Temperature sensor là gì? Những loại cảm biến nhiệt độ phổ biến

Temperature sensor được sử dụng phổ biến trong ô tô, thiết bị y tế, máy tính, những thiết bị nấu ăn và các loại máy móc khác. Vậy thực chất Temperature sensor là gì? Temperature sensor có những vai trò gì mà lại được sử dụng phổ biến đến như vậy? Cùng theo dõi bài viết dưới đây để tìm hiểu thêm về Temperature sensor là gì nhé!

Temperature sensor là gì?

Trước tiên chúng ta sẽ cùng nhau tìm hiểu về khái niệm Temperature sensor là gì? Temperature sensor hay còn được gọi với cái tên khác là cảm biến nhiệt độ. Đây là một thiết bị điện tử được sử dụng với mục đích là để đo lường các thông tin dữ liệu, các tham số liên quan đến nhiệt độ từ nguồn cần đo. Sau đó Temperature sensor sẽ xử lý các dữ liệu mà chúng vừa đo được. Tiếp theo là có nhiệm vụ chuyển đổi nó thành một biểu mẫu (định dạng) có thể được hiển thị để người dùng dễ dàng theo dõi.

Một số loại cảm biến nhiệt độ phổ biến hiện nay

Cảm biến nhiệt độ PT

Cảm biến PT là một ký hiệu hóa học cho bạch kim (Platium). Và PT cũng chính là thành phần cấu tạo nên loại cảm biến này. Ngoài PT thì các dòng cảm biến khác cũng có thể sử dụng Cu (đồng) hoặc Ni (Niken). Con số 100 trong PT100 thể hiện giá trị 100Ohm tại mức nhiệt độ 0°C.  Tương tự đối với các loại PT50, PT500, PT1000, NI120, NI1000, CU50, CU100… cũng sẽ như vậy.

Khi nhiệt độ trong môi trường thay đổi thì điện trở cũng sẽ vì thế mà thay đổi theo. Việc tăng nhiệt độ sẽ làm điện trở của cảm biến nhiệt độ tăng. Dãy đo của dòng PT dao động trung bình từ -200 đến 800°C. Trong đó dãy đo được sử dụng phổ biến nhất là từ -50 đến 400°C.

Cảm biến nhiệt độ IC

Cảm biến bán dẫn là loại thiết bị có dạng IC. Đây là một trong các loại cảm biến nhiệt độ được sử dụng phổ biến nhất hiện nay. Chúng được phân thành ra nhiều loại khác nhau như: Cảm biến nhiệt độ đầu ra dòng điện, cảm biến nhiệt độ đầu ra silicon, cảm biến nhiệt độ đầu ra điện áp, cảm biến nhiệt độ Diode và cảm biến nhiệt độ đầu ra kỹ thuật số. Cảm biến nhiệt độ IC hoạt động trong phạm vi từ  55°C đến +150°C.

Đầu dò nhiệt độ điện trở RTD

Cảm biến RTD là tên viết tắt của cụm từ Resistor Temperature Detector. Đây là loại cảm biến nhiệt độ có độ chính xác cao nhất. Trong một máy dò nhiệt độ điện trở, điện trở sẽ tỷ lệ thuận với nhiệt độ. Loại cảm biến này được làm từ bạch kim, niken hoặc được làm bằng kim loại đồng. Phạm vi đo lường nhiệt độ khá rộng, trung bình từ -270°C đến + 850°C.

Cảm biến nhiệt độ RTD yêu cầu một nguồn cấp từ bên ngoài để chúng có thể hoạt động một cách chính xác nhất. Tuy nhiên, dòng điện sinh ra nhiệt ở trong phần tử điện trở và chúng gây ra sai số trong các phép đo. Lúc này sai số sẽ được tính theo công thức là:

Delta T = P*S

Trong đó:

• T: Là nhiệt độ.
• P: Là bình phương của năng lượng được tạo ra.
• S: Là một độ C/mill watt.

