cảm biến nhiệt ứng dụng cảnh báo nhiệt độ

Cảm biến chịu tác động của các đại lượng cần đo, kí hiệu m, không có tính chất điện như nhiệt độ, áp suất, cường độ sáng, cường độ chấn động… và cho ra một đặc trưng mang bản chất điện n

BỘ MÔN SƯ PHẠM VẬT LÝ

Tên đề tài CẢM BIẾN NHIỆT - ỨNG DỤNG CẢNH BÁO NHIỆT ĐỘ

Luận văn tốt nghiệp Ngành: SƯ PHẠM VẬT LÝ – TIN HỌC

Thầy Vương Tấn Sĩ Vũ Quốc Thái

Mã số SV: 1117562 Lớp: Sư phạm Vật lý – Tin học

Khóa: 37 Cần Thơ, năm 2015

Để hoàn thành luận văn này, tôi xin tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến Thầy Vương Tấn

Sĩ, đã tận tình hướng dẫn trong suốt quá trình viết luận văn tốt nghiệp Tôi chân thành cảm ơn quý Thầy, Cô trong Bộ môn Vật lý, khoa Sư phạm, Trường Đại Học Cần Thơ

đã tận tình truyền đạt kiến thức trong những năm tôi học tập Với vốn kiến thức được tiếp thu trong quá trình học không chỉ là nền tảng cho quá trình nghiên cứu luận văn này mà còn là hành trang quí báu để tôi bước vào đời một cách vững chắc và tự tin

Ngoài ra, tôi xin cảm ơn những người bạn, người thân đã động viên giúp đỡ tôi trong suốt thời gian tôi làm bài luận văn Mặc dù đã có nhiều cố gắng, nhưng không thể tránh khỏi những thiếu sót, mong quý thầy cô cùng các bạn đọc nhận xét, góp ý kiến thêm

Cuối cùng xin kính chúc quý Thầy, Cô dồi dào sức khỏe và thành công trong sự nghiệp cao quý của mình

Cần Thơ, ngày 23 tháng 04 năm 2015

Nguời Viết

Vũ Quốc Thái

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu do chính tôi thực hiện Các số liệu, kết quả phân tích trong luận văn là hoàn toàn trung thực và chưa từng được công bố trong bất kỳ công trình nghiên cứu nào trước đây

Mọi tham khảo, trích dẫn đều được chỉ rõ nguồn trong danh mục tài liệu tham khảo của luận văn

Cần Thơ, ngày 23 tháng 04 năm 2015

Tác giả

Vũ Quốc Thái

1 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI 1

2 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU 1

3 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 1

4 MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI 1

5 GIỚI HẠN CỦA ĐỀ TÀI 1

PHẦN NỘI DUNG 2

CHƯƠNG 1: TÌM HIỂU CHUNG VỀ NHIỆT ĐỘ 2

1.1 Khái niệm về nhiệt độ 2

1.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ và các phương pháp đo nhiệt độ 2

1.2.1 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến các đại lượng khác 2

1.2.2 Các phương pháp đo nhiệt độ 2

1.2.3 Thang đo nhiệt độ định dạng 2

CHƯƠNG 2: CÁC LOẠI DỤNG CỤ ĐO NHIỆT VÀ CẢM BIẾN 6

2.1 Nhiệt kế 6

2.1.1 Nhiệt kế là gì? 6

2.1.2 Lịch sử của nhiệt kế 6

2.1.3 Các loại nhiệt kế 7

2.1.4 Cấu tạo nhiệt điện trở 9

2.1.5 Nhiệt kế oxit bán dẫn 11

2.1.6 Nhiệt kế hồng ngoại 12

2.1.7 Các loại nhiệt kế chuyên dụng 13

2.2 Các khái niệm cơ bản và đặc trưng của cảm biến 14

2.2.1 Khái niệm cảm biến 14

2.2.2 Các thông số đặc trưng cơ bản của cảm biến 16

2.2.3 Phân loại các bộ cảm biến 19

2.3 Cảm biến nhiệt 23

2.3.1 Cảm biến nhệt điện trở 23

2.3.2 Cảm biến nhiệt điện trở kim loại 23

2.3.3 Thermistor 25

2.3.4 Cặp nhiệt điện 28

2.3.5 Ứng dụng của cặp nhiệt điện 30

CHƯƠNG 3: MẠCH ỨNG DỤNG SỬ DỤNG IC CMOS CD4013B 34

3.1 Tổng quan về flip flop (FF) 34

3.2 Tìm hiểu chung về CMOS 34

3.2.1 Cấu tạo 34

3.2.2 Phân loại 36

3.3 Đặc tính kỹ thuật 42

3.3.1 Công suất tiêu tán 42

3.3.4 Dòng điện ngõ vào và ngõ ra 44

3.3.5 Hệ số tải 44

3.3.6 Tính kháng nhiễu 45

3.4 Các cổng IC lôgic 45

3.5 Thiết bị báo động nhiệt 46

3.6 Sơ đồ mạch in 48

3.7 Nguyên lý hoạt động 49

3.8 Ưu điểm 50

PHẦN KẾT LUẬN 51

TÀI LIỆU THAM KHẢO

PHẦN MỞ ĐẦU

1 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI

Trong đời sống kỹ thuật hiện tại, vấn đề sử dụng các thiết bị tự động như việc sử dụng cảm biến trong các thiết bị điện, điện tử là một yêu cầu tất yếu Các cảm biến giúp cho chúng ta có thể quản lí các thiết bị tự động, thực hiện những yêu cầu theo ý muốn đã lập trình trước Cảm biến có rất nhiều loại, rất đa dạng và phong phú, trong vô số các loại cảm biến hiện tại như: Cảm biến quang, cảm biến áp suất, cảm biến nhiệt độ, cảm biến

âm thanh… Các bộ cảm biến được sử dụng nhiều trong các lĩnh vực kinh tế và kỹ thuật, các bộ cảm biến đặc biệt rất nhạy cảm, được sử dụng trong các thí nghiệm, các lĩnh vực nghiên cứu khoa học, trong lĩnh vực tự động hóa Trong đó thì các bộ cảm biến nhiệt được ứng dụng rộng rãi trong đời sống và tự động hóa trong công nghiệp

