báo cáo vật liệu điện tử cặp nhiệt và lưỡng kim

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KĨ THUẬT TP.HCM
KHOA ĐÀO TẠO CHÂT LƯỢNG CAO

BÀI TIỂU LUẬN
VẬT LIỆU ĐIỆN - ĐIỆN TỬ
Đề 3: CẶP NHIỆT VÀ LƯỠNG KIM
Giảng viên:
Nhóm 3

Học kì I năm học 2018 - 2019

1


MỤC LỤC
trang

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU.........................................................................................3
1.1. Cặp nhiệt là gì ?.....................................................................................................3
1.2. Thế nào là hiệu ứng tiếp xúc ?...............................................................................3
1.3. Nguyên lý hoạt động của cặp nhiệt điện...............................................................3
1.4. Lưỡng kim là gì ?.................................................................................................11
CHƯƠNG 2: ỨNG DỤNG CỦA CẶP NHIỆT VÀ LƯỠNG KIM.......................13
PHẦN I: CẢM BIÊN NHIỆT ĐỘ..............................................................................13
PHÂN II: PHÂN LOẠI CẢM BIẾN NHIỆT.............................................................13
1.
2.
3.
4.
5.

Cặp nhiệt điện......................................................................................................14
Nhiệt điện trở.......................................................................................................15
Thermistors..........................................................................................................16
Bán dẫn................................................................................................................17
Nhiệt kế bức xạ....................................................................................................18

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU
1.1 Cặp nhiệt là gì ?
2


Cặp nhiệt là một loại cảm biến nhiệt độ hoạt động dựa trẻn hiệu ứng nhiệt Seeback
được sử dụng nhiều trong công nghiệp, đo lường thí nghiệm
1.2 Thế nào là hiệu ứng tiếp xúc ?
Hiệu ứng tiếp xúc là sự trao đổi nhiệt xảy ra ở chỗ tiếp xúc giữa đối tượng và cảm
biến
1.3 Nguyên lý hoạt động của cặp nhiệt điện
- Ảnh hưởng của nhiệt độ đến mối nối giữa hai kim loại khác nhau tạo ra một điện
áp nhỏ. Một trong những loại cảm biến nhiệt đơn giản nhất là cặp nhiệt điện, chúng
hoạt động dựa vào một nguyên lý được gọi là hiệu ứng Seeback. Seeback đã khám
phá ra hiện tượng này vào năm 1821, và trong những năm sau đó cặp nhiệt điện đã
trở thành loại cảm biến nhiệt được sử dụng rộng rãi nhất, Từ cặp nhiệt
(thermnocouple) được ghép từ hai từ: “thermo” có nghĩa là nhiệt và “couple” biểu
thị hai mối nối.
- Một cặp nhiệt điện bình thường gồm hai loại dây dẫn khác nhau, mỗi dây được
chế tạo từ một loại đơn chất hay hợp kim. Hai dây này được nối lại với nhau tại
một đầu tạo thành điễm đo, thông thường được gọi là điểm nóng, bởi vì phần lớn
nhiệt độ được đo cao hơn nhiệt độ môi trường. Hai đầu còn lại của dây được nối tới
dụng cụ đo để tạo thành mạch kín cho dòng điện chạy qua , dụng cụ đo này sẽ đo

mức điện áp được tạo ra tại điểm nối và chuyển đổi nó thành giá trị nhiệt độ tương
ứng.
- Không may, các điểm nối giữa cặp nhiệt điện với thiết bị chỉ thị hoặc vòng điều
khiển lại tạo ra mối nối khác giữa hai kim loại khác nhau mà chúng cũng tạo ra
những điện áp phụ thuộc vào nhiệt độ. Để loại bỏ vấn đề này, các mạch cặp nhiệt
điện sử dụng một điểm nối chuẩn kết hợp với mạch điện tử để đo và hiệu chỉnh ảnh
hưởng này. Điểm nối chuẩn thông thường về mặt điện giống như một cặp điện ở
0°C. Điểm chuẩn thường được đặt gần hoặc thậm chí bên trong thiết bị chỉ thị.
- Điện áp do cặp nhiệt điện tạo ra rất thấp và được đo bằng mV. Điện áp này tăng
khi nhiệt độ tăng. Giá trị điện áp này cũng tùy thuộc vào tổ hợp hai kim loại được
sử dụng để chế tạo cặp nhiệt điện.
Hình 2.1: Công nghệ cặp
nhiệt điện
Chuyển đổi cặp điện áp
sinh ra
- Những gì cặp nhiệt điện
cho biết là sự khác nhau về
3


