CẢM BIẾN NHIỆT ppt

T − T Các hệ số Seeback không tuyến tính và phụ thuộc vào nhiệt độ tuyệt đối của vật dẫn, tính chất của vật liệu và cấu trúc phân tử tạo thành vật dẫn.. Trường hợp các hệ số Seeback l

1 HIỆU ỨNG NHIỆT ĐIỆN (HIỆU ỨNG SEEBACK) :

SB(T) và SA(T) là hệ số Seeback của các kim lọai A và B.

T1 và T2 là nhiệt độ tác động tại mỗi mối nối.

( B A ) ( 1 2 )

V = S − S T − T

Các hệ số Seeback không tuyến tính và phụ thuộc vào nhiệt độ tuyệt đối của vật dẫn, tính chất của vật liệu

và cấu trúc phân tử tạo thành vật dẫn

Trường hợp các hệ số Seeback là hằng số trong dảy nhiệt độ làm việc

Tóm lại, cảm biến Thermocouple xác định hiệu thế sinh

ra trên hai dây dẫn không cùng tính chất. Cảm biến được dùng đo trực tiếp chênh lệch nhiệt độ hay đo nhiệt độ tuyệt

đối khi định trước giá trị nhiệt độ trên một mối nối.

Khi đấu nối tiếp nhiều thermocouple với nhau chúng ta

có một thermopile.

2 HIỆU ỨNG PELTIER :

CẤU TẠO CỦA ĐẦU THERMOCOUPLE

3 PHÂN LỌAI THERMOCOUPLE THEO ASTM

(ASTM : American Society for Testing and Materials )

Đặc tính điện áp thay đổi theo nhiệt độ của các lọai thermocouple.

Hệ số Seebeck là đạo hàm của điện áp theo biến nhiệt độ

4 PHƯƠNG PHÁP ĐO ĐIỆN ÁP TRÊN THERMOCOUPLE:

4.1.KHẢO SÁT BAN ĐẦU:

Tại J3 (giữa đồng với đồng) sẽ không xuất hiện điện áp , V3 = 0.

Tại J2 (giữa Constantan với đồng) sẽ xuất hiện điện áp V2

Tóm lại, áp nhận được trên hai cực của máy đo DVM thực chất là áp xác định trong mắt lưới tương đương theo định luật Kirchhoff 2:

V1: áp cần đo tại mối nối chính J1 và V2: áp thứ cấp sinh ra

do mối nối J2 của mạch đo Như vậy khi dùng máy đo DVM đo trực tiếp điện áp trên hai đầu Thermocouple luôn luôn có sai số

do 1 2

4.2 Ý TƯỞNG KHẮC PHỤC SAI SỐ BAN ĐẦU:

Sai số có được do áp sinh ra tại mối nối J2.

Muốn khử đi giá trị này cần dùng thêm thermocouple thứ hai cùng lọai với themocouple tại J1 Thermocouple lắp thêm được gọi là thermocouple tham chiếu hay mối nối tham chiếu (Reference Junction)

Khi liên kết , chú ý cực tính của hai thermocouple

4.3 MỞ RỘNG PHÉP ĐO ĐIỆN ÁP TRÊN

THERMOCOUPLE:

V 1 = V N?u

V 3 = V 4 khi

T J3 = T J4

Khảo sát định luật Kirchhoff 2 trên mắt lưới của mạch đo, ta có:

V1 = V

Nếu V3 = V4

khi TJ3 = TJ4

V − V + V − V = V

V2 = 0 vì thermocouple tham chiếu nhúng trong bể đá đang tan Tại các mối nối J3 và J4 có các áp nhiệt điện là V3 và V4 , nếu nhiệt

độ tại các mối nối này bằng nhau thì giá trị V3 = V4

Tóm lại giá trị đọc trên DVM chính là điện áp nhiệt điện sinh ra trên thermocouple chính

MẠCH THAM CHIẾU ĐO ÁP TRÊN THERMOCOUPLE

(REFERENCE CIRCUIT)

HÌNH H2.27: Dùng kh?i đ?ng nhi?t thay th? b? đá

Thay thế bể đá bằng khối đẳng nhiệt

Tại khối này chúng ta có nhiệt độ tham khảo là T REF.

ño Th 1 REF

V S T T

4.5 PHƯƠNG PHÁP ĐO CÓ BÙ DÙNG PHẦN MỀM

(SOFTWARE COMPENSATION):

HÌNH H2.33: Phương pháp đo nhi?t bù b?ng ph?n m?m

BƯỚC 1: Đo điện trở của thermistor R Th để suy ra nhiệt độ T REF

Chuyển đổi giá trị nhiệt độ T REF sang điện áp V REF

BƯỚC 2: Đo áp V đo giữa hai đầu mạch cảm biến, dựa vào giá trị

V REF suy ra điện áp V 1 của thermocouple tạo bởi nhiệt độ tại môi trường cần đo.

SO SÁNH CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐO NHIỆT

Mạch thích hợp cho các đặc tính áp theo nhiệt độ của thermocouple

có độ dốc lớn hay hệ số Seeback thay đổi lớn theo nhiệt độ.

