Cảm biến nhiệt độ là gì? Cấu tạo và nguyên lý hoạt động

Dựa trên nhiều nghiên cứu của các nhà khoa học trên toàn cầu, nói chung tất cả các hệ thống vật lý, hóa học và sự sống đều bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ. Điều này đưa ra một sự quan trọng đối với việc đo nhiệt độ, là một đại lượng được đo nhiều nhất trên toàn cầu. Việc đo nhiệt độ giúp chúng ta có được con số chính xác về môi trường và từ đó đưa ra các biện pháp điều chỉnh cho phù hợp.

Hiện nay, có nhiều phương pháp và thiết bị để đo nhiệt độ khác nhau. Trong đó có cảm biến nhiệt độ. Sử dụng cảm biến nhiệt giúp đo nhiệt độ một cách chính xác và nhanh chóng hơn. Giúp chúng ta quản lý được môi trường một cách hiệu quả.

Vậy cảm biến nhiệt nhiệt là gì? Làm thế nào để nó hoạt động? Nó sẽ đo nhiệt độ như thế nào và ở đâu chúng ta có thể tìm thấy loại thiết bị này? Chúng ta sẽ tìm hiểu thêm về những câu hỏi này trong bài viết dưới đây.

Cảm biến nhiệt độ là gì?

Cảm biến nhiệt độ được thiết kế dưới dạng một thiết bị RTD (đầu dò điện trở) hoặc là cặp nhiệt điện để đo sự biến đổi về nhiệt độ của vật cần đo. Khi nhiệt thay đổi, các cảm biến sẽ tạo ra một tín hiệu điện, từ đó các bộ đọc sẽ chuyển đổi thành một giá trị nhiệt độ cụ thể. Các thiết bị cảm biến nhiệt được sử dụng rộng rãi trong việc điều khiển môi trường hệ thống HV và AC. Hoặc xử lý hóa chất, sản xuất thực phẩm, thiết bị y tế, và hệ thống giám sát của các máy móc.

Đây được coi là thiết bị có khả năng đo nhiệt độ với độ chính xác cao hơn nhiều so với việc sử dụng các loại cặp nhiệt điện hoặc nhiệt kế. Cảm biến nhiệt còn được gọi là nhiệt kế điện trở metal.

Hiện nay, nhiệt kế là loại cảm biến được sử dụng phổ biến nhất để đo nhiệt độ của chất lỏng và khí. Ứng dụng trong các phòng nghiên cứu khoa học.

Cấu tạo của cảm biến nhiệt độ

Cấu trúc của thiết bị bao gồm 2 dây kim loại được gắn vào đầu nóng và đầu lạnh. Ngoài ra, nó còn được cấu tạo bởi các bộ phận như sau:

• Cảm biến: Đây là bộ phận quan trọng nhất để xác định độ chính xác của thiết bị cảm biến. Bộ phận này được đặt bên trong vỏ bảo vệ sau khi đã kết nối với đầu nối.
• Dây kết nối: Bộ phận này được kết nối bằng 2, 3 hoặc 4 dây, tùy thuộc vào điều kiện sử dụng của đầu đo.
• Chất cách điện: Đây là bộ phận đóng vai trò làm chất cách điện ngăn chặn đoản mạch. Và thực hiện cách điện giữa các dây nối với phần vỏ bảo vệ.
• Chất làm đầy: Là bột alumina được làm mịn, sấy khô và rung. Với chức năng là lắp đầy các khoảng trống để bảo vệ khỏi các tác động từ bên ngoài.
• Lớp vỏ: Bộ phận này được sử dụng để bảo vệ cảm biến và dây kết nối.
• Đầu kết nối: Thường được làm từ vật liệu cách điện, chứa mạch cho phép kết nối với các điện trở.

>>> Bạn có thể tham khảo thêm bài viết: Áp suất là gì? 

