Đánh giá chủ đề:
  • 74 Vote(s) - Trung bình 2.73
  • 1
  • 2
  • 3
  • 4
  • 5
Cảm biến nhiệt độ
Bài viết: #1
CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ




Trong các đại lượng vật lý, nhiệt độ là một trong số những đại lượng
được quan tâm nhiều nhất. Đó là vì nhiệt độ có vai trò quyết định trong nhiều
tính chất của vật chất. Một trong những đặc điểm tác động của nhiệt độ là làm
thay đổi một cách liên tục các đại lượng chịu sự ảnh hưởng của nó, thí dụ áp suất
và thể tích của một chất khí, sự thay đổi pha hay điểm Curi của các vật liệu từ
tính. Bởi vậy, trong nghiên cứu khoa học, trong công nghiệp và trong đời sống
hàng ngày việc đo nhiệt độ là điều rất cần thiết.
Có nhiều cách đo nhiệt đo:

- Phương pháp quang dựa trên sự phân bố phổ bức xạ nhiệt do dao động nhiệt (hiệu ứng
Doppler).

- Phương pháp cơ dựa trên sự giản nở của vật rắn, lỏng hoặc khí (với áp suất không đổi), hoặc dựa trên tốc độ âm.

- Phương pháp điện dựa trên sự phụ thuộc của điện trở vào nhiệt độ (hiệu ứng Seebeck), hoặc dựa trên sự thay đổi tần số dao động của thạch anh.

I. THANG NHIỆT ĐỘ

Thang nhiệt độ tuyệt đối được xác định dựa trên tính chất của khí lý tưởng.
1. Thang nhiệt độ nhiệt động học tuyệt đối
Thang Kelvin: đơn vị là K. Người ta gán nhiệt độ của điểm cân bằng của ba trạng thái nước – nước đá – hơi một giá trị số bằng 273,15K.
2. Thang Celsius
Đơn vị nhiệt độ là (0C). Quan hệ giữa nhiệt độ Celsius và nhiệt độ Kelvin cho theo biểu thức:
T (0C) = T (K) – 273,15
3. Thang Fahrenheit
Đơn vị nhiệt độ là Fahrenheit (0F). Quan hệ giữa nhiệt độ Celsius và Fahrenheit được cho bởi biểu thức:
[Image: 2610201192848501.png]
Nhiệt độ đo được (nhờ một điện trở hoặc một cặp nhiệt) chính là nhiệt độ của cảm biến, ký hiệu Tc. Tc phụ thuộc vào nhiệt độ môi trường Tx và sự trao đổi nhiệt.
Điều cần thiết là phải giảm hiệu số Tx – Tc, có 2 biện pháp:
- Tăng sự trao đổi nhiệt giữa cảm biến và môi trường đo.
- Giảm sự trao đổi nhiệt giữa cảm biến và môi trường bên ngoài.
Để đo nhiệt độ của một vật rắn, từ bề mặt vật người ta khoan một lỗ nhỏ với đường
kính r và độ sâu L để đưa cảm biến vào sâu trong vật rắn. Để tăng độ chính xác, phải đảm bảo 2 điều kiện:
- Chiều sâu lỗ khoan L ≥ 10r.
- Giảm trở khángnhiệt giữa vật rắn và cảm biến bằng cách giảm khoảng cách giữa vỏ cảm biến và thành lỗ khoan, hoặc lấp đầy bằng một vật liệu dẫn nhiệt tốt.
II. CẢM BIẾN NHIỆT ĐIỆN TRỞ
Ưu điểm của nhiệt điện trở là đơn giản, độ nhạy cao, ổn định dài hạn. Các nhiệt điện trở có thể chia thành 3 loại: điện trở kim loại, điện trở bán dẫn và nhiệt điện trở.
1. Nhiệt điện trở kim loại
Thường có dạng dây hoặc màng mỏng kim loại có điện trở suất thay đổi nhiều theo nhiệt độ. Người ta thường làm điện trở bằng platin, niken, đôi khi cũng sử dụng đồng và vonfram.
- Platin được chế tạo với độ tinh khiết cao nhằm tăng độ chính xác của đặc tính điện. Platin trơ về hóa học và ổn định về tinh thể cho phép hoạt động tốt trong dải nhiệt rộng từ -200°C ÷ 1000°C.
- Niken có độ nhạy nhiệt cao hơn nhiều so với platin. Điện trở niken ở 100°C gấp 1,617 lần
ở 0°C, đối với platin chỉ bằng 1,385. Tuy nhiên, niken dễ bị oxy hóa khi nhiệt độ tăng do đó
dải nhiệt bị giới hạn dưới 250°C.
- Đồng được dử dụng trong một số trường hợp vì sự thay đổi điện trở theo nhiệt độ có độ tuyến tính
cao. Dải làm việc bị hạn chế dưới 180°C.
- Vonfram có độ nhạy nhiệt cao hơn platin khi ở nhiệt độ dưới 100°C và có độ tuyến tính cao hơn, có thể sử dụng ở nhiệt độ cao hơn. Vonfram có thể chế tạo thành các sợi mảnh. Tuy nhiên ứng suất trong vonfram (tạo ra trong quá trình kéo sợi) khó triệt tiêu nên điện trở vonfram có độ ổn định nhỏ hơn điện trở platin.
Để có độ nhạy cao, điện trở phải lớn. Muốn vậy phải:
- Giảm tiết diện dây, việc này bị hạn chế vì tiết diện càng nhỏ dây càng dễ dứt.
- Tăng chiều dài dây, việc này cũng bị giới hạn vì tăng chiều dài làm tăng kích thước của điện trở.
Do đó các điện trở kim loại có giá trị R vào khoảng 100Ω ở 0oC. Trên thực tế các sản phẩm thương mại có điện trở ở 0oC là 50Ω, 500Ω, 1000Ω. Các điện trở có trị số lớn thường dùng đo ở dải nhiệt
độ thấp, ở đó cho phép đo với độ nhạy tốt.
Để sử dụng cho mục đích công nghiệp, nhiệt kế phải có vỏ bọc tốt chống va chạm và rung động. Điện trở được cuốn và bao bọc trong thủy tinh hoặc
gốm đặt trong vỏ bọc bằng thép.

