Giáo trình kỹ thuật cảm biến - Bài 1 ppt

Kỹ thuật cảm biến Khoa Cơ khí - Động lực Trờng Cao Đẳng Nghề Công Nghệ và Nông Lâm Đông Bắc

9
BI 1: CM BIN NHIT

GII THIU
Cm bin nhit c s dng nhiu trong cỏc lnh vc kinh t
v k thut, vỡ cm bin nhit úng vai trũ quyt nh n tớnh cht ca vt
cht. nhit cú th lm nh hng n cỏc i lng chu tỏc dng ca nú, vớ
d nh ỏp sut, th tớch cht khớ vv.
cm bin nhit rt nhy cm
c s dng trong cỏc thớ nghim, cỏc lnh
vc nghiờn cu khoa Trong lnh vc t ng hoỏ ngi ta s dng cỏc sensor
bỡnh thng cng nh c bit.

MC TIấU BI HC
Sau khi hc xong bi ny hc viờn cú kh nng:
- ỏnh giỏ/xỏc nh c v trớ, nhim v v ng dng ca cỏc b cm bin
nhit .
- Mụ t c chc nng, nhim v v cỏc iu kin lm vic ca cỏc b cm
bin nhit .
- Bit c phm vi ng dng ca cỏc b cm bin nhit .

NI DUNG
* i cng.
* Nhit in tr vi Platin v Nickel.
* Cm bin nhit vi vt liu silic.
* IC cm bin nhit .
* Nhit in tr NTC.
* Nhit in tr PTC.
* Cỏc bi thc hnh ng dng cỏc loi cm bin nhit .

HOT NG I : HC Lí THUYT TRấN LP

1. i cng
Trong tt c cỏc i lng vt lý, nhit l mt trong cỏc i lng c
quan tõm nhiu nht vỡ nhit úng vai trũ quyt nh n nhiu tớnh cht ca
vt cht, nhit cú th lm nh hng n cỏc i lng chu tỏc dng ca nú,
vớ d nh ỏp sut, th tớch cht khớ vv.
o c tr s chớnh xỏcca nhi
t l mt vn khụng n gin,
nhit l i lng ch cú th o giỏn tip trờn c s tớnh cht ca vt ph
thuc vo nhit . Trc khi o nhit ta cn cp n thang o nhit .
1.1 Thang o nhit
Vic xỏc nh thang o nhit xut phỏt t cỏc nh lut nhit
ng hc
- Thang o nhit tuyt i c xỏc nh da trờn tớnh cht ca khớ lý
tng. nh lut Camot nờu rừ: Hiu sut ( ca mt ng c nhit thun nghch
hot ng gia 2 ngun cú nhit l 1 v 2 trong mt thang o bt k ch
ph thuc vo 1 v 2:
Kü thuËt c¶m biÕn – Khoa C¬ khÝ - §éng lùc – Tr−êng Cao §¼ng NghÒ C«ng NghÖ vµ N«ng L©m §«ng B¾c

10
Dạng của hàm F chỉ phụ thuộc vào thang đo nhiệt độ, ngược lại, 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:

2

1
1
T
T
−=
η

Trong đó T
1
và T
2
là nhiệt độ nhiệt động học tuyệt đối của 2 nguồn.
a/ Thang nhiệt độ động học tuyệt đối: Kelvil, đơn vị đo là K. ở thang này
người ta gán cho nhiệt độ của điểm có 3 trạng thái đó là nước đá, nước và hơi,
một giá trị bằng 273,15
0
k. Từ thang này cần xác định theo một số thang khác.
b/ Thang nhiệt celsius: Đo bằng
0
c, 1
0
c = 1 kelvil
hay
() ()
000
15,273−= KTCT

c/ Thang nhiệt Fahrenheit: (0F)

() (){}

9
5
.32
00
−= FTCT

() ()
32
5
9
00
+= CTFT

Bảng 1-1: Thông số đặc trưng của một số thang đo nhiệt độ khác nhau
Nhiệt độ Kelvin (
0
K) Celsius (
0
C) Fahrenheit
(
0
F)
Điểm 0 tuyệt đối 0 - 273,15 - 459,67
Hỗn hợp nước – nước đá 273,15 0 32
Cân bằng nước – nước đá - hơi
nước
273,16 0,01 32,018
Nước sôi 373,15 100 212

1.2. Nhiệt độ được đo và nhiệt độ cần đo.

Trong tất cả các đại lượng vật lý thì nhiệt độ (t
0
) được quan tâm nhiều nhất vì nó
đóng vai trò quan trọng ảnh hưởng rất nhiều đến các tính chất vật chất nhất vì
thế nó trong công nghiệp và đời sống thì việc đo nhiệt độ là rất cần thiết. Để đo
được trị số chính xác của nhiệt độ là công việc rất khó khăn và phức tạp, phần
lớn các đại lượng vật lý so sánh với giá trị mẫu còn nhiệt độ thì không vì nó là
đại l
ượng gia tăng. Để thiết lập thang đo nhiệt độ và để đo nhiệt độ có một số
phương pháp sau:
- Phương pháp quang dựa vào sự p
hân bố phổ bức xạ do dao động nhiệt (hiệu ứng Doppler)
- Dựa vào sự giãn nở của vật rắn, chất lỏng, chất khí hoặc dựa trên tốc độ
của âm
- Dựa vào sự phụ thuộc của điện trở
vào nhiệt độ (hiệu ứng seebeek)
- Dựa trên sự phát triển của tần số dao động của thạch anh
2. Nhiệt điện trở với Platin và Nickel
2.1. Điện trở kim loại thay đổi theo nhiệt độ.
Được sử dụng các kim loại nguyên chất (Pt; Cu; Ni) với hệ số nhiệt điện
trở càng lớn càng tốt
Kỹ thuật cảm biến Khoa Cơ khí - Động lực Trờng Cao Đẳng Nghề Công Nghệ và Nông Lâm Đông Bắc

11
Pt lm vic nhit 190
0
C n 650
0
C
Cu lm vic nhit 50

0
C n 150
0
C
Ngi ta kộo chỳng thnh si mnh qun trờn khung chu nhit ri t vo hp
v c bit v a ra 2 u ly tớn hiu vi in tr (R) ch to khong t
10()n 100()
Trong ú R
0
l in tr ti thi im ban u




1
en
=

Trong ú: n l s in t t do trong mt n v din tớch
e l in tớch ca in t t do
l tớnh linh hot ca in t, c c trng bi tc ca in t
trong t trng).

- nhy ca in tr kim loi thay
i theo nhit
S cng cao cng tt, (S l khỏi nim cm nhn s phỏt trin ca nhit )
Phng trỡnh mụ t khõu nhit l phng trỡnh vi phõn bc nht

( ) () ()
tKtRST

1. =+
in tr kim loi thay i theo nhit cú u im c s dng rt rng dói v
c s dng nhiu
Xong nhc im ca in tr kim loi thay i theo nhit l kớch thc ln,
cng knh, cú quỏn tớnh ln
2.2. Nhit in tr Platin.
Platin l vt liu cho nhit in tr c dựng rng dói trong cụng
nghi
p. Cú 2 tiờu chun i vi nhit in tr platin, s klhỏc nhau gia chỳng
nm mc tinh khit ca vt liu. Hu ht cỏc quc gia s dng tiờu chun
quc t DIN IEC 751 1983 (c sa i ln th nht vo nm 1986, ln th 2
vo nm 1995). USA vn tip tc s dng tiờu chun riờng.
c 2 tiờu chun u s dng ph
ng trỡnh Callendar VanDusen:
R(t) = R
0
(1 + A.t + B.t
2
+ C [t 100

