Cảm biến nhiệt độ potx

1
KHOA CÔNG NGHỆ ðIỆN TỬKHOA CÔNG NGHỆ ðIỆN TỬ
KỸ THUẬT CẢM BIẾN VÀ ðO LƯỜNGKỸ THUẬT CẢM BIẾN VÀ ðO LƯỜNG
KHOA CÔNG NGHỆ ðIỆN TỬKHOA CÔNG NGHỆ ðIỆN TỬ
KỸ THUẬT CẢM BIẾN VÀ ðO LƯỜNGKỸ THUẬT CẢM BIẾN VÀ ðO LƯỜNG
Chương 6: CẢM BIẾN NHIỆT Chương 6: CẢM BIẾN NHIỆT
ðỘðỘ
Biên soạn: ThS. Trần Văn Hùng
03-2012
3:00 PM3:00 PM 11
NỘI DUNG MÔN HỌCNỘI DUNG MÔN HỌC
• KHÁI NIỆM CHUNG
• CẢM BIẾN TIỆM CẬN
• CẢM BIẾN QUANG
• CẢM BIẾN VỊ TRÍ VÀ KHOẢNG CÁCH
• CẢM BIẾN LỰC VÀ ÁP SUẤT
• CẢM BIẾN NHIỆT ðỘ
3:00 PM3:00 PM 22
NỘI DUNG CHƯƠNG 6NỘI DUNG CHƯƠNG 6
6.1 Khái niệm
6.2 ðặc tính cảm biến nhiệt ñộ
6.3 Nhiệt ñiện trở với Platin và Nickel
6.4 Cảm biến nhiệt ñộ với vật liệu bán dẫn
silic
6.5 Kỹ thuật nối dây
6.6 Các phương pháp ño
6.7 Mạch ño
3:00 PM3:00 PM 33
6.1 KHÁI6.1 KHÁI NIỆMNIỆM
3:00 PM3:00 PM 44
2

 Không giống với các đại lượng khác như:
chiều dài , thời gian, Nhiệt độ là đại lượng
vật lý không thể đo trực tiếp được, nhưng có
thể xác đònh được thông qua sự thay đổi của
các đại lượng phụ thuộc (điện trở, sự giãn
nở).
 Nhiệt độ còn có thể gọi là đại lượng “ảo”. Và
việc nhân chia, cộng trừ giá trò của đại lượng
nhiệt độ là không có ý nghóa.
ðại lượng nhiệt độ
6.1 KHÁI6.1 KHÁI NIỆMNIỆM
3:00 PM3:00 PM 55
Các đại lượng nhiệt độ có thể xác định dựa vào:
 Sự thay đổi trạng thái của chất lỏng. Sự thay
đổi chiều dài (hay biến dạng) của vật thể.
 Sự thay đổi điện trở của dây dẫn.
 Sự thay đổi áp suất của chất khí (với điều kiện
thể tích là const ).
 Sự thay đổi màu sắc của bóng đèn dây tóc.
 Dựa vào các hiệu ứng Thomson , FeeBeck, …
ðại lượng nhiệt độ
6.1 KHÁI6.1 KHÁI NIỆMNIỆM
3:00 PM3:00 PM 66
6.2 ðẶC6.2 ðẶC TÍNH CẢM BIẾN NHIỆT ðỘTÍNH CẢM BIẾN NHIỆT ðỘ
3:00 PM3:00 PM 77
• Thang đo nhiệt độ tuyệt đối.
• Dạng của hàm F chỉ phụ thuộc vào thang đo
nhiệt độ. Việc lựa chọn hàm F sẽ quyết định
thang đo nhiệt độ. Đặt F(θ) = T chúng ta sẽ xác
định T như là nhiệt độ nhiệt động học tuyệt đối

và hiệu suất của động cơ nhiệt thuận nghịch sẽ
được viết như sau:
Thang đo nhiệt độ
)(F
)
(
F
2
1
θ
θ
η =
2
1
T
T
1−=η
6.2 ðẶC6.2 ðẶC TÍNH CẢM BIẾN NHIỆT ðỘTÍNH CẢM BIẾN NHIỆT ðỘ
3:00 PM3:00 PM 88
3
•
Thang Kelvin:
là nhiệt độ của điểm cân bằng
của 3 trạng thái: nước - nước đá - hơi một trị số
bằng 273,15
0
K.
•
Thang Celsius:
T(

0
C) = T(
0
K) – 273,15
•
Thang Fahrenheit:
thang nhiệt độ có điểm
nước đá tan là 32
0
và sôi ở 212
0
{
}
9
5
32)F(T)C(T
00
−=
32)C(T
5
9
)F(T
00
+=
Thang ño nhiệt ñộ
6.2 ðẶC6.2 ðẶC TÍNH CẢM BIẾN NHIỆT ðỘTÍNH CẢM BIẾN NHIỆT ðỘ
3:00 PM3:00 PM 99
6.3 NHIỆT6.3 NHIỆT ðIỆN TRỞ VỚI PLATIN ðIỆN TRỞ VỚI PLATIN
VÀ NICKELVÀ NICKEL
3:00 PM3:00 PM 1010

ðiện trở kim loại thay ñổi theo nhiệt ñộ
 R(t) = R
0
(1 + A.t + B.t
2
+ C.t
3
+…)
 R
0
: ñiện trở ñược xác ñịnh ở một nhiệt ñộ nhất
ñịnh.
 t
2
, t
3
: các phần tử ñược chú ý nhiều hay ít tùy theo
yêu cầu chính xác của phép ño.
 A, B, C: các hệ số tùy theo vật liệu kim loại và diễn
tả sự liên hệ giữa nhiệt ñộ và ñiện trở một cách rõ
ràng.
6.3 NHIỆT6.3 NHIỆT ðIỆN TRỞ PLATIN & NICKELðIỆN TRỞ PLATIN & NICKEL
3:00 PM3:00 PM 1111
ðiện trở kim loại thay ñổi theo nhiệt ñộ
Điện trở
Sắt
Đồng
Than