Qua học phần Cảm biến trong đo lường, em nhận thấy đây là môn học khá thú vị nó tiếp cận thực tế đời sống, về Cảm biến trong đo lường nói riêng hay Vật lý kỹ thuật nói chung là ngành học có định hướng phát triển tốt cho ngành vật lý Ta đã biết vật lý bắt nguồn từ thực tế đời sống, tuy nhiên do chương trình đào tạo còn quá nhiều nội dung lý thuyết, chưa đề cao được tính thực hành cho sinh viên cũng như tình hình chung của giáo viên vật lý hiện nay Vì vậy, em đã mạnh dạn chọn đề tài : “Cảm biến nhiệt - Ứng dụng cảnh báo nhiệt độ” Thông qua đề tài nghiên cứu này em hy vọng sẽ giúp cho người đọc tiếp cận hơn với ứng dụng thực hành, có cái nhìn mới với ngành học vật lý, vật lý không chỉ gói gọn trong những công thức khô khan Mà nó là sự vận dụng kiến thức vào thực tiễn đời sống, là sự áp dụng kỹ thuật vào việc nâng cao chất lượng cuộc sống của con người

2 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU

Sự hình thành và phát triển của cảm biến, cấu tạo một số loại cảm biến nhiệt thông dụng

Ứng dụng cảm biến nhiệt sử dụng CD4013B để cảnh báo nhiệt độ

3 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

- Phương pháp đọc sách và nghiên cứu tài liệu

- Phương pháp phân tích và tổng hợp lý thuyết

- Phương pháp sử dụng thí nghiệm thực hành trực quan

4 MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI

Giới thiệu cho người đọc về lịch sử hình thành và phát triển của nhiệt kế cũng như cảm biến nhiệt

Ráp mạch cảm biến nhiệt sử dụng CD4013B

5 GIỚI HẠN CỦA ĐỀ TÀI

- Nghiên cứu sự phát triển của nhiệt kế

- Một số loại cảm biến nhiệt thông dụng

- Ứng dụng cảm biến nhiệt vào mạch điện tử để cảnh báo nhiệt độ

PHẦN NỘI DUNG

CHƯƠNG 1: TÌM HIỂU CHUNG VỀ NHIỆT ĐỘ

1.1 Khái niệm về nhiệt độ

- Là đại lượng vật lý đặc trưng cho trạng thái cân bằng nhiệt độ của một hệ vĩ mô

- Là đại lượng biểu diễn mức độ nóng lạnh của vật thể

1.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ và các phương pháp đo nhiệt độ

1.2.1 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến các đại lượng khác

Trong tất cả 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 Như là làm thay đổi áp suất và thể tích của chất khí, làm thay đổi điện trở của kim loại… hay nói cách khác nhiệt độ làm thay đổi liên tục các đại lượng chịu ảnh hưởng của

nó

1.2.2 Các phương pháp đo nhiệt độ

 Có nhiều cách đo nhiệt độ, trong đó có thể liệt kê các phương pháp chính sau đây:

 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 dãn nở của vật rắn, của chất lỏng hoặc chất khí (với áp suất không đổi)

 Phương pháp điện dựa trên sự phụ thuộc của điện trở vào nhiệt độ (hiệu ứng Seebeck)

 Cụ thể ta có các phương pháp đo nhiệt độ như sau:

 Đo nhiệt độ trực tiếp

 Nhiệt điện trở kim loại/ nhiệt điện trở dương

 Nhiệt điện trở bán dẫn/ nhiệt điện trở âm

 Đo nhiệt độ gián tiếp: nhiệt kế hồng ngoại

1.2.3 Thang đo nhiệt độ định dạng

Nhiệt độ được chia làm 3 thang đo:

 Thang Kelvin:

Trong hệ thống đo lường quốc tế, Kelvin là một đơn vị đo lường cơ bản cho nhiệt

độ Nó được ký hiệu bằng chữ K Mỗi độ trong nhiệt giai Kelvin bằng một độ trong nhiệt giai Celsius và 0oC ứng với 273,150K Thang nhiệt độ này được lấy theo tên của nhà vật

lý, kỹ sư người Ireland Wiliam Thomson, nam tước Kelvin thứ nhất

Nhiệt độ trong nhiệt giai Kelvin đôi khi còn được gọi là nhiệt độ tuyệt đối, do 00

K ứng với nhiệt độ nhỏ nhất mà vật chất có thể đạt được Tại 00K, trên lý thuyết, mọi chuyển động hỗn loạn đều ngừng Thực tế chưa quan sát được vật chất nào đạt tới chính xác 00K; chúng luôn có nhiệt độ cao hơn 00K một chút, tức là vẫn có chuyển động nhiệt hỗn loạn ở mức độ nhỏ Ngay cả những trạng thái vật chất rất lạnh như ngưng tụ Bose-Einstein cũng có nhiệt độ lớn hơn 00

K Quan sát này phù hợp với nguyên lý bất định Heisenberg; nếu vật chất ở chính xác 00K, luôn tìm được hệ quy chiếu trong đó vận tốc chuyển động của chúng là 0 và vị trí không thay đổi, nghĩa là đo được chính xác cùng lúc vị trí và động lượng của hệ, vi phạm nguyên lý bất định Nhiệt độ của hơi nước đang sôi là 5460K

Hay nói cách khác định nghĩa Kelvin (K) là 1/273,15 của nhiệt độ nhiệt động lực học của điểm ba (điểm ba thể hay điểm ba pha) của nước (1967) Trong thang Kelvin này người ta gán cho nhiệt độ của điểm cân bằng của ba trạng thái nước đá – nước – hơi (rắn – lỏng – khí) một giá trị bằng 273,150K (thường được sử dụng là 2730K) Từ thang Kelvin người ta xác định thêm các thang mới là thang Celcius và thang Fahrenheit bằng cách dịch chuyển các giá trị nhiệt độ

 Thang Celcius:

Hình 1.1 Lord Kelvin [1]

Hình 1.2 Anders Celsius [2]

Độ Celsius (°C hay độ C) là đơn vị đo nhiệt độ được đặt tên theo nhà thiên văn học người Thụy Điển Anders Celsius (1701–1744) Ông là người đầu tiên đề ra hệ thống

