Cảm biến nhiệt độ là gì: Các loại & Ứng dụng của nó

Trong cuộc sống hàng ngày, tất cả chúng ta đều sử dụng các loại cảm biến khác nhau. Từ đó, cảm biến nhiệt độ là một loại cảm biến được sử dụng thường xuyên nhất ở các dạng khác nhau như lò vi sóng, máy nước nóng, tủ lạnh, nhiệt kế, ... Nói chung, các loại cảm biến này được sử dụng trong nhiều ứng dụng để đo lượng độ mát hoặc độ nóng của thiết bị và thay đổi nó thành một đơn vị có thể đọc được. Bạn có biết nhiệt độ của các tòa nhà, đập, lỗ khoan, đất được đo như thế nào không:? Vâng, điều này có thể được thực hiện thông qua một loại cảm biến nhiệt độ đặc biệt để tính toán các chỉ số nhiệt độ thông qua các tín hiệu điện. Bài viết này thảo luận tổng quan về cảm biến nhiệt độ và hoạt động của chúng với các loại và ứng dụng. Cảm biến nhiệt độ là gì? Một cảm biến được sử dụng để đo hoặc duy trì nhiệt độ cố định trong bất kỳ thiết bị nào được gọi là cảm biến nhiệt độ. Loại cảm biến này đóng một vai trò quan trọng trong các ứng dụng khác nhau. Phép đo vật lý như nhiệt độ là phép đo phổ biến nhất trong các ứng dụng công nghiệp. Cảm biến nhiệt độ cung cấp phép đo nhiệt độ ở dạng rõ ràng bằng cách sử dụng tín hiệu điện.Cảm biến nhiệt độ Các loại cảm biến này có sẵn ở nhiều dạng khác nhau, được sử dụng cho các kỹ thuật quản lý nhiệt độ khác nhau. Cảm biến nhiệt độ hoạt động chủ yếu phụ thuộc vào điện áp trên các cực của diode. Vì vậy, sự thay đổi nhiệt độ tỷ lệ thuận với điện trở của diode. Có thể thực hiện phép đo điện trở trên các cực của diode và thay đổi các đơn vị nhiệt độ có thể đọc được như độ C, độ F, độ bách phân & được hiển thị dưới dạng số trên các đơn vị đọc. Trong lĩnh vực giám sát địa kỹ thuật, cảm biến nhiệt độ được sử dụng để tính toán nhiệt độ bên trong của các cấu trúc khác nhau như tòa nhà, đập, cầu, nhà máy điện, v.v. Mạch cảm biến nhiệt Sơ đồ mạch của công tắc rơle sử dụng cảm biến nhiệt độ được hiển thị bên dưới. Khi mạch nhận nhiệt thì rơ le sẽ kích hoạt tải. Bất kỳ điện áp nào cũng có thể được áp dụng cho rơ le này như thiết bị 110V AC hoặc 220V AC hoặc DC để chúng ta có thể kiểm soát nó thường xuyên ở nhiệt độ ưa thích. Mạch này xây dựng đơn giản và rẻ tiền. Đối với những người mới bắt đầu sử dụng điện tử, nó là một mạch hoàn hảo.Mạch cảm biến nhiệt độ với công tắc chuyển tiếp Các thành phần cần thiết để tạo nên mạch cảm biến nhiệt độ này là nguồn điện một chiều đầu vào 9V DC, điện trở nhiệt 10KΩ, bóng bán dẫn BC547B, rơle 6V, diode 1N4007 & biến trở 20KΩ. Hoạt động của mạch này có thể được thực hiện bằng pin 9V, bộ chuyển đổi hoặc máy biến áp. Mạch này bao gồm 2 bóng bán dẫn BC547B giống như một cặp Darlington. Vì vậy, độ nhạy của mạch, cũng như độ lợi, có thể được tăng lên thông qua các bóng bán dẫn này. Phạm vi nhiệt yêu cầu có thể được điều chỉnh bằng cách sử dụng một biến trở mà bạn muốn kích hoạt rơle của mình. Trong mạch này, một điện trở nhiệt đóng một vai trò quan trọng vì nó phát hiện ra nhiệt. Mạch này hoạt động khá đơn giản. Một khi điện trở nhiệt bị nóng thì điện trở của nó sẽ giảm