nhiệt độ giữa điểm đo và điểm chuẩn. (Thực tế, chúng ta không thể đo được giá trị
tuyệt đối; việc chúng ta có thể làm là so sánh một đại lượng đã biết với một đại
lượng chưa biết). Nếu chúng ta biết nhiệt độ chuẩn, chúng ta có thể tính ra được
nhiệt độ quá trình bằng cách đo điện áp được ra bởi nhiệt độ chưa biết = (điện áp/hệ
số Seeback) + nhiệt độ chuẩn
-Nhiệt độ quá trình có thể được suy ra từ giá trị điện áp đo được bằng cách dựa vào
đồ thị hoặc chính xác hơn, bằng cách dựa vào bảng tham chiếu cặp nhiệt điện mà
trong đó liệt kê các điện áp tương ứng với nhiệt độ của mỗi loại cặp nhiệt điện.
Không may, quan hệ điện áp theo nhiệt độ không phải là đường thẳng, và hệ số
Seeback không phải là một hằng số, Với một số cặp nhiệt điện trên toàn dải đo của

nó, ví dụ như loại K trên toàn dải đo từ 0 đến 1000°C, hệ số Seeback tương đối là
hằng số (khoảng 40µV/°C), nhưng thông thường nó thay đổi theo nhiệt độ. Điều
này trong quá khứ đã dẫn đến mỗi loại cặp nhiệt điện có một thang đo duy nhất
hoặc cần thiết phải sử dụng bảng và đặc tuyến để chuyển đổi điện áp thành nhiệt
độ. Ngày nay, khả năng bộ nhớ của vi xử lý đã giải quyết tất cả các vấn đề này, và
những công việc nhạt nhẽo tốn thời gian trước đây bây giờ được giải quyết rất
nhanh chóng và dể dàng.
- Nói tóm lại, tính chất không tuyến tính tự nhiên của cặp điện không còn là vấn đề
Hình 2.2: Quan hệ điện áp - nhiệt độ của TC

Một vấn đề nữa là tín
hiệu của cặp nhiệt
điện rất nhỏ. Như
trình bày trong hình
2.3, một cặp nhiệt
điện plantinum sẽ tạo
ra điện áp khoảng 10µV/°C. Hay nói cách khác, thậm chí với một transmitter công
nghiệp tốt nhất có dải đo nhỏ nhất là 1mV và sai số tuyệt đối nhỏ nhất khoảng 0.01
mV, nghĩa là 10µV. Vì thế rất khó khăn để thực hiện phép đo sử dụng transmitter
công nghiệp và cặp nhiệt điện plantinum mà sự thay đổi điện áp ra của nó trên mỗi
độ C nhỏ hơn sai số của transmitter. Điều này có thể chấp nhận được ở dải nhiệt độ
cao, nhưng không thể chấp nhận khi dải nhiệt độ đo hẹp. Vì vậy, cặp nhiệt điện
4


không được khuyến cáo sử dụng trong trường hợp dải đo hẹp hoặc những phép đo
sai lệch nhiệt độ nhỏ

