an toàn và thuận tiện.
Các loại cảm biến nhiệt độ
Mặc dù có hàng loạt loại cảm biến nhiệt độ nhưng thông dụng và phổ biến nhất phải kể đến 5 loại sau: cặp nhiệt độ, nhiệt điện trở, bán dẫn, thermistor, nhiệt kế bức xạ.
Cặp nhiệt độ (Thermocouples)
Cặp nhiệt độ có tên tiếng anh là Thermocouples được đánh giá cao về độ bền cũng như khả năng đo chính xác nhiệt độ cao.
Tuy nhiên những nhược điểm của loại này khiến nhiều người phân vân: Độ nhạy đo không cao. Trong quá trình vận hành, có rất nhiều yếu tố tác động làm sai số khi đo.
Cặp nhiệt độ sẽ dùng để đo nhiệt của nhớt trong các loại máy nén, trong các lò nhiệt, công việc có tính chất khắc nghiệt cao. Tầm đo nhiệt độ của Thermocouples từ âm 100 độ C đến 1400 độ C.
Cấu tạo của cặp nhiệt độ Thermocouples
Cặp nhiệt độ được cấu tạo từ 2 dây kim loại khác nhau và chúng sẽ được hàn dính 1 đầu đo hay còn gọi là đầu nóng. Còn hai đầu còn lại thì được gọi là đầu lạnh hay còn gọi là đầu chuẩn.
Giữa đầu nóng và đầu lạnh sẽ có sự chênh lệch nhiệt độ làm phát sinh ra một loại sức điện động V tại vị trí đầu lạnh.
Tùy thuộc vào chất liệu mà việc ổn định cũng như đo được nhiệt độ tại đầu lạnh sẽ bị ảnh hưởng. Và cũng vì lý do này mà các hãng kỹ thuật cung cấp nhiều chủng loại cặp nhiệt độ khác nhau như: J, E, K, R, S, T. Mỗi loại cặp này có thông số về sức điện động khác nhau. Khách hàng cần phải chú ý hơn để chọn đầu dò cũng như loại bộ điều khiển sao cho nhanh chóng, tiết kiệm nhất.
Lưu ý khi sử dụng cặp nhiệt độ Thermocouples
Khi lắp đặt và sử dụng cặp nhiệt độ Thermocouples nên không cần nối dây dài thêm bởi các tín hiệu mV nối sẽ suy hao rất nhiều.
Dây của cảm biến nên để ở những nơi thoáng mát, nên tránh việc cộng dây dính vào môi trường đo.
Trước khi sử dụng thì khách hàng cần offset thiết bị.
Khách hàng lưu ý đến ký hiệu để lắp đặt vào các bộ khuyếch đại cho chính xác vì tín hiệu điện cho ra chính là điện áp có cực dương và cực âm.
Nhiệt điện trở (RTD – Resitance temperature detector)
Cảm biến nhiệt độ công nghiệp điện trở có tên gọi tiếng anh là Resitance temperature detector hay tên gọi tắt là RTD.
Ưu điểm nổi bật của RTD đó là: Chiều dài dây nối kéo dài, không hạn chế. Thiết kế dễ sử dụng. Độ chính xác của thiết bị này cao hơn so với cặp nhiệt điện.
Tuy nhiên, thiết bị vẫn có nhược điểm như: Giá thành cao hơn so với cặp nhiệt độ nên khách hàng cần cân nhắc. Dải đo của RTD thì hẹp hơn, bé hơn so với cặp nhiệt.
Nếu muốn do nhiệt độ dùng trong công nghiệp môi trường, công nghiệp gia công vật liệu, gia công hóa chất với khoảng nhiệt từ -200 độ C đến 700 độ C thì lựa chọn ngay thiết bị nhiệt điện thở.
Cấu tạo của nhiệt điện trở
Cảm biến nhiệt điện trở RTD sẽ gồm các dây kim loại như: Patium, Niken, Đồng… Các dây đồng này sẽ được quấn theo kiểu đầu to.
Thiết bị này sẽ hoạt động theo một nguyên lý đó là: Khi nhiệt thay đổi sẽ kéo theo điện trở giữa 2 đầu dây kim loại thay đổi. Lúc này, phụ thuộc vào chất liệu kim loại mà có độ tuyến tính trong 1 khoảng nhiệt độ nhất định
Người ta phân loại RTD theo số lượng dây như: RTD 2 dây RTD 3 dây RTD 4 dây.
Trong các loại cảm biến RTD thì loại PT được làm từ chất liệu Platinum bởi vì Platinum có tính chất chống oxi hóa tốt, dải nhiệt độ đo được dài, điện trở xuất cao, độ nhạy bén cao. Các loại cảm biến RTD Platinum: 100, 200, 500, 1000.
Lưu ý khi sử dụng nhiệt điện trở
Nhiệt điện trở hay RTD loại 4 dây thì có thể giảm điện trở của dây dẫn đến ½ lần, từ đó các sai số sẽ hạn chế được phần nào.
Do hoạt động của loại cảm biến nhiệt điện trở là biến thiên theo nhiệt điện trở nên khi lắp đặt không quan tâm đến chiều đấu nối dây.