0 200 400 600 800 Nhiệt độ

6.3 NHIỆT6.3 NHIỆT ðIỆN TRỞ PLATIN & NICKELðIỆN TRỞ PLATIN & NICKEL
3:00 PM3:00 PM 1212
4
Nhiệt ñiện
trở dây quấn
Nhiệt ñiện trở
màng mỏng
Các loại cảm biến nhiệt ñiện trở kim loại
6.3 NHIỆT6.3 NHIỆT ðIỆN TRỞ PLATIN & NICKELðIỆN TRỞ PLATIN & NICKEL
3:00 PM3:00 PM 1313
Ở nhiệt độ bình thường,
các ion chỉ dao động
nhiệt quanh các vị trí
cân bằng của chúng,
còn các electron thì có
thể chuyển động tự do
trong khoảng không
gian giữa các ion bên
trong vật thể kim loại.
Các loại cảm biến nhiệt ñiện trở kim loại
6.3 NHIỆT6.3 NHIỆT ðIỆN TRỞ PLATIN & NICKELðIỆN TRỞ PLATIN & NICKEL
3:00 PM3:00 PM 1414
 Khi nhiệt độ càng cao ⇒ các ion dao động càng mạnh
⇒ sự mất trật tự càng tăng ⇒ vận tốc chuyển động
nhiệt của electron tăng ⇒ khả năng va chạm giữa ion
dương với electron càng lớn. Chính sự va chạm giữa
electron với các ion dương nằm mất trật tự trong mạng
tinh thể là nguyên nhân gây ra điện trở.
→
→→

→ Vậy điện trở sẽ tăng lên khi nhiệt độ tăng.
Các loại cảm biến nhiệt ñiện trở kim loại
6.3 NHIỆT6.3 NHIỆT ðIỆN TRỞ PLATIN & NICKELðIỆN TRỞ PLATIN & NICKEL
3:00 PM3:00 PM 1515
+
-
-
-
+
+
+
+
+
+
Các loại cảm biến nhiệt ñiện trở kim loại
E
6.3 NHIỆT6.3 NHIỆT ðIỆN TRỞ PLATIN & NICKELðIỆN TRỞ PLATIN & NICKEL
3:00 PM3:00 PM 1616
5
Nhiệt ñiện trở Platin
 Platin là vật liệu cho nhiệt ñiện trở ñược dùng rộng
rãi trong công nghiệp.
 Có 2 tiêu chuẩn ñối với nhiệt ñiện trở platin, sự
khác nhau giữa chúng nằm ở mức ñộ tinh khiết của
vật liệu.
 Ở cả 2 tiêu chuẩn ñều sử dụng phương trình
Callendar - Van Dusen:
R(t) = R
0
(1 + A.t + B.t

2
+ C[t - 100
0
C].t
3
)
6.3 NHIỆT6.3 NHIỆT ðIỆN TRỞ PLATIN & NICKELðIỆN TRỞ PLATIN & NICKEL
3:00 PM3:00 PM 1717
Ứng dụng với nhiệt ñiện trở platin
• ADT70 là IC do hãng Analog Devices sản xuất, cung
cấp sự kết hợp lý tưởng với Pt1000, ta sẽ có dải ño
nhiệt ñộ rộng
• Các thông số thiết bị ADT70:
• Sai số: 1
0
C
• ðiện áp hoạt ñộng: 5V hoặc 5V
• Nhiệt ñộ hoạt ñộng: -40 ñến 125
0
C (dạng 20-lead
DIP, SO packages)
6.3 NHIỆT6.3 NHIỆT ðIỆN TRỞ PLATIN & NICKELðIỆN TRỞ PLATIN & NICKEL
3:00 PM3:00 PM 1818
Sơ ñồ khối ADT70
Ứng dụng với nhiệt ñiện trở platin
6.3 NHIỆT6.3 NHIỆT ðIỆN TRỞ PLATIN & NICKELðIỆN TRỞ PLATIN & NICKEL
3:00 PM3:00 PM 1919
Mạch ño
ADT70 sử
dụng kỹ

thuật 4 dây
Ứng dụng với nhiệt ñiện trở platin
6.3 NHIỆT6.3 NHIỆT ðIỆN TRỞ PLATIN & NICKELðIỆN TRỞ PLATIN & NICKEL
3:00 PM3:00 PM 2020
6
Nhiệt ñiện trở Nickel
 Nhiệt ñiện trở nickel so với platin rẻ tiền hơn và có
hệ số nhiệt ñộ lớn gần hai lần (6,18.10
-3 0
C
-1
).
 Tuy nhiên dải ño chỉ từ -60
0
C ñến +250
0
C, vì trên
350
0
C nickel có sự thay ñổi về pha.
 Cảm biến nickel 100 thường dùng trong công
nghiệp ñiều hòa nhiệt ñộ phòng:
R(t) = R
0
(1 + A.t +B.t
2
+D.t
4
+F.t
6

)
6.3 NHIỆT6.3 NHIỆT ðIỆN TRỞ PLATIN & NICKELðIỆN TRỞ PLATIN & NICKEL
3:00 PM3:00 PM 2121
ZNI 1000 với ZMR500 được dùng với DVM như là nhiệt kế
Ứng dụng với nhiệt ñiện trở nickel
6.3 NHIỆT6.3 NHIỆT ðIỆN TRỞ PLATIN & NICKELðIỆN TRỞ PLATIN & NICKEL
3:00 PM3:00 PM 2222
• ZMR 500 là thiết bị ổn áp dương tính, ñược thiết kế
cho những trường hợp dòng tĩnh ñặc biệt thấp, ñặc
biệt lý tưởng cho những trường hợp ñòi hỏi mức
năng lượng thấp.
• Các thông số của thiết bị ZMR 500:
V
in
= 7 25V
V
out
= 5 V
70 50
out
I A mA
µ
= ÷
Ứng dụng với nhiệt ñiện trở nickel
6.3 NHIỆT6.3 NHIỆT ðIỆN TRỞ PLATIN & NICKELðIỆN TRỞ PLATIN & NICKEL
3:00 PM3:00 PM 2323
6.4 6.4 CẢM BIẾN NHIỆT ðỘ VỚI VẬT CẢM BIẾN NHIỆT ðỘ VỚI VẬT
LIỆU BÁN DẪN SILICLIỆU BÁN DẪN SILIC
3:00 PM3:00 PM 2424
7

