NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT VỀ CẢM BIẾN NHỆT. XÂY DỰNG MÔ HÌNH VẬT LÝ ỨNG DỤNG CẢM BIẾN HỒNG NGOẠI VÀO HỆ THỐNG CHỐNG TRỘM

LỜI MỞ ĐẦUNgày nay, khoa học kỹ thuật phát triển như vũ bão, con ngư ời bước vào một thời đại mới thời đại mà mỗi giờ, mỗi phút, thậm chí là mỗi giây trôi qua lại xuất hiện những phát minh, tiến bộ khoa học – kỹ thuật. Công nghệ mới xuất hiện liên tục, từ đó, những thành tựu của khoa học kỹ thuật được áp dụng vào đời sống thực tiễn con người cùng với những ứng dụng của khoa học kỹ thuật tiên tiến của thế giới, chúng ta đã và đang ngày một thay đổi, văn minh và hiện đại hơn. Sự phát triển của kỹ thuật điện tử đã tạo ra hàng loạt những thiết bị với các đặc điểm nổi bật như sự chính xác cao, tốc độ nhanh, gọn nhẹ...là những yếu tố rất cần thiết góp phần cho hoạt động của con người đạt hiệu quả ngày càng cao hơn. Đi cùng với sự phát triển đó thì vấn đề an ninh đang vấn đề bức thiết được con người quan tâm hàng đầu. Từ khi tư hữu xuất hiện, việc bảo vệ tài sản của mình luôn là điều mà ai cũng thực hiện như bản năng. Từ xưa đến nay khóa là hình thức được sử dụng thông dụng và quen thuộc nhất. Tuy nhiên những tên trộm hoàn toàn có thể bẻ khóa một cách dễ dàng, kể cả khóa điện tử thông minh. Do đó cần có những thiết bị báo trộm, vừa để chủ nhà nhận biết được có kẻ trộm đột nhập, vừa làm cho kẻ trộm hoảng loạn quay đầu bỏ chạy ngay. Với những ngôi nhà thông minh hay chung cư, căn hộ,... thiết bị chống trộm lại càng quan trọng và cần thiết hơn. Xuất phát từ những ứng dụng đó, chúng tôi đã thiết kế và thi công một hệ thống mạch ứng dụng nhỏ trong thu phát hồng ngoại: “MẠCH CHỐNG TRỘM DÙNG CẢM BIẾN VẬT CẢN HỒNG NGOẠI E18D80NK” MỤC LỤCLời mở đầu1Phần 1: Nguyên cứu lý thuyết về cảm biến nhiệt2Chương 1: Giới thiệu cảm biến21.1 Khái niệm cảm biến21.2 Đặc trưng cơ bản21.3 Phân loại cảm biến 71.4 Nhiễu đo12Chương 2: Cảm biến nhiệt độ152.1 Giới thiệu152.2 Thang đo nhiệt độ152.3 Thermistor172.4 RTD202.5 Thermocouples (Cặp nhiệt ngẫu)212.6 Cảm biến hồng ngoại282.7 Cảm biến nhiệt độ bán dẫn29Phần 2: Xây dựng mô hình vật lí302.1 Ý tưởng nghiên cứu302.2 Lựa chọn thiết bị302.3 Mô hình ghép nối422.4 Nguyên lí làm việc của hệ thống432.5 Mô hình cơ khí + code432.6 Đánh giá50Tài liệu tham khảo52

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

Khoa Điện – Điện Tử Viễn Thông

Báo cáo CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ

Đề tài: NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT VỀ CẢM BIẾN NHỆT XÂY DỰNG MÔ HÌNH VẬT LÝ ỨNG DỤNG CẢM BIẾN HỒNG NGOẠI VÀO HỆ THỐNG CHỐNG TRỘM

GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN: NGUYỄN THỊ BÍCH NGỌC Sinh viên thực hiện: Dương Ngọc Hiếu 19510400

