Cảm biến nhiệt độ là gì? Chi tiết về nguyên lý hoạt động và hướng dẫn cách ứng dụng của từng loại cảm biến nhiệt – Tạp chí tự động hóa ngày nay | Automation today

Related Articles

1. Cảm biến nhiệt độ là gì ?

TTech ra mắt chi tiết cụ thể khái niệm và nguyên tắc hoạt động giải trí của cảm biến nhiệt .

Cảm biến nhiệt độ là thiết bị dùng để đo sự đổi khác về nhiệt độ của những đại lượng cần đo .

Thiết bị cảm biến nhiệt được thiết kế đặc biệt cho các ngành công nghiệp thực phẩm, dược phẩm, hóa chất, ô tô, hàng hải và vật liệu nhựa, cũng như tất cả các ngành đòi hỏi độ chính xác, độ tin cậy cao trong các phép đo.

Cảm biến nhiệt được cấu trúc gồm hai dây sắt kẽm kim loại khác nhau được gắn vào một đầu gọi là đầu nóng ( đầu đo ) và đầu lạnh ( đầu chuẩn ). Khi có sự chênh lệch nhiệt độ giữa hai đầu thì sẽ phát sinh một nhiệt điện động tại đầu lạnh. Vì thế cần trấn áp nhiệt độ đầu lạnh ( tùy thuộc vào loại vật liệu ) .

Nguyên lý thao tác so với nhiệt kế điện trở metaI, thường được gọi là cảm biến nhiệt, là cơ sở dựa trên sự biến hóa điện trở của sắt kẽm kim loại với sự đổi khác nhiệt độ tiêu biểu vượt trội .

Vật liệu : bạch kim và niken, do điện trở suất cao và tính không thay đổi của chúng .

Các phép đo nhiệt độ được triển khai với cảm biến nhiệt có độ đúng mực và đáng an toàn và đáng tin cậy hơn nhiều so với những phép đo được triển khai với những loại cặp nhiệt điện hoặc nhiệt kế khác .

Nhiệt kế kháng niken được tiêu chuẩn hóa theo tiêu chuẩn DIN 43760 của Đức .

ClasseAA=0,1+0,0017*|t|(°C)

ClasseA = 0,15 + 0,002 * | t | ( °C )

ClasseB = 0,3 + 0,005 * | t | ( °C )

ClasseC = 0,6 + 0,01 * | t | ( °C )

2. Độ dung sai :

Có nhiều chiêu thức khác nhau để liên kết cảm biến nhiệt với những thiết bị đo, việc lựa chọn một giải pháp về cơ bản phụ thuộc vào vào độ đúng chuẩn thiết yếu trong phép đo. Độ đúng mực phụ thuộc vào vào tiêu chuẩn chất lượng của từng loại cảm biến. Cao nhất là tiêu chuẩn AA .

3. Các loại dây cảm biến nhiệt :

a. Loại cảm biến nhiệt độ hai dây :

Là ít đúng chuẩn nhất và chỉ được sử dụng trong trường hợp liên kết độ bền nhiệt được thực thi với dây điện trở ngắn và điện trở thấp ; kiểm tra mạch điện tương tự, hoàn toàn có thể chú ý quan tâm rằng điện trở đo được là tổng của thành phần cảm biến ( phụ thuộc vào vào nhiệt độ ) và điện trở của dây dẫn được sử dụng cho liên kết. Lỗi trong phép đo này không tương quan : nó nhờ vào vào nhiệt độ .

b. Loại cảm biến nhiệt độ 3 dây :

Cho mức độ đo đúng mực tốt hơn, kỹ thuật ba dây được sử dụng nhiều nhất trong nghành công nghiệp. Với kỹ thuật thống kê giám sát này, vô hiệu những lỗi gây ra bởi điện trở của những dây dẫn ; ở đầu ra, điện áp phụ thuộc vào trọn vẹn vào sự đổi khác điện trở của cảm biến nhiệt và kiểm soát và điều chỉnh liên tục theo nhiệt độ .

c. Loại cảm biến nhiệt 4 dây :

Volt-ampe kế cho độ đúng chuẩn lớn nhất hoàn toàn có thể ; ít được sử dụng trong nghành nghề dịch vụ công nghiệp, nó phần đông chỉ được sử dụng trong những ứng dụng trong phòng thí nghiệm .

Trên một mạch điện tương tự hoàn toàn có thể thấy rằng điện áp đo được chỉ nhờ vào vào điện trở của nhiệt ; độ đúng mực của phép đo nhờ vào trọn vẹn vào độ không thay đổi của dòng đo và độ đúng chuẩn của số đọc điện áp trên nhiệt .