và nó cho phép dòng điện kích hoạt các bóng bán dẫn. Vì vậy, bây giờ, tải được kết nối với rơ le này sẽ được kích hoạt. Mạch này rất hữu ích giống như vận hành quạt ở nhiệt độ ưa thích. Nó kích hoạt báo động trong những trường hợp khẩn cấp mà bạn không muốn quá nóng. Hơn nữa, các loại cảm biến này được phân loại thành các loại khác nhau sẽ được thảo luận bên dưới. Các cảm biến này có thể được sử dụng để phát hiện chất rắn, chất lỏng, hoặc chất khí trong phạm vi nhiệt độ rộng. Cảm biến nhiệt độ kiểu tiếp điểm có nhiều loại khác nhau như RTD, cặp nhiệt điện, nhiệt kế, nhiệt điện trở, v.v. Trong đó, cặp nhiệt điện thường ít tốn kém hơn vì sử dụng vật liệu và mô hình đơn giản. Loại cảm biến còn lại là một điện trở nhiệt, nơi điện trở sẽ giảm khi nhiệt độ tăng lên. Cặp nhiệt điện Cảm biến nhiệt độ phổ biến và thường xuyên được sử dụng nhất là cặp nhiệt điện do độ nhạy, độ chính xác, dải nhiệt độ rộng, tính đơn giản và độ tin cậy của nó. Nói chung, loại cảm biến này bao gồm hai phần kim loại khác nhau như đồng và hằng số được nối với nhau thông qua quá trình hàn.Cặp nhiệt điện Thiết kế của cảm biến này có thể được thực hiện bằng hai kim loại khác nhau được kết nối qua hai dây dẫn tại hai điểm. Điện áp giữa các dây này sao chép sự thay đổi trong nhiệt độ. Mặc dù so với RTD, độ chính xác sẽ kém hơn một chút. Phạm vi nhiệt độ của cảm biến này nằm trong khoảng từ -200 ° C đến -1750 ° C nhưng chúng rất đắt. Vì vậy, đây được gọi là hiệu ứng nhiệt điện. Nói chung, chúng không đắt khi vật liệu và thiết kế của chúng đơn giản. Đầu ra của cặp nhiệt điện chủ yếu phụ thuộc vào loại của nó, trong đó cặp nhiệt điện thông thường được phân loại thành các loại khác nhau như K, J, T, N & E được gọi là cặp nhiệt điện kim loại cơ bản. Các loại cặp nhiệt điện loại S, B & R được gọi là cặp nhiệt điện Kim loại quý và loại C & D được gọi là cặp nhiệt điện loại kim loại chịu lửa. Phạm vi nhiệt độ của các loại cặp nhiệt điện dựa trên các loại của nó như sau. từ 0 ° - 750 ° CT Phạm vi nhiệt độ của cặp nhiệt điện loại 'K' nằm trong khoảng -200 ° - 1250 ° từ -200 ° - 900 ° CT Dải nhiệt độ của cặp nhiệt điện loại 'N' nằm trong khoảng từ 250 ° - 350 ° CThermistorsThermistors còn được gọi là điện trở nhạy nhiệt được làm bằng vật liệu gốm như oxit kim loại cụ thể được phủ bằng thủy tinh. Nguyên tắc hoạt động của nhiệt điện trở là, khi nhiệt độ tăng thì điện trở của nó sẽ tăng lên.Cảm biến nhiệt điện trở Theo nguyên lý, nó được phân loại thành hai loại như Hệ số nhiệt độ dương (PTC) và Hệ số nhiệt độ âm (NTC). Trong hệ số nhiệt độ dương, khi nhiệt độ của vật liệu tăng thì điện trở sẽ tăng lên trong khi ở NTC, nhiệt độ giảm thì điện trở sẽ giảm. Điện trở của nhiệt điện trở sẽ tăng lên khi nhiệt độ tăng. Sự thay đổi lớn không có gì khác ngoài nhiệt độ sẽ được phản ánh nhanh chóng một cách chính xác. Nhiệt điện trở chính xác hơn so với cặp nhiệt điện. Các cảm biến này được làm bằng polyme hoặc gốm sứ. Các kim loại này có thể được liên kết với nhau để tạo thành dải Bi-kim loại. Nguyên tắc làm việc chính