Hình 2.3: Hệ số Seeback
Chuyển đổi mV ra nhiệt độ

Để áp dụng hệ số hiệu chỉnh mối nối chuẩn đối với mV đo được từ đồng hồ đo điện
áp, ta thực hiện như sau:
1. Từ bảng tham chiếu cặp nhiệt điện thích hợp, lấy giá trị mV (mối nối chuẫn ở 0°C)
tương ứng với nhiệt độ thực của mối nối chuẩn.
2. Cộng đại số giá trị vừa lấy được ở bước 1 với giá trị mV đọc được trên vôn kế.
3. Điện áp đã được hiệu chỉnh có thể được chuyển đổi trực tiếp sang nhiệt độ từ bảng
tham chiếu đã cho.
Chuyển đổi nhiệt độ ra mV
Để xác định chính xác điện áp ngõ vào cần thiết cho việc hiệu chuẩn dụng cụ đo,
xử lý như sau:
1. Từ bảng tra cứu thích hợp, lấy giá trị mV (dựa vào mối nối chuẩn ở 32°F) tương
ứng với nhiệt độ thực tại ngõ vào của dụng cụ đo cần kiểm tra.
2. Cũng từ bảng tra vừa rồi, lấy giá trị mV (dựa vào mối nối chuẩn ở 32°F) tương ứng
với nhiệt độ cần kiểm tra
3. Giá trị điện áp ở bước 2 được trừ đại số đi điện áp ở bước 1.
Bù điểm lạnh
- Khi sử dụng thiết bị đo, nó chuyển đổi điện áp tạo ra do sự chênh lệch nhiệt độ
giữa điểm nóng và điểm lạnh để ghi nhận hoặc để hiển thị nhiệt độ của điểm nóng.
Để ngăn ngừa sai số do điện áp được tạo ra bởi sự thay đổi nhiệt độ của điểm lạnh và
bên trong thiết bị đo, những điện áp này phải được bù. Một phương pháp là giữ nhiệt
5


độ điểm lạnh ở một nhiệt độ cố định, ví dụ có thể thực hiện được trong phòng thí
nghiệm vói chậu nước đá (hình 2.4). Có thể sử dụng như một cái lò, mặc dù việc giữ
nhiệt độ của lò ở một giá trị hằng số là cả một vấn đề.

Hình 2.4
Trong môi trường công nghiệp thì không sử dụng chậu nước đá cũng không dùng
lò. Trong các transmitter nhiệt độ sử dụng trong công nghiệp quá trình, chậu nước

đã chuẩn phải được thay thế bằng một mối nối chuẩn theo sự thay đổi của môi
trường. Điều này có thể đạt được bằng cách thực hiện hai thay đổi từ hình 2.4. Thay
đổi đầu tiên là chèn thêm vào một đoạn dây đồng ngắn giữa các đầu nối của vôn kế
và cặp nhiệt điện và đặt các mối nối mới này trên một khối cách nhiệt (hình 2.5).
Sự thay đổi này loại bỏ các mối nối J 3 và J4 được trình bày trong hình 2.5, các ảnh
hưởng của chúng bị loại bỏ bởi vì chúng ngược chiều nhau và ở cùng nhiệt độ. Sự
thay đổi thứ hai là không đặt điểm chuẩn trong chậu nước đá mà đặt trên khối cách
nhiệt. Lúc này vôn kế đo điện áp của cặp nhiệt điện khi mối nối chuẩn ở nhiệt độ
TREF, và sử dụng một thiết bị đo nhiệt khác để đo nhiệt độ điểm chuẩn. Khi nhiệt độ
TREF được đo chính xác, phần mềm liên quan sẽ xác định được lượng mV mà một
cặp nhiệt điện sẽ tạo ra nếu điểm nóng tại nhiệt độ T REF và điểm lạnh được đặt trong
6


chậu nước đá. Cộng hai giá trị điện áp này và nội suy từ bảng tra thích hợp ta sẽ
được giá trị nhiệt độ tương ứng. Nhiệt độ này chính là nhiệt độ quá trình cẩn đo.