• Với cảm biến silic có ñặc ñiểm: tuyến tính, sự
chính xác, phí tổn thấp, có thể ñược tích hợp
trong 1 IC cùng với bộ phận khuếch ñại và các
yêu cầu xử lí tín hiệu khác.
• Hệ thống trở nên nhỏ gọn, mức ñộ phức tạp
cao hơn và chạy nhanh hơn.
• Cảm biến silic với lợi ñiểm là sự nhỏ gọn của
mạch ñiện tích hợp và dễ sử dụng.
ðặc ñiểm
6.4 6.4 CẢM BIẾN NHIỆT ðỘ BÁN DẪNCẢM BIẾN NHIỆT ðỘ BÁN DẪN
3:00 PM3:00 PM 2525
Cấu tạo
6.4 6.4 CẢM BIẾN NHIỆT ðỘ BÁN DẪNCẢM BIẾN NHIỆT ðỘ BÁN DẪN
3:00 PM3:00 PM 2626
ðặc trưng kỹ thuật
cơ bản của dòng cảm
biến KTY (hãng Philips
sản xuất)
• Sự ổn định: 450000h
(khoảng 51 năm)
• Sử dụng công nghệ
silic:
• Sự tuyến tính:
ðặc tính
6.4 6.4 CẢM BIẾN NHIỆT ðỘ BÁN DẪNCẢM BIẾN NHIỆT ðỘ BÁN DẪN
3:00 PM3:00 PM 2727
Mạch ño nhiệt ñộ sử dụng KTY81-110.
Mạch ứng dụng
6.4 6.4 CẢM BIẾN NHIỆT ðỘ BÁN DẪNCẢM BIẾN NHIỆT ðỘ BÁN DẪN
3:00 PM3:00 PM 2828

8
Mạch ño nhiệt ñộ sử dụng LM35
R
2
V
5V
LM35
5V
12V
12V
R
1
R
3
R
3
R
4
R
4
R
5
R
6
R
7
V
ADJ
1kΩ
1kΩ

1kΩ
1kΩ
10kΩ
10kΩ
8,2kΩ
1,8kΩ
2,2kΩ
Mạch ứng dụng
6.4 6.4 CẢM BIẾN NHIỆT ðỘ BÁN DẪNCẢM BIẾN NHIỆT ðỘ BÁN DẪN
3:00 PM3:00 PM 2929
Vùng nhiệt độ cần sử dụng
Độ chính xác
Độ tuyến tính
Độ lớn điện áp ra
Tính tiện lợi và tính kinh tế
6.4 6.4 CẢM BIẾN NHIỆT ðỘ BÁN DẪNCẢM BIẾN NHIỆT ðỘ BÁN DẪN
3:00 PM3:00 PM 3030
6.5 KỸ6.5 KỸ THUẬT NỐI DÂYTHUẬT NỐI DÂY
3:00 PM3:00 PM 3131
Tiêu chuẩn IEC 751 yêu cầu dây nối ñến cùng
ñầu nhiệt ñiện trở phải có màu giống nhau
(ñỏ hoặc trắng) và dây nối ñến 2 ñầu phải
khác màu.
Các kỹ thuật nối dây ño
6.5 6.5 KỸ THUẬT NỐI DÂYKỸ THUẬT NỐI DÂY
3:00 PM3:00 PM 3232
9
Kỹ thuật hai dây
Kỹ thuật ba dây
Kỹ thuật bốn dây

Các kỹ thuật nối dây ño
6.5 6.5 KỸ THUẬT NỐI DÂYKỸ THUẬT NỐI DÂY
3:00 PM3:00 PM 3333
6.6 PHƯƠNG6.6 PHƯƠNG PHÁP ðOPHÁP ðO
3:00 PM3:00 PM 3434
•• Có hai phương pháp để đo nhiệt độ:Có hai phương pháp để đo nhiệt độ:
–– Phương pháp trực tiếp:Phương pháp trực tiếp:
Cặp nhiệt điện (Thermocouple)Cặp nhiệt điện (Thermocouple)
Nhiệt điện trở kim loại (RTD)Nhiệt điện trở kim loại (RTD)
Nhiệt điện trở bán dẫn.Nhiệt điện trở bán dẫn.
–– Đo nhiệt độ cách ly:Đo nhiệt độ cách ly:
Phương pháp quang (Optical Pyrmeter)Phương pháp quang (Optical Pyrmeter)
Phương pháp bức xạ điện tử (Photon Phương pháp bức xạ điện tử (Photon
Detector)Detector)
6.6 6.6 PHƯƠNG PHÁP ðOPHƯƠNG PHÁP ðO
3:00 PM3:00 PM 3535
Khi nào ta chọn phương pháp ño trực tiếp?
 Khi tầm nhiệt độ cần đo không quá cao
 Thường dùng để đo các vật tĩnh (không di chuyển)
 Vật cần đo không có yêu cầu cao về việc thay đổi cấu trúc,
khi bị gây ảnh hưởng nhiều khi thực hiện phép đo.
 Phương pháp đo không quá phức tạp dễ thực hiện.
 Giá thành cho các linh kiện (như cảm biến, khối gia
công,…) là không cao
6.6 6.6 PHƯƠNG PHÁP ðOPHƯƠNG PHÁP ðO
3:00 PM3:00 PM 3636
10
Tầm nhiệt ño trong phương pháp ño trực tiếp
• Được sử dụng tầm đo từ:
-190

