BÁO cáo cảm biến đo nhiệt độ

TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM

TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA CƠ KHÍ
BỘ MÔN CÔNG NGHỆ NHIỆT LẠNH


ĐỀ TÀI:

CẢM BIẾN ĐO NHIỆT ĐỘ

GVHD: Th.s Nguyễn Thị Minh Trinh
Sinh viên thực hiện:
Thân Trung Tiến

21103607

Dƣơng Văn Khải Tuấn

21103960

Nguyễn Văn Khánh

21101593

Lê Thành Đạt

21100728


MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU ......................................................................................................................................... 2
1.Các khái niệm....................................................................................................................................... 3
1.1.

Khái niệm cảm biến .................................................................................................................. 3

1.2.

Khái niệm nhiệt độ ................................................................................................................. 3

1.3.

Đơn vị đo nhiệt độ (thang đo nhiệt độ) .................................................................................. 3

1.3.1.

Thang nhiệt độ nhiệt động học tuyệt đối (K) ................................................................. 3

1.3.2.

Thang Celsius (oC) .......................................................................................................... 3

1.3.3.

Thang Fahrenheit (oF) .................................................................................................... 3

1.4.
2.

Cảm biến nhiệt độ .................................................................................................................. 4

CÁC CẢM BIẾN ĐO NHIỆT ĐỘ................................................................................................ 5
2.1.

CẢM BIẾN TIẾP XÚC .......................................................................................................... 5

2.1.1.

Cặp nhiệt điện và nhiệt điện trở ..................................................................................... 5

2.1.1.1.

Cặp nhiệt điện (nhiệt kế cặp nhiệt ngẫu) ............................................................... 5

2.1.1.2.

Nhiệt điện trở (Resistance Thermometer) .............................................................. 8

2.1.2.

Thermistor (nhiệt điện trở) .......................................................................................... 10

2.1.3.

Phần tử bán dẫn ........................................................................................................... 13

2.1.4.

Nhiệt kế dãn nở ............................................................................................................. 15

2.1.4.1.

Nhiệt kế dãn nỡ chất rắn ...................................................................................... 15

2.1.4.2.

Nhiệt kế dãn nỡ chất lỏng ..................................................................................... 16

2.1.5.
2.2.

Nhiệt kế kiểu áp kế ....................................................................................................... 18

CẢM BIẾN KHÔNG TIẾP XÚC ........................................................................................ 19

2.2.1.

Hỏa kế quang học ......................................................................................................... 19

2.2.2.

Hỏa kế bức xạ ............................................................................................................... 20

2.2.3.

Hỏa kế máu sắc ............................................................................................................. 21

3. TỔNG KẾT ....................................................................................................................................... 22
Tài liệu tham khảo ............................................................................................................................... 23

Page 1


LỜI NÓI ĐẦU
Khoa học kỹ thuật bắt nguồn từ đo lường. Sự phát triển của khoa học, kỹ thuật liên quan
chặt chẽ với sự không ngừng hoàn thiện củ kỹ thuật đo lường. Không có đo lường thì
không thể có bất kỳ một khoa học học ứng dụng nào, một thí nghiệm nào…
Kỹ thuật đo lường nhiệt có liên quan đến nhiều ngành kinh tế quốc dân, vì các tham số
của quá trình nhiệt cũng là những tham số quan trọng rất nhiều quá trình sản xuất công
nghiệp, nông nghiệp… Đo lường nhiệt là quá trình đo các thông số trạng thái của môi
chất của các quá trình xảy ra trong thiết bị nhiệt. Ví dụ như đo nhiệt độ, đo áp suất, đo
lưu lượng,…Nôi dung báo cáo sẽ xoay quanh vấn đề đo nhiệt độ.
Nhiệt độ là tham số vật lý quan trọng, thường hay gặp trong kỹ thuật, công nghiệp, nông
nghiệp, nông nghiệp và trong đời sống sinh hoạt hằng ngày, là thông số không thể thiếu
được trong ngành Kỹ thuật Nhiệt Lạnh. Vì vậy việc đo lường, xác định nhiệt độ là việc
vô cùng quan trọng.
Thiết bị nhiệt ngày càng phát triển với các tham số cao, dung lượng lớn, do đó cần phải
có dụng cụ và phương pháp đo lường thích hợp. Mặt khác muốn tự động hóa quá trình
sản xuất thì trước hết phải đảm bảo tốt khâu đo lường nhiệt. Do đó việc nắm rõ quá trình
sản xuất của các thiết bị nhiệt và thành thạo cả việc lựa chọn, sử dụng các loại dụng cụ
cùng với các phương pháp đo khác nhau, xác định các sai số đo lường, nhận biết các
nguyên nhân gây sai số và biết cách khử mất các nguyên nhân gây sai số đo là rất cẩn
thiết.