Có hai loại nhiệt điện tạo thành : cách nhiệt truyền thống cuội nguồn hoặc cách nhiệt khoáng chất MgO .

4. Cấu tạo cảm biến nhiệt :

4.1 – Bộ phận cảm biến : bộ phận cảm biến là phần quan trọng nhất của năng lực chịu nhiệt, một bộ phận cảm biến kém chất lượng sẽ gây nguy khốn cho hoạt động giải trí đúng chuẩn của hàng loạt thiết bị cảm biến. Sau khi liên kết với đầu nối, nó được đặt bên trong vỏ bảo vệ. Các nguyên tố cảm biến với cuộn dây đôi có sẵn cho mức độ đúng chuẩn khác nhau .

4.2 – Dây liên kết. Kết nối của bộ phận cảm biến hoàn toàn có thể được thực thi bằng cách sử dụng 2, 3 hoặc 4 dây ; vật tư dây nhờ vào vào điều kiện kèm theo sử dụng đầu dò .

4.3 – Chất cách điện gốm. Chất cách điện bằng gốm ngăn ngừa đoản mạch và cách điện những dây liên kết khỏi vỏ bảo vệ .

4.4 – Phụ Chất làm đầy gồm có bột alumina cực kỳ mịn, sấy khô và rung, lấp đầy bất kể khoảng trống nào để bảo vệ cảm biến khỏi những rung động .

4.5 – Vỏ bảo vệ. Vỏ bảo vệ để bảo vệ những bộ phận cảm biến và những dây liên kết. Vì nó tiếp xúc trực tiếp với quy trình, điều quan trọng là nó được làm bằng vật tư tương thích và có size tương thích. Trong 1 số ít điều kiện kèm theo nhất định, nên bọc thêm vỏ bọc bằng vỏ bổ trợ ( thermowell ) .

4.6 – Đầu liên kết. Đầu liên kết chứa bảng mạch được làm bằng vật tư cách điện ( thường là gốm ) được cho phép liên kết điện của điện trở. Tùy thuộc vào cấu trúc sử dụng vỏ chống cháy nổ hoàn toàn có thể được sử dụng. Bộ chuyển đổi 4-20 mA hoàn toàn có thể được setup thay cho bảng đầu cuối .

5. Nguyên lý hoạt động giải trí của cảm biến nhiệt

Đo nhiệt độ bằng cảm biến nhiệt khá đơn thuần so với việc sử dụng những loại đo nhiệt độ khác, tuy nhiên cần triển khai một số ít bước nhất định để khắc phục mọi lỗi phát hiện .

Có ba nguyên do chính gây ra lỗi trong những phép đo nhiệt độ với nhiệt độ :

– Lỗi do quá nhiệt của thành phần cảm biến

– Lỗi do cách điện kém của thiết bị cảm biến

– Lỗi do thành phần cảm biến không được nhúng ở độ sâu nhất định .

Bộ phận cảm biến tự nóng lên trong quy trình đo khi nó bị cắt ngang bởi dòng điện quá cao, do hiệu ứng Joule, làm tăng nhiệt độ của thành phần .

Sự tăng nhiệt độ nhờ vào cả vào loại yếu tố chính được sử dụng và những điều kiện kèm theo đo. Ở cùng nhiệt độ, cùng độ bền nhiệt sẽ tự nóng lên ít hơn nếu được đặt trong nước chứ không phải không khí ; điều này là do trong thực tiễn nước có thông số phân tán cao hơn không khí .

Thông thường tổng thể những thiết bị đo sử dụng nhiệt điện trở làm cảm biến đều có dòng đo cực thấp, tuy nhiên không nên vượt quá dòng đo 1 mA ( EN 60751 ) .

Để đo đúng mực với cảm biến nhiệt, điều rất quan trọng là cách điện giữa những dây dẫn và vỏ bọc bên ngoài là đủ lớn, đặc biệt quan trọng là ở nhiệt độ cao .

Điện trở cách điện có thể được xem như là một điện trở được đặt song song với các phần tử cảm biến. Do đó, rõ ràng, ở nhiệt độ không đổi, nếu cách điện giảm đi, điện áp đo trên phần tử cảm biến cũng sẽ giảm do đó gây ra lỗi trong phép đo.

Điện trở cách điện hoàn toàn có thể giảm khi đầu dò được sử dụng ở nhiệt độ quá cao, khi có rung động mạnh hoặc do tác động ảnh hưởng của những tác nhân vật lý hoặc hóa học .