o
C đến 1063
o
C Với:
o 190
o
C: là nhiệt độ mà Oxy chuyển từ thể
LỎNG 

 thể HƠI (Khí)
o 1063
o
C: là nhiệt độ nóng chảy của vàng (Au)
6.6 6.6 PHƯƠNG PHÁP ðOPHƯƠNG PHÁP ðO
3:00 PM3:00 PM 3737
 Cấu tạo:
– RTD ñược chế tạo từ những dây dẫn rất nhạy với
nhiệt ñộ, vật liệu chế tạo thường là Niken, ðồng,
Niken-ðồng,Platium
6.6 6.6 PHƯƠNG PHÁP ðOPHƯƠNG PHÁP ðO
3:00 PM3:00 PM 3838
 Cấu tạo:
ðể ño ñược nhiệt ñộ, RTD ñược mắc theo cầu
ñiện trở









+
−
+
×=
43
3
21
2
RR
R
RR
R
VV
inout
6.6 6.6 PHƯƠNG PHÁP ðOPHƯƠNG PHÁP ðO
3:00 PM3:00 PM 3939
 Cấu tạo:

R1=R2=R4=R3=Rg
Khi R3=Rg ± dR
dRR
dR
V
V
g
in
out
±

±
×=
22
6.6 6.6 PHƯƠNG PHÁP ðOPHƯƠNG PHÁP ðO
3:00 PM3:00 PM 4040
11
6.6 6.6 PHƯƠNG PHÁP ðOPHƯƠNG PHÁP ðO
3:00 PM3:00 PM 4141
)1( T
A
l
R
o
αρρ
ρ
+=
=
Nguyên lý hoạt ñộng: (khi nhiệt ñộ tăng →
→→
→
ñiện trở tăng). ðiện trở vât thay ñổi theo
nhiệt ñộ
 L : chiều dài dây dẫn
 A: diện tích diện dây dẫn
 ρ
ρρ
ρ: ñiện trở suất
6.6 6.6 PHƯƠNG PHÁP ðOPHƯƠNG PHÁP ðO
3:00 PM3:00 PM 4242
–Sự phụ thuộc này gần như tuyến tính:

 a,b,α:hằng số phụ thuộc kim loai
 R
T
: ñiện trở tại nhiệt ñộ cần ño
 R
o
:ñiện trở tại nhiệt ñộ T
o
(
)
(
)
[
]
000
1 TTbTTaRR −×+−×−×=
(
)
TRR
T
∆+×= *1
0
α
6.6 6.6 PHƯƠNG PHÁP ðOPHƯƠNG PHÁP ðO
3:00 PM3:00 PM 4343
Giới thiệu:
Thermocouple (cặp nhiệt độ) là cảm biến nhiệt độ cấu
tạo bởi 2 thanh kim loại khác nhau được tiếp xúc nhiệt
với nhau.
Cảm biến tác động: đầu vào nhiệt độ, đầu ra điện áp

T V
6.6 6.6 PHƯƠNG PHÁP ðOPHƯƠNG PHÁP ðO
3:00 PM3:00 PM 4444
12
Giới thiệu:
Thermocouple hoạt động dựa trên hiệu ứng Seebeck.(Do
Thomas Seebeck khám phá năm 1821)
6.6 6.6 PHƯƠNG PHÁP ðOPHƯƠNG PHÁP ðO
3:00 PM3:00 PM 4545
Cấu tạo
6.6 6.6 PHƯƠNG PHÁP ðOPHƯƠNG PHÁP ðO
3:00 PM3:00 PM 4646
Nguyên lý ño
Thermocouple chỉ đo được sự sai biệt nhiệt độ. Do đó
cần phải có nhiệt độ chuẩn để so sánh.
Quan hệ giữa V với T là phi tuyến. Nhưng ta chấp nhận
công thức sau:
)(2)(
2
1
2
2121
TTCTTCV −+−=
1/2/21
TeTeeeV
BAAB
+=+=
)(
12/
//

TTeV
ee
AB
ABBA
−=
−
=
6.6 6.6 PHƯƠNG PHÁP ðOPHƯƠNG PHÁP ðO
3:00 PM3:00 PM 4747
Nguyên lý ño
 Hai đầu nối T1, T2. Đầu nóng là đầu tiếp xúc với nhiệt
độ cần đo. Đầu còn lại là đầu lạnh hay đầu chuẩn.
 Để đo nhiệt độ chính xác thì phải đo được nhiệt độ
đầu chuẩn và phải giữ cố định nhiệt độ chuẩn này
6.6 6.6 PHƯƠNG PHÁP ðOPHƯƠNG PHÁP ðO
3:00 PM3:00 PM 4848
13
ðặc tuyến
6.6 6.6 PHƯƠNG PHÁP ðOPHƯƠNG PHÁP ðO
3:00 PM3:00 PM 4949
Các phương pháp xác ñịnh và giữ cố ñịnh
nhiệt ñộ chuẩn
Nguyên tắc chung:
 Cách 1 : dùng nước đá đang tan để lấy nhiệt độ chuẩn ở
0
o
C. Để nhiệt độ 0
o
C được giữ cố định ta phải đảm bảo
lượng đá trong bình vẫn đang tan.

