thiết kế và chế tạo mô hình điều khiển máy trộn, chương 12 doc

Chương 12:
Các loại cặp nhiệt điện thường
dùng trong thực tế
Dải nhiệt độ làm việc đối với một cặp nhiệt điện thường bò
hạn chế. Ở nhiệt độ thấp, năng suất nhiệt điện của nó giảm đi.
Ở nhiệt độ cao, cặp nhiệt có thể bò nhiễm bẩn do môi trường đo
hoặc xảy ra hiện tượng bay hơi một trong các chất thành phần
của hợp kim làm cặp nhiệt, hoặc bò tăng kích thước hạt tinh thể
dẫn đến làm tăng độ dòn cơ học, thậm chí có thể bò nóng chảy.
Bảng dưới đây liệt kê một số loại cặp nhiệt điện thường gặp
trong thực tế:
Để đảm bảo độ ổn đònh của suất điện động, phải ấn đònh nhiệt
độ sử dụng cao nhất cho cặp nhiệt có tính đến các điều kiện
thực tế. Dây càng nhỏ thì nhiệt độ cực đại càng thấp. Bảng 5.3
trình bày một số thí dụ cho trường hợp cặp nhiệt
Chromel/Costantan.
Bảng 5.3
Đườngkínhdây,
mm
3,25 1.63 0,81 0,33
Nhiệt độ cực
đại,
C
870 650 540 430
Dưới đây giới thiệu một vài hình ảnh các loại cảm biến nhiệt
độ thông dụng:
Hình 5.8 Thermistor (nhiệt điện trở).
Hình 5.9 Thermo couple (cặp nhiệt điện).
Hình 5.10 Thermostat.
5.4 ĐO NHIỆT ĐỘ BẰNG DIODE VÀ TRANSISTOR
5.5.1 Đặc điểm chung và độ nhạy

nhiệt
:
Có thể đo nhiệt độ bằng cách sử dụng linh kiện nhạy cảm là
diode hoặc transistor mắc theo kiểu diode (nối B với C) phân
cực thuận với 1 không đổi (hình 5.11). Điện áp giữa hai cực sẽ
là hàm của nhiệt độ .
Độ nhạy nhiệt của diot hoặc của tranzito mắc theo kiểu diot
được xác đònh bởi biểu thức:

dT
dV
S


(5-30)
Giá trò của độ nhạy nhiệt cỡ –2,5mV/C. Ngoài ra, cũng giống
như đối với điện áp V, độ nhạy nhiệt có thể phụ thuộc vào dòng
ngược I
o
. Dòng này có thể thay đổi rất khác nhau đối với các
linh kiện khác nhau, do vậy nên chọn các linh kiện có các đặc
trưng tương tự (đối với một giá trò dòng cho trước phải có cùng
điện áp V và dòng I
o
cũng như nhau).
I
v
a)
I
v

b)
I
2
v2
I
1
v
1
v
c
c)
Hình 5.11 Các linh kiện sử dụng cảm biến nhiệt độ.
a) diode b) transistor mắc theo kiểu diode
c)cặp transistor mắc theo kiểu diode
Để tăng độ tuyến tính và khả năng thay thế, người ta thường
mắc theo sơ đồ hình 5.11c, dùng một cặp transistor đấu theo
kiểu diode mắc đối nhau với hai dòng I
1
và I
2
không đổi chạy
qua và đo hiệu điện thế B-E. Bằng cách này sẽ loại trừ được
ảnh hưởng của dòng ngược I
o
. Độ nhạy nhiệt trong trường hợp
này được tính theo biểu thức:

dT
VVd
S

)(
21



(5-31)
hoặc tính bằng số:

2
1
log.56,86
I
I
S
 (V.K
-1
)
(5-32)
Độ nhạy nhiệt này lớn hơn nhiều so với trường hợp dùng cặp
nhiệt nhưng nhỏ hơn so với trường hợp nhiệt điện trở. Điều đặc
biệt là ở đây không cần nhiệt độ chuẩn.
Dải nhiệt độ làm việc bò hạn chế do sự thay đổi tính chất điện
của cảm biến ở các nhiệt độ giới hạn và nằm trong khoảng T= -
50
C150C. Trong khoảng nhiệt độ này, cảm biến có độ ổn
đònh cao.
5.5.2 Quan hệ điện áp –Nhiệt độ
Xét trường hợp dùng cặp transistor Q
1
và Q

2
ở hình 5.11c. Giả
sử dòng I
o
giống nhau cho hai transistor, dòng điện chạy qua các
transistor là I
1
và I
2
, điện thế B-E tương ứng là V
1
và V
2
. Khi đó:

o
o
I
I
q
KT
V
KT
qV
II
1
1
1
1
lnexp 

(5-33)

o
o
I
I
q
KT
V
KT
qV
II
2
2
2
2
lnexp 

(5-34)
Việc đo hiệu điện thế V
d
= V
1
–V
2
cho phép loại trừ ảnh
hưởng của dòng ngược I
o
:

n
q
KT
I
I
q
KT
VVV
d
lnln
2
1
21


(5-35)
n là tỷ số giữa hai dòng điện chạy qua hai transistor. Tính toán
bằng số ta có:
V
d
= 86,56.T.ln n
(5-36)
Trong đó V
d
đo bằng V và T đo bằng nhiệt độ K.
Thí dụ: với n=2 V
d
=59,73.T
Độ nhạy nhiệt có dạng:

n
q
K
dT
dV
S
d
ln
).(ln.58,86
1
 KVnS

Độ nhạy nhiệt nhỏ hơn so với trường hợp chỉ dùng một diode
hoặc một transistor, nhưng về nguyên tắc không phụ thuộc vào
T. Độ tuyến tính trong trường hợp này được cải thiện một cách
đáng kể.