Page 2


1.Các khái niệm
1.1.

Khái niệm cảm biến
Cảm biến là thiết bị điện tử cảm nhận những thay đổi từ môi trường bên
ngoài và biến đổi thành các tín hiệu điện để điều khiển các thiết bị khác. Cảm biến
là một trong ba thành phần cơ bản của hệ thống điều khiển.

Khái niệm nhiệt độ
- Nhiệt độ là một trong số những đại lượng có ảnh hưởng rất lớn đến tính chất
vật chất. Bởi vậy trong nhiên cứu khoa học, trong công nghiệp cũng như trong
đời sống hàng ngày việc đo nhiệt độ là rất cần thiết. Tuy nhiên việc xác định
chính xác một nhiệt độ là một vấn đề không đơn giản. Đa số các đại lượng vật
lý điều 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.
- Nhiệt độ là tính chất vật lý của vật chất hiểu đơn giản là thang đo độ "nóng" và
"lạnh". Vật chất có nhiệt độ cao hơn thì nóng hơn!
1.3. Đơn vị đo nhiệt độ (thang đo nhiệt độ)
1.3.1. Thang nhiệt độ nhiệt động học tuyệt đối (K)
- Thang nhiệt độ tuyệt đối được xác định dựa trên tính chất của khí lý tưởng.
- Thang Kelvin (Thomson Kelvin - 1852): đơn vị đo nhiệt độ là K.
- Người ta gán nhiệt độ của điểm cân bằng của ba trạng thái nước – nước đá –
hơi một giá trị số bằng 273,15 K.
1.3.2. Thang Celsius (oC)
- Thang Celsius (Anderas Celsius – 1742): Thang nhiệt độ bách phân, đơn vị
nhiệt độ là oC và một độ Celsius bằng một độ Kelvin.
- Quan hệ giữa nhiệt độ Celsius và nhiệt độ Kelvin:
T (oC) = T (K) – 273,15
1.3.3. Thang Fahrenheit (oF)
- Thang Fahrenheit (Fahrenheit - 1706): Đơn vị nhiệt độ là oF
- Nhiệt độ của nước đá tan là 32oF và nhiệt độ của nước sôi là 212oF.
- Quan hệ giữa nhiệt độ Fahrenheit và Celsius:

1.2.

T (o C )  T (o F )  32  .

5
9

5
T (o F )  .T (o C )  32
9

Page 3


1.4.

Cảm biến nhiệt độ
- Nhiệt độ đo được (nhờ một điện trở hoặc một cặp nhiệt) chính là nhiệt độ của
cảm biến, ký hiệu Tc. Tc phụ thuộc vào nhiệt độ môi trường Tx và sự trao đổi
nhiệt.
- Nhiệt độ từ môi trường sẽ được cảm biến hấp thu,tại đây tùy theo cơ cấu của
cảm biến sẽ biến đại lượng nhiệt này thành một đại lượng đại diện nào đó.
- Cảm biến đóng vai trò quan trọng trong hệ thống đo lường và điều khiển hiện
đại. Nó quyết định việc có thể điều khiển tự động hay tự động hóa các quá
trình hay không. Nó còn quyết định độ chính xác và chất lượng của hệ thống.
- Các cảm biến thường dùng trong HVAC: Cảm biến nhiệt độ, áp suất, độ ẩm,
mức nước, lưu lượng gió, lưu lượng khí, đo nồng độ hóa chất trong nước, CO2,
khói, ….
Trong nội dung bài báo cáo, ta quan tâm đến cảm biến nhiệt độ.

