Cảm biến nhiệt độ là gì? Phân loại cảm biến nhiệt độ

Nếu bây giờ, bạn đang thắc mắc về chức năng của cảm biến nhiệt độ là gì? Sản phẩm này có bao nhiêu loại trên thị trường? Nguyên lý hoạt động ra sao?

Đừng ngần ngại mà hãy cùng chúng tôi khám phá ngay câu trả lời trong bài viết này. Sở hữu những thông tin hữu ích sẽ giúp việc lựa chọn cảm biến chính xác được nhanh chóng hơn, sử dụng đem lại năng suất, hiệu quả tốt và hạn chế được những sự cố xảy ra.

Tìm hiểu cảm biến nhiệt độ

Cảm biến nhiệt độ công nghiệp là gì? Đây là một thiết bị có chức năng đo sự biến đổi về nhiệt độ của các đại lượng, vật hay môi chất cần đo.

Nó sẽ cảm nhận sự thay đổi nhiệt độ thành đại lượng mang tính chất điện có thể đo và xử lý được.

Cảm biến nhiệt độ được sử dụng rất nhiều trong công nghiệp với các xưởng sản xuất, nhà máy chuyên dược phẩm và thiết bị y tế, lắp ráp ô tô, lắp ráp linh kiện điện tử, sản xuất vật liệu nhựa, luyện kim, cơ khí chế tạo…cảm biến nhiệt độ

Mỗi hệ thống, mỗi công việc sẽ có tính chất, đặc điểm cũng như môi chất, vật cần đo khác nhau nên người dùng phải xác định đúng loại cũng như lắp đặt, sử dụng đúng cách mới có thể mang lại kết quả chính xác nhất.ơ

Phân loại cảm biến nhiệt độ

Nếu tìm kiếm các loại cảm biến nhiệt độ hiện có trên thị trường thì có rất nhiều loại. Người mua sẽ có thêm đa dạng sự lựa chọn tuy nhiên khá khó khăn với những người mới tiếp cận, những ai cần phân biệt loại.

Chúng tôi phân chia cảm biến nhiệt độ công nghiệp thành các loại như: Nhiệt điện trở, bán dẫn, cặp nhiệt độ Thermocouples, Thermistor, nhiệt kế bức xạ… Cụ thể từng loại sau đây:

Nhiệt điện trở (RTD – Resitance temperature detector)

Loại đầu tiên mà chúng tôi muốn giới thiệu với khách hàng đó là nhiệt điện trở có tên tiếng anh là Resitance temperature detector, viết tắt RTD.

RTD có cấu tạo đơn giản với các chất liệu thông dụng như: Pantium, đồng, Niken… với tầm đo nằm trong khoảng từ -200 độ C đến 700 độ C.

Ưu điểm của loại nhiệt điện trở này đó là: Chiều dài dây kim loại sẽ không bị hạn chế. So với cặp nhiệt điện thì nhiệt điện trở có độ chính xác cao hơn, ít sai số và đặc biệt là rất dễ sử dụng.

Nói vậy không có nghĩa nhiệt điện trở không có nhược điểm: Giá thành cao là yếu tố mà khách hàng nên cân nhắc đầu tiên. Nó chỉ thích hợp với các hệ thống đơn giản vì dải thang đo nhỏ.

Chính vì thế mà trong thời gian gần đây, RTD thường được sử dụng nhiều trong các hệ thống sản xuất công nghiệp của nhà máy hóa chất, gia công vật liệu, cơ khí chế tạo…

nhiệt độ trở rtd resitance temperature detector

Cấu tạo của nhiệt điện trở

Nhiệt điện trở RTD hoạt động dựa trên nguyên lý: Khi nhiệt độ môi chất thay đổi sẽ kéo theo sự thay đổi điện trở của giữa hai đầu dây kim loại. Lúc này, tùy theo chất liệu của sợi dây mà sẽ có độ tuyến tính trong 1 khoảng nhiệt nhất định.

Bộ phận chính của nhiệt điện trở đó là các sợi dây kim loại. Đó có thể là Niken, Pantium hay đồng… được quấn theo hình dáng của đầu đo RTD.