Độ sâu ngâm của bộ phận cảm biến cũng cực kỳ quan trọng so với những phép đo đúng chuẩn ; Không giống như trong cặp nhiệt điện, trong đó, những phép đo hoàn toàn có thể được coi là thất bại, nếu độ sâu không đủ, nó hoàn toàn có thể gây ra sai số trong phép đo tới vài độ ° C .

Điều này là do thực tiễn là vỏ bọc, thường là sắt kẽm kim loại, với bộ phận cảm biến được bảo vệ sẽ phân tán nhiệt theo tỷ suất chênh lệch nhiệt độ giữa vùng nóng và lạnh ; do đó, cảm biến nhiệt Termotech có một dải nhiệt dọc theo một phần của chiều dài vỏ bọc .

Nên, độ sâu ngâm phải đủ để bộ phận cảm biến bên trong vỏ bọc không phải chịu độ chênh nhiệt này .

Độ sâu tối thiểu sẽ phụ thuộc vào vào những điều kiện kèm theo đo vật lý và size của độ bền nhiệt ( chiều dài của thành phần, v.v. ) .

Resistance thermometer type PT100 ohm 0 °C EN 60751

6. Tiêu chuẩn đo những loại cảm biến nhiệt

       Loại Dây điện trở cuốn Dây điện trở mảnh     Giá trị dung sai
AA – 50 ÷ + 250 0 ÷ + 150 ± ( 0,1 + 0,0017 * | t | )
A – 100 ÷ + 450 – 30 ÷ + 300 ± ( 0,15 + 0,002 * | t | )
B – 196 ÷ + 600 – 50 ÷ + 500 ± ( 0,3 + 0,005 * | t | )
C – 196 ÷ + 600 – 50 ÷ + 600 ± ( 0,6 + 0,01 * | t | )

Nhiệt kế điện trở để đo nhiệt độ TT tương thích cho việc sử dụng bên trong lò nướng thực phẩm. Đầu dò có tay cầm gắn vào mẫu sản phẩm ; một phần của cáp tiếp xúc với thực phẩm được bọc bằng một lớp vỏ mềm bằng thép không gỉ và một phụ kiện đặc biệt quan trọng được cho phép nối cáp vào lò nướng .

Một bộ cảm biến nhiệt gồm có một mạch điện được hình thành bởi hai dây dẫn sắt kẽm kim loại khác nhau được hàn với nhau ở hai đầu. Khi có sự chênh lệch nhiệt độ giữa hai khớp, do hiệu ứng Seebeck, một vòng dây được tạo ra, một trong hai khớp và một lực điện động ( emf ) mở ra. Độ phân cực và cường độ của suất điện động chỉ phụ thuộc vào vào loại sắt kẽm kim loại được sử dụng và nhiệt độ mà những khớp phải chịu. Khớp tiếp xúc với nhiệt độ cần đo được gọi là mối nối nóng hoặc mối nối đo, trong khi mối nối nối những dây dẫn cảm biến nhiệt và mạch đo được gọi là mối nối lạnh hoặc đường nối tham chiếu. Để đo nhiệt độ bằng cảm biến nhiệt, mối nối tham chiếu phải ở nhiệt độ nhất định ( thường là 0 ° ) để emf được tạo ra chỉ phụ thuộc vào vào nhiệt độ của mối nối đo .

7. Các loại cảm biến nhiệt

Loại cảm biến nhiệt phụ thuộc vào vào những vật tư gồm có những dây dẫn hoàn toàn có thể được tóm tắt như sau :

Cảm biến nhiệt gồm có những sắt kẽm kim loại quý ( Bạch kim và Rhodium ) được cho phép thu được những phép đo rất đúng chuẩn. Đặc biệt chịu được ở nhiệt độ cao, nó thường được sử dụng trong khí quyển oxy hóa. Nó không thực sự được khuyến khích trong việc giảm khí quyển hoặc những thứ có chứa hơi sắt kẽm kim loại .