0
C].t
3
)
R0 l tr s in tr nh mc 0
0
C
Standard
Alpha
ohms/ohm/
0
C
R
0

ohms
H s t nc
IEC 751
(Pt100)
0,003855055 100
200
0
C < t < 0
0
C
A = 3,90830 x 10
-3

o, c, B,
Brazin,

U
R
I

0
K
50
100
20 40 60
a/ Đặc tính V-A
b/ Đặc tính nhiệt
Hình 1.1:
Đ
ặc tính V-
A
và đặc tính nhiệt của điện trở kim loại
Kỹ thuật cảm biến Khoa Cơ khí - Động lực Trờng Cao Đẳng Nghề Công Nghệ và Nông Lâm Đông Bắc

12
B = - 5,77500 x 10
-7

C = -4,18301 x 10
-12

0
0
C < t < 850
0
C

A & B nh trờn,
riờng C = 0,0
Bungari,Canaa,
an mch, Ai
cp, Phn Lan,
Phỏp, c,
Israen, ý, Nht,
Nam Phi, Th
Nh K, Nga,
Anh, USA, Ba
Lan, Rumani
SAMA
RC - 4
0,0039200 98,129
A = 3,97869 x 10
-3

B = - 5,86863 x 10
-7

C = -4,16696 x 10
-12

USA

R
0
ca nhit in tr Pt 100 l 100, ca Pt 1.000 l 1.000, cỏc loi Pt 500, Pt
1.000 cú h s nhit ln hn, do ú nhy ln hn (in tr thay i mnh
hn theo nhit ). Ngoi ra cũn cú loi Pt 10 cú nhy kộm dựng o nhit

trờn 600
0
C.
Tiờu chun IEC 751 ch nh ngha 2 ng cp dung sai A, B. Trờn thc t
xut hin thờm loi C v D (Xem bng di õy). Cỏc tiờu chun ny cng ỏp
dngcho cỏc loi nhit in tr khỏc.

ng cp dung sai Dung sai (
0
C)
A
t = (0,15 + 0,002.t)
B
t = (0,30 + 0,005.t

)
C
t = (0,40 + 0,009.t

)
D
t = (0,60 + 0,0018.t

)

Theo tiờu chun DIN vt liu Platin dựng lm nhit in tr cú pha tp.
Do ú khi b cỏc tp cht khỏc thm thu trong quỏ trỡnh s dng s thay i tr
s in ca nú ớt hn so vi cỏc Platin rũng, nh th s n nh lõu di theo thi
gian, thớch h hn trong cụng nghip. Trong cụng nghip nhit in tr Platin
thng dựng cú ng kớnh 30 m (so sỏnh vi ng kớnh si túc khong 100

(m)
2.3. Nhit in tr nickel.
Nhit in tr nicken so sỏnh vi Platin r tin hn v cú h s nhit
ln gn gp 2 ln (6,18.10
-3 0
C-1). Tuy nhiờn di o ch t -60
0
C n +250
0
C, vỡ
trờn 350
0
C nicken cú s thay i v pha, cm bin nicken 100 thng dựng
trong cụng nghip iu ho nhit phũng.
R(t) = R
0
(1 + A.t + B.t
2
+ D.t
4
+ F.t
6
)
A = 5,485 x 10
-3;
B = 6,650 x 10
-6
; D = 2,805 x 10
-11
; F = -2,000 x

10
-17

Vi cỏc trng hp khụng ũi hi s chớnh xỏc cao, ta s dng phng trỡnh
sau:
R(t) = R
0
(1 + a.t)
Kỹ thuật cảm biến Khoa Cơ khí - Động lực Trờng Cao Đẳng Nghề Công Nghệ và Nông Lâm Đông Bắc

13
a = alpha = 0,00672
0
C
T ú d dng chuyn i thnh giỏ tr nhit :
T = (Rt/R
0
1) / a = (Rt/R
0
1)/0,00672

Cm bin nhit ZNI 1.000 do hóng ZETEX Semiconductors sn xut s dng
nhit in tr Ni, c thit k cú giỏ tr 1.000( ti 0
0
C).
2.4. Cỏch ni dõy o.
Nhit in tr thay i in tr theo nhit , vi mt dũng in khụng
i qua nhit in tr, ta cú th o c U = R.I, cm bin khụng b núng lờn
qua phộp o, dũng in cn phi nht khong 1 mA. Vi Pt 100
0
C ta cú in
th khong 0,1 vụn, in th ny cn c a n mỏy o qua dõy o. Ta cú 4
k thut ni dõy o:

Tiờu chun IEC 751 yờu cu dõy ni n cựng u nhit in tr phi cú mu
ging nhau ( hoc trng) v dõy ni n 2 u phi khỏc mu.
* K thut hai dõy:

2.200
2.000
1.800
1.600
1.400
1.200
1.000
800
600
- 60
- 40
- 40
0 20 40 60 80 100 120
140
Resistance
(O
hms
)

Temperature (
0
C)
Hình 1.2: Đờng đặc tính cảm biến nhiệt độ ZNI 1.000

đỏ
Trắng
đỏ
đỏ
Trắng
đỏ
đỏ
Trắng
Trắng
2 dây
3dâ
y
4 dâ
y

Hình 1.3: Cách nối dâ
y
nhi
ệ
t đi
ệ
n trở
Kü thuËt c¶m biÕn – Khoa C¬ khÝ - §éng lùc – Tr−êng Cao §¼ng NghÒ C«ng NghÖ vµ N«ng L©m §«ng B¾c

14

Giữa nhiệt điện trở và mạch điện tử được nối bởi 2 dây, bất cứ dây dẫn
điện nào đều có điện trở, điện trở này nối nối tiếp với điện trởcủa 2 dây đo,
mạch điện trở sẽ nhận được một điện thế cao hơ
n điện thế cần đo, kết quả ta có
chỉ thị nhiệt kế cao hơn nhiệt độ cần đo, nếu khoảng cách quá xa, điện trở dây
đo có thể lên đến vài ôm.
Ví dụ với dây đồng: Diện tích mặt cắt dây đo = 0,5 mm
2
. Điện trở suất =
0,0017 (Ω/mm
2
m
-1
). Chiều dài = 100m.
R = 6,8Ω, với 6,8Ω tương ứng cho nhiệt điện trở Pt 100 một thay đổi
nhiệt độ là 17
0
C. Để đảm tránh sai số của phép đo do điện trở của dây đo gây ra,
người ta bù trừ điện trở của dây đo bằng một mạch điện như sau: Một biến trở
bù trừ được nối vào một trong hai dây đo và nhiệt điện rở được thay thế bằng
một điện trở 100Ω. Mạch điện tử được thiế
t kế với điện trở dự phòng của dây đo
là 10Ω. Ta chỉnh biến trở sao có chỉ thị 0

0
C: Biến trở và điện trở của dây đo là
10Ω.
* Kỹ thuật 3 dây:














Từ nhiệt điện trở của dây đo được nối thêm một điện trở (hình 1.5). Với
cách nối dây này ta có 2 mạch đo được hình thành, một trong hai mạch được
dùng làm mạch chuẩn, với kỹ thuật 3 dây, sai số của phép đo do điện trở dây đo
Resistance
Element
Bridge Ouiput
Power Supply
R
1
R
2
R

3
vb
S

H×nh 1.4: K
ü
thu
Ë
t nèi 2 d©
y
Resistance
Element
Bridge Ouiput
Power Supply
R
1
R
2
R
3
vb
S