Nguyên lý hoạt động của cảm biến nhiệt độ

Nguyên lý hoạt động dựa trên sự thay đổi điện trở của kim loại khi nhiệt độ thay đổi.

Khi có sự chênh lệch nhiệt độ giữa đầu nóng và đầu lạnh, sẽ phát sinh một sức điện động V tại đầu lạnh. Điện trở ở đầu lạnh phải được ổn định và đo được, và điều này phụ thuộc vào chất liệu. Các loại cặp nhiệt độ được thiết kế để tạo ra một sức điện động khác nhau: E, J, K, R, S, T.

Nguyên lý hoạt động của cảm biến nhiệt chủ yếu dựa trên mối quan hệ giữa vật liệu kim loại và nhiệt độ. Khi nhiệt độ bằng 0, điện trở là 100Ω. Và điện trở của kim loại tăng khi nhiệt độ tăng và giảm khi nhiệt độ giảm.

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 và lắp đặt trở nên dễ dàng hơn.

Phân loại cảm biến nhiệt độ

Hiện nay, có nhiều loại cảm biến nhiệt độ được sản xuất và sử dụng trong các ứng dụng khác nhau. Dưới đây là 4 loại cảm biến nhiệt độ phổ biến:

Cặp nhiệt điện

Cảm biến cặp nhiệt điện là loại cảm biến được sử dụng nhiều nhất. Nó có đặc tính chắc chắn, chi phí thấp, tự cấp nguồn và có thể sử dụng cho khoảng cách xa.

Thiết bị này được niêm phong bên trong tấm chắn bằng gốm hoặc kim loại. Các loại cặp nhiệt điện phổ biến bao gồm: K, J, T, R, E, S, N và B.

Đầu dò điện trở

Đầu dò điện trở là một loại cảm biến nhiệt được sử dụng để đo nhiệt độ chính xác. Nó được làm từ các vật liệu như bạch kim, đồng, niken,… và có phạm vi đo rộng từ khoảng 270°C đến +850°C.

Nhiệt điện trở

Nhiệt điện trở là một trong những cảm biến nhiệt độ rẻ tiền và dễ sử dụng. Sản phẩm được làm từ mangan, oxit của niken, nên độ bền không được tốt. Tuy nhiên, loại thiết bị này đem đến độ nhạy cao và kết quả đo khá chính xác.

Nhiệt kế

Nhiệt kế là một thiết bị được sử dụng để đo nhiệt độ của chất rắn, chất lỏng, chất khí. Loại này có chứa chất lỏng thủy ngân trong ống thủy tinh. Thể tích của nhiệt kế tỷ lệ tuyến tính với nhiệt độ, khi nhiệt độ tăng thì thể tích cũng sẽ tăng theo.

Cảm biến bán dẫn

Cảm biến bán dẫn (IC) là sản phẩm được sử dụng nhiều nhất, đem đến độ tuyến tính cao và kết quả đo nhiệt độ chính xác trong phạm vi 55°C đến +150°C.

Ngoài ra, hiện nay còn có nhiều loại cảm biến nhiệt hồng ngoại, tiếp xúc từ xa được sử dụng, nhưng vẫn cho kết quả đo nhiệt độ chính.

>>> Bạn có thể xem thêm bài viết: Cảm biến nhiệt độ nước làm mát

Các loại dây cảm biến nhiệt độ

Như đã đề cập ở trên, các bộ phận cảm biến nhiệt có thể được kết nối bằng 2, 3 hoặc 4 dây. Cụ thể như sau:

Cảm biến nhiệt độ 2 dây

• Độ chính xác thấp nhất.
• Chỉ được sử dụng khi kết nối độ bền nhiệt học được thực hiện với dây điện trở ngắn và điện trở thấp.
• Ngoài ra, nó cũng được sử dụng để kiểm tra mạch điện tương đương và điện trở đo được là tổng của các phần tử cảm biến, điện trở của dây dẫn được sử dụng cho kết nối.

