Bộ chuyển đổi nhiệt độ

Định nghĩa: Bộ chuyển đổi nhiệt độ là thiết bị điện chuyển đổi năng lượng nhiệt thành các đại lượng vật lý như vị trí, áp suất hoặc tín hiệu điện. Chức năng chính của nó là cho phép đo lường tự động nhiệt độ. Nguyên tắc cơ bản của bộ chuyển đổi nhiệt độ là phát hiện nhiệt và sau đó chuyển đổi thông tin này thành định dạng có thể đọc được để truyền tải.

Đặc điểm của Bộ chuyển đổi Nhiệt độ

• Ngõ vào luôn là một đại lượng nhiệt.

• Bộ chuyển đổi thường chuyển đổi đại lượng nhiệt thành đại lượng dao động.

• Chúng được sử dụng để đo lường nhiệt độ và lưu lượng nhiệt trong các thiết bị.

Phần tử Cảm biến

Phần tử cảm biến được sử dụng trong bộ chuyển đổi nhiệt độ phải có đặc tính thay đổi theo sự thay đổi nhiệt độ. Ví dụ, trong đồng hồ nhiệt điện trở, kim loại bạch kim được sử dụng làm phần tử cảm biến. Các yêu cầu chính cho phần tử cảm biến như sau:

• Phần tử cảm biến nhiệt độ chuyển đổi nhiệt độ thành nhiệt.

• Có sự thay đổi đáng kể về điện trở theo nhiệt độ.

• Phần tử cảm biến phải có điện trở cao.

Loại Bộ chuyển đổi Nhiệt độ

Bộ chuyển đổi nhiệt độ chủ yếu được phân loại thành hai loại chính:

Thiết bị Cảm biến Nhiệt độ Tiếp xúc

Trong loại bộ chuyển đổi này, phần tử cảm biến được kết nối trực tiếp với nguồn nhiệt. Việc truyền nhiệt xảy ra thông qua hiện tượng dẫn nhiệt, là quá trình mà nhiệt được truyền từ chất này sang chất khác mà không cần di chuyển các chất đó.

Thiết bị Cảm biến Nhiệt độ Không Tiếp xúc

Ở đây, phần tử cảm biến không tiếp xúc trực tiếp với nguồn nhiệt. Thay vào đó, chúng dựa vào hiện tượng đối lưu để truyền nhiệt. Đối lưu là quá trình mà nhiệt được truyền bởi sự di chuyển của chất.

Đồng hồ nhiệt điện trở được phân loại thành hai loại chính:

• Đồng hồ nhiệt điện trở Hệ số Nhiệt Độ Âm (NTC): Chúng chủ yếu được sử dụng để cảm biến nhiệt độ. Như tên gọi, điện trở của nhiệt điện trở NTC giảm khi nhiệt độ tăng. Đặc tính này khiến chúng rất hiệu quả trong việc phát hiện chính xác sự thay đổi nhiệt độ.

• Đồng hồ nhiệt điện trở Hệ số Nhiệt Độ Dương (PTC): Đồng hồ nhiệt PTC chủ yếu được sử dụng để điều khiển dòng điện. Khi nhiệt độ tăng, điện trở của nhiệt điện trở PTC cũng tăng. Đặc tính này cho phép chúng điều chỉnh dòng điện trong nhiều ứng dụng.

• Nguyên lý Hoạt động của Đồng hồ Nhiệt điện Trở: Kim loại có đặc tính là điện trở thay đổi theo nhiệt độ. Đồng hồ nhiệt điện trở tận dụng nguyên lý này để đo lường nhiệt độ. Bạch kim thường được sử dụng làm phần tử cảm biến trong các đồng hồ nhiệt điện trở độ chính xác cao. Do mối quan hệ ổn định và có thể dự đoán giữa điện trở và nhiệt độ của bạch kim, các đồng hồ nhiệt điện trở này có thể đo chính xác nhiệt độ xung quanh. Bằng cách đo điện trở của phần tử bạch kim, nhiệt độ tương ứng có thể được xác định chính xác, khiến đồng hồ nhiệt điện trở trở thành lựa chọn đáng tin cậy cho nhiều ứng dụng giám sát nhiệt độ.

Cặp Nhiệt Điện: Cặp nhiệt điện là thiết bị chuyển đổi nhiệt độ thành năng lượng điện tại điểm tiếp xúc. Nó hoạt động dựa trên nguyên lý rằng các kim loại khác nhau có các hệ số nhiệt độ khác nhau. Khi hai kim loại khác nhau được kết hợp lại để tạo thành một nút, hiện tượng gọi là hiệu Seebeck xảy ra. Khi nhiệt độ tại nút thay đổi, một điện áp được tạo ra trên nút. Điều quan trọng, điện áp này tỷ lệ thuận với sự chênh lệch nhiệt độ giữa nút và điểm tham chiếu. Mối quan hệ tuyến tính giữa điện áp tạo ra và nhiệt độ cho phép cặp nhiệt điện đo lường nhiệt độ một cách chính xác. Chúng được sử dụng rộng rãi trong nhiều ứng dụng công nghiệp, khoa học và gia đình, nơi cần giám sát và kiểm soát nhiệt độ chính xác, chẳng hạn như trong lò, lò nướng và hệ thống kiểm soát quy trình công nghiệp.

Bộ chuyển đổi Nhiệt độ Tích hợp mạch: Bộ chuyển đổi nhiệt độ tích hợp mạch (IC) sử dụng sự kết hợp giữa phần tử cảm biến nhiệt độ và mạch điện tử để đo nhiệt độ. Loại bộ chuyển đổi này được đặc trưng bởi phản ứng tuyến tính, giúp đơn giản hóa quá trình chuyển đổi nhiệt độ cảm nhận thành tín hiệu điện có thể dễ dàng giải thích. Tuy nhiên, một trong những nhược điểm đáng chú ý của bộ chuyển đổi nhiệt độ tích hợp là phạm vi hoạt động tương đối hẹp. Thông thường, nó hoạt động trong khoảng nhiệt độ từ 0°C đến 200°C. Phạm vi hạn chế này hạn chế khả năng sử dụng của nó trong các môi trường nhiệt độ cao hoặc thấp hơn, nơi cần phủ rộng hơn.Mặc dù có nhược điểm này, bộ chuyển đổi nhiệt độ IC được sử dụng rộng rãi trong nhiều ứng dụng như điện tử tiêu dùng, nơi kích thước nhỏ gọn, tuyến tính và giao diện tương đối đơn giản làm cho chúng trở thành lựa chọn ưu tiên để giám sát nhiệt độ trong phạm vi nhiệt độ đã chỉ định. Thiết bị cảm biến không tiếp xúc có thể được phân loại thêm, ví dụ như nhiệt điện trở. Nhiệt điện trở là loại điện trở có điện trở thay đổi theo nhiệt độ. Điện trở của nó được đo bằng cách truyền một dòng điện trực tiếp nhỏ, có thể đo, gây ra một điện áp rơi trên điện trở.