H×nh 1.5: K
ü
thu
Ë
t nèi 3 d©
y
Lead Resistance

Kỹ thuật cảm biến Khoa Cơ khí - Động lực Trờng Cao Đẳng Nghề Công Nghệ và Nông Lâm Đông Bắc

15
v s thay i ca nú do nhit khụng cũn na. Tuy nhiờn 3 dõy o cn cú
cựng tr s k thut v cú cựng mt nhit . K thut 3 dõy rt ph bin.
* K thut 4 dõy











Vi k thut 4 dõy ngi ta t kt qu o tt nht, hai dõy c dựng
cho mt dũng in khụng i qua nhit in tr. Hai dõy khỏc c dựng lm
dõy o i
n th trờn nhit in tr, trng hp tng tr ngừ vo ca mch o rt
ln so vi in tr dõy o, in tr dõy o coi nh khụng ỏng k, in th o
c khụng b nh hng bi in tr dõy o v s thay i ca nú do nhit.
2.5. Cỏc cu trỳc ca cm bin nhit platin v nickel.
* Nhi
t in tr vi k thut qun dõy.
- Nhit in tr vi v gm: Si Platin c gi cht trong ng gm s
vi bt it nhụm, di o t 200
0
C n 800

0
C.
- Nhit in tr vi v thu tinh: Loi ny cú bn c hc v nhy
cao, di o t 200
0
C n 400
0
C, c dựng trong mụi trng hoỏ cht cú
n mũn hoỏ hc cao.
- Nhit in tr vi v nha: Gia 2 lp nha polyamid dõy platin cú
ng kớnh khong 30 mm c dỏn kớn. Vi cu trỳc mng, cm bin ny c
dựng o nhit b mt cỏc ng hay cun dõy bin th. Di o t 800C n
230
0
C.
- Nhit in tr vi k thut mng mng: Loi ny cú cu trỳc cm bin
gm mt lp mng mng (platin) t trờn nn ceramic hoc thu tinh. Tia lazer
c s dng chun hoỏ giỏ tr in tr ca nhit in tr.
2.6. Mch ng dng vi nhit in tr platin.
ADT70 l IC do hóng Analog Devices sn xut, cung cp s kt hp lý
tng vi Pt1.000, ta s cú di o nhit rng, nú cng cú th s dng vi
Pt100. Trong trng hp cú s cỏch bit, vi nhit in tr Platin k thut mng
mng, ADT70 cú th o t 50
0
C n 500
0
C, cũn vi nhit in tr Platin tt, cú
th o n 1.000
0
C. chớnh xỏc ca h thng gm ADT70 v nhit in tr

Platin thang o -200
0
C n 1.000
0
C ph thuc nhiu vo phm cht ca nhit
in tr Platin.
* Cỏc thụng s thit b ADT70:
- Sai s : 1
0
C
- in ỏp hot ng: 5 vụn hoc 5 vụn
Resistance
Element
Bridge Ouiput
Power Supply
R
1
R
2
R
3
vb
S

Hình 1.6: K
ỹ
thu
ậ
t nối 4 dâ
y

Lead Resistance
Kỹ thuật cảm biến Khoa Cơ khí - Động lực Trờng Cao Đẳng Nghề Công Nghệ và Nông Lâm Đông Bắc

16
- Nhit hot ng: T 40
0
C n 125
0
C (dng 20 lead DIP, SO
packages)
- ng dng: Thit b di ng, b iu khin nhit .
















ADT70 cú 2 thnh phn chớnh: Ngun dũng cú th iu chnh v b phn
khuych i, ngun dũng cú th iu chnh b phn khuych i. Ngun dũng
c s dng cung cp cho nhit in tr v in tr

tham chiu. B phn
khuych i so sỏnh in ỏp trờn nhit in tr v in ỏp trờn in tr tham
chiu, sau ú a tớn hiu in ỏp tng ng vi nhit . (ADT70 cũn cú 1
opamp, 1 ngun ỏp 2,5 vụn).
Di o ca ADT70 ph thuc vo c tớnh ca nhit in tr, vỡ vy iu
quan trng l phi chn la nhit
in tr thớch hp vi ng dng thc t.
2.7. Mch ng dng vi nhit din tr Ni
Zni 1.000 vi ZMR500 c dựng vi DVM nh l nhit k
3. Cm bin nhit vi vt liu silic
Cm bin nhit vi vt liu silic ang ngy úng vai trũ quan trng
trong cỏc h thng in t, vi cm bin silic, bờn c
nh cỏc c im tuyn tớnh,
s chớnh xỏc, phớ tn thp, cũn cú th tớch hp trong mt IC cựng vi b phn
khuych i v cỏc yờu cu s lý tớn hiu khỏc, h thng tr lờn nh gn, mc
phc tp cao hn v chy nhanh hn. K thut cm bin truyn thng nh
cp nhit, nhit in tr cú c tuyn khụng tuyn tớnh v yờu cu s
iu chnh
cú th chuyn i chớnh xỏc t giỏ tr nhit xang i lng in (dũng hoc
ỏp), ang c hay th dn bi cỏc cm bin silicvi li im l s nh gn ca
mch in tớch hp v d s dng.
3.1. Nguyờn tc
Hỡnh v 1.8 th hin cu trỳc c bn ca mt cm bin, kớch th
c ca
mt cm bin l 500 x 500 x 200(mt trờn ca cm bin l mt lp SiO
2
cú mt
vựng hỡnh trũn c m kim loi cú ng kớnh khong 20m, ton b mt ỏy
c m kim loi

SHUTDOWN
+IN
O
RGA
RGB
RGC
SENSE
OU
T
SA
AGND -V
s
DGND
-1N
iA
-1N
iA
I
OTB
I
OTA
NULLA NULLB
BIAS
25V
REFOUT
1NS
T

AMP
2,5V

REP
MATCHEO
CURRENT
SOURCES
SHUT
DOWN
-IN
OA
OUT
OA
+V
S
Hỡnh 1.7: S khi ADT70
Kü thuËt c¶m biÕn – Khoa C¬ khÝ - §éng lùc – Tr−êng Cao §¼ng NghÒ C«ng NghÖ vµ N«ng L©m §«ng B¾c

17











Hình vẽ 1.9 biểu diễn
mạch điện tương đương tượng
trưng thay thế cho cảm biến

silic (sản xuất theo nguyên tắc
điện trở phân rải). Sự sắp xếp
này dẫn đến sự phân bố dòng
qua tinh thể có dạng hình nón,
đây là nguồn gốc có tên gọi
điện trở phân rải.

Điện trở cảm biến nhiệt R
được xác định như sau:
R =
ρ
/
π
d
Trong đó R là điện trở cảm biến nhiệt;
ρ
là điện trở suất của vật liệu silic
(
ρ
lệ thuộc vào nhiệt độ); d là đường kính của hình tròn vùng mạ kim loại mặt
trên.
3.2. Đặc trưng kỹ thuật cơ bản của dòng cảm biến KTY (hãng Philips sản
xuất).
Với sự chính xác và ổn định lâu dài của cảm biến với vật liệu silic KYT
sử dụng công nghệ điện trở phân rải là một, sử dụng thay thế tốt cho các loại
cảm biến nhiệt độ truy
ền thống.
* Ưu điểm chính:
- Sự ổn định: Giả thiết cảm biến làm việc ở nhiệt độ có giá trị bằng một nửa giá
trị nhiệt độ hoạt động cực đại, sau thời gian làm việc ít nhất là 45.000 giờ