Lê Thành Lâm 19510400

Hoàng Thế Phong 1951040025

Đinh Duy Phương 19510400

Ngô Phước Tài 19510400

MỤC LỤC

Lời mở đầu 1

Phần 1: Nguyên cứu lý thuyết về cảm biến nhiệt 2

Chương 1: Giới thiệu cảm biến 2

1.1 Khái niệm cảm biến 2

1.2 Đặc trưng cơ bản 2

1.3 Phân loại cảm biến 7

1.4 Nhiễu đo 12

Chương 2: Cảm biến nhiệt độ 15

2.1 Giới thiệu 15

2.2 Thang đo nhiệt độ 15

2.3 Thermistor 17

2.4 RTD 20

2.5 Thermocouples (Cặp nhiệt ngẫu) 21

2.6 Cảm biến hồng ngoại 28

2.7 Cảm biến nhiệt độ bán dẫn 29

Phần 2: Xây dựng mô hình vật lí 30

2.1 Ý tưởng nghiên cứu 30

2.2 Lựa chọn thiết bị 30

2.3 Mô hình ghép nối 42

2.4 Nguyên lí làm việc của hệ thống 43

2.5 Mô hình cơ khí + code 43

2.6 Đánh giá 50

Tài liệu tham khảo 52

LỜI MỞ ĐẦU

Ngày nay, khoa học kỹ thuật phát triển như vũ bão, con ngư ời bước vào một thời đại mới thời đại mà mỗi giờ, mỗi phút, thậm chí là mỗi giây trôi qua lại xuất hiện những phát minh, tiến bộ khoa học – kỹ thuật Công nghệ mới xuất hiện liên tục, từ đó, những thành tựu của khoa học-

kỹ thuật được áp dụng vào đời sống thực tiễn con người cùng với những ứng dụng của khoa học kỹ thuật tiên tiến của thế giới, chúng ta đã và đang ngày một thay đổi, văn minh và hiện đại hơn Sự phát triển của kỹ thuật điện tử đã tạo ra hàng loạt những thiết bị với các đặc điểm nổi bật như sự chính xác cao, tốc độ nhanh, gọn nhẹ là những yếu tố rất cần thiết góp phần cho hoạt động của con người đạt hiệu quả ngày càng cao hơn Đi cùng với sự phát triển đó thì vấn đề an ninh đang vấn đề bức thiết được con người quan tâm hàng đầu Từ khi tư hữu xuất hiện, việc bảo vệ tài sản của mình luôn là điều mà ai cũng thực hiện như bản năng.

Từ xưa đến nay khóa là hình thức được sử dụng thông dụng và quen thuộc nhất Tuy nhiên những tên trộm hoàn toàn có thể bẻ khóa một cách dễ dàng, kể cả khóa điện tử thông minh Do đó cần có những thiết

bị báo trộm, vừa để chủ nhà nhận biết được có kẻ trộm đột nhập, vừa làm cho kẻ trộm hoảng loạn quay đầu bỏ chạy ngay Với những ngôi nhà thông minh hay chung cư, căn hộ, thiết bị chống trộm lại càng quan trọng và cần thiết hơn Xuất phát từ những ứng dụng đó, chúng tôi đã thiết kế và thi công một hệ thống mạch ứng dụng nhỏ trong thu phát

hồng ngoại: “MẠCH CHỐNG TRỘM DÙNG CẢM BIẾN VẬT CẢN HỒNG NGOẠI E18-D80NK”

Với đề tài lần này thì chúng tôi lựa chọn đề tài “Thiết kế mạch chống trộm sử dụng cảm biến vật cản hồng ngoại E18-D80NK Đề tài gồm 2 phần chính:

PHẦN 1: NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT VỀ CẢM BIẾN NHIỆT

CHƯƠNG 1 : GIỚI THIỆU CẢM BIẾN

1.1 Khái niệm cảm biến

 Cảm biến: là thiết bị dùng để cảm nhận biến đổi các đại lượng vật lý và các

đại lượng không có tính chất điện cần đo thành các đại lượng có thể đo và

xử lý được

 Các đại lượng cần đo thường không có tính chất điện ( nhiệt độ, vận tốc, ápsuất,…) tác động lên cảm biến cho ta một đặc trưng mang tính chất điện(điện tích, điện áp, dòng điện, trở kháng,…) chứa đựng thông tin cho phépxác định giá trị cần đo

1.1.1 Cấu trúc một dụng cụ đo không điện

 Cảm biến (sensor): thu nhận và biến đổi sự thay đổi của đại lượng không

điện thành sự thay đổi của đại lượng điện đầura

 Mạch đo: gia công tín hiệu từ khâu chuyển đổi cho phù hợp với cơ cấu chỉ

thị Bao gồm: khuếch đại, dịch mức, lọc, phối hợp trở kháng

 Cơ cấu chỉ thị: hiển thị kết quả đo (Số, kim, điện tử).