Hình 2.5

Hình 2.6: Sơ đồ kết nối TC công nghiệp
Các loại cặp nhiệt điện
Có nhiều loại cặp nhiệt điện, và mỗi loại được chế tạo từ những kim loại khác
nhau. Việc lựa chọn một loại cặp nhiệt điện thông thường dựa vào:
 Các điều kiện của quá trình điểu khiển
 Dải nhiệt độ cần đo
 Cấp chính xác yêu cầu
Mỗi loại cặp nhiệt điện được ký hiệu bằng một chữ cái và có thể nhận diện được
chúng bằng màu dây. Bảng sau đây trình bày một số loại cặp nhiệt điện thông dụng,
dải nhiệt độ và ký hiệu màu dây của chúng.
Kiểu

E
J

Kim loại sử dụng
Chromel (+)
Constantan (-)
Iron (+)

Mã màu
(+) Đỏ tía
(-) Đỏ
(+) Trắng

Dải nhiệt độ đo
-200°C đến
900°C
0°C đến 760° C
7


K
R

S
T

Constantan (-)

(-) Đỏ

Chromel (+)
Alumel (-)
Plamtinum-13%
Rhodium(+)
Platinum(-)

(+) Vàng
(-) Đỏ
Không có

-200°C đến
1250°C
0°C đến
1450°C

Platinum10%Rhodium(+)
Platinum(-)
Copper(+)
Constantan(-)

Không có

0°C đến
1450°C

(+) Xanh da trời -200°C đến
(-) Đỏ
350°C

Với mỗi loại cặp nhiệt điện, điện áp do điểm đo sinh ra ứng với mỗi nhiệt độ được

ghi lại thành bảng chuyển đổi. Bảng chuyển đổi cho biết sự chênh lệch điện áp giữa
mối nối đo và mối nối chuẩn khi mà mối nối chuẩn được duy trì hoặc được bù về
mặt điện ở 0°C.
Tất cả các mối nối giữa hai kim loại khác nhau trong mạch sử dụng cặp nhiệt điện
phải được tính tới để biết chính xác điện áp đo mối nối đo lường tạo ra.
Xem xét kỹ các bảng chuyển đổi của các loại cặp nhiệt ta thấy mối quan hệ giữa
điện áp theo sự thay đổi của nhiệt độ là không tuyến tính. Ở bảng chuyển đổi của
cặp nhiệt điện loại K, điện áp ra là 0.397 mV khi nhiệt độ tại mối nối đo lường là
10°C. Nếu quan hệ giữa nhiệt độ và điện áp này thật sự tuyến tính thì ở 40°C, điện
áp ra phải là 4*0.397=1.588 mV. Tuy nhiên giá trị thực tra được ở bảng là 1.612
mV. Trong vòng điều khiển, mạch điện tử sẽ tự động bù lại tính chất không tuyến
tính này.
Khi nhiệt độ tại mối nối đo lường trên 0°C, điện áp dây dương sẽ cao điện áp tại
dây âm. Khi nhiệt độ mối nối đo lường thấp hơn 0°C, dây dương sẽ trở thành âm và
điện áp hiển thị trên máy đo sẽ âm. Khi nhiệt độ của mối nối đo lường bằng 0°C,
bằng với nhiệt độ của mối nối chuẩn, điện áp đo được sẽ bằng 0. Hình 2.7 sau đây
cho thấy điện áp ra của một cặp nhiệt điện trong hai trường họp: khi nhiệt độ điểm
đo cao hơn nhiệt độ điểm chuẩn và ngược lại.

8


Kết nối nhiều cặp nhiệt điện
Thỉnh thoảng nhiều cặp nhiệt điện được nối với nhau để lấy giá trị nhiệt độ trung
bình của vài điểm đo. Hình 2.8 sau đây là một ví dụ về ba cặp nhiệt điện loại J
được nối song song với nhau để lấy nhiệt độ trung bình của một chiếc giường sưởi
khi hơi nóng đi qua nó. Đồng hồ đo điện áp trong hình vẽ chỉ giá trị 11.889 mV,
đây là giá trị trung bình của ba điện
áp ra trên ba cặp nhiệt điện. Điện áp
cụ thể của các điểm đo như sau:

MJ1 = 200°C = 10.779 mV
MJ2 = 220°C = 11.889 mV
MJ3 = 240°C = 13.000 mV
Hình 2.8: Đo nhiệt độ bằng nhiều TC

