Slide thuyết trình Cảm biến nhiệt độ

Seminar:

GVHD: Lê Ngọc Đình
SVTH: Nguyễn Minh Trung K0503200


MỤC LỤC:
TỔNG QUAN
 RESISTANCE TEMPERATURE
DETECTORS_RTDs
 THERMALLY SENSITIVE RESISTOR/T
HERMISTOR
 THERMOCOUPLE
 NHIỆT KẾ HỒNG NGOẠI



CẢM BIẾN ĐO NHIỆT ĐỘ

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 giản nở).


ÑÔN VÒ ÑO NHIEÄT ÑOÄ :
 Thang

đo Celsius
 Thang đo Kelvin:

T ( ° C ) = T ( ° K ) − 2 7 3 .1 5
 Thang

đo Fahren:

9
T (° F ) = 5 T (° C ) + 3 2


Thang đo nhiệt độ chuẩn :
-182,97 °C : cân bằng khí _lỏng - oxygène;
 0,00 °C: cân bằng rắn_ lỏng – nước;
 0,01 °C: điểm thử của nước;
 100,00 °C: cân bằng lỏng_ rắn – nước;
 419,58 °C: cân bằng rắn lỏng –kẻm ;
 444,67 °C: cân bằng khí_ lỏng – lưu huỳnh;
 961,62 °C: cân bằng rắn _lỏng- bạc;
 1064,43 °C: cân bằng rắn lỏng- vàng.



CÁC PHUƠNG PHÁP ĐO
NHIỆT ĐỘ :
Đo nhiệt độ trực tiếp:
- Cặp nhiệt điện (Thermocouple).
- Nhiệt điện trở kim loại/ nhiệt điện trở
dương (Resistance Temperature DetectorsRTDs).
- Nhiệt điện trở bán dẫn/ nhiệt điện trở âm
(Thermally Sensitive Resistor/Thermistor)
 Đo nhiệt độ gián tiếp:

- Nhiệt kế hồng ngoại



RESISTANCE TEMPERATURE
DETECTORS_RTDs :


Nguyên lý :điện trở vật dẫn thay đổi theo
nhiệt độ:

R=ρ l

A
ρ = ρ o (1 + αT )

l : chiều dài dây dẫn [m]
A : tiết diện dây dẫn [m2]
Ρ : điện trở suất [Ωm]


RESISTANCE TEMPERATURE
DETECTORS_RTDs :


Sự phụ thuộc của điện trở vào nhiệt độ gần như
tuyến tính được biểu diễn theo phương trình:

R = R 0 ×[1 − a × ( T − T0 ) + b × ( T − T0 ) ]


Ta có thể coi như đáp ứng này sẽ là tuyến tính trên
một khoảng nhỏ nhiệt độ,.Công thức này có thể
được viết lại:

RT = R0 × (1 + α * ∆T )

a, b, α : hằng số phụ thuộc kim loại
RT: điện trở tại nhiệt độ cần đo T [°K]
R0: điện trở tại nhiệt độ To[°K]


RESISTANCE TEMPERATURE
DETECTORS_RTDs :


Ảnh hưởng của sự tự đốt nóng :
2
PD
R×I
δ =
=
∆T
∆T

δ : hệ số tiêu tán công suất [mW/ °C]
PD : công suất tiêu tán [mW]


Độ nhạy [Ω/ °C]:

S = α × R0


Quan hệ điện trở_nhiệt độ :

Nhiệt độ tăng thì điện trở tăng.


Cấu tạo :


Vật liệu chế tạo :


Mạch điện ứng dụng :


Mạch phân áp :


Mạch điện ứng dụng :


Mạch cầu Wheatsone :

 R2
R3 

Vout = Vin × 

−
 R1 + R2 R3 + R4 
 Khi

cầu cân bằng : Vout = 0 :

R3
R3 + R4 R1 + R2
R2
R1 R4
=
⇔
=
⇒ =
R1 + R2 R3 + R4
R3
R2
R2 R3


Mạch điện ứng dụng :


Khi R1=R2=R4=Rg:

 Rg
Rg 

Vout = Vin × 
−

 2R R + R 
g
3 
 g
 1
1 

⇔ Vout = Vin × R g ×
−
 2R R + R 
g
3 
 g
vin R3 − R g
⇒V out= ×
2 R3 + R g
 Khi

R3=Rg ±dR: V = Vin ×
out
2

± dR
2 R g ± dR


THERMALLY SENSITIVE
RESISTOR/THERMISTOR :
Ngun lý : Sư thay đổi của bán dẫn theo
nhiệt độ T, do số lïng cặp điện tử –lổ

trống tăng làm giảm điện trở :

