Chuong 10: Cảm biến nhiệt độ

Tham khảo tài liệu chuong 10: cảm biến nhiệt độ, kỹ thuật - công nghệ, điện - điện tử phục vụ nhu cầu học tập, nghiên cứu và làm việc hiệu quả
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Chuong 10: Cảm biến nhiệt độ Chương 10: CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘCác loại cảm biến nhiệt độ Sensor Electrical ParameterCặp nhiệt điện (Thermocouples-TC) VoltageĐiện trở kim loại (Resistance Temperature ResistanceDetectors-RTD)Nhiệt điện trở (Thermistor) ResistanceIC VoltageIR Thermal sensor Current Quan hệ giữa nhiệt độ Celsius, Fahrenheit và nhiệt độ Kelvin được xác định bằng biểu thức : T(°C) = T(°K) - 273,15 Thang Fahrenheit : T(°C) =5/9 {T(°F) – 32} T(°F) =9/5 T(°C) + 32 1. Cảm biến cặp nhiệt điện (Thermocouples thermometer-TC) * Cấu tạo - nguyên lý hoạt động Đồng Kim loại A T0 T V Kim loại B Đồng Hiệu ứng Seebeck: V = a + b.∆T + c.∆T 2 ∆T = T − T0 T : nhiệt độ đầu đo, T0 : nhiệt độ đầu lạnh (tham chiếu) Quan hệ giữa V và ∆T (T) là phi tuyến, phụ thuộc nhiệt độ đầu lạnh. Tuyến tính hóa: V = α .∆T α : hệ số nhiệt, đơn vị: µV / 0C * Đặc điểm – lựa chọn ứng dụng cho cảm biến Điện áp ngõ ra phụ thuộc vào nhiệt độ đầu đo và nhiệt độtham chiếu (thường là nhiệt độ môi trường nơi đặt cảm biến), do đómạch xử lý phải có phần bù nhiệt thường là IC cảm biến nhiệt.Các loại TC:Đặc tuyến: Ưu điểm • Là thành phần tích cực, tự cung cấp công suất, • Đơn giản, rẻ tiền, • Chịu được rung động, • Tầm đo nhiệt rộng. Khuyết điểm • Phi tuyến, • Kém ổn định nhất, chịu ảnh hưởng nối dây • Kém nhạy nhất.  VD bộ transmitter 2. Cảm biến điện trở kim loại (Resistance Temperature Devices-RTD) * Cấu tạo - nguyên lý hoạt động Cấu tạo: platinum, nikel, đồng. Khi nhiệt độ tăng thì điện trở tăng và ngược lại. T> 0 0C RT = R0 ( 1 + AT + B.T ) 2 . T< 0 0C : RT = R0 ( 1 + AT + B.T + C (T − 100)T ) 2 3 . Công thức tuyến tính: RT = R0 ( 1 + α .T ) RT : điện trở ở nhiệt độ T, R0 : điện trở ở nhiệt độ 0 0C . R0 =100, 200, 500, 1000 ΩLoại nhiệt kế điện trở dùng Platinum có điện trở ở nhiệt độ 0oC bằng 100Ohms và được đặt tên là RTD-100 Platinum. Nhiệt kế điện trở này có côngthức tính điện trở như sau:Giá trị hằng số thường lấy bằng 0.00385 và được coi là không đổitrong thang nhiệt độ 0-100 độ. * Đặc điểm – lựa chọn ứng dụng cho cảm biến Thông dụng nhất là Pt. Các loại RTD:Đặc tuyến:Ưu điểm • Ổn định nhất. • Chính xác nhất. • Tuyến tính hơn thermocouple.Khuyết điểm • Đắt tiền. • Cần phải cung cấp nguồn dòng. • Lượng thay đổi ∆ R nhỏ (độ nhạy nhỏ), kích thước lớn Thực tế RTD có 3 loại  Loại 2 dây: sai số lớn nhất Sai số do điện trở dây dẫn 2.RL , V0 = I EX . ( 2.RL + RT ) Loại 3 dây (dùng phổ biến) Sai số do điện trở dây dẫn chỉ còn RL , V0 = I EX . ( RL + RT ) Nếu dùng cầu: Sai số do điện trở dây dẫn sẽ bị loại bỏ nếu RL1 = RL 3 (2 R3 + RL 3 R2 − RT + RL1 R1 dây giống nhau), V0 =  V R3 + RL 3  R2  1 + ÷1 + ÷  RT + RL1  R1  Loại 4 dây Sai số do điện trở dây dẫn sẽ bị loại bỏ, V0 = I EX .RTMạch đo:Để sử dụng RTD làm dụng cụ đo nhiệt độ người ta thường dùng một mạchcầu Wheatstone để kết nối với RTD. Có một số cách kết nối như sau:Kết nối 2 dây:Kết nối 3 dây:Kết nối 4 dây:Mạch khuếch đại: RF Vout = Vin (1 + ) RIN Sơ đồ mạch khuếch đại không đảo dùng op-amp Mạch chuyển đổi điện áp sang dòng3. Cảm biến nhiệt điện trở (Thermistor thermometer)* Cấu tạo - nguyên lý hoạt động Thermistor được chế tạo từ hỗn hợp các oxit kim loại Mangan, Nickel, Cobalt … Có 2 loại: • Hệ số nhiệt âm - điện trở giảm theo nhiệt độ (NTC), thông dụng nhất 1 1  ...