Cảm biến nhiệt độ 3 dây

• Loại này cho mức độ chính xác cao hơn loại 2 dây.
• Nó được sử dụng nhiều trong lĩnh vực công nghiệp.
• Ưu điểm của nó là sẽ loại bỏ được các lỗi gây ra bởi điện trở của các dây dẫn. Ở phần đầu ra, điện áp sẽ phụ thuộc hoàn toàn vào sự biến đổi điện trở của thiết bị và sự điều chỉnh nhiệt độ diễn ra liên tục theo nhiệt độ.

Cảm biến nhiệt 4 dây

• Loại này được xem là cho độ chính xác lớn nhất.
• Nó được sử dụng chủ yếu trong các ứng dụng thí nghiệm và chất lượng cao.
• Điện áp đo được chỉ phụ thuộc vào điện trở của cảm biến nhiệt và độ ổn định của dòng đo, độ chính xác của số đọc điện áp trên nhiệt sẽ quyết định đến độ chính xác của phép đo.
• Loại cảm biến này còn được sử dụng trong các ứng dụng đòi hỏi độ ổn định cao trong môi trường nhiệt độ biến đổi nhanh hoặc trong các ứng dụng yêu cầu đo lường chính xác và đáng tin cậy.

Ứng dụng của cảm biến nhiệt độ trong đời sống hàng ngày

Hiện nay được ứng dụng rộng rãi để đo nhiệt độ trong nhiều lĩnh vực của cuộc sống, bao gồm:

• Các loại nhiệt kế điện tử, bán dẫn và cảm biến nhiệt được sử dụng trong nông nghiệp để giám sát nhiệt độ của đất, không khí và nước trong các hệ thống tưới tiêu và chăn nuôi.
• Nhiệt kế điện tử là công cụ đo nhiệt độ phổ biến được sử dụng trong các ứng dụng như đo nhiệt độ của nước, sữa, thực phẩm và các loại chất lỏng khác.
• Cảm biến nhiệt điện trở kim loại được sử dụng trong các hệ thống lạnh, điều hòa không khí và các thiết bị điện tử khác.
• Các cặp nhiệt điện loại K, T, R, S, B được sử dụng trong quá trình sản xuất và gia công vật liệu, trong công nghiệp hóa chất, trong các phòng thí nghiệm và các ứng dụng khác.
• Nhiệt kế được sử dụng để đo nhiệt độ cơ thể trong các ứng dụng y tế và thể thao.

>>> Để biết nhiều kiến thức hơn, bạn có thể tham khảo bài viết: Điện trở là gì? 

Lưu ý khi sử dụng và cách bảo quản cảm biến nhiệt

Cảm biến nhiệt cần được bảo quản ở nơi khô ráo, thoáng mát, tránh ánh nắng trực tiếp và tránh xa tầm tay trẻ em.

Khi sử dụng cặp nhiệt điện, cần lưu ý các điều sau:

• Khi nối, dây nối từ đầu đo đến bộ điều khiển càng ngắn càng tốt.
• Bù lại tổn thất mất mát trên đường dây bằng cách thực hiện việc cài đặt giá trị bù nhiệt. Giá trị bù nhiệt lớn hay nhỏ phụ thuộc vào độ dài, chất liệu dây và môi trường lắp đặt.
• Không để các đầu dây nối của cặp nhiệt tiếp xúc với môi trường cần đo.
• Đầu nối cần phải đúng theo chiều âm, dương.

Qua những thông tin chia sẻ ở trên của vanphukien.com, có thể giúp bạn đọc hiểu rõ hơn về cảm biến nhiệt độ. Hơn hết, cảm biến nhiệt độ được sử dụng trong đồng hồ đo nhiệt. Giúp quá trình đo nhiệt độ trong đường ống một cách chính xác hơn. Nếu quý khách quan tâm đến dòng đồng hồ này hay các loại van công nghiệp khác. Có thể liên hệ với chúng tôi để được hỗ trợ tốt nhất.