(khoảng 51 năm) hoặc sau 1.000 giờ (1,14 năm), hoạt động liên tục với dòng
định mức tại giá trị nhiệt độ hoạt động cự
c đại cảm biến silic sẽ cho kết quả đo
với sai số như bảng dưới đây (bảng 1 – 3)
Bảng 1 – 3: Sai số của cảm biến silic (do thời gian sử dụng)
TYPE Sai số tiêu biểu (K) Sai số lớn nhất (K)
KTY 81 – 1
KTY 82 - 1
0,20 0,50
KTY 81 – 2
KTY 82 – 2
0,20 0,80
KTY 83 0,15 0,40
n-si
n
+
doping
d
Sio
2
metall
w
ion
Ẻne of force
Equipotental plane
n
+
doping
metalization
Hình 1.8:

Hình 1.9
Kỹ thuật cảm biến Khoa Cơ khí - Động lực Trờng Cao Đẳng Nghề Công Nghệ và Nông Lâm Đông Bắc

18
- S dng cụng ngh silic: Do cm bin c sn xut da trờn nn tng cụng
ngh silic nờn giỏn tip chỳng ta c hng li ớch t nhng tin b trong lnh
vc cụng ngh ny ng thi iu ny cng giỏn tip mang li nhng nh hng
tớch cc cho cụng ngh úng gúi, ni m luụn cú xu hng thu nh.
- S tuyn tớnh: Cm bin vi vt liu silic cú h s g
n nh l hng s trờn ton
b thang o, c tớnh ny l mt iu lý tng khai thỏc s dng (c trng
k thut ca KYT 81).
Nhit hot ng ca cỏc cm bin silic thụng thng b gii hn
1500C. KYT 84 vi v bc SOD68 v cụng ngh ni c bit gia dõy dn v
chip cú th hot ng n nhit 300
0
C.

* c im sn phm:
Tờn sn
phm
R25 (

)

R
Thang o
(0C)
Dng IC
KYT 81 1 1.000 ( 1% ti ( 5% - 55 ti 150 SOD 70
KYT 81 - 2 2.000 ( 1% ti ( 5% - 55 ti 150 SOD 70
KYT 82 1 1.000 ( 1% ti ( 5% - 55 ti 150 SOT 23
KYT 82 2 2.000 ( 1% ti ( 5% - 55 ti 150 SOT 23
KYT 83 1 1.000 ( 1% ti ( 5% - 55 ti 175 SOD 68 (DO
34)
KYT 84 - 1 1.000
(R100)
( 1% ti ( 5% - 40 ti 300 SOD 68 (DO
34)

i vi loi KYT 83, ta cú phng trỡnh toỏn hc biu din mi quan h
gia in tr v nhit nh sau:

()()
[
]
2
1
refrefrefT
TTBTTARR ++=
-100 -50 0 50 100 150 200
0,8
1,6
2,4
R
(
k
)
H
ình 1.10: Đặc trn
g
k
ỹ
thuật của KYT 81
Kỹ thuật cảm biến Khoa Cơ khí - Động lực Trờng Cao Đẳng Nghề Công Nghệ và Nông Lâm Đông Bắc

19
RT l in tr nhit ; Rref l in tr ti Tref (1000C vi loi KYT 84 v
250C vi cỏc cm bin cũn li); A,B l cỏc h s.
i vi KYT 81/82/84:

()()
()

[
]
D
refrefrefT
TTCTTBTTARR
1
2
1 ++=
T1 l nhit m dc ca ng cong bt u gim. Nu T(T1 thỡ h s C =
0; C v D l cỏc h s.
Loi cm bin A (K 1) B (K 2) C(1)(K D) D T
1
(
0
C)
KYT 81 1 7,874 x 10
-3
1,874 x 10
-5
3,42 x 10
-8
3,7 100
KYT 81 - 2 7,874 x 10
-3
1,874 x 10
-5
1,096 x 10
-6
3,0 100
KYT 82 1 7,874 x 10

-3
1,874 x 10
-5
3,42 x 10
-8
3,7 100
KYT 82 2 7,874 x 10
-3
1,874 x 10
-5
1,096 x 10
-6
3,0 100
KYT 83 7,635 x 10
-3
1,731 x 10
-5
- - -
KYT 84 6,12 x 10
-3
1,1 x 10
-5
3,14 x 10
-8
3,6 250
* Chỳ ý: Vi loi cm bin KYT 83/84 khi lp t cn chỳ ý n cc tớnh,
u cú vch mu cn ni vo cc õm, cũn KYT 81/82 khi lp t ta khụng cn
quan tõm n cc tớnh.
3.3. Mch in tiờu biu vi KTY81 hoc KTY82
Hỡnh v 1.11 cho ta mt mch in in hỡnh c thit k cho cm bin

KYT 81 110 hoc KYT 82 110 (nhit t
0
0C n 100
0
C). in tr R
1
v
R
2
, cm bin v cỏc nhỏnh in tr R
3
, bin tr P
1
v R
4
to thnh mt mch
cu.
Giỏ tr R
1
v R
2
c chn sao cho giỏ tr dũng in qua cm bin gn bng 1A
v tuyn tớnh hoỏ cm bin trong di nhit cn o. in ỏp ngừ ra thay i
tuyn tớnh t 0,2VS n 0,6 VS (VS = 5 vụn thỡ Vout thay i t 1 vụn n 3
vụn). Ta iu chnh P
1
Vout = 1 vụn ti 0
0
C, ti 100
0

C iu chnh P
2
Vout = 3
vụn, vi mch in ny vic iu chnh P
2
khụng nh hng n vic chnh
zero.

















KYT81-110
R
1

3,3k
R

3

4k
P
1

220
P
2

4,7k
R
6

6,8k
R
5

33k
R
2

22k
R
4

1k
H
ình 1.11: Mạch đo nhiệt độ sử dụn
g

KYT81-110
V
B
V
0
Kỹ thuật cảm biến Khoa Cơ khí - Động lực Trờng Cao Đẳng Nghề Công Nghệ và Nông Lâm Đông Bắc

20
4. IC cm bin nhit .
Rt nhiu cụng ty, cỏc hóng ch to v sn xut IC bỏn dn o v hiu
chnh nhit IC cm bin nhit l mch tớch hp nhn tớn hiu nhit
chuyn thnh tớn hiu di dng in ỏp hoc tớn hiu dũng in. Da vp cỏc
c tớnh rt nhy cm ca cỏc bỏn dn vi nhit , to ra
in ỏp hoc dũng
in t l thun vi nhit tuyt i C, F, K hay tu loi. o tớn hiu in ta
cn bit c nhit cn o. Tm o gii hn t -55
0
C n 150
0
C, chớnh
xỏc t 1% n 2% tu theo tng loi.
S tỏc ng ca nhit s to ra in tớch t do v cỏc l trng trong
cht bỏn dn bng s phỏ v cỏc phõn t, bt cỏc electron thnh dng t do di
chuyn qua cỏc vựng cu trỳc mng tinh th, to s xut hin cỏc l trng nhit
lm cho t l in t t do v cỏc l trng tng lờn theo quy lu
t hm s m vi
nhit . Kt qu ca hin tng ny l di mc in ỏp thun, dũng thun ca
mi ni p n trong diode hay transistor s tng theo hm s m theo nhit .
Trong mch t hp, cm bin nhit thng l in ỏp ca lp chuyn tip
p n trong mt transistor loi bipolar, Texinstruments cú STP 35 A/B/C;

National Semiconductor LM 35/4.5/50vv.
4.1. Cm bin nhit LM 35/ 34 ca National Semiconductor.
Hu ht cỏc c
m bin nhit ph bin u s dng cú phn phc tp,
chng hn cp nhit ngu cú mc ngừ ra thp v yờu cu bự nhit, thermistor
thỡ khụng tuyn tớnh, thờm vo ú ngừ ra ca cỏc loi cm bin ny khụng tuyn
tớnh tng ng bt k thang chia nhit no. Cỏc khi cm bin tớch hp c
ch to khc phc c nhng c im
ú, nhng ngừ ra ca chỳng quan h
vi thang o Kelvin hn l Celsius v Fahrenheit.



















