Bộ chuyển đổi nhiệt độ: Chúng là gì? (Các loại và ví dụ)
Cảm biến nhiệt độ là gì?
Một cảm biến nhiệt độ là thiết bị chuyển đổi lượng nhiệt thành bất kỳ lượng vật lý nào như năng lượng cơ học, áp suất và tín hiệu điện v.v. Ví dụ, trong một cặp nhiệt điện, hiệu điện thế được tạo ra do sự khác biệt nhiệt độ giữa các đầu của nó. Do đó, cặp nhiệt điện là một cảm biến nhiệt độ.
Tính năng chính của cảm biến nhiệt độ
Đầu vào cho chúng luôn là các lượng nhiệt
Chúng thường chuyển đổi lượng nhiệt thành lượng điện
Chúng thường được sử dụng để đo nhiệt độ và dòng nhiệt
Sơ đồ cơ bản của cảm biến nhiệt độ
Sơ đồ cơ bản của cảm biến nhiệt độ được trình bày dưới đây theo các bước sau
Phần tử cảm nhận.
Phần tử cảm nhận trong cảm biến nhiệt độ là phần tử có tính chất thay đổi khi nhiệt độ thay đổi. Khi nhiệt độ thay đổi, sự thay đổi tương ứng xảy ra trong một số tính chất của phần tử.
Ví dụ – Trong Detector Nhiệt Độ Kháng (RTD), phần tử cảm nhận là kim loại Bạch Kim.
Điều kiện mong muốn để chọn phần tử cảm nhận là như sau
Thay đổi mỗi đơn vị điện trở của vật liệu mỗi đơn vị thay đổi nhiệt độ nên lớn
Vật liệu nên có độ dẫn điện cao để sử dụng thể tích vật liệu tối thiểu cho việc xây dựng
Vật liệu nên có mối quan hệ liên tục và ổn định với nhiệt độ
Phần tử chuyển đổi
Nó là phần tử chuyển đổi đầu ra của phần tử cảm nhận thành lượng điện. Sự thay đổi trong tính chất của phần tử cảm nhận hoạt động như đầu ra cho nó. Nó đo lường sự thay đổi trong tính chất của phần tử cảm nhận. Đầu ra của phần tử chuyển đổi sau đó được hiệu chỉnh để cho ra đầu ra đại diện cho sự thay đổi trong lượng nhiệt.
Ví dụ - Trong cặp nhiệt điện, hiệu điện thế được tạo ra giữa hai đầu được đo bằng volt kế và mức độ điện áp sau khi hiệu chỉnh cung cấp ý tưởng về sự thay đổi nhiệt độ.
Loại cảm biến nhiệt độ
Loại cảm biến nhiệt độ tiếp xúc
Trong những loại này, phần tử cảm nhận tiếp xúc trực tiếp với nguồn nhiệt. Chúng sử dụng truyền nhiệt qua dẫn nhiệt.
Loại cảm biến nhiệt độ không tiếp xúc
Trong cảm biến nhiệt độ không tiếp xúc, phần tử không tiếp xúc trực tiếp với nguồn nhiệt (tương tự như thiết bị kiểm tra điện áp không tiếp xúc hoặc bút điện áp). Cảm biến nhiệt độ không tiếp xúc sử dụng nguyên tắc đối lưu để truyền nhiệt. Các cảm biến nhiệt độ thường được sử dụng được mô tả dưới đây:
Thermistor
Từ thermistor có thể được gọi là Điện trở nhiệt. Như tên gọi, nó là thiết bị có điện trở thay đổi khi nhiệt độ thay đổi. Do độ nhạy cao, chúng được sử dụng rộng rãi để đo lường nhiệt độ. Chúng thường được gọi là cảm biến nhiệt độ lý tưởng. Thermistors thường được làm từ hỗn hợp oxit kim loại.
Tính chất của Thermistors
Chúng có Hệ số Nhiệt Tích cực âm, nghĩa là điện trở của thermistor giảm khi nhiệt độ tăng
Chúng được làm từ vật liệu bán dẫn
Chúng nhạy hơn so với RTD (Thermometres kháng) và Cặp nhiệt điện
Điện trở của chúng nằm trong khoảng từ 0,5Ω đến 0,75 MΩ
Chúng thường được sử dụng trong các ứng dụng đo lường nhiệt độ trong khoảng từ -60°C đến 15°C.
Nhiệt kế kháng
Một loại cảm biến nhiệt độ khác là Detector Nhiệt Độ Kháng (RTD). RTD là các cảm biến nhiệt độ chính xác được làm từ kim loại dẫn điện tinh khiết như bạch kim, đồng hoặc niken cuộn thành cuộn dây và điện trở của nó thay đổi khi nhiệt độ thay đổi, tương tự như thermistor.
Điện trở của chúng thay đổi theo quan hệ sau,
R = Điện trở của phần tử ở nhiệt độ nhất định
α = Hệ số nhiệt của phần tử
Ro = Điện trở của phần tử ở 0°C
Tính năng chính của RTD’s
Chúng rất nhạy và rẻ hơn so với thermistors và cặp nhiệt điện
Chúng có thể đo nhiệt độ từ -182,96°C đến 630,74°C
Cặp nhiệt điện
Cặp nhiệt điện là cảm biến nhiệt độ cơ bản gồm hai mối nối của kim loại khác nhau, như đồng và constantan được hàn lại. Một mối nối được giữ ở nhiệt độ không đổi gọi là mối nối tham chiếu (Lạnh), trong khi mối nối kia là mối nối đo (Nóng). Khi hai mối nối ở nhiệt độ khác nhau, một điện áp được tạo ra giữa các mối nối, được sử dụng để đo nhiệt độ.
Nguyên lý của cặp nhiệt điện
Khi các mối nối của hai kim loại như đồng và constantan được kết nối với nhau, hiệu điện thế được tạo ra giữa chúng. Hiện tượng này được gọi là hiệu ứng Seebeck khi một gradient nhiệt được tạo ra dọc theo dây dẫn, tạo ra một emf. Sau đó, điện áp đầu ra từ cặp nhiệt điện là hàm của sự thay đổi nhiệt độ.
Tính năng chính của cặp nhiệt điện