1.2 Đặc trưng cơ bản

1.2.1 Phương trình chuyển đổi

 Đại lượng điện(Y) ở ngõ ra của chuyển đổi luôn có thể biểu diễn theo ngõvào không điện (X) qua một hàm f.

Y = f(X)

 Tác dụng của nhiễu: Y = f(X, X1, X2,…, Xn)

 Trong đó X1, X2,… là những đại lượng nhiễu, do vậy điều kiện lý tưởng làcác đại lượng này bằng 0

 Phương pháp chuẩn cảm biến (Calibration)

 Chuẩn cảm biến là phép đo nhằm mục đích xác lập phương trình chuyểnđổi của cảm biến hoặc dưới dạng phương trình hoặc dạng đồ thị

 Thực hiện phép đo với những tín hiệu ngõ vào xi xác định để tìm đượcngõ ra yi → xây dựng đường đặc tính

 Chuẩn đơn giản: đại lượng đo chỉ có đlvl duy nhất tác động lên và cảm

biến ko nhạy với tác động của các đại lưởng ảnh hưởng Đo giá trị ngõ raứng với giá trị ngõ vào không đổi Tiến hành theo 2 pp: chuẩn trực tiếp

và chuẩn gián tiếp

 Chuẩn nhiều lần: áp dụng các cảm biến có tính trễ, xây dựng đường

đặc tính khi ngõ vào tăng lên và xây dựng đường đặc tính khi ngõ vàogiảm xuống

1.2.2 Độ nhạy

 Độ nhạy: là tỷ số biến thiên đầu ra theo biến thiên đầu vào

 Nên chọn cảm biến nào? Tại sao?

1.2.3 Ngưỡng độ nhạy và giới hạn đo

 Ngưỡng độ nhạy: là độ biến thiên lớn nhất của ngõ vào mà ngõ ra chưa

 Một cảm biến được gọi là tuyến tính trong một dải đo xác định nếu trong dải

đo đó độ nhạy không phụ thuộc vào giá trị đo

 Nếu cảm biến không tuyến tính, người ta sử dụng các mạch đo để hiệu chỉnhthành tuyến tính gọi là sự tuyến tính hóa

Đường thẳng tốt nhất (Best Straight Line)

Khi chuẩn một cảm biến, người ta đo được các cặp giá trị ứng với ngõ ra vàngõ vào {xi, yi}

 Lý tưởng thì những giá trị này sẽ nằm trên một đường đặc trưng là đườngthẳng

 Thực nghiệm các điểm này không nằm trên cùng đuờng thẳng mà nằm trên1đường gọi là đượng cong chuẩn

 Đường thẳng được xây dựng từ kết quả thực nghiệm sao cho sai số là nhỏnhất: đường thẳng tốt nhất

1.2.5 Sai số

 Sai số: là sai lệch giữa giá trị thực và giá trị đo được gồm sai số tuyệt đối và

sai số tương đối

 Có 3 lọai sai số chủ yếu trong chuyển đổi đại lượng đo lường không điện:

 Sai số phi tuyến: là sai số xuất hiện trong kết quả đo do đặc tính chuyển đổi

là phi tuyến

Khắc phục: tuyến tính hóa đặc tính chuyển đổi

 Sai số phụ: là sai số xuất hiện do ảnh hưởng của các đại lượng phụ

 Khắc phục: sử dụng cảm biến đúng trong môi trường theo yêu cầu của nhàsản xuất, Lọc nhiễu, Bù nhiễu, Phối hợp tổng trở v.v…

 Sai số ngưỡng : sai số do ngưỡng độ nhạy Sai số này phụ thuộc vào côngnghệ chế tạo nên không có cách khắc phục

1.3 Phân loại cảm biến

Cảm biến có thể được phân loại theo 1 trong các tiêu chuẩn sau:

 Yêu cầu về nguồn cung cấp:

 Nguyên lý chuyển đổi: dựa trên các hiệu ứng vật lý biến đổi một dạng năng

lượng nào đó (nhiệt, cơ hoặc bức xạ) thành năng lượng điện

Cảm biến tích cực gồm các hiệu ứng sau:

 Hiệu ứng nhiệt điện:

 Hiệu ứng áp điện:

 Hiệu ứng cảm ứng điện từ

 Hiệu ứng quang – điện – từ

 Hiệu ứng quang điện

 Hiệu ứng hoả điện

 Hiệu ứng Hall

a) Hiệu hứng nhiệt điện

Hai dây dẫn (M1) và (M2) có bản chất hóa học khác nhau được hàn lại vớinhau thành một mạch điện kín, nếu nhiệt độ ở hai mối hàn là T1 và T2 khácnhau, khi đó trong mạch xuất hiệm một suất điện động e(T1, T2) mà độ lớncủa nó phụ thuộc chênh lệch nhiệt độ giữa T1 và T2

Hiệu ứng nhiệt điện được ứng dụng để đo nhiệt độ T1 khi biết trước nhiệt độ

T2, thường chọn T2=0ₒC

b) Hiệu ứng hỏa điện

Một số tinh thể được gọi là tinh thể hỏa điện có tính phân điện tự phát với độphân cực phụ thuộc vào nhiệt độ, làm xuất hiện trên các mặt đối diện củachúng những điện tích trái dấu Độ lớn của điện áp giữa hai mặt phụ thuộcvào độ phân cực của tinh thể hỏa điện

Hiệu ứng hỏa điện được ứng dụng để đo thông lượng của bức xạ ánh sáng.Khi ta chiếu một chùm sáng vào tinh thể hỏa điện, tinh thể hấp thụ ánh sáng

và nhiệt độ

c) Hiệu ứng áp điện

Một số vật liệu gọi chung là vật liệu áp điện (như thạch anh chẳng hạn) khi

bị biến dạng dưới tác động của lực cơ học, trên các mặt đối diện của tấm vậtliệu xuất hiện những lượng điện tích bằng nhau nhưng trái dấu, được gọi làhiệp ứng áp điện Đo V ta có thể xác định được cường độ của lực tác dụng F

Hiệu ứng cảm ứng điện từ được ứng dụng để xác định tốc độ dịch chuyểncủa vật thông qua việc đo suất điện động cảm ứng

e) Hiệu ứng quang – điện – từ

Khi tác dụng một từ trường B vuông góc với bức xạ ánh sáng, trong vật liệubán dẫn được chiếu sáng sẽ xuất hiện một hiệu điện thế theo hướng vuônggóc với từ trường B và hướng bức xạ ánh sáng

Biến dạng Điện trở suất Hợp kim niken và silic

Độ từ thẩm

mạHợp kim sắt từ

1.3.3 Cảm biến tương tự và số

 Cảm biến tưởng tự: cung cấp tín hiệu liên tục trong cả cường độ, thời gian

và không gian Hầu hết các giá trị đo lường vật lý mang tính chất tương tự

 Ví dụ: nhiệt độ, sự di chuyển, cường độ sáng

 Cảm biến số: tín hiệu ra giữ ở trạng thái các bước hoặc rời rạc.Tín hiệu số dễ

bị lặp đi lặp lại, đáng tin cậy và dễ truyền đi xa

 Ví dụ: Shaft Encoder, Contact switch…

 Cảm biến tương tự

 Ngõ ra dòng điện: 0-20mA, 4-20mA

 Ngõ ra điện áp: Đơn cực (unipolar): 0-1V, 0-5V, 0-10V,…

1.3.4 Trạng thái đo lường

 Chế độ lệch: tín hiệu phản hồi là sự thay đổi (lệch) so với trạng thái ban đầucủa thiết bị đo Sự thay đổi này ứng với giá trị đo

 Chế độ cân bằng: đưa ảnh hưởng của tín hiệu đo lên hệ thống đo lường đểchống lại tác động của hệ thống đo lường

 Dụng cụ đo lường ở trạng thái cân bằng có thế có kết quả đo chính xác hơn

ở chế độ lệch nhưng đáp ứng thường chậm hơn

1.4 Nhiễu đo

 Chia làm 2 loại chính: nhiễu nội tại và nhiễu đường truyền

 Nhiễu nội tại: phát sinh do không hoàn thiện trong việc thiết kế, chế tạo các

bộ cảm biến Nhiễu nội tại không thể khắc phục nhưng có thể giảm thiểu

 Nhiễu đo đường truyền: phát sinh do những nguồn nhiễu, từ trường, trườngđiện từ sóng radio, do mạch phối hợp trên đường truyền, hoặc phát sinh tạimáy thu Để giảm nhiễu trên đường truyền ta có thể sử dụng một số phươngpháp như: cách ly nguồn, lọc nguồn, nối đất, bố trí linh kiện hợp lý