Page 4


2. CC CM BIN O NHIT
Có nhiều loại cm bin đo nhiệt độ, tên gọi của mỗi loại một khác nhưng thường gọi
chung l nhiệt kế. Trong dụng cụ đo nhiệt độ ta thường dùng các khái niệm sau :
Nhiệt kế l dụng cụ (đồng hồ) đo nhiệt độ bằng cách cho số chỉ hoặc tín hiệu l hm số đã
biết đối với nhiệt độ.
Bộ phận nhạy cảm của nhiệt kế l bộ phận của nhiệt kế dùng để biến nhiệt năng thnh
một dạng năng lượng khác để nhận được tín hiệu (tin tức) về nhiệt độ. Nếu bộ phận nhạy
cảm tiếp xúc trực tiếp với môi trường cần đo thì gọi l nhiệt kế đo trực tiếp v ngược lại.
Theo thói quen người ta thường dùng khái niệm nhiệt kế để chỉ các dụng cụ đo nhiệt độ
dưới 600oC, còn các dụng cụ đo nhiệt độ trên 600oC thì gọi l hỏa kế.
Cỏc loi cm bin nhit c chia lm hai nhúm:
-

-

Cm bin tip xỳc: Cm bin trc tip tip xỳc vi mụi trng o.
+ Cm bin cp nhit in v nhit in tr.
+ Thermistor.
+ Phn t bỏn dn.
+ Nhit k dón n
+ Nhit k kiu ỏp k
Cm bin khụng tip xỳc: Cm bin khụng tip xỳc trc tip vi mụi trng
m qua mt khõu trung gian no ú.
+ Ha k quang hc.
+ Ha k bc x.
+ Ha k mu sc.

2.1. CM BIN TIP XC
2.1.1. Cp nhit in v nhit in tr
2.1.1.1. Cp nhit in (nhit k cp nhit ngu)
Phng phỏp o nhit bng cp nhit ngu l mt trong nhng phng phỏp
ph bin v thun li nht.

Page 5


 Cấu tạo và nguyên lý hoạt độ ng của nhiệt kế cặp nhiệt ngẫu: gồm hai
dây hàn với nhau ở điểm 1 và luồn vào ống 2 để có thể đo được nhiệt độ cao.
Với nhiệt độ thấp hơn, vỏ nhiệt kế có thể làm bằng thép không rỉ. Để cách
điện giữa hai dây, một trong hai dây được lồng vào ố ng sứ nhỏ 3. Nếu vỏ làm
bằng kim loại cả hai dây đều đặt vào ống sứ.
- Đầu ra của cặp nhiệt ngẫu được nối vào hộp đầu nối 4. Mạch đo của nhiết kế
nhiệt ngẫu là miliVônmét hoặc điện thế kế điện trở nhỏ có giới hạn đo từ 0 ÷
100mV.
- Nếu đo sức điện động nhiệt điện bằng miliVônmét sẽ gây sai số do nhiệt độ
của mạch đo thay đổ i. Dòng điện chạy qua chỉ thị lúc đó là :

Trong đó:

E - Sứ c điện động;
Rd - điện trở đường dây;
RT - đ iện trở cặp nhiệt ngẫu;
Rdc- đ iện trở của miliVônmét.
Page 6


-

Điện áp rơi trên miliVônmét là:

Thường Rd + RT được hiệu chỉnh khoảng 5 Ω, còn điện trở của
miliVônmét lớ n hơn nhiều lần (40÷50 l ần), vì vậy sai số chủ yếu do điện
trở của miliVônmét Rdc thay đổi.
- Đo sức điện động bằng điện thế kế sẽ loại trừ được sai số trên do dòng điện
tiêu thụ bằng không khi ta tiến hành phép đo.
 Khắc phục sai số do nhiệt độ đầu tự do thay đổi: bằng cách dùng mạch bù sai
số nhiệt độ.
Cặp nhiệt ngẫu mắc nối tiếp vào đường chéo cầu một chiều tại điểm A-B, trong
đó Rt - nhi ệt điện trở tạo thành nhánh cầu. Điện trở Rt được mắc cùng vị trí
với đầu tự do cặp nhiệt ngẫu và có nhiệt độ t0. Cầu đượ c tính toán sao cho khi
nhiệt độ t0 = 00C thì điện áp ra trên đường chéo cầu ∆U = 0.
Khi nhiệt độ đầu tự do thay đổi đến t'0 ≠ t0 thì điện áp ra của cầu ∆U ≠ 0 bù
vào sức điện động mất đi do nhiệt độ thay đổi.

Page 7


Với phương pháp bù này sai số giảm xuống đến 0,04% trên 100C. Nhược điểm
của phương pháp này là phải dùng nguồn ph ụ và sai số do nguồn phụ gây ra.