của bộ điều nhiệt phụ thuộc vào sự khác biệt trong hệ số giãn nở tuyến tính của các kim loại. Vì vậy, nó đẩy chúng sinh ra chuyển động cơ học do nhiệt lượng tăng lên.Bộ điều nhiệt: Dải lưỡng kim được sử dụng như một công tắc điện trong các bộ điều khiển nhiệt. Ứng dụng rộng rãi của điều này là để kiểm soát các yếu tố gia nhiệt của nước nóng trong nồi hơi, bể chứa nước nóng, lò nung; Hệ thống làm mát tản nhiệt trong xe, v.v. RTD hoặc Máy dò nhiệt độ điện trở Việc thiết kế một máy dò nhiệt độ điện trở có thể được thực hiện từ các kim loại dẫn điện chính xác như bạch kim được bao bọc trong một cuộn dây. Điện trở của RTD thay đổi khi nhiệt độ thay đổi. RTD còn được gọi là nhiệt kế điện trở & tính toán nhiệt độ thông qua điện trở của phần tử RTD sử dụng nhiệt độ.RTDRTD hoặc Máy dò nhiệt độ điện trở là lá kim loại của nhiệt điện trở và đây là loại cảm biến nhiệt độ chính xác và đắt tiền nhất. RTD có PTC (hệ số nhiệt độ dương) tuy nhiên khác với nhiệt điện trở. Đầu ra của điều này là rất tuyến tính, tạo ra các phép đo nhiệt độ rất chính xác. Loại cảm biến thường có sẵn nhất là Pt100, bao gồm giá trị điện trở điển hình như 100Ω ở 0oC. IC dựa trên chất bán dẫn Các loại mạch tích hợp dựa trên cảm biến nhiệt độ này có sẵn ở hai loại khác nhau như nhiệt độ cục bộ và loại kỹ thuật số từ xa. Loại IC nhiệt độ cục bộ được sử dụng để tính toán nhiệt độ của chúng thông qua các đặc tính vật lý của bóng bán dẫn. Loại kỹ thuật số từ xa được sử dụng để tính toán nhiệt độ bóng bán dẫn bên ngoài. Cảm biến nhiệt độ cục bộ sử dụng đầu ra của một trong hai loại tương tự hoặc kỹ thuật số. Đầu ra của tương tự là dòng điện hoặc điện áp trong khi đầu ra kỹ thuật số có thể được quan sát ở các định dạng khác nhau như SMBus, I²C, SPI & 1-Wire. Các cảm biến này phát hiện nhiệt độ trên PCB. Một cảm biến nhiệt độ nhỏ như MAX31875 có thể được sử dụng trong các ứng dụng chạy bằng pin khác nhau. Hoạt động của cảm biến nhiệt độ kỹ thuật số từ xa tương tự như cảm biến nhiệt độ cục bộ sử dụng các đặc tính vật lý của bóng bán dẫn. Điểm khác biệt chính là bóng bán dẫn được đặt cách xa IC cảm biến. Một số FPGS & bộ vi xử lý bao gồm một bóng bán dẫn cảm biến lưỡng cực để tính toán nhiệt độ khuôn của IC. Thiết bị đo nhiệt độ Một thiết bị giống như nhiệt kế được sử dụng để tính toán nhiệt độ của chất lỏng, chất rắn hoặc chất khí. Như tên cho thấy, nó là sự kết hợp của hai thuật ngữ như nhiệt và đồng hồ, trong đó nhiệt không là gì khác ngoài nhiệt. Nhiệt kế bao gồm một chất lỏng như thủy ngân hoặc rượu trong hình trụ thủy tinh. Đại lượng của nhiệt kế tỷ lệ thuận với nhiệt độ. Một khi nhiệt độ tăng lên, thì số lượng của nhiệt kế cũng tăng lên.Nhiệt kế Khi chất lỏng của nhiệt kế bị đốt nóng thì nó tăng lên trong ống mỏng. Nhiệt kế này bao gồm một thang đo đã được hiệu chuẩn để chỉ định nhiệt độ. Nhiệt kế bao gồm các số được đánh dấu bên cạnh ống thủy tinh xác định nhiệt độ khi vạch thủy ngân đạt đến điểm đó. Nhiệt độ này có thể được lưu trong các thang này như Kelvin, độ C hoặc độ F. Vì vậy, luôn luôn thông minh