 Một số biện pháp khắc phục nhiễu:

Nguồn nhiễu Độ lớn Biện pháp khắc phục

1mV1mV

10pA

100pA0,01-10pA

Cách ly nguồn nuôi, màn , nối đấtLọc nguồn

Bố trí linh kiện hợp lý

Màn chắnLọc, nối đất, màn chắn

Ghép nối cơ khí, không để dây cao

áp gần đầu vào chuyển đổi

Sử dụng cáp ít nhiễu(điện môi tẩmCacbon)

Lau sạch, dùng cách điện Teflon

1.4.1 Các bước lựa chọn cảm biến:

 Môi trường: Khí hậu, nhiệt độ, áp suất, độ ẩm….

 Kết nối: nguồn cung cấp điện áp, công suất

 Tín hiệu: Tương tự (dòng điện, điện áp, tần số)

 Số: kết nối nối tiếp hay song song

 Cơ: Chọn loại đầu nối

Chương 2: Cảm biến nhiệt độ

-Cảm biến nhiệt được cấu tạo gồm hai dây kim loại khác nhau được gắn vào mộtđầu gọi là đầu nóng( đầu đo) và đầu lạnh( đầu chuẩn) Khi có sự chênh lệch nhiệt

độ giữa hai đầu thì sẽ phát sinh một nhiệt điện động tại đầu lạnh Vì thế cần kiểmsoát nhiệt độ đầu lạnh( tùy thuộc vào loại chất liệu)

-Nguyên lý làm việc đối với nhiệt kế điện trở metaI, thường được gọi là cảm biếnnhiệt, là cơ sở dựa trên sự thay đổi điện trở của kim loại với sự thay đổi nhiệt độvượt trội

-Vật liệu: bạch kim và niken, do điện trở suất cao và tính ổn định của chúng

-Các phép đo nhiệt độ được thực hiện với cảm biến nhiệt có độ chính xác và đángtin cậy hơn nhiều so với các phép đo được thực hiện với các loại cặp nhiệt điệnhoặc nhiệt kế khác

-Nhiệt kế kháng niken được tiêu chuẩn hóa theo tiêu chuẩn DIN 43760 của Đức

2.2 Thang đo nhiệt độ

2.2.1 Điểm chuẩn nhiệt độ

 Nhiệt độ đo được chính là nhiệt độ của cảm biến và được ký hiệu là Tc

 Nhiệt độ này phụ thuộc vào nhiệt độ môi trường Tx và sự trao đổi nhiệt vớimôi trường bên ngòai

 Để làm giảm ảnh hưởng của nhiệt độ môi trường:

 Tăng trao đổi nhiệt giữa cảm biến và môi trường đo

 Giảm trao đổi nhiệt giữa cảm biến và môi trường bên ngòai

 Ví dụ: đo nhiệt độ trong lòng chất rắn : khoan 1 lỗ sâu L với bán kính r thì L

≥ 10.r và lỗ khoan phải được lấp đầy bằng vật liệu dẫn nhiệt tốt

2.2.2 Phân loại cảm biến nhiệt độ

 Cảm biến tiếp xúc: trao đổi nhiệt xảy ra ở chỗ tiếp xúc giữa đối tượng và

cảm biến

- Cảm biến giản nỡ (nhiệt kế giản nỡ)

- Cảm biến điện trở (nhiệt điện trở)

- Cặp nhiệt ngẫu

 Cảm biến không tiếp xúc: trao đổi nhiệt xảy ra nhờ vào bức xạ, năng lượng

nhiệt ở dạng ánh sáng hồng ngoại, hoả kế

 Cảm biến bị tác động của môi trường đo, gây ra sai số khi đo nhiệt độ Yêucầu: cực tiểu sai số (thiết kế cảm biến thích hợp hoặc pp đo chính xác)

2.2.3 Nguyên lý đo nhiệt

Có 2 pp xử lý tín hiệu nhiệt độ:

 PP cân bằng: nhiệt độ xác định hoàn toàn khi không có sự sai lệch đáng kể

giữa nhiệt độ bề mặt đo và nhiệt độ cảm biến, tức là cân bằng nhiệt đạt đếngiữa cảm biến và đối tượng đo

 PP dự báo: cân bằng nhiệt không đạt đến trong thời gian đo, nhiệt độ được

xác định thông qua tốc độ thay đổi nhiệt của cảm biến

2.2.4 Các bộ phận của cảm biến nhiệt độ

 Phần tử cảm nhận: vật liệu có đặc tính thay đổi theo nhiệt độ

 Đầu kết nối: kết nối giữa phần tử cảm nhận và mạch điện tử bên ngoài, cónhiệt dẫn suất và điện trở nhỏ

 Vỏ bọc bảo vệ: phân cách phần tử cảm nhận với môi trường, có nhiệt trởthấp và cách điện tốt, chịu ẩm và chống ăn mòn tốt.

 Các loại cảm biến nhiệt:

 Thermistor: điện trở nhạy với nhiệt được sử dụng để đo nhiệt độ

 Là hỗn hợp của các oxit kim loại được nén định dạng Có thể có kích thướcrất nhỏ, một số trường hợp nhỏ hơn 1mm

 Mô hình đơn giản biểu diễn mối quan hệ giữa nhiệt độ và điện trở:

∆ T =k× ∆ R

 k > 0: thermistor có hệ số nhiệt dương (PTC)

 k < 0: thermistor có hệ số nhiệt âm (NTC)

 Thermistor NTC được sử dụng ở 3 chế độ hoạt động khác nhau:

 Khi thermistor bị quá nhiệt do năng lượng của nó, thiết bị hoạt động ởchế độ điện áp – dòng điện Ở chế độ này, thermistor thích hợp để đo sựthay đổi của điều kiện môi trường, ví dụ như sự thay đổi của lưu lượngkhí qua cảm biến.

 Đặc trưng dòng điện – thời gian của thermistor phụ thuộc vào hằng sốtiêu tán nhiệt của vỏ và nhiệt dung của phần tử Khi cấp dòng điện vàothermistor vỏ bắt đầu tự đốt nóng Nếu dòng điện liên tục thì điện trởthermistor bắt đầu giảm

 Đặc trưng này được sử dụng để làm chậm các ảnh hưởng của các gai

áp cao

2.3.3 Thermistor: Chế độ điện trở – nhiệt độ

 Ở chế độ điện trở - nhiệt độ, thermistor hoạt động ở điều kiện công suấtzero, nghĩa là không xảy ra sự tự đốt nóng.

 Đa thức bậc 3 xấp xỉ đặc tuyến điện trở - nhiệt độ của thermistor là phươngtrình Steinhart – Hart

 Mô hình đơn giản:

 T : nhiệt độ thermistor (oK)

 RT : điện trở thermistor (Ω)

 R0 : điện trở thermistor (Ω) tại T0

 A0, A1, A3 : các hệ số được nhà sản xuất cấp

 B : hằng số phụ thuộc vật liệu thermistor (thường ký hiệu BT1/T2, ví dụB25/85 = 3540K )

2.3.4 Ưu điểm và nhược điểm

 Ưu điểm

 Đáp ứng nhanh hơn hoặc bằng với thermocouples

 Không ảnh hưởng bởi quá trình ăn mòn hoặc oxy hóa

 Ổn định

 Nhược điểm

 Giá thành cao

 Mạch điện tử giao tiếp phức tạp

 Chịu ảnh hưởng của bụi, khói, bức xạ môi trường,

 Trong gia đình: tủ lạnh, máy rửa chén, nồi cơm điện, máy sấy tóc,…

 Trong xe hơi: đo nhiệt độ nước làm lạnh hay dầu, theo dõi nhiệt độ của khíthải, đầu xilanh hay hệ thống thắng,…

 Hệ thống điều hòa và sưởi: theo dõi nhiệt độ phòng, nhiệt độ khí thải hay lòđốt,…

 Trong công nghiệp: ổn định nhiệt cho diode laser hay các phần tử quang, bùnhiệt cho cuộn dây đồng,…

 Trong viễn thông: đo và bù nhiệt cho điện thoại di động

2.4 RTD

2.4.1 Khái niệm RTD (Nhiệt điện trở)

 RTD (Resistance Temperature Detector) là cảm biến nhiệt dựa vào hiện tượng điện trở kim loại tăng khi nhiệt độ tăng (Cấu tạo từ dây kim loại như