Cấu trúc cặp nhiệt điện
Thường các dây của cặp nhiệt điện được đặt trong một ống thép
không rỉ mỏng hoặc trong một lớp vỏ để bảo vệ chúng khỏi bị ăn
9


mòn hóa học hoặc bị phá hủy vật lý. Chiều dài của ống hoặc vỏ có
thể thay đổi từ vài in đến 30 feet hoặc hơn. Đường kính thông
thường là ¼ in, tuy nhiên, nếu ống chứa nhiều cặp nhiệt điện, kích
thước của nó có thể lên tới 1 in. Ống bảo vệ thường được lót một
lớp gốm sứ để giữ cho dây cặp nhiệt điện khỏi chạm với các phần
tử khác. Điều quan trọng phải nhớ là cặp nhiệt điện chỉ đo nhiệt
độ tại điểm nối của hai dây kim loại. Với cặp nhiệt điện đơn, điểm
đo nằm ở đầu mút. Khi sử dụng nhiều cặp nhiệt điện, chúng có thể
được lắp đặt tại đầu mút của ống bảo vệ để thực hiện nhiều phép
đo cùng một giá trị; hoặc chúng có thể được đặt dọc trong ống
bảo vệ. Hình 2.9 sau trình bày cấu trúc của một cặp nhiệt điện và
vỏ bọc bảo vệ của nó.

Những ưu điểm và giới hạn của cặp nhiệt điện
Cặp nhiệt điện rẻ tiền, kích thước nhỏ, chắc chắn, tiện lợi và linh
hoạt, dải đo rộng, khả năng ổn định có thể chấp nhận, có thể tái
sản xuất, chính xác và nhanh. Điện áp do chúng tạo ra độc lập với
chiều dài và đường kính dây. Trong khi RTD thì chính xác và ổn
định hơn, nhiệt trở thì nhạy hơn, cặp nhiệt điện là cảm biến kinh

tế nhất và chúng có thể đo được nhiệt độ cao nhất.
Nhược điểm chính của cặp nhiệt điện là tín hiệu ra nhỏ. Điều này
làm cho nó nhạy với nhiễu điện và bị giới hạn đối với những ứng
dụng dải đo tương đối rộng. Nó không tuyến tính, và việc chuyển
đổi điện áp ngõ thành giá trị nhiệt độ không đơn giản như những
10


thiết bị đo trực tiếp. Các cặp nhiệt điện luôn luôn cần đến bộ
khuếch đại, và việc hiệu chuẩn chúng có thể thay đổi bởi vì sự
nhiễm bẩn, sự thay đổi thành phần do quá trình ôxi hóa bên trong.
Cặp nhiệt điện không thể sử dụng ở trạng thái dây trần trong chất
lỏng dẫn điện, và nếu dây của nó không đồng nhất, điều này có
thể tạo ra những điện áp mà rất khó phát hiện.
Nhìn chung, nên sử dụng cặp nhiệt điện có kích thước dây lớn nhất
có thể, tránh sức căng và sự rung động, sử dụng các transmitter
tích hợp nếu có thể (và mặt khác sử dụng dây bọc và xoắn với vỏ
bọc được nối bộ phận bảo vệ của bộ chuyển đổi tương tự-số tích
hợp), lựa chọn cẩn thận ống bao và vật liệu của nó .
1.4 Lưỡng kim là gì ?
Lưỡng kim là một thanh kim loại được cấu tạo từ hai loại kim loại khác nhau và
được ứng dụng trong công nghiệp và sản xuất để đo và điều khiển nhiệt độ.
Lưỡng kim được dùng để chế tạo lưỡng kim nhiệt, role nhiệt, v.v
Lưỡng kim nhiệt là một loại đồng hồ đo nhiệt độ sử dụng hai kim loại có độ giãn
nở khác nhau (trong cùng một nhiệt độ) ép vào nhau thành một thanh. Khi nhiệt độ
thay đổi, thanh kim loại này sẽ bị cong ít hoặc nhiều, từ đó làm thay đổi vị trí của
kim chỉ thị. Và người sử dụng có thể biết được nhiệt qua quan sát mặt đồng hồ.