đo nhiệt độ căn cứ theo trạng thái của nước với 100 độ là nước sôi và 0 độ là nước đá đông ở khí áp tiêu biểu (standard atmosphere) vào năm 1742 Hai năm sau nhà khoa học Carolus Linnaeus đảo ngược hệ thống đó và lấy 0 độ là nước đá đông và 100 độ là nước sôi.[2] Hệ thống này được gọi là hệ thống centigrade tức bách phân và danh từ này được dùng phổ biến cho đến nay mặc dù kể từ năm 1948, hệ thống nhiệt độ này đã chính thức vinh danh nhà khoa học Celsius bằng cách đặt theo tên của ông.[2] Một lý do nữa Celsius được dùng thay vì centigrade là vì thuật ngữ "bách phân" cũng được sử dụng ở lục địa châu Âu để đo một góc phẳng bằng phần vạn của góc vuông Ở Việt Nam, độ C được sử dụng phổ biến nhất, đơn vị nhiệt độ là 0C Quan hệ giữa nhiệt độ Celcius và nhiệt

độ Kelvin được xác định bởi biểu thức:

T( 0 C) = T( 0 K) – 273 (1.1)

 Thang Fahrenheit:

Fahrenheit phát triển thang nhiệt độ của ông sau khi viếng thăm nhà thiên văn học người Đan mạch Ole Romer ở Copenhagen Romer đã tạo ra chiếc nhiệt kế đầu tiên mà trong đó ông sử dụng hai điểm chuẩn để phân định Trong thang Romer thì điểm đóng băng của nước là 7,5 độ, điểm sôi là 60 độ, và thân nhiệt trung bình của con người theo

đó sẽ là 22,5 độ theo phép đo của Romer

Fahrenheit chọn điểm số không trên thang nhiệt độ của ông là nhiệt độ thấp nhất của mùa đông năm 1708/1709, một mùa đông khắc nghiệt, ở thành phố Gdansk (Danzig) quê hương ông Bằng một hỗn hợp, nước đá, nước và Amoni clorid (NH4Cl)" (còn gọi là hỗn hợp lạnh) sau đó ông có thể tạo lại điểm số không cũng như là điểm

Hình 1.3 D.G Fahrenheit [3]

chuẩn thứ nhất (−17,8 °C) này Fahrenheit muốn bằng cách đó tránh được nhiệt độ âm, như thường gặp ở thang nhiệt độ Romer - Skala trong hoàn cảnh đời sống bình thường

Năm 1714, ông xác định điểm chuẩn thứ hai là nhiệt độ đóng băng của nước tinh khiết (ở 32 °F) và điểm chuẩn thứ ba là "thân nhiệt của một người khỏe mạnh" (ở 96 °F)

Theo các tiêu chuẩn hiện nay thì các điểm chuẩn trên và dưới khó có thể tạo lại một cách thực sự chính xác được Vì thế mà thang nhiệt độ này về sau đã được xác định lại theo hai điểm chuẩn mới là nhiệt độ đóng băng và nhiệt độ sôi của nước, tức là 32°F

và 212°F Theo đó, thân nhiệt bình thường của con người sẽ là 98,6°F (37°C), chứ không phải là 96°F (35,6°C) như Fahrenheit đã xác định nữa

Thang nhiệt độ Fahrenheit đã được sử dụng khá lâu ở Châu Âu, cho tới khi bị thay thế bởi thang nhiệt độ Celsius Thang nhiệt độ Fahrenheit ngày nay vẫn được sử dụng rộng rãi ở Mỹ và một số quốc gia nói tiếng Anh khác

CHƯƠNG 2: CÁC LOẠI DỤNG CỤ ĐO NHIỆT VÀ CẢM BIẾN

2.1 Nhiệt kế

2.1.1 Nhiệt kế là gì?

Nhiệt kế là thiết bị dùng để đo nhiệt độ Một nhiệt kế có hai thành phần quan trọng: phần cảm nhận nhiệt độ (ví dụ: bầu đựng thủy ngân hoặc rượu trong nhiệt kế) và phần biểu thị kết quả (ví dụ: thang chia vạch trên nhiệt kế) Các loại nhiệt kế trong công nghiệp thường dùng thiết bị điện tử để biểu thị kết quả như máy vi tính

2.1.2 Lịch sử của nhiệt kế

Nhiều nhà phát minh đã ghi công vào việc sáng tạo ra nhiệt kế như Avicenma, Cornelius Drebbel, Robert Fludd, Galileo Galilei hay Santorio Nhiệt kế không phải là kết quả phát minh duy nhất, mà nó trải qua quá trình phát triển

Philo và Hero of Alexandria biết một nguyên tắc là đối với một số chất, đặc biệt là không khí, sẽ co và dãn khi thay đổi nhiệt độ Cơ chế này sau đó được dùng để chỉ thị nhiệt độ không khí với một ống nước và mực nước bên trong được điều khiển bởi sự co dãn của không khí Các thiết bị này được phát triển bởi Avicenma vào thế kỷ XI, và nhiều nhà khoa học khác ở châu Âu vào thế kỷ XVII, đặc biệt là Galileo Galilei

Một bảng vẽ rõ ràng đầu tiên của nhiệt kế được xuất bản vào năm 1617 của Giuseppe Biancani: trong bản vẽ này có thang đo và sau đó cấu tạo thành nhiệt kế bởi Robert Fludd vào năm 1638 Đây là một ống thẳng đứng với một bầu đặt ở phía trên và phía dưới nhúng vào nước Mực nước bên trong ống được điều khiển bởi sự co dãn không khí, vì vậy chúng ta còn gọi là nhiệt kế không khí

Hình 2.1 Galileo Galilei [4]

Các dụng cụ trên mắc phải một nhược điểm là nó đồng thời cũng là một áp kế, nghĩa là nó nhạy cảm với sự thay đổi áp suất không khí Vào khoảng năm 1654, Ferdinando II de’ Medici, đại công tước của Tuscany đã chế tạo nhiệt kế theo kiểu hiện đại bằng cách hàn kín phần ống với bầu chứa chất lỏng, do đó không bị ảnh hưởng bởi áp suất không khí và chỉ phụ thuộc sự dãn nở của chất lỏng Nhiều nhà khoa học khác đã thử nghiệm với những loại chất lỏng khác nhau và thiết kế ra nhiệt kế

