cảm biến đo nhiệt độ

Chương 3
CẢM BiẾN ĐO NHIỆT ĐỘ
A. LÝ THUYẾT VỀ ĐO NHIỆT ĐỘ
I. Những vấn đề chung:
1. Khái niệm nhiệt độ:
Nhiệt độ là một trong số những đại lượng có ảnh hưởng rất lớn đến tính chất vật chất . Tuy nhiên việc xác định chính xác
một nhiệt độ là một vấn đề không đơn giản. Đa số các đại lượng vật lý đều có thể xác định trực tiếp nhờ so sánh chúng với
một đại lượng cùng bản chất. Nhiệt độ là đại lượng chỉ có thể đo gián tiếp dựa vào sự phụ thuộc của tính chất vật liệu vào
nhiệt độ.
2. Thang đo nhiệt độ:
Để đo nhiệt độ trước hết phải thiết lập thang đo nhiệt độ. Thang nhiệt độ tuyệt đối được thiết lập dựa vào
tính chất của khí lý tưởng.
Thang Kelvin (Thomson Kelvin - 1852): Thang đo nhiệt độ động học tuyệt đối, đơn vị nhiệt độ là K. Trong
thang đo này người ta gán cho nhiệt độ của điểm cân bằng ba trạng thái nước – nước đá – hoiwmootj giá
trị số bằng 273,15K.
Thang Celsius (Andreas Celsius - 1742): Thang nhiệt độ bách phân, đơn vị nhiệt độ là
0
C và một độ
Celsius bằng một độ Kelvin.
Nhiệt độ Celsius xác định qua nhiệt độ Kelvin theo biểu thức :
T(
0
C)=T(K) – 273,15
Thang Fahrenheit (Fahrenheit – 1706): Đơn vị nhiệt độ là F . Trong thang đo này, nhiệt độ của điểm nước
tan là 32
0
F và điểm nước sôi là 212
0
F

3.Dụng cụ và phương pháp đo nhiệt độ:
Có nhiều loại dụng cụ đo nhiệt độ, tên gọi của mộ loại khác nhau nhưng thường gọi chung là nhiệt kế
Nhiêt kế là dụng cụ(đồng hồ) đo nhiệt độ bằng cách cho chỉ số hoặc tín hiệu là hàm số đã biết đối với nhiệt độ
Bộ phận nhảy cảm của nhiệt kế là bộ phận để biến nhiệt năng thành một dang năng lượng khác để nhận ra được tín hiệu về nhiệt độ. Nếu bộ phận nhảy cảm tiếp xúc với
môi trường cần đo thì gọi là nhiệt kế đo trực tiếp và ngược lại
Khái niệm nhiệt kế dùng để chỉ dụng cụ đo nhiệt độ dưới 600
0
C , còn các nhiệt kế đo nhiệt độ trên 600
0
C gọi là hỏa kế.
Theo nguyên lý đo nhiệt độ, đồng hồ nhiệt độ được chia làm 5 loại chính:
1/Nhiệt kế dãn nở
2/Nhiệt kế kiểu áp kế
3/Nhiệt kế điện trở
4/Cặp nhiệt
5/Hỏa kế bức xạ
II. Nguyên lý đo nhiệt độ:
1. Nhiệt kế dãn nở:
1.1. Nhiệt kế dãn nở chất rắn:
Nguyên lý đo nhiệt độ là dựa trên độ dãn nở dài của chất rắn.
L = L
t0
[1 + (t – t
0
)]
L và L
t0
là độ dài của vật ở nhiệt độ t và t
0
gọi là hệ số dãn nở dài của chất rắn

Các loại:
+ Nhiệt kế kiểu đũa: cơ cấu gồm một ống kim loại có nhỏ và 1 chiếc đũa có 2 lớn
+ Nhiệt kế kiểu bản hai kim loại(thường dùng làm rowle trong hệ thống tự động đóng ngắt tiếp điểm). Hệ thống dãn nở dài của 1 số vật liệu:
Vật liệu Hệ số dãn nở dài Z(1/độ)
Nhôm Al
0,238.10
4
÷ 0,310.10
4
Đồng Cu
0,183.10
4
÷ 0,236.10
4
Cr - Mn
0,123.10
4
Thép không rĩ
0,009.10
4
H kim Inva(64% Fe & 36% N) 0,00001.10
4
1.2. Nhiệt kế dãn nở chất lỏng:
Nguyên lý: Tương tự như các loại khác nhưng sử dụng chất lỏng làm môi chất(như Hg, rượu)
Cấu tạo: Gồm 1 ống thủy tinh hoặc thạch anh trong đựng chất lỏng như thủy ngân hay chất hữu cơ.
Ưu điểm: đơn giản, rẻ tiền, dễ sử dụng, khá chính xác.
Khuyết điểm: độ chậm trễ tương đối lớn, khó đọc số, dễ vỡ.
Phân loại:
+ Xét về mặt chia thước độ có 2 loại chính: hình chiếc đũa và loại thước chia độ trong.

+ Xét về mặt sử dụng chia làm các loại: nhiệt kế kỹ thuật, nhiệt kế phòng thí nghiệm.
2. Nhiệt kế điện trở:
2.1. Nguyên lý: Dựa trên sự thay đổi điện trở(trở kháng) của vật liệu theo nhiệt độ.
Giả sử nhiệt kế điện trở có quan hệ giữa điện trở và nhiệt độ là:
R
t
= R
t0
[1 + α(t – t
0
)]
α là hệ số điện trở; R
t
và R
t0
là điện trở nhiệt độ t và t
0
2.2. Nhiệt kế điện trở kim loại:
Cấu tạo nhiệt kế điện trở( bộ phận nhạy cảm)
3. Nhiệt kế nhiệt điện:
Nguyên lý: Dựa vào sự xuất hiện suất nhiệt điện động trong mạch khi có độ chênh lệch nhiệt độ giữa các đầu nối.
Cấu tạo:
Giữa các điểm tiếp xúc xuất hiện Sđđ ký sinh và trong mạch có Sđđ tổng:
E
AB
= e
AB
(t) + e
BA
(t

0
) + e
A
(t
o
,t) + e
B
(t
o
,t)
e
AB
(t) , e
BA
(t
0
) là Sđđ ký sinh hay điện thế tại điểm có nhiệt độ t và t
0
Vì e
A
(t
o
,t) và e
B
(t
o
,t) nhỏ và ngược chiều nhau nên có thể bỏ qua, ta có:
E
AB
= e

AB
(t) + e
BA
(t
0
)
B. THIẾT KẾ CẢM BiẾN NHIỆT ĐỘ LM335:
I. Cơ sở lý thuyết:
1. Giới thiếu 1 số loại cảm biến nhiệt độ:
2. Cảm biến nhiệt độ LM335:
Công thức:
R(t)= R
0
(1 + 3,908.10
-3
t – 5,8.10
-7
t
2
)
R
0
: là trở kháng của điện trở tại 0
0
C
t :là nhiệt độ của điện trở(0
0
C)