* Loi LM35: Precision Centigrade Temperature Sensor: Vi loi ny ta

cú in ỏp ngừ ra t l trc tip vi thang nhit Celsius (thang bỏch phõn).
+ V
S

(4v TO 20V)
OUTPUT
10,0mV/
0
C
+ V
S
VOU
T
R
1

- V
S

LM 35
LM 35
H
ình 1.12: Cách kết nối cảm biến nhiệt LM35
Thang đo: +2
0
C đến 150
0
C
V
S

= 4 vôn tới 30 vôn
Thang đo: -55
0
C đến 150
0
C
R
1
= V
S
/50 A
V
S
= 4 vôn tới 30 vôn
Vou
T = 1500mV tại +150
0
C
= +250mV tại +25
0
C
= -550mV t
ạ
i -55
0
C
Kü thuËt c¶m biÕn – Khoa C¬ khÝ - §éng lùc – Tr−êng Cao §¼ng NghÒ C«ng NghÖ vµ N«ng L©m §«ng B¾c

21
Như thế một mạch điện bù trừ điểm zero của thang Kelvin (thang nhiệt độ tuyệt

đối) không còn cần thiết như một số IC cảm biến nhiệt khác.

- Đặc điểm: Điện áp hoạt động: V
s
= 4 vôn đến 30 vôn;
Điện áp ngõ ra tuyến tính: 10 mV/
0
C
- Thang đo: - 55
0
C đến 150
0+
C với LM 35/35A;
- 40
0
C đến 110
0
C với LM 35C/35CA;
0
0
C đến 100
0
C với LM 35D;
- Sự tự nung nóng rất nhỏ: 0,08
0
C (trong môi trường không khí)
- Mức độ không tuyến tính chỉ ±1/4
0
C)
* Cách kết nối

* Loại LM 34: Giống như LM 35 nhưng được thiết kế cho thang đo
Fahrenheit từ -50 đến + 300
0
F, độ chính xác ±0,4
0
F.
LM 34 có ngõ ra 10mV/0F
Điện áp hoạt động: Từ 5 vôn DC đến 20 vôn DC
Trở kháng ngõ ra LM 34 thấp và đặc điểm ngõ ra tuyến tính làm cho giá
trị đọc ra hay điều khiển mạch điện dễ dàng.
4.2. Cảm biến nhiệt độ AD 590 của Analog Devices
Cảm biến AD 590 (Analog Devices) được thiết kế làm cảm biến nhiệt
có tổng trở ngõ ra khá lớn (10 M(), vi mạch đã được cân bằng bởi nhà sản xuất,
khiến cho dòng mA ra tương
ứng với chuẩn nhiệt độ K. Điện áp làm việc càng
nhỏ càng tốt để tránh hiện tượng tự gia nhiệt, khi cấp điện áp thay đổi, dòng điện
thay đổi rất ít.
Thang đo: - 55
0
C đến 150
0
C
Điện áp hoạt động: Từ 4 vôn DC đến 30 vôn DC
Dòng điện ra tỉ lệ: 1 μA/
0
K
4.3. Mạch ứng dụng.
* Mạch đo nhiệt độ bằng LM 35.

R
3
= 1
k
Ω
5 v«n
LM
TL 082
TL 082
R
3
= 1
k
Ω
R

4
= 1
k
Ω
R
4
= 1
k
Ω
R
6
= 2,2
k
Ω
R
7
= 10
k
Ω
R
1
= 8,2
k
Ω
R
2
= 10
k
Ω
R

5
= 1,8
k
Ω
V
AK
12
«n
12
v«n
-
55
150

5 v«n
Kỹ thuật cảm biến Khoa Cơ khí - Động lực Trờng Cao Đẳng Nghề Công Nghệ và Nông Lâm Đông Bắc

22
* Mch ng dng LM35 vi thit b khuych i õm thanh.

Trong mch ng dng ny, nhit IC khuych i õm thanh (IC
1
) l i
lng c quan tõm. LM35 v IC
1
cú s gn kt v nhit, tớn hiu ngừ ra ca
b so sỏnh s xung mc thp nu nhit vt quỏ gii hn (thụng s ny
c chn bng R1 v R2 v in ỏp tham chiu). H thng c thit k
qut hot ng khi nhit vt quỏ khong giỏ tr 80
0
C v tt khi nhit
xung di 60
0
C.
5. Nhit in tr NTC
NTC (Negative Temperature Conficient) l nhit in tr cú h s nhit
in tr õm ngha l giỏ tr in tr gim khi nhit tng, gim t 3% n 5%
trờn 1 .
5.1. Cu to.
NTC l hn hp a tinh th ca nhiu ụxit gm ó c nung chy nhit
cao (1.000
0
C n 1.400

0
C) nh Fe
2
O
3
; Zn
2
TiO
4
; MgCr
2
O
4
TiO
2
hay NiO v
CO vi Li
2
O. cú cỏc NTC cú nhng c trng k thut n nh vi thi gian
di, nú cũn c s lý vi nhng phng phỏp c bit sau khi ch to.
5.2. c tớnh cm bin nhit NTC.
* ng c tớnh cm bin
Nhit - in tr NTC mó s A34-2/30: RNTC (5,5 kw nhit mụi trng
20
0
C R
NTC
400 w nhit mụi trng 100
0
C. * c tớnh dũng/ỏp ca NTC

c tớnh dũng ỏp ca NTC cung cp nhiu thụng tin hn c c tớnh in tr
Nhit . c tớnh ny cng dựng c c trong trng hp dũng qua NTC lm
nhit ca nú cao hn nhit mụi trng.
c tuyn ny cng c gi l c tuyn tnh ca NTC, in ỏp ri trờn
NTC ch c ghi nhn khi t c trng thỏi cõn bng gia i
n nng cung
cp v ngun nhit (thng ly mụi trng nhit 25
0
C, trong iu kin lng
giú).
Q1 NDS
LM3886
+28 vôn
Themmall
y
IC
1

LM 35
IC
2

IC
3

LMC7211
LM 4041-
IC
4

12
vôn
12
-28 vôn
20 k
1 k
4,7 k
10 F
3,3 F
R
3
= 10
k

R
1
= 10
k

10 k
R
4
= 560
k

Audio
H
ình 1.12: LM35 với bộ
p
hận khu

y
ếch đại âm thanh côn
g
suất
Kỹ thuật cảm biến Khoa Cơ khí - Động lực Trờng Cao Đẳng Nghề Công Nghệ và Nông Lâm Đông Bắc

23
c tuyn trờn chia ra lm 3 vựng:
- Vựng bt u c tuyn (gii hn vựng ny l khu vc 10 mW), nng
lng in cung cp cho NTC khụng ỏng k, lng nhit sinh ra do dũng in
khụng ỏng k, trong vựng ny, in tr ca NTC xỏc nh ch do nhit mụi
trng. nhy ỏng k nu s dng NTC lm cm bin nhit trong vựng
ny.