Nếu so sánh với loại cặp nhiệt độ thì loại cảm biến nhiệt điện trở RTD có cách sử dụng dễ dàng hơn. Trong quá trình lắp, chúng ta có thể nối thêm dây tuy nhiên cần phải đảm bảo các yếu tố như: chất lượng dây tốt, dây chống nhiễu cao, được hàn kĩ lưỡng.
Thermistor
Khi bạn cần đo nhiệt của thiết bị đang làm việc với mức nhiệt tầm 50 độ C thì gợi ý mà các chuyên gia đưa ra là sử dụng cảm biến thermistor.
Thermistor cũng có những ưu điểm như: Tuổi thọ cao, dễ sản xuất cũng như chế tạo, giá thành thấp. Bên cạnh ưu điểm, khi có nhu cầu mua, sử dụng thermistor thì khách hàng cần cân nhắc nhược điểm như: Dãy tuyến tính hẹp. Vì vậy mà loại cảm biến thermistor được dùng rất nhiều trong mạch điện tử hay thực hiện chức năng bảo vệ, ép vào cuộc dây động cơ.
Cấu tạo của Thermistor
Thermistor được cấu thành từ rất nhiều chất liệu khác nhau như: cobalt, mangan, nickel hay các chất oxid kim loại…
Các chất bột cấu tạo nên loại cảm biến này sẽ được các hãng quyết định hòa trộn theo khối lượng và tỉ lệ nhất định. Sau đó, chúng được nén lại và đem đi nung nóng với nhiệt độ cao. Khi nhiệt độ thay đổi thì mức độ dẫn điện của hỗn hợp này sẽ thay đổi.
Nguyên lý hoạt động của các thermistor đó là điện trở sẽ thay đổi phụ thuộc vào nhiệt độ thay đổi.
Trên thị trường có 2 loại cảm biến nhiệt Thermistor đó là:
+ Hệ số nhiệt âm NTC: Điện trở sẽ giảm theo nhiệt độ
+ Hệ số nhiệt dương PTC: Điện trở sẽ tăng theo nhiệt độ
Trong đó, loại Thermistor NTC là được sử dụng rộng rãi nhất.
Vì loại Thermistor chỉ có thể tuyến tính trong một khoảng nhiệt độ từ 50 độ đến khoảng 150 độ C nên đó không phải là lựa chọn tối ưu nếu dùng để cảm biến đo nhiệt độ.
Thermistor được ưu tiên dùng để ngắt nhiệt, bảo vệ hệ thống nên trong các block lạnh cũng được lắp một số bộ thermistor gắn chặt với cuộn dây động cơ.
Lưu ý khi sử dụng Thermistor
Khi lựa chọn thermistor khách hàng cần phải căn cứ vào nhiệt độ môi trường sao cho phù hợp. Các loại cảm biến NTC, PTC có thể dễ dàng test với các đồng hồ VOM.
Vì loại cảm biến này biến thiên điện trở nên khi lắp hoặc sử dụng không quan tâm đến chiều đấu đây điện.
Khi lắp nên áp chặt vào bề mặt cần đo, lưu ý hạn chế làm tổn hại đến lớp vỏ bảo vệ bên ngoài.
Bán dẫn
Nếu bạn cần một loại cảm biến nhiệt độ trong công nghiệp có mức đo nhiệt độ từ -50 độ C đến 150 độ C thì lựa chọn cảm biến bán dẫn rất thích hợp.
Thiết bị này có ưu điểm nổi bật như: Mạch xử lý được thiết kế đơn giản. Loại cảm biến này có khả năng chống nhiễu trong môi trường làm việc tốt, độ nhạy được đánh giá cao. Việc chế tạo, sản xuất thiết bị dễ dàng và cũng vì lý do này mà giá thành của thiết bị phải chăng, phù hợp với đa số khách hàng.
Song song với những ưu điểm trên thì thiết bị này vẫn có những khuyết điểm mà chúng ta cần phải khắc phục như: Thiết bị không thích hợp nhiệt độ rất cao. So sánh độ bền bỉ với các thiết bị cảm biến khác thì loại này kém bền hơn.
Loại cảm biến bán dẫn này thường dùng để lắp trong các thiết bị đo, thiết bị bảo vệ các mạch điện tử, đo nhiệt độ của không khí.
Cấu tạo của bán dẫn
Cảm biến nhiệt độ loại bán dẫn được hình thành từ các chất liệu bán dẫn. Và dựa trên nguyên lý cơ bản: Yếu tố nhiệt độ sẽ tác động đến sự phân cực của các chất bán dẫn. Hiện loại cảm biến nhiệt này có 3 loại: IC, Diode, Transistor.
Mức độ phân cực của các lớp P-N tuyến tính với nhiệt độ môi trường chính là nguyên lý hoạt động của loại cảm biến bán dẫn.
Sự phát triển vượt bậc của khoa học kỹ thuật đã góp phần sản xuất nhiều loại cảm biến hơn và khách hàng có thể dễ dàng tìm kiếm và chọn mua các loại cảm biến diode, cảm biến IC như LM35, LM 45, LM335.