Cu, Niken, có điện trở suất thay đổi nhiều theo nhiệt độ)

 Có dạng dây kim loại hoặc màng mỏng kim loại có điện trở suất thay đổinhiều theo nhiệt độ

 Cần cung cấp một dòng điện để tạo ra điện áp rơi trên cảm biến Khi t° thayđổi R giữa 2 đầu dây kim loại cũng sẽ thay đổi và tùy vào chất liệu của kimloại sẽ có sẽ có độ tuyến tính trong một khoảng t nhất định

 Gần như tuyến tính trên một dải đo rộng (quan hệ giữa điện trở và nhiệt độgần tuyến tính)

 Cần cung cấp một dòng điện để tạo ra điện áp rơi trên cảm biến

2.4.2 Ưu điểm và nhược điểm



 Độ chính xác cao

 Có khả năng chống bụi, chống ăn mòn cao

 Hoạt động ổn định, dễ sử dụng hơn và chiều dài dây không hạn chế

 Nhược điểm

 Giá thành cao

 Thời gian đáp ứng chậm

 Độ nhạy thấp khi nhiệt độ thay đổi ít

 Nhạy cảm với rung sốc

 Cần hiệu chỉnh nếu sử dụng ngoài tầm nhiệt độ định mức

2.4.3 Ứng dụng

- Trong các nghành công nghiệp chung, công nghiệp môi trường hay gia côngvật liệu, hóa chất ngày nay hiện nay phổ biến nhất của RTD là loại cảmbiến Pt làm từ Platinum có điện trở suất cao, chống oxy hóa, độ nhạy cao,

dải nhiệt đo nhiệt dài Thường có các loại: 100, 200, 500, 1000 Ω khi ở 0℃.

R càng cao thì độ nhạy nhiệt càng cao

2.5 Thermocouples (Cặp nhiệt ngẫu)

 Gồm 2 hay nhiều thanh dẫn điện được hàn với nhau

 Biến đổi nhiệt năng thành điện năng

 Cần có sự chênh nhiệt giữa mối nối có nhiệt độ cần đo t và mối nối có nhiệt

2.5.2 Các loại Thermocouple

2.5.2.1 Loại K (Chromel – Alumel)







2.5.2.2 Loại J (Sắt – Constantan)



2.5.2.3 Loại E (Chromel – Constantan)







K, loại J ở dải nhiệt độ từ 537°C trở xuống Phạm vi nhiệt độ: -270°C đến870°C

2.5.2.4 Loại T (Đồng / Đồng-Niken)



2.5.2.5 Loại N (Nicrosil – Nisil)



và là dây dương Nisil là hợp kim của hợp kim niken với 4.4% silic



2.5.2.6 Loại R (Platinum Rhodium -13% / Bạch kim)





2.5.2.7 Loại S (Bạch kim Rhodium – 10% / Bạch kim)





Do có tỷ lệ Rhodium cao hơn can nhiệt  S nên giá thành cũng đắt hơn Phạm

vi nhiệt độ: -50°C đến 1480°C

2.5.2.8 Loại B  (Platinum Rhodium – 30% / Platinum Rhodium – 6%)





2.5.3 Các định luật Thermocouple

 Dòng nhiệt điện không thể tạo ra trong các mạch đồng nhất

 Tổng đại số sức nhiệt điện trong một mạch được cấu tạo từ các chất dẫnđiện khác nhau bằng 0 nếu nhiệt độ tại các chỗ tiếp giáp như nhau

 Nếu 2 tiếp giáp tại nhiệt độ T1 và T2 tạo ra điện áp Seebeck V2, tại nhiệt độT2 và T3 tạo ra điện áp V1 thì tại nhiệt độ T1 và T3 tạo ra điện áp là V3 =V1 + V2

2.5.4 Đo điện áp thermocoulpes

Không thể đo trực tiếp điệp áp Seebeck vì: Phải nối vôn kế vào Thermocouple vàchính các dây dẫn vôn kế tạo ra một mạch nhiệt điện khác

2.5.5 Lớp tiếp giáp tham chiếu

V =V1−V2=α¿

2.5.6 Mạch tham chiếu