 Ưu điểm:

+ Bền
+ Đo được nhiệt độ cao
+ Dễ sử dụng
 Nhược điểm: + Nhiều yếu tố ảnh hưởng đến sai số
+ Độ nhạy không cao

 Ứng dụng: + Lò nhiệt
+ Môi trường khắc nghiệt
+ Đo nhiệt nhớt máy nén
+ Tầm đo: -100DC < 1400DC
2.1.1.2. Nhiệt điện trở (Resistance Thermometer)
- Cấu tạo: Nhiệt kế nhiệt điện trở có thể được tạo thành từ dây platin, đồng,
niken, bán dẫn... quấn trên một lõi cách điện đặt trong vỏ kim loại có đầu được
nối ra ngoài.

Page 8


-

Nhiệt kế nhiệt điện trở có thể dùng mạch đo bất kỳ để đo điện trở nhưng
thông thường được dùng mạch cầu không cân bằng, chỉ thị là lôgômmét từ
điện hoặc cầu tự động cân bằng, trong đó một nhánh là nhiệt điện trở .
Phân loại: điện trở kim loại, điện trở bán dẫn và nhiệt điện trở.
Nguyên lý: điện trở vật dẫn thay đổi theo nhiệt độ

Trong đó:
l : chiều dài dây dẫn [m]
A : tiết diện dây dẫn [m2]
Ρ : điện trở suất [Ω.m]
Sự phụ thuộc của điện trở vào nhiệt độ gần như tuyến tính được biểu
diễn theo phương trình:

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 :

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

R  R 0 1  a  T  T0   b  T  T0 
-

Độ nhạy [Ω/ °C]:

Page 9





2.1.2.

 Nhiệt độ tăng thì điện trở tăng
Ưu điểm: Bền, đo nhiệt độ cao.
Khuyết điểm: Nhiều yếu tố ảnh hưởng làm sai số. Độ nhạy không cao.
Thường dùng: Lò nhiệt, môi trường khắt nghiệt, đo nhiệt nhớt máy nén,… Tầm
đo: -100 D.C <1400 D.C
Thermistor

Page 10


- Cấu tạo: Làm từ hỗn hợp các oxit kim loại: mangan, nicken, cobalt,sắt,…
Nguyên lý hoạt động: các linh kiện điện tử bán dẫn rất nhạy cảm với nhiệt độ, do đó có
thể sử dụng một số linh kiện bán dẫn như điốt hoặc tranzito nối theo kiểu điốt (nối bazơ
với colectơ ),khi đó điện áp giữa hai cực U là hàm của nhiệt độ.

Để tăng độ tuyến tính, độ ổn định và khả năng thay thế người ta mắc theo sơ đồ
- ĐO NHIỆT ĐỘ BẰNG DIODE VÀ TRASISTOR
- Đặc điểm chung

Page 11


Đặc tính:
Độ nhạy nhiệt lớn hơn cặp nhiệt nhưng nhỏ hơn so với nhiệt điện trở. Đặc biệt là không
cần nhiệt độ chuẩn.
Dải nhiệt bị hạn chế trong khoảng -50 ÷ 150, trong dải nhiệt này cảm biến có độ ổn định
cao.
- Độ nhạy nhiệt
Xét mạch dùng cặp transistor. Giả sử dòng I của hai transistor giống nhau, dòng qua các
transistor là I1và I2, điện áp B-E tương ứng là V1 và V2.

Page 12


Độ nhạy nhiệt:

k: hằng số Boltzman k = 1,381.10^-23J/K
q: điện tích q = 1,602.10^-19C
S = 86,56 ln n (µV/K)
Độ nhạy không phụ thuộc vào nhiệt độ, do đó độ tuyến tính được cải
thiện đáng kể.
2.1.3. Phần tử bán dẫn

- Cấu tạo: Làm từ các loại chất bán dẫn.
- Nguyên lý: Sự phân cực của các chất bán dẫn bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ.