So với 2 chất liệu còn lại thì Pantium được các hãng chọn làm vật liệu nhiều hơn, tiêu biểu ở đây là cảm biến PT. Bởi vì Pantium có dải do nhiệt độ rộng,  điện trở suất cao, chống oxi hóa tốt, độ nhạy bén khi hoạt động tốt.

Loại có điện trở càng cao thì độ nhạy càng lớn. Một số loại nhiệt điện trở như: RTD  2 dây, RTD 3 dây, RTD 4 dây.

Lưu ý khi sử dụng nhiệt điện trở

Để việc sử dụng nhiệt điện trở được hiệu quả, khách hàng không nên bỏ qua các lưu ý dưới đây:

+ Người dùng có thể không cần quan tâm đến chiều và phương đấu dây vì đây là loại cảm biến biến thiên điện trở.

+ Riêng đối với loại RTD 4 dây thì sai số ít nhất bởi vì chính nó giảm điện trở dây dẫn đi ½ lần.

+ Sử dụng RTD dễ dàng hơn so với loại cặp nhiệt độ.  Kỹ thuật có thể điều chỉnh nối thêm dây (loại dây tốt thông qua phương pháp hàn kĩ), test đo bằng VOM.

Bán dẫn

Cảm biến nhiệt độ công nghiệp loại bán dẫn có dải đo nhỏ hơn tầm -50 độ C đến 150 độ C. Cấu tạo của loại cảm biến này đó là làm từ các chất bán dẫn. Điểm nổi bật của bán dẫn đó là: Mạch xử lý tín hiệu đơn giản, độ nhạy cực cao, khả năng chống nhiễu tốt. Dễ sản xuất với giá thành cực kỳ phải chăng.

Song song với các ưu điểm thì cảm biến bán dẫn có nhược điểm là: Với ứng dụng nhiệt độ cao thì cảm biến này không chịu được, độ bền kém, dễ hỏng hóc.

Cũng vì nhược điểm như vậy nên loại cảm biến bán dẫn này thường được sử dụng để đo nhiệt trong các mạch điện tử, đo nhiệt độ không khí.

cảm biến nhiệt độ bán dẫn

Cấu tạo của bán dẫn

Như chúng tôi nói ở trên, đây là loại thiết bị được cấu thành từ các chất bán dẫn như: IC, Diode, Transistor… Nguyên lý làm việc của cảm biến bán dẫn đó là: Dựa trên mức độ phân cực của các lớp P-N tuyến tính với nhiệt độ của môi trường, lưu chất đo.

Yêu cầu của khách hàng ngày càng cao đó cũng chính là lý do mà các hãng sản xuất liên tục cải tiến, ứng dụng công nghệ bán dẫn để cảm biến thế hệ mới có nhiều ưu điểm hơn: Mạch đơn giản hơn, ổn định, độ chính xác gần như tuyệt đối, chống nhiễu tốt, giá thành thấp, ít hỏng hóc.

Chúng ta có thể bắt gặp:

+ Cảm biến nhiệt độ Diode, Cảm biến IC nhiệt  LM35

+ Cảm biến nhiệt độ DS18B20: Đây là loại cảm biến nhiệt độ cao cấp khi nó tích hợp cả chuẩn truyền thông DS 18B20.

+ Những loại cảm biến thường dùng ngoài Pt 2000 đó là: LM 335, LM 35, LM45. Tất cả đều làm việc theo nguyên lý: Khi nhiệt độ thay đổi thì điện áp thay đổi.

Lưu ý khi sử dụng bán dẫn

+ Vì cấu tạo của thiết bị này là các chất bán dẫn nên độ bền yếu và đặc biệt là không chịu được nhiệt độ cao. Mỗi loại cảm biến đến từ nhà sản xuất khác nhau sẽ có ngưỡng nhiệt khác nhau. Nếu vượt ngưỡng thì chắc chắn bán dẫn sẽ bị hỏng.

+ Những môi trường làm việc có tính chất khắc nghiệt như: rung xóc mạnh, có các chất hóa chất ăn mòn, độ ẩm cao thì tuổi thọ của cảm biến bán dẫn sẽ giảm sút.