Tuy nhiên, mỗi nhà phát minh và mỗi loại nhiệt kế không tuân theo một chuẩn chung nào Vào năm 1665, Christian Huygens đề nghị dùng điểm nóng chảy và điểm sôi của nước làm chuẩn, và vào năm 1694 Carlo Renaldini đưa ra đề nghị dùng nó như các điểm cố định trên tất cả các thang đo Vào năm 1701, Isaac Newton đưa ra một thang đo

có 12 độ giữa điểm nóng chảy và nhiệt độ của cơ thể Cuối cùng vào năm 1724, Daniel Gabriel Fahrenheit tạo ra một thang nhiệt độ mà hiện nay (với một số thay đổi nhỏ) là thang Fahrenheit Ông có thể làm như vậy vì ông sản xuất nhiệt kế dùng thủy ngân (có hệ

số co dãn cao) đầu tiên và chất lượng của nhiệt kế có thể thể hiện thang chia nhỏ hơn và sản xuất dễ dàng hơn, dẫn đến việc sử dụng rộng rãi Vào năm 1742, Anders Celcius đề nghị thang đo với 0 ở điểm nóng chảy của nước đá, và 100 ở điểm sôi của nước và hiện nay gọi là thang Celcius với thang đo đặt ngược lại

Vào năm 1866, ngài Thomas Clifford Allbutt phát minh ra nhiệt kế y tế có thể đưa

ra nhiệt độ cơ thể chỉ sau 5 phút thay vì 20 phút như trước đó

2.1.3 Các loại nhiệt kế

 Nhiệt kế chất lỏng

Hoạt động dựa trên cơ sở dãn nhiệt của các chất Các chất lỏng sử dụng ở đây phổ biến là rượu màu, thủy ngân, rượu etylic (C2H5OH), pentan (C5H12), benzen toluen (C6H5CH3)…

Hình 2.2 Nhiệt kế thủy ngân [5]

 Nhiệt kế điện tử

Nhiệt kế điện tử được cấu tạo bởi một đầu dò nhiệt độ, khi có nhiệt độ tác dụng vào đầu dò, nó sẽ chuyển các đại lượng nhiệt độ sang dạng tín hiệu điện áp Các tín hiệu điện áp ở dạng tương tự được chuyển sang tín hiệu số thông qua bộ chuyển đổi tín hiệu tương tự sang số Bộ xử lý sẽ xử lý các tín hiệu số và chuyển nó sang màn hình hiển thị

để chúng nó có thể đọc được

Sơ đồ khối của nhiệt kế điện tử được biểu diễn như sau:

Các loại nhiệt kế điện tử đang dần thay thế nhiệt kế thủy ngân vì các lí do sau:

 Có thể lưu lại giá trị đo (tùy loại)

 Nhiệt kế điện trở kim loại

Yêu cầu chung đối với vật liệu làm điện trở:

- Có điện trở suất p đủ lớn để điện trở ban đầu R0 lớn mà kích thước nhiệt kế nhỏ

- Hệ số nhiệt điện trở của nó tốt nhất là luôn luôn không đổi dấu, không triệt tiêu

Hình 2.4 Sơ đồ khối của nhiệt kế điện tử Hình 2.3 Nhiệt kế điện tử [5]

- Có đủ độ bền cơ, hóa ở nhiệt độ làm việc

- Dễ gia công và có khả năng thay thế

- Các cảm biến nhiệt thường được chế tạo bằng Pt và Ni Ngoài ra còn dùng Cu,

Dễ bị oxy hóa khi ở nhiệt độ cao làm giảm tính ổn định

Dải nhiệt độ làm việc thấp hơn 2500C

Đồng (Cu):

Đồng được sử dụng trong một số trường hợp nhờ độ tuyến tính cao của điện trở theo nhiệt độ Tuy nhiên, hoạt tính hóa học của đồng cao nên nhiệt độ làm việc thường không vượt quá 1800C Điện trở suất của đồng nhỏ, do đó để chế tạo điện trở có điện trở lớn phải tăng chiều dài dây làm tăng kích thước điện trở

Wonfram (W):

Wonfram có độ nóng chảy nhiệt độ và tuyến tính cao hơn platin, có thể làm việc ở nhiệt độ cao hơn Wonfram có thể chế tạo dạng sợi rất mảnh nên có thể chế tạo được các điện trở cao với các kích thước nhỏ Tuy nhiên, ứng suất dư sau khi kéo sợi khó bị triệt tiêu hoàn toàn bằng cách cũ do đó giảm tính ổn định của điện trở

2.1.4 Cấu tạo nhiệt điện trở

Để tránh sự làm nóng đầu đo dòng điện chạy qua điện trở thường giới hạn ở một giá trị vài mA và điện trở có độ nhạy nhiệt cao thì điện trở phải có giá trị đủ lớn

Muốn vậy phải giảm tiết diện dây hoặc tăng chiều dài dây Tuy nhiên khi giảm tiết diện dây độ bền lại thấp, dây điện trở dễ bị đứt, việc tăng chiều dài dây lại làm tăng kích

thước điện trở Để hợp lý người ta thường chọn điện trở R ở 00C có giá trị vào khoảng

100 , khi đó với điện trở platin sẽ có đường kính dây cỡ vài micromet và chiều dài khoảng 10cm, sau khi quấn lại sẽ nhận được nhiệt kế có chiều dài cỡ 1cm Các sản phẩm thương mại thường có điện trở ở 00

C là 50 , 500 , 1000 , các điện trở lớn thường được dùng để đo ở dải nhiệt độ thấp.[6]

 Nhiệt kế công nghiệp

Để sử dụng cho mục đích công nghiệp, các nhiệt kế phải có vỏ bọc tốt chống được

va chạm mạnh và rung động, điện trở kim loại được cuốn và bao bọc trong thủy tinh hoặc gốm và đặt trong vỏ bảo vệ bằng thép Trên hình 2.5, là các nhiệt kế dùng trong công nghiệp bằng điện trở kim loại platin

 Nhiệt kế bề mặt

Nhiệt kế bề mặt dùng để đo nhiệt độ trên bề mặt của vật rắn Chúng thường được chế tạo bằng phương pháp hóa và sử dụng vật liệu làm điện trở là Ni, Fe - Ni hoặc Pt Cấu trúc của một nhiệt kế bề mặt có dạng như hình vẽ 2.6 Chiều dày lớp kim loại cỡ vài

Hình 2.5 Nhiệt kế công nghiệp dùng điện trở platin [7]

1) Dây platin 2) Gốm cách điện 3) Ống platin 4) Dây nối 5) Sứ cách điện 6) Trục giá 7) Cách điện 8) Vỏ bọc 9) Xi măng

Hình 2.6 Nhiệt kế bề mặt [8]

Đặc trưng của nhiệt kế bề mặt:

- Độ nhạy nhiệt: ~5.10-3/0C đối với trường hợp Ni và Fe - Ni ~ 4.10-3/0C đối với trường hợp Platin (Pt)

- Dải nhiệt độ sử dụng: -1950C  2600C đối với Ni và Fe - Ni

- 2600C  14000C đối với Pt Khi sử dụng nhiệt kế bề mặt cần đặc biệt chú ý đến ảnh hưởng biến dạng của bề mặt đo

- Nhiệt kế điện trở silic: Silic tinh khiết hoặc đơn tinh thể silic có hệ số nhiệt điện trở âm, tuy nhiên khi được kích tạp loại n thì trong khoảng nhiệt độ thấp chúng lại có hệ

số nhiệt điện trở dương, hệ số nhiệt điện trở ~ 0,7%/0C ở 250C Phần tử cảm nhận nhiệt của cảm biến silic được chế tạo có kích thước 500x500x240 micromet được mạ kim loại

ở một phái còn một phía kia là bề mặt tiếp xúc Trong dải nhiệt độ làm việc (-552000

C)

có thể lấy gần đúng giá trị điện trở của cảm biến theo nhiệt độ theo công thức: (2.1)

Trong đó R0 và T0 là điện trở và nhiệt độ tuyệt đối ở điểm chuẩn

Sự thay đổi nhiệt của điện trở tương đối nhỏ nên có thể tuyến tính hóa bằng cách mắc thêm một điện trở phụ

2.1.5 Nhiệt kế oxit bán dẫn

 Vật liệu chế tạo

Nhiệt điện trở được chế tạo từ hỗn hợp oxit bán dẫn đa tinh thể như: MgO2, MgAl2O4, Mn2O3, Fe3O4, Co2O3, NiO, ZnTiO4

Sự phụ thuộc của điện trở theo nhiệt độ cho bởi biểu thức: (2.2)

Hình 2.7 Biểu đồ sự phụ thuộc nhiệt độ của điện trở Silic.[9]

0 0

1 1 )

(

T T

EXP T

T R T

1 1 )

(

T T B EXP R T

K

 Cấu tạo

Hỗn hợp bột oxit được trộn theo tỉ lệ thích hợp sau đó được nén định dạng và thiêu kết ở nhiệt độ ~10000C Các dây nối kim loại được hàn tại hai điểm trên bề mặt và được phủ bằng một lớp kim loại Mặt ngoài có thể bọc bởi vỏ thủy tinh.[10]

Nhiệt điện trở có độ nhạy nhiệt rất cao nên có thể dùng để phát hiện những biến thiên nhiệt độ rất nhỏ cỡ 10-4

– 10-3/ 0K Kích thích cảm biến nhỏ có thể đo nhiệt độ tại từng điểm Nhiệt dung cảm biến nhỏ nên thời gian hồi đáp nhỏ Tùy thuộc vào thành phần chế tạo, dải nhiệt độ làm việc của cảm biến nhiệt điện trở từ vài độ đến khoảng

3000C

2.1.6 Nhiệt kế hồng ngoại

Dựa trên hiệu ứng bức xạ nhiệt dưới dạng hồng ngoại của các vật nóng Bộ phận chính của nhiệt kế hồng ngoại là bộ cảm biến nhiệt điện Với bộ cảm biến này năng lượng của bức xạ hồng ngoại sẽ được hấp thụ và chuyển hóa thành tín hiệu điện Tín hiệu điện này sẽ hiển thị trên màn hình tinh thể lỏng theo một tỉ lệ đã được qui đổi Như chúng

Hình 2.8 Cấu tạo nhiệt điện trở kim loại

ta đã biết trên độ 0 tuyệt đối tất cả các vật đều phát ra bức xạ Các bức xạ từ một vật cách

ly tại nhiệt độ cơ thể có biểu đồ phụ thuộc bước sóng riêng được thể hiện qua đồ thị bức

xạ vật thể đen tuyệt đối Tại nhiệt độ cơ thể 370C bức xạ đạt giá trị cao nhất tại bước sóng 9340nm thuộc vùng tia hồng ngoại, (ánh sáng nhìn thấy trong khoảng 400nm đến 700nm) Giá trị bước sóng cực đại này được xác định bởi định luật chuyển Wien Nếu bộ cảm ứng nhiệt điện sinh ra điện tích tỉ lệ thuận với năng lượng được hấp thụ, độ chênh lệch năng lượng cần thiết để có một kết quả chính xác được tính bằng định luật Stefan - Boltmann cho biết mối liên quan giữa năng lượng bức xạ và nhiệt độ Như vậy, với biến thiên rất nhỏ của nhiệt độ cơ thể ta cũng thu được sự biến thiên nhiệt lớn Điều này tăng

sự chính xác của phép đo Khi dùng nhiệt kế hồng ngoại này người ta đo nhiệt độ trực tiếp từ màng nhĩ của tai, do đó nó sẽ phản ánh trung thực hơn giá trị nhiệt độ cơ thể Điều này các nhiệt kế y tế kiểu cũ không thể thực hiện được.[11]

2.1.7 Các loại nhiệt kế chuyên dụng

 Nhiệt kế đảo:

Đo nhiệt độ nước biển ở các tầng có độ sâu khác nhau Nhiệt kế đảo có cấu tạo đặc biệt, thắt hẹp ở gần bầu thủy ngân Đặt nhiệt kế này ở độ sâu cần đo, cột thủy ngân sẽ ngắt khỏi bầu, khi kéo nhiệt kế đảo lên thành tàu, nhiệt kế chỉ nhiệt độ đã đo được ở độ sâu đó.[12]

 Nhiệt kế độ sâu:

Nhiệt kế độ sâu (còn gọi là nhiệt kế sâu), đo phân bố nhiệt độ theo độ sâu, ứng dụng trong hải dương học Nhiệt kế độ sâu sử dụng bộ cảm biến bằng thủy ngân hoặc dầu xilen.[13]

 Nhiệt kế tiếp điểm:

Là dụng cụ đo và khống chế nhiệt độ tự động theo nguyên lí đóng mở mạch khi chất lỏng trong dụng cụ tiếp xúc hoặc không tiếp xúc với tiếp điểm của mạch điều khiển Nhiệt kế tiếp điểm thường sử dụng cho các lò và tủ sấy với nhiệt độ thấp hơn

5000C Cao kế điểm sôi: Nhiệt kế chuyên để đo các nhiệt độ cao như điểm sôi của các chất.[14]