- Ưu điểm: Rẽ tiền, dễ chế tạo, độ nhạy cao, chống nhiễu tốt, mạch xử lý đơn giản.
- Khuyết điểm: Không chịu nhiệt độ cao, kém bền.
- Thường dùng: Đo nhiệt độ không khí, dùng trong các thiết bị đo, bảo vệ các mạch
điện tử.
- Tầm đo: -50 ÷ 1500C

Page 13


Cảm biến nhiệt Bán Dẫn là những loại cảm biến được chế tạo từ những chất
bán dẫn. Có các loại như Diode, Transistor, IC. Nguyên lý của chúng là dựa trên mức
độ phân cực của các lớp P-N tuyến tính với nhiệt độ môi trường. Ngày nay với sự
phát triển của ngành công nghệ bán dẫn đã cho ra đời rất nhiều loại cảm biến nhiệt
với sự tích hợp của nhiều ưu điểm: Độ chính xác cao, chống nhiễu tốt, hoạt động ổn
định, mạch điện xử lý đơn giản, rẽ tiền,….
Ta dễ dàng bắt gặp các cảm biến loại này dưới dạng diode ( hình dáng tương tự
Pt100), các loại IC như: LM35, LM335, LM45. Nguyên lý của chúng là nhiệt độ thay
đổi sẽ cho ra điện áp thay đổi. Điện áp này được phân áp từ một điện áp chuẩn có
trong mạch.

IC cảm biến nhiệt LM35

Cảm biến nhiệt dạng Diode

Gần đây có cho ra đời IC cảm biến nhiệt cao cấp, chúng hổ trợ luôn cả chuẩn truyền
thông I2C ( DS18B20 ) mở ra một xu hướng mới trong “ thế giới cảm biến”.

IC cảm biến nhiệt DS18B20
Lƣu ý khi sử dụng:
Vì được chế tạo từ các thành phần bán dẫn nên cảm biến nhiệt Bán Dẫn kém

bền, không chịu nhiệt độ cao. Nếu vượt ngưỡng bảo vệ có thể làm hỏng cảm biến.
Cảm biến bán dẫn mỗi loại chỉ tuyến tính trong một giới hạn nào đó, ngoài dải
này cảm biến sẽ mất tác dụng. Hết sức quan tâm đến tầm đo của loại cảm biến này để
Page 14


t c s chớnh xỏc.
Loi cm bin ny kộm chu ng trong mụi trng khc nghit: m cao, húa
cht cú tớnh n mũn, rung sc va chm mnh.
2.1.4. Nhit k dón n
o nhiệt độ bằng quan hệ giữa sự dãn nở của chất rắn hay chất nước đối với nhiệt độ.
Phạm vi đo thông thường từ -200 đến 5000 C .
Ví dụ như nhiệt kế thủy ngân, rượu....
Thể tích v chiều di của một vật thay đổi tùy theo nhiệt độ v hệ số dãn nở của vật đó.
Nhiệt kế đo nhiệt độ theo nguyên tắc đó gọi l nhiệt kế kiểu dãn nở. Ta có thể phân nhiệt
kế ny thnh 2 loại chính đó l : Nhiệt kế dãn nở chất rắn (còn gọi l nhiệt kế cơ khí) v
nhiệt kế dãn nở chất nước.
2.1.4.1. Nhit k dón n cht rn

Nhit k kim loi
Nguyên lý đo nhiệt độ l dựa trên độ dãn nở di của chất rắn.
Lt = Lto [ 1 + ( t - to ) ]
Lt v Lto l độ di của vật ở nhiệt độ t v to
- gọi l hệ số dãn nở di của chất rắn
Các loại :
+ Nhiệt kế kiểu đũa :
Cơ cấu l gồm - 1 ống kim loại có 1 nhỏ v 1 chiếc đũa có 2 lớn

Page 15

+ Kiểu bản hai kim loại (thường dùng lm rơle trong hệ thống tự động đóng
ngắt tiếp điểm).
Hệ số dãn nở di của một số vật liệu
Vt liu
H s dón n (l/)
Nhụm Al
0,238 . 104 ữ 0,310 . 104
ng Cu
0,183 . 104 ữ 0,236 . 104
Cr - Mn
0,123 . 104
Thộp khụng r
0,009 . 104
Hp kim Inva (64% Fe v 36% N)
0,00001 . 104
2.1.4.2.

Nhit k dón n cht lng

Nhit k thy ngõn

Page 16


Cấu tạo: Gồm ống thủy tinh hoặc thạch anh trong đựng chất lỏng như thủy ngân hay chất
hữu cơ.
Nguyên lý: tương tự như cht rn nhưng sử dụng chất lỏng lm môi chất (như Hg , rượu ).