khi ghi lại thang đo nào được điều chỉnh. Vì vậy, họ tính toán nhiệt độ bằng cách sử dụng bức xạ của nguồn nhiệt. Loại cảm biến không tiếp xúc phổ biến là cảm biến IR (hồng ngoại) và chức năng chính của cảm biến này là phát hiện năng lượng của đối tượng từ xa & tạo ra một dấu hiệu cho một mạch phát hiện nhiệt độ của một đối tượng thông qua một kế hoạch hiệu chuẩn chính xác. không tiếp xúc trực tiếp với mục tiêu, và chúng tính toán lượng mát hoặc nóng trong toàn bộ bức xạ phát ra qua nguồn nhiệt. Cảm biến nhiệt độ loại không tiếp xúc được sử dụng rộng rãi. Trong đại dịch Co-vid 19, nó được sử dụng để kiểm tra nhiệt độ của người dân. Một số cảm biến nhiệt độ khác được thảo luận bên dưới.LM35 Cảm biến nhiệt độ ICLM35 là một loại cảm biến nhiệt độ tạo ra tín hiệu tương tự như tín hiệu đầu ra. Đầu ra của IC này thay đổi tùy thuộc vào nhiệt độ xung quanh nó. Loại IC này có kích thước rất nhỏ cũng như giá thành rẻ. Chức năng chính của IC này là tính toán nhiệt độ ở bất kỳ đâu trong khoảng -55 ° C -150 ° C. Việc giao tiếp của IC này có thể được thực hiện bằng cách sử dụng bất kỳ vi điều khiển nào có chức năng ADC. IC này có thể được cấp nguồn bằng cách cung cấp điện áp điều chỉnh + 5V cho chân i / p và chân GND có thể được kết nối với GND của mạch. Một khi phổ IR mở rộng lên đến 1,000,000 nm, thì các cảm biến này không tính được trên 14,000 nm. Hoạt động của cảm biến IR có thể được thực hiện bằng cách tập trung năng lượng IR được tạo ra từ một vật thể vào các bộ tách sóng quang. Các cảm biến quang này thay đổi năng lượng thành tín hiệu điện có thể so sánh với năng lượng hồng ngoại được tạo ra qua vật thể. Bởi vì năng lượng IR được tạo ra từ bất kỳ vật thể nào cũng có thể tỷ lệ với nhiệt độ của nó. Tín hiệu điện cung cấp kết quả đọc nhiệt độ chính xác của vật thể. Các tín hiệu IR được cung cấp cho cảm biến IR thông qua một cửa sổ bằng nhựa. Nói chung, nhựa không cho phép các tần số IR truyền khắp nó; các cảm biến sử dụng dạng trong suốt cho các tần số cụ thể. Chất liệu nhựa này lọc ra các tần số không cần thiết để bảo vệ các thiết bị điện tử bên trong cảm biến IR khỏi bụi bẩn, v.v. Việc kết nối cảm biến này có thể được thực hiện trên ô tô bên cạnh bộ điều nhiệt tùy theo nhà sản xuất. Ở một số xe, có hai loại cảm biến nhiệt độ; một cảm biến được sử dụng để truyền dữ liệu từ hệ thống động cơ ô tô về phía thiết bị điều khiển và một cảm biến khác được sử dụng từ thiết bị điều khiển đến bảng điều khiển. Khi nhiệt độ của động cơ ô tô thay đổi, đầu ra chênh lệch tiềm năng của thiết bị cũng có thể được thay đổi và điều này có thể được tính toán thông qua bộ phận điều khiển của động cơ. được sử dụng chủ yếu để đo nhiệt độ của chất làm mát bên trong hệ thống làm mát. Cảm biến nhiệt độ nước làm mát hoạt động thông qua ECU của xe bằng cách theo dõi liên tục để xác nhận động cơ xe có hoạt động ở nhiệt độ tối ưu hay không. Điện trở của cảm biến nhiệt độ nước làm mát thay đổi trong suốt nhiệt độ; vì vậy đây là cách ECU giám sát sự thay đổi nhiệt độ. ECU sử dụng số đọc này để tính