Nguyên lý
hoạt động của đồng

hồ đo nhiệt độ dạng “lưỡng kim”
Chính vì hai kim loại độ giãn nở khác nhau nên khi nhiệt độ thay đổi chúng sẽ bị
uốn cong về một bên (kim loại nào có độ giãn nở do sự thay đổi nhiệt thấp hơn thì
uốn cong về bên đó). Lá kim loại có một đầu cố định vài thành ống bảo vệ và đầu
còn lại được cố định vào trục được thiết kế truyền động với kim loại chỉ thị của
đồng hồ. Khi nhiệt độ thay đổi hai lá kim loại có độ giãn nở khác nhau làm xoay
trục kim chỉ thị. Tất cả chuyển động này được tnh1 toán hợp lý để kim chỉ thị chỉ
đến vạch nhiệt độ đo được chính xác. Với mong muốn giảm được sự ảnh hưởng
11


hóa học và tác động rung từ môi trường nên ngoài hai là kim loại được thiết kế
xoắn lại theo dạng lò xo đặt bên trong một ống bảo vệ bằng kim loại, thông thường
là thép không gỉ.

- Rơle nhiệt là loại khí cụ điện tự động đóng cắt tiếp điểm nhờ sự co dãn vì nhiệt
của các thanh kim loại
- Rơle nhiệt thường dùng để bảo vệ quá tải cho các thiết bị điện. Trong công nghiệp
công rơle nhiệt được lắp kèm với tắc tơ.
- Nguyên lý làm việc của rơle nhiệt:
- Phần tử cơ bản rơ le nhiệt là phiến kim loại kép cấu tạo từ hai tấm kim loại, một
tấm hệ số giãn nở bé (thường dùng invar có 36% Ni, 64% Fe) một tấm hệ số giãn
nở lớn (thường là đồng thau hay thép crom – niken, như đồng thau giãn nở gấp 20
12


lần invar). Hai phiến ghép lại với nhau thành một tấm bằng phương pháp cán nóng
hoặc hàn.
Khi đốt nóng do dòng I phiến kim loại kép uốn về phía kim loại có hệ số giãn nở
nhỏ hơn, có thể dùng trực tiếp cho dòng điện qua hoặc dây điện trở bao quanh. Để

độ uốn cong lớn hơn yêu cầu phiến kim loại phải có chiều dài lớn và mỏng. Nếu
cần lực đẩy mạnh thì chế tạo tấm phiến rộng, dày và ngắn.

CHƯƠNG 2: ỨNG DỤNG CỦA CẶP NHIỆT VÀ LƯỠNG KIM

Trước tiên, cảm biến là gì?
- Cảm biến là thiết bị dùng để đo, đếm, cảm nhận,…các đại lượng vật lý không
điện thành các tín hiệu điện. Ví dụ: Nhiệt độ là 1 đại lượng không liên quan đến
điện chúng ta phải chuyển nó về 1 đại lượng khác ( điện trở, điện áp ) để phù hợp
với các cơ cấu điện tử.
- Các cảm biến thường dùng trong HVAC: Cảm biến nhiệt, áp suất, độ ẩm, mức
nước, lưu lượng gió, lưu lượng khí, đo nồng độ hóa chất trong nước, CO2,
khói, ….
Phần I: CẢM BIẾN ĐO NHIỆT ĐỘ.
- 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 điện nào đó. Như thế một yếu
tố hết sức quan trọng đó là “ nhiệt độ môi trường cần đo” và “nhiệt độ cảm nhận
của cảm biến”. Cụ thể điều này là: Các loại cảm biến mà các bạn trông thấy nó đều
là cái vỏ bảo vệ, phần tử cảm biến nằm bên trong cái vỏ này ( bán dẫn, lưỡng
kim….) do đó việc đo có chính xác hay không tùy thuộc vào việc truyền nhiệt từ
môi trường vào đến phần tử cảm biến tổn thất bao nhiêu ( 1 trong những yếu tố
quyết định giá cảm biến nhiệt ).
- Một nguyên tắc đặt ra là: Tăng cường trao đổi nhiệt giữa cảm biến và môi trường
cần đo.
PHẦN II: PHÂN LOẠI CẢM BIẾN NHIỆT.
 Cặp nhiệt điện ( Thermocouple ).
 Nhiệt điện trở ( RTD-resitance temperature detector ).
13






Thermistor.
Bán dẫn ( Diode, IC ,….).
Ngoài ra còn có loại đo nhiệt không tiếp xúc ( hỏa kế- Pyrometer ).
Dùng hồng ngoại hay lazer.