Tuy Hg có không lớn nhưng nó không bám vo thủy tinh khó bị ôxy hóa, dễ chế tạo,

nguyên chất, phạm vi đo nhiệt độ rộng.
Người ta dùng loại ny lm nhiệt kế chuẩn có độ chia nhỏ v thang đo từ 0
50, 50 ữ 1000 C v có thể đo đến 6000 C.
Ưu điểm : đơn giản rẻ tiền sử dụng dễ dng thuận tiện khá chính xác.
Khuyết điểm : độ chậm trễ tương đối lớn, khó đọc số, dễ vỡ không tự ghi số đo phải đo tại
chỗ không thích hợp với tất cả đối tượng (phải nhúng trực tiếp vo môi chất).
o nhiệt độ nhờ biến đổi áp suất hoặc thể tích của chất khí, chất nước hay hơi bão hòa
chứa trong một hệ thống kín có dung tích cố định khi nhiệt độ thay đổi. Khoảng đo thông
thường từ 0 đến 3000 C.
Phân loại : Nhiệt kế chất nước có rất nhiều hình dạng khác nhau nhưng :
+ Xét về mặt thước chia độ thì có thể chia thnh 2 loại chính :
- Hình chiếc đũa
- Loại thước chia độ trong
+ Xét về mặt sử dụng thì có thể chia thnh các loại sau:
- Nhiệt kế kỹ thuật : Khi sử dụng phần đuôi phải cắm ngập vo môi trường cần đo (có thể
hình thẳng hay hình chữ L). Khoảng đo - 30 ữ 50C ; 0 ữ 50 ... 500
Độ chia : 0,50 C , 10 C. Loại có khoảng đo lớn độ chia có thể 50 C
Page 17


- Nhiệt kế phòng thí nghiệm : có thể l 1 trong các loại trên nhưng có kích
thước nhỏ hơn.
- Chú ý : Khi đo ta cần nhúng ngập đầu nhiệt kế vo môi chất đến mức đọc.
* Loại có khoảng đo ngắn
độ chia 0,0001 ữ 0,020 C dùng lm nhiệt lượng kế để tính nhiệt lượng.
* Loại có khoảng đo nhỏ 50 0C do đến 350 0C chia độ 0,1 0C.
* Loại có khoảng đo lớn 7500 C đo đến 500 0 C chia độ 20 C.
Ngoi ra : ta dùng nhiệt kế không dùng thủy ngân thang đo 1900 C v loại nhiệt kế đặc
biệt đo đến 6000 C.
Trong tự động còn có loại nhiệt kế tiếp điểm điện.

2.1.5. Nhit k kiu ỏp k
Dựa vo sự phụ thuộc áp suất mt ct vo nhiệt độ khi thể tích không đổi. Cấu tạo :

Bao nhiệt lm bằng thép không hn, bằng đồng thau đầu dưới bịt kín đầu trên nối với ống
nhỏ đường kính khoảng 6 mm di khoảng 300 mm, ống mao dẫn lm bằng ống thép hay
đồng đường kính trong bằng 0,36 mm có độ di đến 20 60 m.
Phía ngoi ống mao dẫn có ống kim loại mềm (dây xoắn bằng kim loại hoặc ống cao su
để bảo vệ).
Loại nhiệt kế ny: Đo nhiệt độ từ -500 C ữ 5500 C v áp suất lm việc tới 60kG/m2 cho số
chỉ thị hoặc tự ghi có thể chuyển tín hiệu xa đến 60 m, độ chính xác tương đối thấp CCX
= 1,6 ; 4 ; 2,5 một số ít có CCX = 1.
Ưu - Nhợc điểm : Chịu được chấn động, cấu tạo đơn giản nhưng số chỉ bị chậm trễ
tương đối lớn phải hiệu chỉnh luôn, sửa chữa khó khăn.
Phân loại :
Page 18