 Nhiệt kế thường:

trắc Nó thuộc loại nhiệt biểu chất lỏng Khi nhiệt độ môi trường thay đổi thể tích chất lỏng trong bầu cảm ứng cũng thay đổi, đẩy chất lỏng dâng lên hoặc hạ xuống trong ống

vi quản Căn cứ vào mực trên của cột chất lỏng trong ống vi quản ta có thể xác định được nhiệt độ tại thời điểm đó nhờ thang chia độ.[15]

2.2 Các khái niệm cơ bản và đặc trưng của cảm biến

2.2.1 Khái niệm cảm biến

Cảm biến (sensor) là thiết bị dùng để cảm nhận sự biến đổi của các tác động vật

lý bên ngoài, biến đổi thành các đại lượng điện tử có thể đo và xử lí được

Cảm biến chịu tác động của các đại lượng cần đo, kí hiệu m, không có tính chất điện (như nhiệt độ, áp suất, cường độ sáng, cường độ chấn động…) và cho ra một đặc trưng mang bản chất điện (như điện tích, điện áp, dòng điện, trở kháng…) kí hiệu là s.[16] Đặc trưng điện là hàm của đại lượng cần đo m

Trong đó m là đại lượng đầu vào hay kích thích, s là đại lượng đầu ra hoặc phản ứng của cảm biến Thông qua việc đo đạc s cho phép ta nhận biết được giá trị của m

Hình 2.9 Sự biến đổi của đại lượng đo m và phản ứng s theo thời gian [16]

Biểu thức (2.6) là dạng lý thuyết biểu diễn hoạt động của cảm biến, sơ đồ trên minh họa cho sự biến thiên của đại lượng phản ứng s khi đại lượng m thay đổi theo thời gian

Có hai loại cảm biến thông dụng

Cảm biến tích cực: hoạt động như máy phát, trong đó thành phần (s) là điện tích,

điện áp hay dòng, nguyên lý của cảm biến tích cực là biến đổi dạng năng lượng nào đó (nhiệt, cơ hoặc bức xạ) thành năng lượng điện.[17]

Cảm biến thụ động: hoạt động như trở kháng trong đó thành phần (s) là điện trở,

độ tự cảm hoặc điện dung, thường được chế tạo bằng trở kháng có một trong các thông số chủ yếu nhạy với đại lượng cần đo.[17]

Thành phần cảm biến trong hệ thống điều khiển

Vì cảm biến là một thành phần trong hệ thống điều khiển tự động nên ta tìm hiểu tổng quan về sơ đồ điều khiển tự động

Hình 2.10 Sơ đồ khối hệ thống tự động

 Trong đó:

 Nhiệm vụ của cảm biến:

+ Tiếp cận các tín hiệu vào (ví dụ như: nhiệt, quang, cơ….)

+ Chuyển đổi các tín hiệu đó thành các đại lượng vật lý khác (thường là tín hiệu điện)

+ Truyền cho mạch điều khiển (bộ xử lí tín hiệu)

+ Nhiệm vụ của bộ phận xử lý thông tin (bộ phận điều khiển):

+ Thu nhận thông tin từ cảm biến

+ Xử lý thông tin: tổ hợp, phân tích, so sánh, phân phối… do chương trình điều khiển quy định

+ Xuất lệnh điều khiển đến cơ cấu chấp hành

 Nhiệm vụ của cơ cấu chấp hành

Phần tử chấp hành sẽ thực hiện các hoạt động như: đóng, mở, đẩy, ngắt… các chuyển động của các bộ phận máy, các van, hay các thiết bị thực hiện nhiệm vụ của mình

Đường cong chuẩn của cảm biến là đường biểu diễn sự phụ thuộc của đại lượng điện (s) ở đầu ra của cảm biến vào giá trị đại lượng cần đo (m) ở đầu vào Nó biểu diễn dưới dạng đồ thị như hình 2.11

Hình 2.11 Dạng đường cong chuẩn [18] Hình 2.12 Dạng tuyến tính [18]

Dựa vào đường cong chuẩn của cảm biến ta có thể xác định giá trị mi thông qua giá trị đo được si

Để dễ sử dụng, người ta thường chế tạo cảm biến có sự phụ thuộc tuyến tính giữa đại lượng đầu ra và đại lượng đầu vào, phương trình s = F(m) có dạng:

là phương trình tuyến tính với a, b là hằng số, khi đó đường cong chuẩn là đường thẳng như hình 2.12 Dạng tuyến tính

2.2.2 Các thông số đặc trưng cơ bản của cảm biến

 Độ nhạy của cảm biến

Thông thường người ta chế tạo cảm biến sao cho có sự liên hệ tuyến tính giữa biến thiên đầu ra và sự biến thiên đầu vào :

Trong đó S là độ nhạy

m

s S

- S (/0C) đối với nhiệt điện trở

- S (V/0C) đối với cặp nhiệt điện

Một trong những vấn đề quan trọng khi thiết kế và sử dụng cảm biến là làm sao cho độ nhạy S của chúng không đổi hay S phụ thuộc duy nhất vào các yếu tố sau:

- Giá trị đại lượng cần đo m và tần số thay đổi của nó

- Thời gian sử dụng (độ lão hóa)

- Ảnh hưởng của các đại lượng vật lý khác của môi trường xung quanh

 Sai số

Các bộ cảm biến cũng giống như những dụng cụ đo lường khác, ngoài đại lượng cần đo nó còn chịu tác động của nhiều đại lượng vật lý khác gây nên sai số giữa các giá trị đo được và các giá trị thực của đại lượng cần đo Gọi ∆x (sai số tuyệt đối) là độ lệch tuyệt đối giữa các giá trị đo được và các giá trị thực x, vậy sai số tương đối của cảm biến:

 % 100

x x

Sai số hệ thống không phụ thuộc vào số lần đo liên tiếp Đối với một giá trị cho trước của đại lượng cần đo, sai số hệ thống có thể không đổi giữa giá trị đo được và giá trị thực Sai số hệ thống thường có nguyên nhân do sự hiểu biết sai lệch và không đầy đủ

về hệ do điều kiện sử dụng không tốt

Các nguyên nhân gây nên sai số hệ thống:

- Sai số do giá trị đại lượng chuẩn không đúng

- Sai số do đặc tính của cảm biến

- Sai số do điều kiện và chế độ sử dụng

- Sai số do xử lý kết quả đo

Sai số ngẫu nhiên là sai số mà sự xuất hiện của chúng có biên độ và dấu không xác định Một số nguyên nhân gây sai số ngẫu nhiên có thể dự đoán được nhưng độ lớn của chúng thì không thể biết trước Các nguyên nhân gây sai số ngẫu nhiên:

- Sai số do tính không xác định của thiết bị

- Sai số do tín hiệu nhiễu ngẫu nhiên

- Sai số do các đại lượng ảnh hưởng

Trong nhiều trường hợp ta có thể giảm độ lớn của sai số ngẫu nhiên bằng một số biện pháp thích hợp như: bảo vệ mạch đo bằng cách ổn định nhiệt độ và độ ẩm của môi trường đo, sử dụng các giá đỡ chống rung, sử dụng các bộ tự điều chỉnh điện áp nguồn nuôi, các bộ chuyển đổi tương tự số có độ phân giải thích hợp, che chắn và nối các thiết

bị điện, sử dụng bộ lọc tín hiệu…, ngoài ra việc áp dụng chế độ vận hành đúng đắn cũng

là biện pháp tốt để giảm sai số ngẫu nhiên

Ví dụ: độ phân giải của cảm biến nhiệt độ

Hình 2.13 Độ phân giải của cảm biến nhiệt độ [18]

 Độ tuyến tính

Bộ cảm biến được gọi là tuyến tính trong một dải đo xác định, nếu trong dải đo đó

độ nhạy S không phụ thuộc vào giá trị đại lượng đo (m), bộ cảm biến là lý tưởng khi mà đầu ra tuyến tính chính xác với đại lượng đo nhưng thực tế không có đầu đo nào được hoàn hảo như thế

Nếu cảm biến không tuyến tính người ta đưa vào mạch đo các thiết bị hiệu chỉnh sao cho tín hiệu nhận được ở đầu ra tỉ lệ với sự thay đổi của đại lượng đo ở đầu vào, sự hiệu chỉnh đó gọi là tuyến tính hóa

Các cảm biến luôn có sai số về không tuyến tính, sai số về độ tuyến tính không phải xảy ra trên toàn bộ miền đo như hình 2.13

Hình 2.13 Sai số trên lý thuyết [18]

Trên hình ta thấy tại vị trí ở trung tâm và đầu giới hạn thì sai số nhiều nhất, đó là sai số tuyệt đối, nhưng sai số này lại rất nhỏ, có thể chấp nhận được

 Độ nhanh, thời gian hồi đáp

Độ nhanh là đặc trưng của cảm biến cho phép đánh giá xem đại lượng đầu ra có theo kịp thời gian với biến thiên của đại lượng đo hay không, vì vậy cảm biến có độ

tuyệt đối

nhanh càng lớn càng tốt, điều này rất quan trọng với các thiết bị chuyển đổi tốc độ cao như robot, máy công cụ điều khiển số

Thời gian hồi đáp là thời gian từ khi tín hiệu đo biến thiên đến khi có tín hiệu ra từ cảm biến như vậy cảm biến càng nhanh thì thời gian hồi đáp càng ngắn

 Giới hạn sử dụng cảm biến

Trong quá trình sử dụng, các cảm biến luôn chịu ứng lực cơ khí hoặc nhiệt tác động lên chúng, nếu các ứng dụng này vượt quá ngưỡng cho phép thì chúng sẽ làm thay đổi đặc trưng làm việc của cảm biến Bởi vậy khi sử dụng cảm biến ta phải hiểu rõ những giới hạn này và tuân thủ chúng

Vùng làm việc danh định: Vùng này tương ứng với điều kiện sử dụng bình thường của cảm biến, biên giới của vùng là các giá trị ngưỡng mà các đại lượng đo, các đai lượng vật lý có liên quan tới đại lượng đo hoặc các đại lượng ảnh hưởng có thể thường xuyên đạt tới mà không làm thay đổi các đặc trưng làm việc danh định của cảm biến

Vùng không gây hư hỏng: Khi các giá trị của đại lượng đo hoặc các đại lượng liên quan và các đại lượng ảnh hưởng vượt quá ngưỡng vùng làm việc danh định nhưng vẫn còn trong phạm vi của vùng không gây hư hỏng, các đặc trưng của cảm biến có nguy cơ

bị thay đổi nhưng những thay đổi này có tính chất thuận nghịch, tức là khi trở về vùng danh định thì các đặc trưng của cảm biến cũng sẽ tìm lại được giá trị ban đầu của chúng

Vùng không phá hủy: Khi các giá trị của đại lượng đo hoặc các đại lượng không liên quan và các đại lượng ảnh hưởng vượt quá ngưỡng của vùng không gây nên hư hỏng nhưng vẫn nằm trong phạm vi của vùng không phá hủy, các đặc trưng của cảm biến bị thay đổi, và sự thay đổi này không thuận nghịch, tức là khi trở về vùng danh định các đặc trưng của cảm biến cũng sẽ không tìm lại được giá trị ban đầu của chúng Trong trường hợp như vậy muốn tiếp tục sử dụng cảm biến cần phải chuẩn lại

2.2.3 Phân loại các bộ cảm biến

Các bộ cảm biến có thể được phân loại theo các phương pháp khác nhau sau đây:

 Theo nguyên lí chuyển đổi giữa đáp ứng và kích thích

Vật lý

Nhiệt điện Quang điện Quang từ Quang đàn hồi Điện từ

Từ điện Nhiệt từ Nhiệt điện

Hóa học

Biến đổi hóa học Biến đổi điện hóa Phân tích phổ Sinh học

Biến đổi sinh hóa Biến đổi vật lý Hiệu ứng trên cơ thể sống Bảng 2.1 Phân loại cảm biến theo nguyên lí chuyển đổi giữa đáp ứng và kích thích [19]

Biên, pha, phân cực, phổ Tốc độ truyền

Hệ số phát xạ, khúc xạ

Hệ số hấp thụ, hệ số bức xạ

Cơ

Vị trí Lực, áp suất Gia tốc, vận tốc Ứng suất, độ cứng Momen

Khối lượng, tỉ trọng Vận tốc chất lưu, độ nhớt Nhiệt

Nhiệt độ Thông lượng Nhiệt dung

Tỉ nhiệt

Cường độ Bảng 2.2 Phân loại cảm biến theo dạng kích thích [19]