+ Riêng đối với cảm biến nhiệt độ công nghiệp bán dẫn, mỗi loại sẽ chỉ tuyến tính trong 1 giới hạn nào đó. Nếu vượt ngoài giới hạn này thì thiết bị sẽ bị mất công dụng . Khách hàng muốn cảm biến này chính xác thì cần phải chú ý đến giới hạn đo này.

Cặp nhiệt độ Thermocouples

Nếu bạn cần cảm biến nhiệt độ cho một môi trường có tính chất khắc nghiệt như trong lò hơi, lò đúc, lò nhiệt hay dùng đo nhiệt nhớt của các máy nén công nghiệp… Tầm đo của thiết bị này lớn, từ -100 độ C đến 400 độ C.

Ưu điểm của loại cặp nhiệt độ Thermocouples này đó là: Thiết bị có độ bền cao khi làm việc trong nhiều môi trường khác nhau, khả năng đo được nhiệt độ cao.

Có 2 nhược điểm của cặp nhiệt độ Thermocouples này mà người dùng nên cân nhắc đó là: Độ nhạy bén của thiết bị không cao như đối với các loại khác.  Trong quá trình làm việc, có nhiều yếu tố sẽ tác động làm ảnh hưởng sai số đến giá trị đo.

Cấu tạo của cặp nhiệt độ Thermocouples

Loại cảm biến cặp nhiệt độ này có cấu tạo phức tạp hơn với 2 dây được làm từ 2 chất liệu kim loại khác nhau. Chúng được hàn dính một đầu. Đầu này sẽ được gọi là đầu đo hay đầu nóng. Hai đầu còn lại gọi là đầu chuẩn hay còn gọi là đầu lạnh. Khi đưa thiết bị này vào làm việc, nhiệt độ chênh lệch giữa đầu lạnh và đầu nóng sẽ làm phát sinh ra tại đầu lạnh một sức điện động V.

Đối với thiết bị này, chất liệu sẽ quyết định phần lớn đối với độ ổn định cũng như độ chính xác khi đo nhiệt độ ở đầu lạnh. Dựa trên yếu tố này mà các hãng sản xuất đã cung cấp nhiều loại cặp nhiệt độ hơn để mỗi loại sẽ cho ra một sức điện động khác nhau như: K, R, T, S, E, J.

Dây của cặp nhiệt độ được thiết kế không dài nên sẽ không đủ để nối đến bộ điều khiển nên sẽ dẫn đến hiện tượng đo không chính xác. Vì thế, để khắc phục các kỹ sư thường offset trên bộ điều khiển.

cặp nhiệt độ thermocouples

Lưu ý khi sử dụng cặp nhiệt độ Thermocouples

Mỗi một cặp nhiệt độ sẽ có một sức điện động riêng nên khách hàng cần tham khảo kỹ thông số và nắm vững yêu cầu để chọn bộ điều khiển và đầu dò cho thích hợp.

Bởi vì tín hiệu cho ra là mV khi truyền dài sẽ bị hao rất nhiều nên không nối thêm dây. Những sợi dây này cần phải được đặt ở nơi thoáng, tách biệt so với môi trường đo. Trước khi sử dụng, mọi người nên kiểm tra tổng quát thiết bị.

Vì tín hiệu được cảm biến cho ra là điện áp nên trước khi kết nối với các bộ khuếch đại, người dùng nên ký hiệu rõ cực âm, cực dương.

Nhiệt kế bức xạ (Hỏa kế – Pyrometer)

Trong những môi trường có tính chất đặc thù, độc hại, khắc nghiệt hoặc không cần tiếp xúc mới chính môi trường đo thì người ta sẽ sử dụng cảm biến nhiệt độ trong công nghiệp loại nhiệt kế bức xạ. Đó cũng chính là ưu điểm nổi bật của thiết bị này. Nhược điểm của loại thiết bị này đó là: Kết quả đo có độ chính xác không cao, giá thành đắt đỏ. Tầm đo của nhiệt kế bức xạ từ -54 độ C -1000 độ C. Vì có dải than đo cao cũng như đo không tiếp xúc trực tiếp mà nó được dùng trong các lò nung, lò hơi.