Người ta phân loại dựa vo môi chất sử dụng, thường có 3 loại :
1- Loại chất lỏng : dựa vo mới liên hệ giữa áp suất p v nhiệt độ t

p, po ,t , to l áp suất v nhiệt độ chất lỏng tương ứng nhau. Chỉ số 0 ứng với lúc ở điều
kiện không đo đạc,
: hệ số giản nỡ thể tích : Hệ số nén ép của chất lỏng
Chất lỏng thường dùng l thủy ngân có = 18 .10-5 0C-1, = 0,4 .10-5cm/kG
Vậy đối với thủy ngân t - to = 1 0 C thì p - po = 45kG/ cm2
Khi sử dụng phải cắm ngập bao nhiệt trong môi chất cần đo : sai số khi sử dụng khác sai
số khi chia độ ( ứng điều kiện chia độ l nhiệt độ môi trường 20 oC).
2- Loại chất khí: Thường dùng các khí trơ : N2, He ...
Quan hệ giữa áp suất v nhiệt độ xem như khí lý tưởng = 0,0365 0C-1
3- Loại dùng hơi bão hòa:

Ví dụ : Axêtôn (C2H4Cl2) Cloruaêtilen , cloruamêtilen số chỉ của nhiệt kế không chịu ảnh
hưởng của môi trường xung quanh, thước chia độ không đều (phía nhiệt độ thấp vạch
chia sát hơn còn phía nhiệt độ cao vạch chia thưa dần), bao nhiệt nhỏ : Nếu đo nhiệt độ
thấp có sai số lớn người ta có thể nạp thêm một chất lỏng có điểm sôi cao hơn trong ống
dẫn để truyền áp suất.
2.2. CM BIN KHễNG TIP XC
2.2.1. Ha k quang hc

1- Vật cần đo nhiệt độ 2- Thấu kính (kính vật) 3- Vòng đ/chỉnh
4- Kính mờ 5- Bóng đèn 7- Kính đỏ (bộ lọc)
6-Vòng đ/chỉnh 8- Kính mắt ( ống nhòm ) 9- Biến trở
Page 19


Nguyên lý lm việc của hỏa kế quang học : so sánh cường độ sáng của vật cần đo với
cường độ sáng của một nguồn sáng chuẩn đó l bóng đèn sợi đốt vonfram sau khi đã được
gi hóa trong khoảng 100 giờ với nhiệt độ 2000 0C, sự phát sáng của đèn ổn định nếu sử
dụng ở nhiệt độ. Cường độ sáng có thể được điều chỉnh bằng cách thay đổi dòng đốt hoặc
dùng bộ lọc ánh sáng. Đầu tiên hướng ống kính về phía đối tượng cần đo, điều chỉnh kính
vật để ảnh 400 1500 0C thật của vật nằm trên mặt phẳng của dây tóc bóng đèn, điều
chỉnh kính mắt để nhìn rõ ảnh vật v dây tóc bóng đèn. Sau đó điều chỉnh biến trở để độ
sáng của dây tóc bằng độ cường độ sáng của đối tượng cần đo v được so sánh bằng mắt.
Nếu cường độ sáng của đối tượng nhỏ hơn độ sáng của sợi đốt ta sẽ thấy được vệt sáng
trên nền thẫm (a), nếu độ sáng của đối tượng lớn hơn độ sáng của sợi đốt ta sẽ thấy được
vệt thẫm trên nền sáng (b), lúc độ sáng của đối tượng bằng độ sáng của sợi đốt thì hình
ảnh của sợi đốt biến mất (c) (ta không thể phân biệt được vệt dây tóc bóng đèn). Lúc ny
ta đọc được giá trị nhiệt độ của đối tượng cần đo.
- Nhiệt độ đo được bằng phương pháp ny gọi l nhiệt độ sáng các hỏa kế quang học được
chia độ theo bức xạ của vật đen tuyệt đối nên khi đo thực tế ta được nhiệt độ thấp hơn
nhiệt độ thật TS < Tt.

2.2.2. Ha k bc x
Nguyên lý : ứng dụng định luật bức xạ ton phần của Boltzman

1- Kính hội tụ 2- Vòng điều chỉnh 3- Tấm nhận bức xạ (bạch kim mạ đen)
4- Kính mắt 5- Kính lọc
Chùm tia phát xạ được kính hội tụ trên tấm nhận bức xạ (nhiệt điện trở) v đốt nóng nó.
Nhiệt điện trở được mắc vo một nhánh cầu tự cân bằng cung cấp từ nguồn điện xoay
chiều tần số 50 HZ.
Page 20


Nhiệt độ đo được của vật Tđ bao giờ cũng nhỏ hơn nhiệt độ tính tóan Tt.
Theo định luật Stefan-Boltzman ta có :

T - hệ số bức xạ tổng xác định tính chất của vật v nhiệt độ của nó.
- Khoảng đo từ 18000 C đến 35000 C.