toán nhiệt độ nước làm mát & từ đó điều chỉnh hỗn hợp nhiên liệu, phun nhiên liệu, thời điểm đánh lửa & điều khiển khi quạt làm mát điện được BẬT / TẮT. Dữ liệu này cũng có thể được sử dụng để truyền kết quả đọc nhiệt độ chính xác của động cơ trên bảng điều khiển. Cảm biến này chính xác đến 0.1 ° C trong phạm vi đo từ 37 ° C đến 39 ° C & độ phân giải 16 bit. Cảm biến nhiệt độ cơ thể người này có tính năng cảnh báo nhiệt độ quá cao để làm cho quạt BẬT thông qua độ trễ đầu ra của hệ điều hành. Cảm biến này thay đổi các phép đo nhiệt độ thành dạng kỹ thuật số thông qua ADC và sigma-delta. Cảm biến nhiệt độ MAX30205 có ba dòng chọn địa chỉ sử dụng 32 địa chỉ có thể lấy được. Điện áp cung cấp của cảm biến này nằm trong khoảng từ 2.7V - 3.3V và dòng điện cung cấp là 600µA & giao diện bảo vệ khóa tương thích I2C để sử dụng trong các ứng dụng khác nhau. IC này có thể được sử dụng trong gói TDFN với 8 chân và hoạt động trong phạm vi nhiệt độ từ 0 NC-đến- + 50NC. Không cần mạch cầu Thời gian phản hồi rất nhanh Phản hồi nhanh chóng khi nhiệt độ thay đổiĐây rất đơn giản để thiết kếChi phí ban đầu ít hơn Phạm vi từ -200oC đến + 2500oCác cảm biến IC đo nhiệt độ trong phạm vi -200oC - 2500oC Cặp nhiệt độ không sử dụng bất kỳ nguồn điện bổ sung nào và chúng rất đơn giản để thiết kế và mạnh mẽ, ít chi phí hơn, v.v. RTD có độ chính xác cao, ổn định hơn, tuyến tính hơn so với hoạt động của cặp nhiệt điện trở hoạt động rất nhanh và chúng cung cấp đầu ra cao hơn. Cảm biếnIC không đắt tiền, đầu ra tối đa & tuyến tính hơn so với các t khác ypes.Nhược điểm Nhược điểm của cảm biến nhiệt độ bao gồm những điều sau đây. Hạn chế của cặp nhiệt điện là; Độ ổn định kém nhất, độ phi tuyến tính, điện áp thấp, yêu cầu tham chiếu, độ nhạy, v.v. Hạn chế của RTD là; đắt tiền, điện trở tuyệt đối là hoàng thổ, nguồn dòng yêu cầu không mạnh so với cặp nhiệt điện. Hạn chế của nhiệt điện trở là; nguồn hiện tại yêu cầu, tự làm nóng, dễ vỡ, không tuyến tính, hỗ trợ bị hạn chế, v.v. Hạn chế của cảm biến IC là; hoạt động chậm, nguồn điện yêu cầu, tự sưởi ấm, cấu hình bị hạn chế, nhiệt độ lên đến 200oC, v.v. Ứng dụng Các ứng dụng của cảm biến nhiệt độ bao gồm những điều sau đây. , sưởi ấm bộ tản nhiệt điện, sản xuất thực phẩm, máy hút rượu, v.v. Một số ứng dụng khác của cảm biến nhiệt độ bao gồm chuyển tiếp, điện & tiện ích, HVAC, bộ trao đổi nhiệt, hiệu chuẩn & thiết bị đo, quy trình công nghiệp, khoan, hệ thống sưởi ấm, năng lượng, phòng thí nghiệm, v.v. Các cảm biến được sử dụng để kiểm soát nhiệt độ của động cơ và kiểm soát hoạt động của động cơ. Nhiệt độ khoan có thể được điều khiển bởi người vận hành khoan trong các ứng dụng của địa nhiệt. có thể được người dùng kiểm tra để có thể điều khiển máy nước nóng để tiết kiệm năng lượng. Nhiệt độ của ổ trục và dầu động cơ Có thể được kiểm soát thông qua cảm biến này bằng cách vận hành hệ thống làm mát. Cảm biến nhiệt độ chủ yếu được ứng dụng trong các thiết bị y tế, thiết bị nấu ăn, ô tô, máy tính và các loại máy móc khác.

Để lại lời nhắn 

Danh sách tin nhắn