Cấu tạo khi sử nhiệt kế bức xạ

Nhiệt kế bức xạ hay còn gọi là hỏa kế, là thiết bị chuyên dụng được sản xuất với mong muốn đo nhiệt độ tại những nơi mà loại cảm biến thông thường không có tác dụng như: Lò nung, lò hơi, lò luyện kim hay những môi trường làm việc có hóa chất ăn mòn, những vị trí không lắp đặt cảm biến.

Nhiệt kế bức xạ được cấu tạo từ các mạch điện tử, mạch quang học. Thiết bị này hoạt động dựa trên nguyên tắc bất kỳ vật nào mang nhiệt cũng đều có hiện tượng bức xạ năng lượng. Những bức xạ này sẽ có bước sóng nhất định. Các hỏa kế sẽ thu nhận bước sóng và phân tích để cho ra nhiệt độ chính xác của vật, môi chất cần đo.

Hiện nay, nhiệt kế bức xạ có nhiều loại: Hỏa kế màu sắc, hỏa kế bức xạ, hỏa kế cường độ sáng.

máy đo nhiệt độ từ xa

Lưu ý khi sử dụng hỏa kế

Mỗi hãng sản xuất khác nhau thì thông số trên hỏa kế của mỗi loại cũng sẽ không giống nhau nên người dùng cần tham khảo, tầm đo để ứng dụng sao cho phù hợp.  Cũng bởi vì không tiếp xúc trực tiếp với vật cần đo nên độ chính xác của hỏa kế không cao. Bên cạnh đó, nó còn chịu nhiều yếu tố chi phối của môi trường xung quanh.

Thermistor

Do Thermistor chỉ hoạt động tốt, tuyến tính trong khoảng 50 độ C – 150 độ C nên người ta dùng để bảo vệ, ngắt nhiệt, ép vào cuộn dây động cơ, lắp trong mạch điện tử hơn là cảm biến đo nhiệt độ.

Ưu điểm nổi bật của thiết bị này đó là: Bền bỉ, giá thành thấp, dễ chế tạo tuy nhiên nhược điểm lớn của nó là: Dải đo, tuyến tính hẹp.

Cấu tạo của Thermistor

Thermistor có cấu tạo từ hỗn hợp các oxit kim loại như: Cobal, mangan, Niken. Các chất này sẽ được hòa trộn với nhau theo khối lượng và tỷ lệ nhất định. Sau đó, nó được đem nén và nung ở mức nhiệt cao. Nhiệt độ thay đổi sẽ kéo theo mức độ dẫn điện của hỗn hợp này thay đổi.

Có hai loại Thermistor đó là:

+ NTC – Hệ số nhiệt âm: Điện trở giảm theo nhiệt độ

+ PTC- Hệ số nhiệt dương: Điện trở tăng theo nhiệt độ

Thường thì người ta sẽ sử dụng loại NTC.

thermistor

Lưu ý khi sử dụng Thermistor

Thermistor có 2 loại đó là PTC (thường đóng) và NTC (thường mở) nên tùy vào nhiệt độ môi trường đo mà khách cân nhắc chọn lựa.

Khi lắp đặt, kỹ thuật không cần quan tâm nhiều đến chiều đấu dây bởi bản thân thiết bị có thể biến thiên điện trở. Khách hàng nên lắp sao cho Thermistor ép chặt vào bề mặt cần đo nhưng không quá mức vì có thể làm hỏng vỏ.

Đến đây chắc hẳn các bạn ít nhiều đã trang bị cho bản thân một số kiến thức cơ bản về cảm biến nhiệt độ chuyên dùng trong các hệ thống thủy lực, khí nén, hơi… Nếu có bất kỳ thắc mắc nào cần được tư vấn và giải đáp, đừng ngại mà hãy kết nối nhanh với đội ngũ kỹ thuật của chúng tôi.

Cam kết mang đến sản phẩm chất lượng, những giải pháp hiệu quả nhất đến với mọi khách hàng.