Khi nhiệt độ thay đổi sẽ làm điện áp thay đổi và điện áp này được hình thành và phân áp từ một điện áp chuẩn trong mạch.
Gần đây, người ta sử dụng cảm biến nhiệt bán dẫn có tích hợp với chuẩn truyền thông. Từ đó tạo nên 1 thiết bị cảm biến nhiệt cao cấp và mở sang một xu hướng mới, đầy tiện ích “thế giới cảm ứng”.
Lưu ý khi sử dụng bán dẫn
Những môi trường làm việc có tính chất khắc nghiệt như: tính ăn mòn mạnh mẽ, độ rung sóc mạnh, va đập lớn, độ ẩm cao… sẽ không phù hợp với loại cảm biến nhiệt bán dẫn này.
Vì cảm biến nhiệt bán dẫn được cấu tạo từ nhiều bán dẫn nên khả năng chịu nhiệt kém, độ bền không cao. Với mỗi thiết bị sẽ có một ngưỡng nhiệt nhất định và nếu vượt ngưỡng thì lớp bảo vệ bị phá vỡ và thiết bị sẽ hỏng.
Với mỗi loại cảm biến bán dẫn thì chỉ mỗi loại tuyến tính trong một phạm vi giới hạn nào đó. Khi sử dụng ngoài phạm vi này thì cảm biến sẽ mất tác dụng. Hầu hết các chuyên gia đều khuyên khách hàng nên chú ý đến tầm đo để độ chính xác cao nhất.
Nhiệt kế bức xạ (Hỏa kế – Pyrometer)
Ngoài các loại cảm biến trên thì khách hàng có thêm một sự lựa chọn khác đó là các hỏa kế hay gọi là nhiệt kế bức xạ, có tên tiếng anh là Pyrometer.
Ưu điểm nổi bật của thiết bị đo này là: Có thể sử dụng tốt trong những môi trường có tính chất khắc nghiệt mà không cần đo trực tiếp. Tuy nhiên, thiết bị này vẫn có nhược điểm đó là: Giá thành đầu tư cao, độ chính xác không tuyệt đối.
Cấu tạo khi sử nhiệt kế bức xạ
Hỏa kế là một thiết bị chuyên dụng được thiết kế ra nhằm đo được nhiệt độ của một số môi trường mà các thiết bị đo khác hoặc các thiết bị cảm biến thông thường không thể tiếp xúc được như: trong lò nung nhiệt cao, lò hơi hay môi trường hóa chất có tính ăn mòn mạnh, các nơi khó lắp các cảm biến. Cấu tạo của các hỏa kế sẽ bao gồm các mạch quang học và mạch điện tử.
Người ta phân chia thành 3 loại: hỏa kế màu sắc, hỏa kế bức xạ, hỏa kế cường độ ánh sáng.
Nguyên lý chế tạo và làm việc của hỏa kế đơn giản khi dựa trên việc đo tính chất bức xạ năng lượng của môi trường mang nhiệt.
Với tầm đo khoảng nhiệt từ -54 độ C đến 1000 độ C nên nhiệt kế bức xạ thường dùng trong các lò nung kim loại…
Lưu ý khi sử dụng hỏa kế
Cảm biến nhiệt độ công nghiệp loại hỏa kế khá đặc biệt, tùy thuộc vào model cũng như thiết kế của hãng sản xuất mà các hỏa kế sẽ có tầm đo không giống nhau.
Hỏa kế thường dùng để đo ở mức nhiệt độ cao. Tuy nhiên, vì thiết bị không tiếp xúc gần hoặc trực tiếp nên độ chính xác khi hiển thị của hỏa kế không cao. Đây là điều mà khách hàng cần chú ý. Ngoài ra, những yếu tố đến từ môi trường xung quanh cũng ảnh hưởng đến độ chính xác của thiết bị này như: Ánh sáng môi trường, góc độ đo và độ rung tay cầm.
Việc lựa chọn hỏa kế quang học và hỏa kế bức xạ toàn phần phải cân nhắc cẩn thận.
Việc lựa chọn loại cảm biến nhiệt độ công nghiệp nào để sử dụng có thể đáp ứng tất cả nhu cầu, yêu cầu kỹ thuật cũng như giá bán và chất lượng là vấn đề khó khăn của nhiều người nên cần phải tìm một địa chỉ uy tín, chuyên nghiệp nhất nhé!
Công ty TNHH Thiết Bị Kỹ Thuật Đà Nẵng chuyên phân phối và cung cấp các thiết bị cảm biến xi lanh, thủy lực chất lượng, đầy đủ chủng loại mà bạn đang tìm kiếm với mức giá bán vô cùng phải chăng.
Các thắc mắc, quý khách xin vui lòng liên hệ: 0236 3767 339 – 0236 3767 338 để được giải đáp một cách chi tiết.
Quý khách hàng có thể đến trực tiếp tại địa chỉ 156 Bắc Sơn, Hoà An, Cẩm Lệ, Đà Nẵng hoặc gửi email về địa chỉ: [email protected]