6.6 6.6 PHƯƠNG PHÁP ðOPHƯƠNG PHÁP ðO
3:00 PM3:00 PM 5050
Các phương pháp xác ñịnh và giữ cố ñịnh
nhiệt ñộ chuẩn
Cách 1:
6.6 6.6 PHƯƠNG PHÁP ðOPHƯƠNG PHÁP ðO
3:00 PM3:00 PM 5151
Các phương pháp xác ñịnh và giữ cố ñịnh
nhiệt ñộ chuẩn
Cách 1: Nhiệt độ đo được tính như sau
))((
Re fTipBAout
TTSSV −−=
)(
Re
BA
out
fTip
SS
V
TT
−
−=⇒
S
A
, S
B
là hệ số Seebeck phụ thuộc vật liệu chế tạo
BABA
SSe

−
=
/
6.6 6.6 PHƯƠNG PHÁP ðOPHƯƠNG PHÁP ðO
3:00 PM3:00 PM 5252
14
ICE
BATH
T
1
= 0°C
Measure
Reference
Iron
Constantan
+
_
Volt
Meter
T
2
= 100 + 10°C
5.812 mV
• Place Reference Junction in Ice BathIce Bath
NOT Practical !
°C -100 -0 +0 100
MILLIVOLTS
0 -4.632 0.000 0.000 5.268
2 -4.550 -0.995 1.019 5.376
6 -4.876 -0.301 0.303 5.594

10 -5.036 -0.501 0.507 5.812
14 -5.194 -0.699 0.711 6.031
∆∆ T = 110T = 110°°CC
6.6 6.6 PHƯƠNG PHÁP ðOPHƯƠNG PHÁP ðO
3:00 PM3:00 PM 5353
Các phương pháp xác ñịnh và giữ cố ñịnh
nhiệt ñộ chuẩn
 Cách 2: Dùng mạch điên tử để tạo nhiệt độ chuẩn.
Đo RT xác định T
ref
, T
ref
sẽ được chuyển sang V
ref
V
1
= V-V
ref
;
T
1
=V
1
/e
1
6.6 6.6 PHƯƠNG PHÁP ðOPHƯƠNG PHÁP ðO
3:00 PM3:00 PM 5454
Sơ ñồ và nguyên tắc ño
6.6 6.6 PHƯƠNG PHÁP ðOPHƯƠNG PHÁP ðO
3:00 PM3:00 PM 5555

Sơ ñồ và nguyên tắc ño
T
ref
T
Thiết bị đo
6.6 6.6 PHƯƠNG PHÁP ðOPHƯƠNG PHÁP ðO
3:00 PM3:00 PM 5656
15
Sơ ñồ và nguyên tắc ño:
 Điện áp đo được chỉ phụ thuộc vào sự chênh
lệch nhiệt độ giữa hai đầu nối mà không phụ
thuộc vào những nơi khác trong mạch
 Nếu có một vật liệu kim loại thứ chèn giữa thì
áp ra không bị ảnh hưởng
6.6 6.6 PHƯƠNG PHÁP ðOPHƯƠNG PHÁP ðO
3:00 PM3:00 PM 5757
Sơ ñồ và nguyên tắc ño:
2 nguyên lý này bảo đảm cho việc đi dây dài
A
A
B
B
C
Ti
Tj
T1
T2
E
)(
21/

2///1/
TTeE
TeTeTeTeE
AB
BAjACiCAAB
−=
+
+
+
=
6.6 6.6 PHƯƠNG PHÁP ðOPHƯƠNG PHÁP ðO
3:00 PM3:00 PM 5858
Chú ý: Tất cả các dây kết nối vào T/C phải
ñúng loại dây
ðúng!
Sai!
Nhiệt ñộ tại
mối nối
khác nhau!
Không sử dụng dây đồng để nối! Dây nối cho T/C là loại
dây cứng chịu nhiệt cao do đó rất đắt tiền!
6.6 6.6 PHƯƠNG PHÁP ðOPHƯƠNG PHÁP ðO
3:00 PM3:00 PM 5959
Sơ ñồ và nguyên tắc ño:
Nếu ta nối 2 kim loại A và B bởi một kim loại thứ 3
C thì điện áp đo cũng không ảnh hưởng
B
A
C
T1

T1
T2
( )
21/
2/1/1/
TTeE
TeTeTeE
AB
BAACCB
−=
+
+
=
ACCBAB
eee
///
−
=
Vì:
6.6 6.6 PHƯƠNG PHÁP ðOPHƯƠNG PHÁP ðO
3:00 PM3:00 PM 6060
16
Sơ ñồ và nguyên tắc ño:
Khi đo nhiệt độ mà chưa biết nhiệt độ chuẩn ta có
thể đo gián tiếp như sau:
231213
EEE
+
=
T1 T3

T1
T2
T2
T3
E13
E12
E23
= +
Chưa biết / chưa biết
Chưa biết / biết
Biết / Biết
6.6 6.6 PHƯƠNG PHÁP ðOPHƯƠNG PHÁP ðO
3:00 PM3:00 PM 6161
Sơ ñồ và nguyên tắc ño:
Hoặc ta có thể đo gián tiếp như sau:
cbacab
EEE
+
=
T1
T2
B
A
C B
T1
T2
T1 T2
=
+
Eab

Eac
Ecb
6.6 6.6 PHƯƠNG PHÁP ðOPHƯƠNG PHÁP ðO
3:00 PM3:00 PM 6262
Vật liệu chế tạo:
Thermocouple được chế tạo bởi các kim loại khác
nhau. Các kim loại được chọn theo 4 tiêu chí sau:
 Độ nhạy
 Độ ổn định
 Tương thích với hệ thống đo
 Chi phí hợp lý
6.6 6.6 PHƯƠNG PHÁP ðOPHƯƠNG PHÁP ðO
3:00 PM3:00 PM 6363
Vật liệu chế tạo:
 Độ nhạy: Độ nhạy nhiệt được xác định bởi công thức
dT
dE
s
BA /
=
CV
o
/
µ
6.6 6.6 PHƯƠNG PHÁP ðOPHƯƠNG PHÁP ðO
3:00 PM3:00 PM 6464
17
 RTD là một điện trở nhiệt kim loại, giá trị điện trở thay đổi
phụ thuộc vào sự thay đổi của nhiệt độ. Khi nhiệt độ tăng
thì điện trở tăng, khi nhiệt độ giảm thì điện trở giảm.