- Vựng 2: Do s tng dũng, nhit ca NTC tng cao hn nhit mụi
trng, do t lm núng, in tr ca NTC gim ỏng k, mt giỏ tr dũng cho
sn, ỏp tng ti a.
Vựng 3: Nu dũng vn tng thờm, in ỏp ri s tr lờn bộ, cui ng
c tuyn in tr ca NTC gn nh do n
ng lng in chuyn i, ch cú mt
ớt do tỏc ng nhit ca mụi trng.
* Mt s thụng s ca NTC
R20 hay R25: in tr ngui hay in tr biu kin l giỏ tr nhit ca
NTC 20
0
C hoc 25
0
C (tuy nhiờn sai s l t 5% n 25%).
K
10
1

10
0
10
-1
100
200
300
0
C

10
-2
5

5

5

0

H
ình 1.13: Đờn
g
đặc tính cảm biến nhiệt độ
H
ình 1.14: Đặc tu
y
ến U/I của NT
C

50
0
C
100
0
C
200
0
C
300
0
C

400
0
C
100k
10k
1k
10
100
1 mw
10 mw
100 mw
1w
10w
Kü thuËt c¶m biÕn – Khoa C¬ khÝ - §éng lùc – Tr−êng Cao §¼ng NghÒ C«ng NghÖ vµ N«ng L©m §«ng B¾c

24
Tmin; Tmax là giới hạn nhiệt độ hoạt động của NTC.

Pmax là công suất lớn nhất cho phép chuyển đổi ra nhiệt trong NTC.
5.3. ứng dụng.
NTC có rất nhiều ứng dụng, được chia ra làm 2 loại đó là loại dùng làm
đo lường và loại làm bộ trễ.
* Loại dùng làm đo lường: trong đo lường và tác động bù, cần tránh hiện
tượng tự sinh nhiệt do dòng NTC lớn, như vậy NTC hoạt động chủ yếu trong
vùng tuyế
n tính, như đã mô tả trước đây, trong vùng này điện trở của NTC được
xác định bằng nhiệt độ môi trường, phạm vi chủ yếu của NTC trong lĩnh vực
này là đo nhiệt độ, kiểm tra, điều khiển. Tuy nhiên NTC cũng được dùng để bù
tính phụ thuộc nhiệt độ của điện trở, làm ổn định nhiệt độ cho các mạch điện tử
dùng bán dẫn.
* Loại dùng làm bộ trễ: NTC có tính chất trễ, khi dòng điện qua nó lớn
đến nỗi điện trở giảm nhiều do quá trình tự toả nhiệt, tải càng lớn thì điện trở
NTC càng giảm mạnh. Nhiệt điện trở NTC tạo tác dụng trễ nhằm triệt dòng đỉnh
trong mạch đèn chiếu sáng loại có tim, mạch động cơ công suất nhỏ, mạch đốt
tim các bóng điện tử
, mạch có tính dung kháng (tụ).
* Mạch ứng dụng với NTC.
Hoạt động của cảm biến dựa trên sự khác nhau về khả năng làm mát của
chất lỏng và không khí hoặc hơi nước ở trên chất lỏng, khi NTC được nhúng vào
chất lỏng, nó được làm mát nhanh chóng, điện áp rơi trên NTC tăng lên, do hiệu
ứng này NTC có thể phát hiện có sự tồn tại hay không của chất lỏng ở một vị trí.
* Bộ đ
iều khiển nhiệt độ: NTC được sử dụng rất nhiều trong các hệ thống
điều khiển nhiệt độ bằng cách sử dụng một nhiệt điện trở trong mạch so sánh cơ
bản, khi nhiệt độ vượt quá mức cài đặt, ngõ ra sẽ chuyển trạng thái từ Off sang
ON.
* Bù nhiệt: Nhiều chất bán dẫn và IC cần có sự bù nhiệt để có sự hoạt
động ổn đị

nh trên dải nhiệt độ rộng, bản thân chúng có hệ số nhiệt độ dương cho
nên NTC đặc biệt thích hợp với vai trò bù nhiệt.
* Rơle thời gian dùng NTC: Rơle thời gian ngày nay đã đạt độ chính xác
cao bằng cách sử dụng phần tử RC và công tắc điện tử. Tuy nhiên khi không cần
độ chính xác cao, có thể dùng NTC theo 2 mạch điện cơ bản sau đây:
- Mạch A là rơle thời gian đóng chậm, sau khi nối nguồn S
1
, dòng qua
cuộn dây rơle, nhưng bị giới hạn bởi điện trở nguội của NTC lớn, sau một thời
gian do quá trình tự gia nhiệt vì dòng qua nó, điện trở NTC giảm, tăng dòng
khiến rơle tác động.
- Mạch B là rơle thời gian mở chậm, khi đóng S
2
, dòng qua nhiệt điện trở,
bắt đầu quá trình tự gia nhiệt, điện áp rơi qua R
S
tăng, sau một thời gian rơle
không còn đủ duy trì, bị ngắt, thời gian trễ tuỳ thuộc vào môi trường toả nhiệt
của NTC.
6. Nhiệt điện trở PTC.
Nhiệt điện trở PTC (Positive Temperature Coefficent) là loại nhiệt điện
trở có hệ số nhiệt điện trở dương (giá trị điện trở tăng khi nhiệt độ tăng). Trong
một khoảng nhiệt
độ nhất định PTC có hệ số nhiệt độ α
R
rất cao.
6.1. Cấu tạo.
Kỹ thuật cảm biến Khoa Cơ khí - Động lực Trờng Cao Đẳng Nghề Công Nghệ và Nông Lâm Đông Bắc

25

Vt liu ch to PTC gm hn hp barium carbonate v mt vi ụxit kim
loi khỏc c ộp v nung, nhiu tớnh cht v in khỏc nhau cú th t c
bng cỏch gia gim cỏc hp cht trn khỏc nhau v nguyờn vt liu bng cỏch
gia nhit theo nhiu phng phỏp khỏc nhau, sau khi gia nhit nung kt cỏc mi
ni ó c hỡnh thnh trong thermistors sau ú trong quỏ trỡnh sn xut cỏc
dõy ni dn ra ngoi c thờm vo, nhit in tr PTC thụng th
ng c ph
bờn ngoi mt lp v cú cu to nh vecni chng li nh hng ca mụi
trng khụng khớ.
6.2. c tớnh cm bin nhit PTC.
* ng c tớnh in tr nhit PTC chia lm 3 vựng:
- Vựng nhit thp: Ging nh nhit in tr NTC cú h s nhit õm
- Vựng h s nhit tng chm (TA; TN): sau mt vi kho
ng nhit
t c thỡ bt u nhit in tr bin i xang tớnh cht dng bt u t im
TA, giỏ tr ca nhit in tr PTC im TA c xem nh l in tr khi
im, RA l giỏ tr in tr thp nht m PTC th hin.
- Vựng lm vic (T
N
< T < T
UPPER
): Sau khi t c giỏ tr nhit danh
nh T
N
, giỏ tr in tr ca nhit in tr PTC bng nhiờn gia tng theo dc
thng ng, thc t thỡ gp vi chc ln khi so sỏnh v dc on ny vi
on trc, vựng dc ng ny chớnh l di in tr lm vic ca nhit in tr
PTC.
Hng v ng c tuyn
im nhit dn cao hn, vựng lm vic

ca nhit in tr PTC b gii hn bi vựng nhit trờn Tupper vi in tr
vựng trờn Rupper, khi Tupper b vt qua, s gia tng in tr s ớt v cng ớt
hn na cho n khi t giỏ tr in tr t t. V tip theo sau ng c tớnh
vựng ny s l im cú tớnh cht
in tr õm, vựng ny thng khụng cú c
ch ra trong c tớnh bi vỡ nú nm ngoi vựng lm vic ca nhit in tr PTC.
















ng c tớnh dũng ỏp cho nhng loi rin l khỏc c cho bi nh sn
xut thng khụng theo h trc to tuyn tớnh m li s dng h trc log.

