Điều gì là một cặp nhiệt điện?
Cảm biến nhiệt điện là gì?
Định nghĩa Cảm biến nhiệt điện
Cảm biến nhiệt điện là thiết bị chuyển đổi sự khác biệt về nhiệt độ thành điện áp dựa trên nguyên lý hiệu ứng nhiệt điện. Đây là loại cảm biến có thể đo nhiệt độ tại một điểm hoặc vị trí cụ thể. Cảm biến nhiệt điện được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng công nghiệp, gia đình, thương mại và khoa học do tính đơn giản, độ bền, chi phí thấp và dải nhiệt độ rộng.
Hiệu ứng nhiệt điện
Hiệu ứng nhiệt điện là hiện tượng tạo ra điện áp do sự khác biệt về nhiệt độ giữa hai kim loại hoặc hợp kim kim loại khác nhau. Hiệu ứng này được phát hiện bởi nhà vật lý người Đức Thomas Seebeck vào năm 1821, khi ông quan sát thấy rằng một trường từ được tạo ra xung quanh một vòng kín của hai kim loại khác nhau khi một đầu nối được làm nóng và đầu nối còn lại được làm lạnh.
Hiệu ứng nhiệt điện có thể được giải thích bằng sự di chuyển của electron tự do trong kim loại. Khi một đầu nối được làm nóng, electron sẽ tăng năng lượng động và di chuyển nhanh hơn về phía đầu nối lạnh. Điều này tạo ra sự chênh lệch điện thế giữa hai đầu nối, có thể được đo bằng voltmeter hoặc ammeter. Độ lớn của điện áp phụ thuộc vào loại kim loại được sử dụng và sự khác biệt về nhiệt độ giữa các đầu nối.
Cách hoạt động của Cảm biến nhiệt điện
Cảm biến nhiệt điện bao gồm hai dây làm từ các kim loại hoặc hợp kim kim loại khác nhau, được nối với nhau ở cả hai đầu để tạo thành hai đầu nối. Một đầu nối gọi là đầu nối nóng hoặc đầu đo, được đặt tại vị trí cần đo nhiệt độ. Đầu nối còn lại gọi là đầu nối lạnh hoặc đầu tham chiếu, được giữ ở nhiệt độ cố định và đã biết, thường là nhiệt độ phòng hoặc trong bồn nước đá.
Khi có sự khác biệt về nhiệt độ giữa hai đầu nối, điện áp điện được tạo ra trong mạch cảm biến nhiệt điện do hiệu ứng nhiệt điện. Điện áp này có thể được đo bằng voltmeter hoặc ammeter kết nối với mạch. Bằng cách sử dụng bảng hiệu chuẩn hoặc công thức liên quan đến điện áp và nhiệt độ cho một loại cảm biến nhiệt điện cụ thể, nhiệt độ của đầu nối nóng có thể được tính toán.
Các loại Cảm biến nhiệt điện
Có nhiều loại khác nhau như K, J, T và E, khác nhau về sự kết hợp kim loại, dải nhiệt độ và ứng dụng cụ thể.
Ưu điểm
Chúng có thể đo được dải nhiệt độ rộng, từ nhiệt độ cực thấp đến nhiệt độ rất cao.
Chúng là thiết bị đơn giản, chắc chắn và đáng tin cậy, có thể chịu đựng được môi trường khắc nghiệt và rung động.
Chúng rẻ tiền và dễ dàng lắp đặt và thay thế.
Chúng có thời gian phản hồi nhanh và có thể đo lường sự thay đổi nhiệt độ động.
Chúng không yêu cầu nguồn điện hoặc khuếch đại bên ngoài để hoạt động.
Nhược điểm
Chúng có độ chính xác và ổn định thấp hơn so với các cảm biến khác.
Chúng dễ bị lỗi do ăn mòn, oxy hóa, nhiễm bẩn hoặc lão hóa của dây dẫn.
Chúng yêu cầu một đầu nối tham chiếu ở nhiệt độ đã biết để đo chính xác.
Chúng có đầu ra không tuyến tính, đòi hỏi hiệu chỉnh hoặc bù đắp phức tạp.
Chúng có thể tạo ra điện áp nhiệt điện không mong muốn do các đầu nối phụ trong mạch.
Tiêu chí lựa chọn
Chọn dựa trên dải nhiệt độ, độ chính xác, khả năng tương thích với môi trường, kích thước, đặc tính điện và chi phí.
Ứng dụng phổ biến
Ngành thép và sắt
Thiết bị khí gas
Cảm biến bức xạ nhiệt
Sản xuất
Sản xuất điện
Nhà máy chế biến
Cảm biến nhiệt điện như đồng hồ chân không
Kết luận
Cảm biến nhiệt điện là các cảm biến nhiệt độ được sử dụng rộng rãi, bao gồm hai loại kim loại khác nhau được nối với nhau ở một đầu. Khi mối nối của hai kim loại được làm nóng hoặc làm lạnh, một điện áp được tạo ra có thể được liên kết trở lại với nhiệt độ.
Cảm biến nhiệt điện có nhiều ưu điểm và nhược điểm so với các cảm biến nhiệt độ khác. Chúng có thể đo được dải nhiệt độ rộng, từ nhiệt độ cực thấp đến nhiệt độ rất cao. Chúng là thiết bị đơn giản, chắc chắn và đáng tin cậy, có thể chịu đựng được môi trường khắc nghiệt và rung động. Chúng rẻ tiền và dễ dàng lắp đặt và thay thế. Chúng có thời gian phản hồi nhanh và có thể đo lường sự thay đổi nhiệt độ động. Tuy nhiên, chúng có độ chính xác và ổn định thấp hơn so với các cảm biến khác. Chúng dễ bị lỗi do ăn mòn, oxy hóa, nhiễm bẩn hoặc lão hóa của dây dẫn. Chúng yêu cầu một đầu nối tham chiếu ở nhiệt độ đã biết để đo chính xác. Chúng có đầu ra không tuyến tính, đòi hỏi hiệu chỉnh hoặc bù đắp phức tạp.
Để chọn cảm biến nhiệt điện phù hợp, hãy xem xét dải nhiệt độ và độ chính xác cần thiết, khả năng tương thích hóa học và độ bền của dây, kích thước và hình dạng của đầu dò, đặc tính điện và khả năng chống nhiễu, cũng như sự sẵn có và chi phí của loại và phụ kiện.
Cảm biến nhiệt điện được sử dụng trong một loạt các ứng dụng trong nhiều ngành công nghiệp và lĩnh vực. Một số ứng dụng phổ biến của cảm biến nhiệt điện là ngành thép và sắt, thiết bị khí gas, cảm biến bức xạ nhiệt, sản xuất, sản xuất điện, nhà máy chế biến và cảm biến nhiệt điện như đồng hồ chân không.