2.2.3. Ha k mu sc
So sánh cường độ bức xạ hoặc độ sáng đối với hai sóng bức xạ khác nhau nhiệt độ đo
trong trường hợp ny gọi l nhiệt độ so độ sắc.
Nguyên lý lm việc: Cường độ bức xạ từ vật đo 1 qua thấu kính hội tụ v tập trung ánh
sáng trên đĩa quay, đĩa ny quay quanh trục nhờ động cơ xoay chiều.
Sau khi ánh sáng qua đĩa thì đi đến phần tử quang điện. Trên đĩa quay có khoan một
số lỗ, trong đó một nửa đặt bộ lọc mu đỏ còn nữa kia đặt bộ lọc mu xanh. Sự chênh
lệch giữa hai dòng quang điện do các xung lượng tạo ra gây nên trong b khuch i
một tín hiệu tỷ lệ với lôgarít tự nhiên của tỷ số hai dòng quang điện khi tấm chắn
quay.
Khoảng đo từ 1400 2800C.

1- Vật cần đo 2- Thấu kính hội tụ 3- Vòng điều chỉnh 4- Đĩa quay

5- Phần tử quang điện 6- Bộ khuếch đại 7- Điện thế kế tự động

Page 21


Ưu điểm:
-Nhiệt độ so mu sắc gần giống nhiệt độ thực hơn so với nhiệt độ độ sáng v nhiệt độ
bức xạ .
- Việc xác định 1 đối với các đối tượng rất khó, trái lại xác định tỷ số độ đen của 2
sóng bức xạ 1/ 2 dễ dng v khá chính xác nên số bổ chính tìm được đáng tin cậy
hơn, v sai số sẽ giảm đi nhiều.
- nh hưởng do hấp thụ bức xạ của môi trường giảm rất nhỏ so với các hỏa kế khác.
3. TNG KT
Nh trờn ta ó thy thỡ hin nay cú rt nhiu loi cm bin o nhit khỏc nhau, v vic
la chn chỳng ph thuc vo rt nhiu yu t: chớnh xỏc, khong nhit, tc phn
ng, mụi trng ( húa hc, vt lý, hay in ) v giỏ thnh. Vic la chn cm bin khụng
h d dng, cỏch an ton hay c s dng nht l la chn theo ngnh ngh bi thụng
thng, mi loi cm bin c thit k phc v cho mt ngnh riờng. V di ay l
cỏc yờu cu t ra khi la chn 1 loi cm bin nhit v Bng tng hp kinh nghim la
chn cm bin nhit da theo cỏc ngnh ngh khỏc nhau:
- chớnh xỏc
- S linh hot, cú th lp rỏp d dng
- Gii hn khong nhit cn o
- Giỏ thnh
- Cú th iu chnh riờng l hay khụng
- S tng thớch vi mụi trng v nhng nh hng (nu cú) ca cỏc tỏc nhõn
bờn ngoi mụi trng.
Ngnh
Nghiờn cu v nụng nghip
Xe hi

Gia cụng vt liu v húa cht
Nhit lnh
Mụi trng
Cụng nghip chung
Gii trớ, giỏo dc
Sn xut hng húa
Luyn kim

Loi cm bin
Nhit k in t, bỏn dn, Can nhit loi T
Nhit k in t, Pt100
Cp nhiờt in, Pt100
in tr oxit kim loi
Nhit k in t, bỏn dn, Can nhit loi T, Pt100
Pt100
Nhit k in t, bỏn dn, Can nhit loi T, Pt100,
nhit k bc x (loi ch mu)
Nhit k in t, bỏn dn,Pt100
Nhit k loi K hay N

Page 22


Tài liệu tham khảo
[1]. Hoàng Dương Hùng, Giáo trình đo lường nhiệt,2004
[2]. Phạm Công Bằng, Kỹ thuật điều khiển tự động
[3]. Hoàng Đình Tín, Cơ sở truyền nhiệt và Thiết bị trao đổi nhiệt, NXB ĐHQG
tp.HCM.
[4]. Hoàng Đình Tín, Lê Chí Hiệp, Nhiệt động lực học kỹ thuật, NXB ĐHQG
tp.HCM, 2007.

Page 23