1. CẶP NHIỆT ĐIỆN ( Thermocouples ).
Cấu tạo: Gồm 2 chất liệu kim loại khác nhau, hàn dính một đầu.
Nguyên lý: Nhiệt độ thay đổi cho ra sức điện động thay đổi ( mV).
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

 Gồm 2 dây kim loại khác nhau được hàn dính 1 đầu gọi là đầu nóng ( hay
đầu đo), hai đầu còn lại gọi là đầu lạnh ( hay là đầu chuẩn ). Khi có sự chênh lệch
nhiệt độ giữa đầu nóng và đầu lạnh thì sẽ phát sinh 1 sức điện động V tại đầu lạnh.
Một vấn đề đặt ra là phải ổn định và đo được nhiệt độ ở đầu lạnh, điều này tùy
thuộc rất lớn vào chất liệu. Do vậy mới cho ra các chủng loại cặp nhiệt độ, mỗi loại

cho ra 1 sức điện động khác nhau: E, J, K, R, S, T. Các bạn lưu ý điều này để chọn
đầu dò và bộ điều khiển cho thích hợp.
 Dây của cặp nhiệt điện thì không dài để nối đến bộ điều khiển, yếu tố dẫn
đến không chính xác là chổ này, để giải quyết điều này chúng ta phải bù trừ cho nó
( offset trên bộ điều khiển ).
Lưu ý khi sử dụng:
 Từ những yếu tố trên khi sử dụng loại cảm biến này chúng ta lưu ý là không
nên nối thêm dây ( vì tín hiệu cho ra là mV nối sẽ suy hao rất nhiều ). Cọng dây của
14


cảm biến nên để thông thoáng ( đừng cho cọng dây này dính vào môi trường đo ).
Cuối cùng là nên kiểm tra cẩn thận việc Offset thiết bị.
Lưu ý: Vì tín hiệu cho ra là điện áp ( có cực âm và dương ) do vậy cần chú ý kí
hiệu để lắp đặt vào bộ khuếch đại cho đúng.

2. Nhiệt điện trở (RTD-resitance temperature detector)






Cấu tạo: Gồm 2 chất liệu kim loại khác nhau, hàn dính một đầu.
Nguyên lý: Nhiệt độ thay đổi cho ra sức điện động thay đổi ( mV).
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

 Cấu tạo của RTD gồm có dây kim loại làm từ: Đồng, Nikel, Platinum,…
được quấn tùy theo hình dáng của đầu đo. Khi nhiệt độ thay đổi điện trở giữa hai
đầu dây kim loại này sẽ thay đổi, và tùy chất liệu kim loại sẽ có độ tuyến tính trong
một khoảng nhiệt độ nhất định.Phổ biến nhất của RTD là loại cảm biến Pt, được
làm từ Platinum. Platinum có điện trở suất cao, chống oxy hóa, độ nhạy cao, dải
nhiệt đo được dài. Thường có các loại: 100, 200, 500, 1000 ohm tại 0 D.C. Điện trở
càng cao thì độ nhạy nhiệt càng cao.
 RTD thường có loại 2 dây, 3 dây và 4 dây.
Lưu ý khi sử dụng:
 Loại RTD 4 dây giảm điện trở dây dẫn đi 1/2, giúp hạn chế sai số.
 Cách sử dụng của RTD khá dễ chịu hơn so với Thermocouple. Chúng ta
có thể nối thêm dây cho loại cảm biến này ( hàn kĩ, chất lượng dây tốt, có chống
nhiễu ) và có thể đo test bằng VOM được.
 Vì là biến thiên điện trở nên không quan tâm đến chiều đấu dây.
15









3. THERMISTOR
Cấu tạo: Làm từ hổn hợp các oxid kim loại: mangan, nickel, cobalt,…
Nguyên lý: Thay đổi điện trở khi nhiệt độ thay đổi.
Ưu điểm: Bền, rẽ tiền, dễ chế tạo.
Khuyết điểm: Dãy tuyến tính hẹp.
Thường dùng: Làm các chức năng bảo vệ, ép vào cuộn dây động cơ, mạch điện tử.