5.1 MẠCH ĐO MỨC NGƯỠNG NHIỆT ĐỘ:

5.2 MẠCH ĐO NHIỆT ĐỘ DÙNG BÁN DẪN LÀM MỐI NỐI LẠNH :

HÌNH H2.37

PHƯƠNG PHÁP TẠO RA MỐI NỐI LẠNH DÙNG DIODE ZENER LM335

Linh kiện LM329 phối hợp với cầu phân áp R 5 và R 6 để đặt trước điện áp ở 0 o C tương ứng của linh kiện LM355

THÍ DỤ :

Khi chọn điện trở R3 = 200 KΩ , với thermocouple lọai J

ta có hệ số Seebeck S th = 52,3 [µV/oC], trị số điện trở R4 được xác định theo quan hệ sau:

3

3 4

T o là nhiệt độ tuyệt đối 0 o K , tương tứng với -273,16 o C

V là điện áp tham chiếu của linh kiện LM 329, V = 6,95 V

THÍ DỤ :

Khi chọn điện trở R 5 = 200 KΩ với thermocouple lọai J ta có

hệ số Seebeck S Th = 52,3 [µV/ o C], trị số điện trở R 6 được xác định theo quan hệ sau:

Trước khi vận hành chỉnh biến trở R 1 để có được áp V 1

T là nhiệt độ môi trường tính theo nhiệt độ tuyệt đối [ o K],.

S Th là hệ số Seebeck tính trung bình trong khỏang nhiệt độ định trước.

Chỉnh biến trở R 7 để đạt được áp V 2 , thỏa quan

hệ : ( V 1 - V 2 ) bằng áp đo trên thermocouple tại nhiệt độ môi trường

NGUYÊN LÝ CỦA PHÉP ĐO NHIỆT:

Áp đo trên hai đầu của thermocouple là:

Quan sát mạch vòng trên ngõ ra, ta có phương trình cân bằng áp ( định luật Kirchhoff 2) như sau:

1 TỒNG QUAN VỀ CẢM BIẾN NHIỆT THERMISTOR

Thermistor là điện trở dùng đo lường sự thay đổi của nhiệt

độ dựa vào đặc tính điện trở thay đổi theo nhiệt độ

Thuật ngữ thermistor được ghép từ các danh từ “thermal”

∆R : độ thay đổi điện trở.

∆T : độ thay đổi nhiệt độ.

K : giá trị bậc nhất của hệ số nhiệt điện trở

có hệ số nhiệt điện trở dương được gọi là PTC thermistor

(PTC – Positive Temperature Coefficient)

Nếu K < 0 , giá trị điện trở giảm khi nhiệt độ tăng , hệ số nhiệt điện trở âmg ta có lọai NTC thermistor (NTC – Negative Temperature Coefficient).

2 PHƯƠNG TRÌNH STEINHART & HART:

Theo thực nghiệm, quan hệ tuyến tính gần đúng nêu trên chỉ đúng trong dảy giá trị hẹp của nhiệt độ Với phương pháp

đo nhiệt độ chính xác đặc tuyến xác định quan hệ của điện trở theo nhiệt độ được xác định theo phương trình Steinhart Hart , trình bày theo dạng xấp xỉ (gần đúng) đến bậc 3 :

T là nhiệt độ tuyệt đối ( o K-Kelvin)

R là giá trị của điện trở tại nhiệt độ T

T c

ĐẶC TUYẾN NTC THERMISTOR

3 PHƯƠNG TRÌNH ĐẶC TÍNH B CỦA NTC THERMISTOR

Với lọai thermistor có hệ số nhiệt điện trở âm có thể đặc tính hóa bằng phương trình theo thông số B, đây là dạng phương trình Steinhart & Hart với hệ số c bằng 0.

Trong đó các nhiệt độ T tính nhiệt độ tuyệt đối Kelvin.

R o là giá trị điện trở xác định tại nhiệt độ T o , trong đó giá trị T o = 298 o 15 K (tương ứng 25 o C ).

T

R R e

4 MẠCH DÙNG THERMISTOR LÀM PHẦN TỬ CHUYỂN ĐỔI

(TRANSDUCER):

Bảng thông số của thermistor (nhà sản xuất RTI)

38

Đặc tuyến điện trở theo nhiệt độ của thermistor RTI ACC-004

NGUYÊN LÝ HỌAT ĐỘNG

Nhiệt độ của thermistor được chuyển đổi sang áp bởi nguồn dòng 0,1mA Áp này được nâng đến mức cao hơn do điện trở R 3 và sau đó được khuếch đại bằng Opamp U 1b,

Điện trở R 3 tạo ra điện áp

để đối kháng với điện áp tham chiếu (hay điện áp chuẩn V REF )

REF 1 s

0,05 O C/năm (Rmàng) 0,002 O C/năm (R dây)

Thay đổi tùy từng lọai >1 o C / năm

CHẬM

1 đến 50 s

NHANH O,1 đến 10 s

Rất dễ ảnh hưởng Cần ra 3 hay 4 dây