T
A
T
N
T

E
0
0
C
R
E
R
N
R
A
T
U
Hình 1.15
Kỹ thuật cảm biến Khoa Cơ khí - Động lực Trờng Cao Đẳng Nghề Công Nghệ và Nông Lâm Đông Bắc

26
Tớnh cht dng v dũng v ỏp ca nhit in tr PTC cng cú hỡnh dng
ging nh l tớnh cht ca nhit in tr NTC.
* Mt s thụng s c trng ca PTC
- T
NOM
(T
N
): Nhit danh nh, ti giỏ tr nhit R
N
= 2*R
A

-
R

: H s nhit nhit in tr PTC.
- T
UPPER
: Nhit gii hn vựng lm vic.
- R
25
: in tr ca PTC khi mụi trng nhit 25
0
C.
6.3. ng dng.
Nhit in tr PTC lm vic nh cm bin cú nhy cao
ng dng tớnh cht giỏ tr in tr tng: Khi ng búng ốn hunh
quang, mch bo v quỏ ti vv.
* Mch ng dng vi PTC.
Nhit in tr PTC c mc trong mt cu o ca mch so sỏnh (hỡnh
1.16), ti nhit bỡnh th
ng RPTC ( RS, in ỏp ngừ ra mc thp, khi s
tng nhit vt quỏ ngng xut hin, PTC b nung núng nờn RPTC ( RS nờn
in ỏp ngừ ra V0 lờn mc cao (hỡnh 1.17).









* Mch bo v ng c.
PTC c dựng phỏt hin s tng nhit bt thng trong ng c bng

cỏch o trc tip, cm bin nhit c gn chỡm trong cun Stato, tớn hiu c
s lý nh
mt thit b iu khin dn n tỏc ng (Hỡnh 1.18).











Thit b iu khin KLIXON 40/41/42AA series.
Thit b c s dng kt hp vi cm bin nhit PTC, chỳng tng
thớch vi loi cm bin Klixon BA series.
R
1
R
2
R
S
R
P
PTC

R
1
V

0
R
L
H
ình 1.1
6
: Mạch so sánh
H
ình 1.17: Đặc tuyến của V
0
R
P
< R
S
R
1
= R
2
R
P
> R
S

R
1
= R
2
V
0
T

0
C
Swtich
temperature
PTC
PTC
PTC
H
ình 1.18: Mạch bảo vệ độn
g
cơ
Kü thuËt c¶m biÕn – Khoa C¬ khÝ - §éng lùc – Tr−êng Cao §¼ng NghÒ C«ng NghÖ vµ N«ng L©m §«ng B¾c

27
Nếu nhiệt độ trong cuộn dây động cơ ở trạng thái bình thường thì cảm
biến điện trở giảm xuống đến mức thấp cần thiết Reset, thiết bị tự động reset nếu
thiết bị không cài đặt reset bằng tay.
Sơ đồ kết nối cảm biến với bộ điều khiển loại 40AA, 42AA Series.
7. Các bài thực hành ứng dụng các loại cảm biến nhi
ệt độ.
7.1. Thực hành với cảm biến nhiệt độ Platin Pt 100, Pt1000 và ADT70.
* Yêu cầu mục đích:
a/ Thiết bị
- Khảo sats cảm biến nhiệt độ Pt100, Pt1.000.
* Thiết bị: - Cảm biến Pt100 và Pt1000, IC ADT70
* Thực hiện - Lắp đặt mạch đo nhiệt độ sử dụng nhiệt độ trở Pt100,
Pt1000 với IC ADT 70
- Lắp mạch như hình 1.19.
Đo giá trị điện áp ngõ ra (V
OUT IA và điểm nối mass)

V
OUT=
- Tính giá trị nhiệt độ môi trường của phòng thí nghiệm: t =
* Pt 100
- Lắp mạch như hình 1.19, nhưng cần lưu ý thay giá trị điện trở R
G= 4,99kΩ như
hình 1.20.
- Thay điện trở tham chiếu 1000Ω bằng điện trở 100Ω
Việc thay R
G giúp giữ tỉ lệ điện áp ngõ ra và nhiệt độ như khi dùng Pt1000
- Đo giá trị điện áp ngõ ra ( chân V
OUT IA và điểm nối mass)
V
OUT=
- Tính giá trị nhiệt độ môi trường của phòng thí nghiệm: t =

NULLA
SHUTDOWN
NULLB BIAS
2,5V
REFOUT
ATD70
+ 5V
I
OUTA
I
OUTB
-IN
IA
-IN
IB
V
OUT
5mV
1KΩ
REF
1KΩ
PRTD
RESIS
TOR
RGA

49,9KΩ
RGB
GND
SENSE
OUT
IA
RGND
DGND
INDEPENDENT
OP AMP
-IN
OA

+IN
OA

OU
TA

2,5V
REF
SHUT
DOWN
MATCHEO
CURRENT
SOURCES
-1V < V
S
< -5V
-V

S

Hình 1.19: Pt1000 và ADT70
+V
Kü thuËt c¶m biÕn – Khoa C¬ khÝ - §éng lùc – Tr−êng Cao §¼ng NghÒ C«ng NghÖ vµ N«ng L©m §«ng B¾c

28














7.2. Thực hành với cảm biến LM 35
* Yêu cầu mục đích:
Khảo sát IC LM 35.
* Thiết bị :
IC LM 35, điện trở.
Diod 1N914, diod zener.
Mili vôn kế
* Thực hiện
Với IC LM35điện áp ngõ ra tỉ lệ trực tiếp với thang đo Celsius. Thực tế IC

LM35 có 4 dạng như sau:
* Sơ đồ chân của IC LM35










* Ráp mạch như ở hình 1.21(thang đo:+2
0
C đến 150
0
C)
-Sử dụng Milivôn kế đo giá trị điện áp V
OUT: VOUT=
Tính nhiệt độ t =
Đưa cảm biến đến gần nguồn nhiệt theo dõi sự thay đổi của V
OUT.
* Ráp mạch như ở hình 1.22 ( thang đo:-55
0
C đến 150
0
C)
-Giá trị R
1
được chọn tuỳ thuộc vào –V

S
, R
1
= - V
S
/50μA.
Sử dụng milivôn kế đo giá trị điện áp V
OUT
: V
OUT
=
Tính nhiệt độ t: t =
Đưa cảm biến đến gần nguồn nhiệt theo dõi sự thay đổi của V
OUT.

4,98KΩ

-IN
IA
+IN
IA
RG

RG

OUT

GND
SENSE
INST

AMP
Hình 1.20: ADT70 và Pt100
Dạng SO-8
Dạng TO-46 Dạng TO-92
Dạng TO-220
V
OU
T

+V
S
V
OUT
GND
LM35D
T

GND

N
C

N
C

+V
S

N
C

N
C

NC

+V
S

V
OUT

GND o
GND

V
OUT

+V
S

BOTTOM VIEW
BOTTOM VIEW
Kü thuËt c¶m biÕn – Khoa C¬ khÝ - §éng lùc – Tr−êng Cao §¼ng NghÒ C«ng NghÖ vµ N«ng L©m §«ng B¾c

29

* Ráp mạch như hình vẽ 1.23 (thang đo từ -55
0
C đến 150
0
C)













Sử dụng milivôn kế đo giá trị điện áp V
OUT
: V
OUT
=
Tính nhiệt độ t: t =
Đưa cảm biến đến gần nguồn nhiệt theo dõi sự thay đổi của V