1
1 

RT = R0 exp  β ×  −
 T T0 

β: hằng số vật liệu phụ thuộc nhiệt điện
trở
RT: điện trở tại nhiệt độ cần đo T [°K]
Ro: điện trở tại nhiệt độ To[°K]


1 dR
α=
×
RT dT

α =−

β

T

2


THERMALLY SENSITIVE
RESISTOR/THERMISTOR :

 Đối

với nhiệt độ lớn hơn thì ta phải
dùng phương trình Steinhart-Hart:

1
= A + B ln R
T

+ C ln R
3

T

T


Quan hệ điện trở_nhiệt độ :

Nhiệt dộ tăng thì điện trở giảm


Cấu tạo :
Thermistor là một thuật ngữ thông dụng của
thermally sensitive resistor,đầu dò nhiệt của
chúng là chất bán dẫn có α âm / dương .Những
thiết bị này được cấu tạo bởi vật liệu sứ có tính
chất dẫn điện phụ thuộc vào nhiệt độ.
 NTC thermistor thường được làm từ những
oxid của mangan,nickel,coban,sắt.Trong quá

trình sản xuất thông thường,trước hết,một hỗn
hợp hai hay ba loại oxid được gắn kết với nhau
nhờ chất gắn kết thích hợp và được đúc theo
những hình dạng mong muốn.Với những chất
oxid khác nhau,tỷ lệ pha trộn khác nhau thì ta
sẽ có sản phẩm khác nhau mang tính chất ta
muốn có.



Mạch điện ứng dụng :
Tuyến tính hóa thermistor:
Sử dụng mạch analog: mạch xấp xỉ tuyến
tính_piecewise; mạch chuyển đổi điện áp
thành tần số; mạch logarit; mạch chuyển
đổi nhiệt độ thành tần số……
Sử dụng kỹ thuật số tuyến tính hóa trong
miền tần số.
Thay đổi mạch của transducer : mạch cầu
Wheatstone; gắn trở song song.
 Thông thường điện trở song song được
tính theo công thức :
 β − 2T 


m
R S = RTm × 
 β + 2T 

m 




THERMOCOUPLE:


Hiệu ứng Peltier: ở chỗ tiếp xúc giữa hai
dây dẫn A và B khác nhau về bản chất
nhưng cùng một nhiệt độ tồn tại một hiệu
điện thế tiếp xúc .Hiệu điện thế này chỉ
phụ thuộc vào bản chất của vật dẫn và
nhiệt độ:


THERMOCOUPLE:
Định luật Volta : trong một chuỗi cách
nhiệt được cấu thành từ những vật dẫn
khác nhau, tổng suất điện động Peltier
bằng 0.
 VD : trong một chuỗi gồm bốn vật dẫn A
B C D mắc nối tiếp , tổng suất điện động
sẽ bằng 0:



THERMOCOUPLE:
 khi hai vật dẫn A và C được phân cách bởi
các vật dẫn trung gian và toàn hệ là đẳng
nhiệt thì hiệu điện thế giữa hai vật dẫn A và
C ở đầu mút cũng chính bằng hiệu điện thế

nếu như chúng (A và C) tiếp xúc trực tiếp với
nhau.


THERMOCOUPLE:


Hiệu ứng Thomson: trong một vật dẫn đồng
nhất A, giữa hai điểm M và N có nhiệt độ
khác nhau sẽ sinh ra một suất điện động .
Suất điện động này chỉ phụ thuộc vào bản
chất của vật dẫn và nhiệt độ TM, TN của hai
điểm M và N.


THERMOCOUPLE:
Hiệu ứng seebeck: giả sử có một mạch kín
tạo thành từ hai vật dẫn A B và hai chuyển
tiếp của chúng được giữ ở nhiệt độ T1 và T2,
khi đó mạch sẽ tạo thành một cặp nhiệt điện.
 Cặp nhiệt điện này gây nên một suất điện
động do kết quả tác động đồng thời của hai
hiệu ứng Peltier và Thomson.Suất điện động
đó gọi là suất điện động Seebeck.