Tầm đo: 50

 Thermistor được cấu tạo từ hổn hợp các bột ocid. Các bột này được hòa
trộn theo tỉ lệ và khối lượng nhất định sau đó được nén chặt và nung ở nhiệt độ cao.
Và mức độ dẫn điện của hổn hợp này sẽ thay đổi khi nhiệt độ thay đổi.
 Có hai loại thermistor: Hệ số nhiệt dương PTC- điện trở tăng theo nhiệt
độ; Hệ số nhiệt âm NTC – điện trở giảm theo nhiệt độ. Thường dùng nhất là loại
NTC.
 Thermistor chỉ tuyển tính trong khoảng nhiệt độ nhất định 50-150D.C do
vậy người ta ít dùng để dùng làm cảm biến đo nhiệt. Chỉ sử dụng trong các mục
đích bảo vệ, ngắt nhiệt, các bác nhà ta thường gọi là Tẹt-mít. Cái Block lạnh nào
cũng có một vài bộ gắn chặt vào cuộn dây động cơ.
Lưu ý khi sử dụng:
 Tùy vào nhiệt độ môi trường nào mà chọn Thermistor cho thích hợp, lưu ý
hai loại PTC và NTC (gọi nôm na là thường đóng/ thường hở ) Có thể test dễ dàng
với đồng hồ VOM.
16


 Nên ép chặt vào bề mặt cần đo.
 Tránh làm hỏng vỏ bảo vệ.
 Vì biến thiên điện trở nên không quan tâm chiều đấu dây.








4. 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 <150 D.C.

 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, rẻ 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.

17


 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”.









Lưu 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
để đạt được sự chnihs xác cao.
 Loại cảm biến này kém chịu đựng trong môi trường khắc nghiệt: Ẩm cao,
hóa chât có tính ăn mòn, rung động.
5. NHIỆT KẾ BỨC XẠ ( còn gọi là hỏa kế- pyrometer ).
Cấu tạo: Làm từ mạch điện tử, quang học.
Nguyên lý: Đo tính chất bức xạ năng lượng của môi trường mang nhiệt.
Ưu điểm: Dùng trong môi trường khắc nghiệt, không cần tiếp xúc với
môi trường đo.
Khuyết điểm: Độ chính xác không cao, đắt tiền.
Thường dùng: Làm các thiết bị đo cho lò nung.
Tầm đo: -54 <1000 D.F.

 Nhiệt kế bức xạ (hỏa kế ) là loại thiết bị chuyên dụng dùng để đo nhiệt độ
của những môi trường mà các cảm biến thông thường không thể tiếp xúc được (lò
nung thép, hóa chất ăn mòn mạnh, khó đặt cảm biến).
 Gồm có các loại: Hỏa kế bức xạ, hỏa kế cường độ sáng, hỏa kế màu sắc.
Chúng hoạt động dựa trên nguyên tắc các vật mang nhiệt sẽ có hiện tượng bức xạ
năng lượng. Và năng lượng bức xạ sẽ có một bước sóng nhất định. Hỏa kế sẽ thu
nhận bước sóng này và phân tích để cho ra nhiệt độ của vật cần đo.

Lưu ý khi sử dụng:
18


 Tùy theo thông số của nhà sản xuất mà hỏa kế có các tầm đo khác nhau,
tuy nhiên đa số hỏa kế đo ở khoảng nhiệt độ cao. Và vì đặc điểm không tiếp xúc
trực tiếp với vật cần đo nên mức độ chính xác của hỏa kế không cao, chịu nhiều
ảnh hưởng của môi trường xung quanh (góc độ đo, rung tay, ánh sáng môi trường).

19