 Theo tính năng các bộ cảm biến

Độ ổn định(ngắn hạn, dài hạn) Tuổi thọ

Điều kiện môi trường Kích thước, trọng lượng

Bảng 2.3 Phân loại cảm biến theo tính năng các bộ cảm biến [19]

 Theo phạm vi sử dụng của các bộ cảm biến

- Công nghiệp

- Nghiên cứu khoa học

- Môi trường, khí tượng

- Thông tin, viễn thông

 Theo thông số của mô hình mạch thay thế

 Các bộ cảm biến có thể phân chia theo thông số:

diễn bằng mạng hai cửa có nguồn

nguồn có trở kháng phụ thuộc vào kích thích, được đặc trưng bằng các thông số R, L, C, M…tuyến tính hoặc phi tuyến

 Các hiệu ứng vật lý ứng dụng trong các bộ cảm biến tích cực:

cơ điện, máy phát điện, các dụng cụ đo lường… [20]

- Hiệu ứng nhiệt điện

Năm 1821 T.J.Seeback, nhà vật lý Estonia phát hiện hiệu ứng nhiệt điện khi hai dây dẫn có bản chất hóa học khác nhau sẽ được hàn kín sẽ xuất hiện một sức điện động tỷ lệ với nhiệt độ T1 và T2 ở mối hàn là e(T1,T2)

Hiệu ứng này thường được ứng dụng để đo nhiệt độ T1 khi biết trước nhiệt độ T2, ví

dụ cho T2=0 Ngược lại khi cho dòng điện chạy từ chất có bản chất khác nhau sẽ tạo nên chênh lệch nhiệt độ Hiệu ứng này do nhà vật lý người Pháp J.C.Peltier phát hiện [21]

- Hiệu ứng hỏa điện

Một số tinh thể gọi là tinh thể hỏa điện có tính chất phân cực điện tự phát phụ thuộc vào nhiệt độ Trên các mặt đối diện của chúng xuất hiện các điện tích trái dấu phụ thuộc vào độ phân cực điện Hiệu ứng hỏa điện thường được ứng dụng để đo thông lượng của bức xạ ánh sáng Khi tinh thể hỏa điện hấp thụ ánh sáng, nhiệt độ của chúng tăng lên làm thay đổi phân cực và xuất hiện điện áp trên hai cực của tụ điện phụ thuộc vào quang thông [22]

- Hiệu ứng quang điện

Hiệu ứng quang điện do A.Einstein phát hiện năm 1905 Hiệu ứng quang điện có nhiều dạng biểu hiện khác nhau nhưng cùng chung một bản chất, đó là việc giải phóng các hạt dẫn tự do trong vật liệu dưới tác dụng của l bức xạ ánh sáng Hiệu ứng này được ứng dụng để chế tạo các cảm biến quang [24]

- Hiệu ứng quang điện tử

Do Verdet phát hiện năm 1863 Khi tác động một từ trường vuông góc với bức xạ ánh sáng trong vật liệu bán dẫn được chiếu sáng sẽ xuất hiện một hiệu điện thế theo phương vuông góc với từ trường B và phương bức xạ ánh sáng Hiệu ứng này được ứng dụng trong các bộ cảm biến đo các đại lượng quang hoặc biến đổi các thông tin chứa đựng trong ánh sáng thành tín hiệu điện [25]

- Hiệu ứng Hall

Năm 1879 nhà vật lý người Anh E.H.Hall phát hiện hiệu ứng này Trong vật liệu (thường là bán dẫn) có dòng điện chạy qua đặt trong từ trường B có phương tạo thành 1 góc  với dòng điện I sẽ xuất hiện 1 điện áp UH theo hướng vuông góc với B và I và có

độ lớn là:

K là hệ số phụ thuộc vào vật liệu và kích thước của mẫu

Hiệu ứng Hall được sử dụng để đo các đại lượng từ, đại lượng điện hoặc xác định vị trí chuyển động [26]

2.3 Cảm biến nhiệt

2.3.1 Cảm biến nhiệt điện trở

Cảm biến nhiệt điện trở là cảm biến có điện trở thay đổi theo nhiệt độ Cảm biến nhiệt điện trở có hai loại: Cảm biến nhiệt điện trở kim loại và Thermistor

2.3.2 Cảm biến nhiệt điện trở kim loại

 Cấu tạo của cảm biến nhiệt điện trở kim loại:

Cảm biến nhiệt điện trở kim loại gồm một dây dẫn bằng kim loại như: Platin, Niken, Đồng quấn trên một lõi cách điện như hình 2.14

 Hoạt động và phương trình chuyển động của cảm biến nhiệt điện trở kim loại:

Khi nhiệt độ của cảm biến thay đổi, điện trở của cảm biến thay đổi theo phương trình:

R(T) = R0(1+AT+BT2+CT3) (2.11) Trong đó: T: đo bằng 0

C

R(T) là điện trở của cảm biến nhiệt độ T

R 0 là điện trở của cảm biến ở 00C

A, B, C: là các hằng số và được xác định bằng cách đo điện trở của

cảm biến ở nhiệt độ đã biết trước

Ở nhiệt độ thấp, phương trình chuyển đổi của cảm biến là tuyến tính:

Với a là hệ số nhiệt của điện trở tùy thuộc vào kim loại như ở bảng sau:

Bảng 2.4 Hệ số nhiệt điện trở của một số kim loại [27]

Do tính chất của các kim loại dùng để chế tạo cảm biến có tính chất lý hóa khác nhau nên tầm đo của các cảm biến sử dụng các kim loại khác nhau cũng khác nhau

TẦM ĐO

Bảng 2.5 Tầm đo của một số cảm biến sử dụng kim loại thông dụng [27]

Do bạch kim có độ bền vật lý cao và không bị oxy hóa nên cảm biến nhiệt điện trở bạch kim là thông dụng nhất Các cảm biến nhiệt điện trở dùng bạch kim thường được chế tạo có điện trở R0 là 100, 200, 500, 1000 Cảm biến nhiệt điện trở kim loại như hình 2.15:

 Mạch đo sử dụng cảm biến nhiệt điện trở kim loại:

Để chuyển sự thay đổi điện trở của cảm biến theo nhiệt độ thành sự thay đổi điện áp, ta kết nối cảm biến với một mạch như hình 2.16

Hình 2.15 Cảm biến nhiệt điện trở kim loại [27]

Hình 2.16 Mạch điện sử dụng cảm biến nhiệt điện trở kim loại