Loại can nhiệt Chất liệu Dải đo nhiệt Đặc điểm
S Pt10%Rh – Pt -50 / 1760 Cảm biến S bao gồm các kim loại quý (Bạch kim và Rhodium) cho phép thu được các phép đo rất chính xác. Đặc biệt chịu được ở nhiệt độ cao, nó thường được sử dụng trong khí quyển oxy hóa. Nó không thực sự được khuyến khích trong việc giảm khí quyển hoặc những thứ có chứa hơi kim loại.
R Pt13%Rh – Pt -50 / 1760 Giống như cảm biến S nhưng với tỷ lệ phần trăm khác nhau của hai kim loại.
B Pt30%Rh – Pt6%Rh 0 / 1820 Cặp nhiệt điện bao gồm các kim loại quý, do số lượng Rhodium lớn hơn so với các loại cảm biến S và R, có khả năng chịu nhiệt độ cao hơn và chịu áp lực cơ học.
E Cr – Co -270 / 1000 Cảm biến E có công suất nhiệt điện cao kết hợp cực dương của cặp nhiệt điện kiểu K và cực âm của cặp nhiệt điện kiểu J. Đặc biệt chỉ định trong khí quyển oxy hóa.
J Fe – Co -210 / 1200 Cặp nhiệt điện bao gồm cực dương sắt và cực âm (hợp kim đồng-niken). Được chỉ định để đo nhiệt độ trung bình trong việc giảm khí quyển và với sự hiện diện của hydro và carbon. Sự hiện diện của sắt gây nguy hiểm cho hoạt động của nó trong quá trình oxy hóa các quả cầu.
K Cr – Al -270 / 1370 Cặp nhiệt điện gồm các hợp kim có chứa niken. Nó phù hợp để điều chỉnh nhiệt độ cao trong môi trường oxy hóa. Không được sử dụng trong môi trường khí quyển.
T Cu – Co -270 / 400 Cặp nhiệt điện cho phép đo chính xác ở nhiệt độ thấp trong quá trình oxy hóa và giảm khí quyển.
N Nicrosil – Nisil -270/400 (1)

0 / 1300 ( 2 )
Cặp nhiệt điện cho nhiệt độ cao tương tự như loại K nhưng có độ phản ứng trễ nhiệt ít hơn.
W3 W3%Re – W25%Re 0 / 2310 Dải nhiệt độ Cảm biến cho nhiệt độ cực cao bao gồm cực dương Vonfram chứa 3% rheni và cực âm Vonfram chiếm 25% rheni. Đặc biệt chống lại việc giảm khí quyển và sự hiện diện của hydro hoặc các khí trơ khác. Không được sử dụng trong không khí hoặc khí quyển oxi hóa.
W5 W5%Re – W26%Re 0 / 2310 Cặp nhiệt điện rất giống với W3 nhưng với tỷ lệ rheni lớn hơn làm tăng sức cản cơ học của nó. Các đặc điểm khác là đặc trưng của cặp nhiệt điện W3.

Các chiêu thức để triển khai những phép đo với cảm biến nhiệt thường hoàn toàn có thể được chia thành hai loại. Cái tiên phong, như trong hình số 1, thường được sử dụng trong những nghành công nghiệp, nơi không cần độ đúng mực cao

Trong trường hợp này, cảm biến nhiệt được liên kết trực tiếp ( hình 1 a ) với thiết bị đo bằng cáp bù hoặc cáp lan rộng ra ( hình 1 b ) .

Phần bù của điểm nối được phân phối trực tiếp bằng thiết bị đo, đo nhiệt độ điểm nối với những loại cảm biến khác, điện tử kiểm soát và điều chỉnh tín hiệu cặp nhiệt điện sao cho nó chỉ nhờ vào vào nhiệt độ của phép đo đường giao nhau và nhiệt độ cần đo .

Loại thứ hai được cho phép thu được những phép đo đúng mực cao và vì nguyên do này phần đông chỉ được sử dụng trong những ứng dụng thí nghiệm .

Trong trường hợp này, nhiệt độ của điểm nối tham chiếu được duy trì ở nhiệt độ nhất định và không đổi ( thường thì là điểm nóng chảy của băng 0 ° C ) trải qua những tiến trình thủ công bằng tay hoặc tự động hóa để bù cho lực điện động được đo bằng thiết bị đo tương ứng với đường giao nhau .

Để biết them thông tin chi tiết cụ thể về những loại cảm biến nhiệt. Vui lòng truy vấn website để được những kỹ sư và chuyên viên tư vấn thêm : https://ttechvn.com

Mobile / zalo : 0988062602 email : Địa chỉ email này đã được bảo vệ từ spam bots, bạn cần kích hoạt Javascript để xem nó .

Hoặc đường link:

https://ttechvn.com/danh-muc/thiet-bi-cong-nghiep/thiet-bi-do-nhiet-do-do-am/

Fanpage : https://www.facebook.com/pg/Tudonghoattech

More on this topic

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Advertismentspot_img

Popular stories