 RTD có độ chính xác cao: RTD trong công nghiệp có độ
chính xác là ±0.1°C. Standard Platinum RTD có độ chính
xác là ±0.0001°C, thường dung trong phòng thí nghiệm.
Khái niệm RTD
6.6 6.6 PHƯƠNG PHÁP ðOPHƯƠNG PHÁP ðO
3:00 PM3:00 PM 6565
Hình dạng RTD
6.6 6.6 PHƯƠNG PHÁP ðOPHƯƠNG PHÁP ðO
3:00 PM3:00 PM 6666
 RTD thường làm bằng các loại kim loại có điện trở thay
đổi theo nhiệt độ như platin, đồng, nikel…
 Platin có tầm nhiệt độ lớn nhất –184.44°C (–300°F) đến
648.88°C (1200°F), trơ về mặt hóa học và sự ổn định
trong cấu trúc tinh thể, có thể đạt độ chính xác cao
99.999%.
 Nikel có độ nhạy nhiệt cao nhất, tầm nhiệt độ thấp
khoảng 250°C, hoạt đông hóa học cao dễ bị oxi hóa khi ở
nhiệt độ cao.
 Đồng có độ tuyến tính cao, tuy nhiên do hoạt động hóa
học cao nên chỉ hoạt động trong tầm < 180°C.
Vật liệu chế tạo RTD
6.6 6.6 PHƯƠNG PHÁP ðOPHƯƠNG PHÁP ðO
3:00 PM3:00 PM 6767
Vật liệu chế tạo RTD
6.6 6.6 PHƯƠNG PHÁP ðOPHƯƠNG PHÁP ðO
3:00 PM3:00 PM 6868
18
Cấu tạo RTD
RTD có 2 dạng: RTD dây cuốn và RTD bề mặt.
• Cuộn dây Platin làm cho R có giá trị lớn nên cho

phép chúng do với độ nhạy tương đối tốt
• Gốm, mica đặt trong vỏ bọc để chống rung động
và va chạm mạnh.
6.6 6.6 PHƯƠNG PHÁP ðOPHƯƠNG PHÁP ðO
3:00 PM3:00 PM 6969
Cấu tạo RTD
Cấu tạo của RTD bề mặt: RTD bề mặt thường dùng để
đo nhiệt độ bề mặt của vật rắn.
6.6 6.6 PHƯƠNG PHÁP ðOPHƯƠNG PHÁP ðO
3:00 PM3:00 PM 7070
Quan hệ giửa ñiện trở và nhiệt ñộ RTD
Trong ñó: R
0
là điện trở của RTD ở 0°C
 Các là các hệ số nhiệt điện trở, hay độ nhạy ở
nhiệt độ T.
 Hệ số nhiệt điện trở đặc trưng cho kim loại, phụ
thuộc vào kim loại và nhiệt độ.
) 1(
2
210
N
N
TTTRR
γγγ
++++=
6.6 6.6 PHƯƠNG PHÁP ðOPHƯƠNG PHÁP ðO
3:00 PM3:00 PM 7171
Quan hệ giửa ñiện trở và nhiệt ñộ RTD
 TrongTrong tầmtầm đođo nhiệtnhiệt độđộ củacủa kimkim loạiloại, , thìthì R R thaythay đổiđổi tuyếntuyến

tínhtính vớivới nhiệtnhiệt độđộ nềnnền::
 KhiKhi nhiệtnhiệt độđộ ngoàingoài tầmtầm đođo thìthì quanquan hệhệ R R vàvà nhiệtnhiệt độđộ làlà
khôngkhông tuyếntuyến tínhtính. . CóCó thểthể biểubiểu diễndiễn theotheo quanquan hệhệ bậcbậc haihai::
)0.(1
0
TT
R
R
−=
∆
γ
2
)0.(2)0.(1
0
TTTT
R
R
−+−=
∆
γγ
6.6 6.6 PHƯƠNG PHÁP ðOPHƯƠNG PHÁP ðO
3:00 PM3:00 PM 7272
19
Mạch ño RTD
Trường hợp R tuyến tính với nhiệt ñộ
RTD
Dây 1
Dây 2
Dây 3
V

i
Nguồn áp
Điện trở
nối tiếp
Chỉnh
offset
R
1
R
2
+
_
6.6 6.6 PHƯƠNG PHÁP ðOPHƯƠNG PHÁP ðO
3:00 PM3:00 PM 7373
Mạch ño RTD
Trường hợp R không tuyến tính với nhiệt ñộ
 Sử dụng thêm Rshunt=3.RTD, làm tăng tính tuyến tính
(nhưng không hoàn toàn).
 Mạch RTD có Rshunt hoạt động trong tầm -196°C 
260°C
RTD
R
shunt
DVM
Dây 1
Dây 2
Dây 3
Dây 4
V
i

Nguồn
dòng
6.6 6.6 PHƯƠNG PHÁP ðOPHƯƠNG PHÁP ðO
3:00 PM3:00 PM 7474
Ứng dụng RTD
 Dùng để đo nhiệt độ trong các đường ống, kho chứa, đo
nhiệt độ không khí.
 Dùng trong các ngành công nghiệp thực phẩm, dược
phẩm… cần độ chính xác về nhiệt độ cao, và độ an toàn
(RTD không gây hại với môi trường).
6.6 6.6 PHƯƠNG PHÁP ðOPHƯƠNG PHÁP ðO
3:00 PM3:00 PM 7575
Ứng dụng RTD
6.6 6.6 PHƯƠNG PHÁP ðOPHƯƠNG PHÁP ðO
3:00 PM3:00 PM 7676
20
Nguyên tắc: Giống như RTD nhưng được cấu tạo từ các
loại oxit của nikel, mangan, cobal…
Tính chất: Có độ nhạy nhiệt âm và rất cao, khoảng 10 lần
so với các điện trở kim loại.
• Độ ổn định của nhiệt điện trở phụ thuộc vào việc chế tạo
và điều kiện sử dụng.
• Tầm hoạt động của thermistor có thể từ 1 vài độ tuyệt
đối đến khoảng 300°C.
6.6 6.6 PHƯƠNG PHÁP ðOPHƯƠNG PHÁP ðO
3:00 PM3:00 PM 7777
Thermistor ñược chế tạo từ những vật liệu bán dẫn,
sự thay ñổi ñiện trở của vật liệu tỉ lệ với nhiệt ñộ
trong dải ño.
Khi nhiệt ñộ tăng thì ñiện trở giảm, do vậy