[Image: 2610201192850637.png]


Minh họa nhiệt kế công nghiệp dùng điện trở Pt
Để đo nhiệt độ bề mặt vật rắn, người ta sử dụng nhiệt điện trở bề mặt được chế tạo bằng phương pháp quang khắc bằng các vật liệu Ni, Fe – Ni hoặc Pt (Pt được sử dụng khi cần độ chính xác cao). Chiều dày lớp kim loại cở vài mm, kích thước 1cm2. Khi sử dụng nhiệt điện trở được dán lên bề mặt cần đo.
Các đặc tính chủ yếu của nhiệt điện trở bề mặt:
Độ nhạy: 5.10-3 /oC : Ni và Fe - Ni 4.10-4 /oC : Pt
Dải nhiệt độ hoạt động: -195oC ¸ 260oC : Ni và Fe – Ni -260oC ¸ 1400oC : Pt

[Image: 2610201192851369.png]
Minh họa một nhiệt kế tiếp xúc bề mặt
2. Nhiệt điện trở silic
Silic tinh khiết hoặc đơn tinh thể silic có hệ số điện trở âm, tuy nhiên khi được kích tạp loại n ở nhiệt độ nào đó hệ số điện trở của nó trở thành dương.
Khoảng nhiệt độ sử dụng từ -50°C đến 150°C.
Hệ số nhiệt cảm biến silic khoảng 0,7%/°C, nghĩa là điện trở thay đổi 0,7% theo từng độ C. Sự thay đổi nhiệt tương đối nhỏ nên có thể tuyến tính hóa đặc tuyến trong vùng nhiệt độ làm việc bằng cách mắc thêm một điện trở phụ (song song hay nối tiếp tùy thuộc vào mạch đo).
Sự thay đổi nhiệt của điện
trở suất silic phụ thuộc vào nồng độ chất pha và nhiệt độ.
Nếu nhiệt độ nhỏ hơn 120°C (dải nhiệt độ làm việc), điện trở suất tăng khi nhiệt độ tăng. Hệ số nhiệt của điện trở càng nhỏ khi pha tạp càng mạnh.
Trường hợp nhiệt độ lớn hơn 120°C, điện trở suất giảm khi nhiệt độ tăng. Hệ số nhiệt của điện trở suất không phụ thuộc vào pha tạp.
3. Nhiệt điện trở
Nhiệt điện trở có độ nhạy nhiệt rất cao, gấp hàng chục lần độ nhạy nhiệt điện trở kim loại. Nhiệt điện trở có thể chia thành 2 loại:
- Nhiệt điện trở có hệ số nhiệt điện trở dương.
- Nhiệt điện trở có hệ số nhiệt điện trở âm.
Nhiệt điện trở được làm từ các hỗn hợp oxit bán dẫn, đa tinh thể như MgO, MgAl2O4, Mn2O3, Fe3O4, Co2O3, NiO, ZnTiO4. Bột oxit được trộn với nhau theo tỉ lệ nhất định sau đó được nén định dạng và thiêu kết ở nhiệt độ 1000°C. Các dây nối được hàn tại hai điểm trên bề mặt.
Nhiệt điện trở có kích thước nhỏ cho phép đo nhiệt độ tại từng điểm, đồng thời nhiệt dung nhỏ nên thời gian đáp ứng ngắn.
Dải nhiệt độ làm việc từ vài độ K đến 300°C.
Vì độ nhạy cao, nhiệt điện trở được ứng dụng để phát hiện biến thiên nhiệt độ rất nhỏ (khoảng 10-4 ¸ 10-3K).
Để đo nhiệt độ thấp, ta sử dụng các nhiệt điện trở có điện trở thấp ở 25°C (50 ÷ 100Ω). Để đo nhiệt độ cao, cần phải sử dụng những nhiệt điện trở có điện trở cao ở 25°C (100 ÷ 500Ω).

Link: You are not allowed to view links. Register or Login to view.
link;
You are not allowed to view links. Register or Login to view.
Nguồn: sưu tầm




Trả lời
Bài viết: #2
cam on nhieu
Trả lời
Bài viết: #3
thanhk nhieu nha
Trả lời
Bài viết: #4
chào anh !
em là sinh viên đang định làm mạch cảnh báo cháy dùng cảm biến nhiệt độ và vi điều khiển 89c51 để cảnh báo
anh có thể cho em tài liệu về phần cứng cũng như code được không
em cảm ơn!
Trả lời
Bài viết: #5
(26-11-2012, 10:42 PM)ntuson Đã viết: You are not allowed to view links. Register or Login to view.chào anh !
em là sinh viên đang định làm mạch cảnh báo cháy dùng cảm biến nhiệt độ và vi điều khiển 89c51 để cảnh báo
anh có thể cho em tài liệu về phần cứng cũng như code được không
em cảm ơn!
Bạn xem Link này nhé, trong diễn đàn đã có bài viết và code cho bạn tham khảo.Trước khi đặt câu hỏi bạn nên search trên forum nhé.
You are not allowed to view links. Register or Login to view.
Nhận thiết kế mạch in ,mạch điện tử theo yêu cầu. Cung cấp mạch nạp 89, Pic, AVR.

[Image: email_icon.gif] :dqnam952@gmail.com
Trả lời
Bài viết: #6
mình đang cần.. đúng lúc quá, thanks nha
Trả lời


Đi tới chuyên mục:


Thành viên đang xem chủ đề: 1 Khách