OUT.
* Ráp mạch như ở hình 1.24
- Chú ý trong mạch này giá trị điện áp ra tỉ lệ với nhiệt độ thang đo Fahrenheit.
Sử dụng milivôn kế đo giá trị điện áp V
OUT
: V
OUT
=
Tính nhiệt độ t: t =
Đưa cảm biến đến gần nguồn nhiệt theo dõi sự thay đổi của VOUT.
7.3. Thực hành với cảm biến nhiệt điện trở NTC.
* Yêu cầu - mục đích
Lấy đường đặc tính của một điện
trở NTC, R = f(
ϑ
) và I = f(U), sự
thay đổi điện trở xảy ra do tự làm
nóng (tải tăng).
* Thiết bị:
Nhiệt điện trở NTC (Negative
Temperature Coeffcient), vôn
kế, miliampekế.
* Thực hiện:
Ghi chú: Sự thay đổi điện trở có thể tạo ra qua việc thay đổi nhiệt độ của môi
trường xung quanh hoặc qua việc tự nóng cũng như làm lạnh tuỳ theo tải điện
+V
S
(4V TO 20V)
V
OU

T

LM35

LM35

+V
S

-V
S

V
OU
T
RT
Hình 1.21 Hình 1.22
+V
S

V
OU
T
12K 10%
Hình 1.23
LM35

1N914

1M1%

48,5K1%
18K
+V
S
6, 10, 20V
LM385

V
OU
T
-
26,4K1%

Hình 1.24
LM35

10K1%

ϑ

Ký hiệu của nhiệt điện trở NTC
Kü thuËt c¶m biÕn – Khoa C¬ khÝ - §éng lùc – Tr−êng Cao §¼ng NghÒ C«ng NghÖ vµ N«ng L©m §«ng B¾c

30
khác nhau. Đường đặc tính của điện trở NTC là đường biểu diễn hàm số mũ, nó
phụ thuộc vào vật liệu sử dụng, dạng cấu tạo cũng như sự thay đổi nhiệt độ.
Bỏ qua sự thay đổi điện trở do nhiệt độ của môi trường vì trong phòng thí
nghiệm, nhiệt độ coi như không đổi.
Lắp thí nghiệm theo mạch hình 1.25, đo dòng điện qua đi
ện trở NTC theo

các điện áp đã cho trong bảng dưới đây, để chỉnh được trạng thái nhiệt độ ổn
định khi thay đổi điện áp, các phép đo được thực hiện lần lượt theo khoảng cách
về thời gian là 30s.









Để xây dựng đặc tính của R = f(
ϑ
) cần đồi hỏi các giá trị điện trở của điện
trở NTC được xác định từ các giá trị dòng điện đã đo và các điện áp cho trước ở
bảng sau đây:
Bảng giá trị điện áp
U(V) 5 10 15 20 25 28
I(mA)
R(kΩ)

U: 0 ÷ 30V
R
25
= 6kΩ
ϑ

mA
V
Hình 1.25
0
1
2
3
4
5
6
7
0

4,2
4,6
5,0
5,4
5,8
6,2
6,6
0
0
10
15 20
25
30
35
U(V)
I(mA)
R(kΩ
Kü thuËt c¶m biÕn – Khoa C¬ khÝ - §éng lùc – Tr−êng Cao §¼ng NghÒ C«ng NghÖ vµ N«ng L©m §«ng B¾c

31
7.4. Thực hành với cảm biến nghiệt điện trở PTC.
* Yêu cầu - mục đích
Lấy đường đặc tính của một điện
trở PTC, R = f(
ϑ
) và I = f(U), đặc
tính R = f(
ϑ
) được tạo ra qua việc
tự làm nóng (tăng điện áp đặt vào

nó)
* Thiết bị: Nhiệt điện trở
PTC (Positive Temperature
Coeffcient), vôiệt nam kế, miliampe kế.
* Thực hiện:
Ghi chú: Sự thay đổi điện trở có thể tạo ra qua việc thay đổi nhiệt độ của môi
trường xung quanh hoặc qua việc tự nóng cũng như làm lạnh tuỳ theo tải điện
khác nhau. Bỏ qua sự thay đổi điện trở do nhiệt độ của môi trường vì trong
phòng thí nghiệm, nhiệt độ coi như không đổi.
Vì đường đặc tính của điện trở PTC không chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ của nó
mà còn phụ thuộc một ít vào độ lớn điện áp đặt vào nó, do đó trong các bài thí
nghiệ
m sau bỏ qua trường hợp phụ thuộc vào điện áp.
* Lắp thí nghiệm theo mạch ở hình 1.26 và đo dòng điện qua điện trở
PTC theo các điện áp đã cho trong bảng.
Để có thể chỉnh được trạng thái điện trở ổn định khi thay đổi điện áp, các
phép đo dòng điện được thực hiện lần lượt theo khoảng cách về thời gian là 30s.

Để xây dựng được đặc tính của R = f(
ϑ
) cần đồi hỏi các giá trị điện trở của
điện trở PTC được xác định từ các giá trị dòng điện đã đo và các điện áp cho
trước ở bảng sau đây:

Bảng giá trị điện áp
U(V) 1 2 4 5 6 10 12 16 20 24
I(mA)
R(kΩ)

ϑ

Ký hiệu của nhiệt điện trở PTC
U: 0 ÷ 30V
R
25
= 80Ω
ϑ

mA
V
Hình 1.26
Kỹ thuật cảm biến Khoa Cơ khí - Động lực Trờng Cao Đẳng Nghề Công Nghệ và Nông Lâm Đông Bắc

32

HOT NG II: HC VIấN T NGHIấN CU TI LIU
Hc viờn tham kho cỏc ti liu di õy:
1. Cỏc b cm bin trong k thut o lng v iu khin.
Lờ Vn Doanh, Phm Thng Hn, Nguyn Vn Ho, o Vn Tõn
Nh xut bn Khoa hc v k thut H Ni.
2. Cm bin ng dng Dng Minh Trớ - Nh xut bn Khoa hc v k
thut H Ni.
3. Giỏo trỡnh cm bin - Phm Quc Phụ, Nguyn c Chin - Nh xut
bn Khoa hc v k thut H Ni.
4. Giỏo trỡnh cm bin Trung tõm Vit - c phỏt hnh

HOT NG III: HC TP, THC TP TI XNG TRNG

* Ni dung:
- Nghiờn cu ng dng ca tng loi cm bin nhit .
- Tỡm hiu cỏch phõn loi, ng dng ca tng cm bin nhit .
1/ Hỡnh thc t chc:
Chia thnh cỏc nhúm nh t 2 n 3 hc sinh di s hng dn ca giỏo viờn.
2/ Dng c, thit b: Cỏc loi cm bin nhit , dng c kim tra nh nhit k

vv.
3/ Quy trỡnh thc hin:
0
20
40
60
80
100
120
140
0
200
400
600
800
1.000
1.200
1.400
0
4

8
12 16
20
24
28
U(V)
I(mA)
R(k
Kü thuËt c¶m biÕn – Khoa C¬ khÝ - §éng lùc – Tr−êng Cao §¼ng NghÒ C«ng NghÖ vµ N«ng L©m §«ng B¾c

33
- Giáo viên tập trung cả lớp học viên, sơ lược về ứng dụng của các bộ cảm biến
nhiệt độ, làm mẫu cách lắp đặt, cách đo và hiệu chỉnh các bộ cảm biến nhiệt độ.
- Chia mỗi nhóm từ 2 đến 3 học viên thực hành thực tập với các bộ cảm biến
nhiệt độ dưới sự hướng dẫn của giáo viên.
- Cuối bài học, giáo viên kiểm tra đánh giá, nh
ận xét tới từng học viên trong quá
trình thực tập.