Thermistor có hệ số nhiệt âm. Mặc mặc dù vậy cũng
có một số thermistor có hệ số nhiệt dương.
Thích hợp dùng trong các ứng dụng có giải nhiệt ñộ
nhỏ.
6.6 6.6 PHƯƠNG PHÁP ðOPHƯƠNG PHÁP ðO
3:00 PM3:00 PM 7878
Quan hệ giữa ñiện trở và nhiệt ñộ:
))
0
11
.((
.0
TT
B
eRR
−
=
2
T
B
−=
α
• R0 là điện trở ở nhiệt độ 25°C
• Giá trị B nằm trong khoảng 3000-
5000K. Khi đó độ nhạy nhiệt:
• Quan hệ giữa điện trở và nhiệt
độ của thermistor là không tuyến
tính.
6.6 6.6 PHƯƠNG PHÁP ðOPHƯƠNG PHÁP ðO
3:00 PM3:00 PM 7979

Mạch ño của thermistor:
• Thermistor được nối vào mạch
cầu H như hình vẽ.
• Khi cầu cân bằng:
• Thông thường người ta chọn
R
2
=R
3
, R
t
=R4. Khi đó:
)).((
.
432
30
RRRRR
RR
E
E
TT
T
I
++∆+
∆
=
∆
TTTTT
TT
I

RRRRRRRR
RR
E
E
////2
/
222
0
++∆+∆+
∆
=
∆
V
o
V
i
R
1
R
3
RT
RTD
R
2
6.6 6.6 PHƯƠNG PHÁP ðOPHƯƠNG PHÁP ðO
3:00 PM3:00 PM 8080
21
Hạn chế của phương pháp ño trực tiếp:
Ngoài một số ưu điểm đã được nêu trên, phương pháp
đo trực tiếp này cón một số hạn chế như sau:

 Không thể đo nhiệt độ trên diện tích lớn
 Không đo được những vật đang chuyển động
 Chỉ dùng trong tầm từ -190
o
C đến 1063
o
C
 Có thể ảnh hưởng đến cấu trúc hệ thống cần đo nhiệt
độ vì cảm biến có thể tích lớn …
6.6 6.6 PHƯƠNG PHÁP ðOPHƯƠNG PHÁP ðO
3:00 PM3:00 PM 8181
Tại sao chúng ta phải ño nhiệt ñộ bằng phương pháp
cách ly?
 Xác định nhiệt độ của một vật đang di chuyển.
 Xác định nhiệt độ của một vật rất nóng không thể đo được bằng
dụng cụ thông thường.
 Xác định nhiệt độ của một vật nằm trong khu vực nguy hiểm như
lò phản ứng hạt nhân, lò nung, lò luyện kim…
 Xác định nhiệt độ của một khu vực có diện tích rộng.
 Xác định nhiệt độ mà không gây ảnh hưởng đến đối tượng cần
đo.
 Xác định nhiệt độ mà không làm thay đổi cấu trúc của vật cần đo.
6.6 6.6 PHƯƠNG PHÁP ðOPHƯƠNG PHÁP ðO
3:00 PM3:00 PM 8282
Nguyên lý ño nhiệt ñộ cách ly
 Các vật thể ở nhiệt ñộ lớn hơn 0
0
K phát
ra một bức xạ ñiện từ trên bề mặt tỉ lệ
với nhiệt ñộ của vật.

 Ta ño nhiệt ñộ của vật dựa trên bức xạ
ñiện từ vật ñó phát ra
6.6 6.6 PHƯƠNG PHÁP ðOPHƯƠNG PHÁP ðO
3:00 PM3:00 PM 8383
Nguyên lý ño nhiệt ñộ cách ly
 Liên hệ giữa cường ñộ và bước sóng bức xạ với
nhiệt ñộ
• W:cường ñộ quang phổ bức xạ của vật ñen
• λ : bước sóng bức xạ
• h : hằng số Planck
• c : vận tố ánh sáng
• k : hằng số Boltmann
)1(
2
/5
2
−
=
Tkhc
A
e
hc
W
λ
λ
π
6.6 6.6 PHƯƠNG PHÁP ðOPHƯƠNG PHÁP ðO
3:00 PM3:00 PM 8484
22
Phổ phát xạ của vật ñen theo bước sóng

6.6 6.6 PHƯƠNG PHÁP ðOPHƯƠNG PHÁP ðO
3:00 PM3:00 PM 8585
Các cách ño nhiệt ñộ cách ly
 Sử dụng phương pháp quang
(optical pyrometer).
 Sử dụng phương pháp bức xạ ñiện
tử (photon detector).
6.6 6.6 PHƯƠNG PHÁP ðOPHƯƠNG PHÁP ðO
3:00 PM3:00 PM 8686
ðo nhiệt ñộ cách ly PP quang
 Dùng để đo nhiệt độ trong khoảng từ 973 - 4273
o
K.
 Pyrometer hoạt động dựa trên nguyên tắc so sánh
độ sáng của dây tóc bóng đèn với độ sáng của vật
cần đo
 Độ sáng của bóng đèn được chuẩn hóa với một
nguồn đen tuyệt đối phát xạ ở một nhiệt độ biết
trước.
6.6 6.6 PHƯƠNG PHÁP ðOPHƯƠNG PHÁP ðO
3:00 PM3:00 PM 8787
Sơ ñồ ño nhiệt ñộ cách ly PP quang
6.6 6.6 PHƯƠNG PHÁP ðOPHƯƠNG PHÁP ðO
3:00 PM3:00 PM 8888
23
ðo nhiệt ñộ cách ly PP quang
 Khi cường độ sáng của nền và dây tóc bằng nhau thì ta có
phương trình:
• λ là bước sóng của red filtrer khoảng 0.63µm
• ε là hệ số phát xạ của vật

• Tf là nhiệt độ của dây tóc bóng đèn
• T là nhiệt đô của vật
1
1
1
//
22
−
=
−
frr
TCTC
λλ
ε
ℓ
ℓ
6.6 6.6 PHƯƠNG PHÁP ðOPHƯƠNG PHÁP ðO
3:00 PM3:00 PM 8989
ðo nhiệt ñộ cách ly PP quang
 Khi T < 4273
o
K ta có:
fr
TC
T
/1/)(ln
1
2
+
=

ελ
1
/
2
〉〉
TC
λ
ℓ
6.6 6.6 PHƯƠNG PHÁP ðOPHƯƠNG PHÁP ðO
3:00 PM3:00 PM 9090
ðo nhiệt ñộ cách ly PP bức xạ ñiện tử
 Có rất nhiều ứng dụng đòi hỏi phải xác
định nhiệt độ không tiếp xúc như: đo
lường nhiệt độ tòa nhà, hệ thống ống dẫn,
khu vực có diện tích rộng, hoặc những lò
luyện kim…
 Thiết bị đo nhiệt độ sử dụng Photon
Detector là giải pháp cho vấn đề trên.
6.6 6.6 PHƯƠNG PHÁP ðOPHƯƠNG PHÁP ðO
3:00 PM3:00 PM 9191
Photon Detector là một loại sensor mà ñáp ứng của
nó là ñiện áp tỉ lệ với mật ñộ dòng photon tập trung
trên bề mặt cảm biến.
6.6 6.6 PHƯƠNG PHÁP ðOPHƯƠNG PHÁP ðO
3:00 PM3:00 PM 9292
24
Nguyên lý hoạt ñộng:
6.6 6.6 PHƯƠNG PHÁP ðOPHƯƠNG PHÁP ðO
3:00 PM3:00 PM 9393
•• k : hệ số truyền của thấu kínhk : hệ số truyền của thấu kính

•• D :ñường kính thấu kínhD :ñường kính thấu kính
•• f :tiêu cự thấu kínhf :tiêu cự thấu kính
•• g(T):hàm nhiệt ñộ bề mặtg(T):hàm nhiệt ñộ bề mặt
•• εε : ñộ bức xạ của bề mặt: ñộ bức xạ của bề mặt
Công thức:
)(
4
2
2
Tg
f
kD
ε
=Φ
6.6 6.6 PHƯƠNG PHÁP ðOPHƯƠNG PHÁP ðO
3:00 PM3:00 PM 9494
•• ðiện áp sinh ra ñược tính theo công ðiện áp sinh ra ñược tính theo công
thức:thức:
•• kk
t t
: ñộ nhạy của hệ thống (bao gồm hệ số : ñộ nhạy của hệ thống (bao gồm hệ số
truyền, ñộ lợi ñiện áp và ñộ nhạy của cảm truyền, ñộ lợi ñiện áp và ñộ nhạy của cảm
biến)biến)
Công thức:
)(
4
2
2
0
Tg

f
D
kE
t
ε
=
6.6 6.6 PHƯƠNG PHÁP ðOPHƯƠNG PHÁP ðO
3:00 PM3:00 PM 9595
•• DoDo cócó nhiềunhiều ứngứng dụngdụng thươngthương mạimại vàvà côngcông
nghiệpnghiệp sửsử dụngdụng photonphoton detectordetector nênnên tầmtầm ñoño
củacủa nónó rấtrất ñaña dạngdạng
•• VớiVới 11 photophoto detectordetector basedbased temperaturetemperature
scannerscanner cócó thểthể sửsử dụngdụng ñểñể ñoño nhiệtnhiệt ñộñộ trongtrong
khoảngkhoảng 253253 ñếnñến 18731873
oo
KK
•• ðộðộ nhạynhạy củacủa scannerscanner trêntrên ởở 3030
oo
CC làlà 00 11
oo
ðặc tính của phương pháp:
6.6 6.6 PHƯƠNG PHÁP ðOPHƯƠNG PHÁP ðO
3:00 PM3:00 PM 9696
25
•• CácCác vậtvật thểthể ởở nhiệtnhiệt ñộñộ lớnlớn hơnhơn
00
KK phátphát rara
mộtmột bứcbức xạxạ ñiệnñiện từtừ trêntrên bềbề mặtmặt tỉtỉ lệlệ vớivới
nhiệtnhiệt ñộñộ củacủa vậtvật
6.6 6.6 PHƯƠNG PHÁP ðOPHƯƠNG PHÁP ðO

3:00 PM3:00 PM 9797
Cấu trúc và nguyên lý hoạt ñộng:
6.6 6.6 PHƯƠNG PHÁP ðOPHƯƠNG PHÁP ðO
3:00 PM3:00 PM 9898
Bộ ñiều khiển nhiệt cầm tay dùng ánh sáng hồng ngoại
6.6 6.6 PHƯƠNG PHÁP ðOPHƯƠNG PHÁP ðO
3:00 PM3:00 PM 9999
Tỉ số khoảng cách và ñộ rộng vùng sáng 20:1
6.6 6.6 PHƯƠNG PHÁP ðOPHƯƠNG PHÁP ðO
3:00 PM3:00 PM 100100