Cảm biến nhiệt điện trở

Nhiệt điện trở là một loại cảm biến nhiệt độ khá nhạy cảm với nhiệt. Chúng biểu hiện được sự thay đổi một cách chính xác. Ngoài ra cũng có thể dự đoán được điện trở tỷ lệ với những thay đổi nhỏ của nhiệt độ cơ thể như thế nào. Mức độ kháng của nó thay đổi phụ thuộc nhiều vào thành phần độc đáo của nó. Nhiệt điện trở được làm từ mangan và oxit của niken, chính vì vậy làm cho chúng dễ bị hư hại hơn so với các loại cảm biến nhiệt độ khác.

Nhiệt kế Thermometers

Nhiệt kế Thermometers là thiết bị được sử dụng để đo nhiệt độ cho chất rắn, chất lỏng và cả chất khí. Trong nhiệt kế có chứa một chất lỏng ở trong bộ phận ống thủy tinh, đó được gọi là thủy ngân hoặc rượu. Thể tích của nhiệt kế có tỷ lệ tuyến tính với nhiệt độ. Có nghĩa là khi nhiệt độ tăng thì thể tích của nhiệt kế cũng tăng.

Cảm biến hồng ngoại IR

Cảm biến hồng ngoại IR là cảm biến không tiếp xúc. Bằng cách phát hoặc phát hiện bức xạ hồng ngoại mà loại cảm biến này có thể cảm nhận được các đặc điểm nhất định của môi trường xung quanh.

Cảm biến can nhiệt K

Cảm biến can nhiệt loại K (Thermocouple type K), là một thiết bị đo lường công nghiệp chuyên dùng dùng để đo nhiệt độ trong các xí nghiệp, khu công nghiệp, nhà máy hệ thống đường ống… Đặc điểm của cảm biến can nhiệt K là:

• Sai số thấp khoảng ±1,1°C hoặc 0.4%.
• Phạm vi đo lường nhiệt độ trong khoảng –270°C đến +1372°C.
• Độ nhạy khoảng 41 μV/°C.
• Sai số tiêu chuẩn khoảng ±2,2°C hoặc 0,75%.
• Chromel gồm có 90% là niken và 10% crom. Alumel là hợp kim bao gồm 95% là niken, 2% mangan, 2% nhôm và 1% là silic. Trong đó, Chromel là dây dương và Alumel là dây âm.
• Thành phần niken là từ tính.
• Chu kỳ trên và dưới 1000°C (1800°F) không được khuyến nghị để sử dụng do thay đổi đầu ra từ các hiệu ứng trễ.

Cảm biến can nhiệt J

Cảm biến nhiệt độ can J hay còn được gọi là Thermocouple type J là cặp nhiệt điện bao gồm cực dương là sắt và cực âm là hợp kim đồng – niken. Cũng giống như cảm biến can nhiệt K, loại cảm biến can nhiệt J cũng được sử dụng vô cùng phổ biến.

Đặc điểm của cảm biến can nhiệt J bao gồm:

• Phạm vi đo nhiệt độ trong khoảng từ -210 ÷ 760°C.
• Sai số tiêu chuẩn là ±-2,2°C hoặc 0,75%.
• Mức sai số thấp nhất là: ±1,1°C hoặc 0,4%.
• Cảm biến can nhiệt J có phạm vi đo lường hạn chế hơn loại K, trung bình từ –200 đến +1200°C (–328 đến 2193°F). Tuy nhiên độ nhạy lại cao hơn khoảng 50 μV/°C.
• Nhiệt độ tuyến tính trong khoảng từ 149 đến 427°C (300 đến 800°F). Nếu ở nhiệt độ dưới 0°C (32°F) thì rất dễ gãy.
• Sắt bị oxy hóa ở nhiệt độ cao hơn 538°C (1000°F) nên sẽ gây ảnh hưởng xấu đến độ chính xác của cảm biến.
• Nếu sử dụng trong môi trường oxy hóa sẽ làm giảm tuổi thọ.
• Các thành phần cảm biến trần không được để ở nơi có chứa lưu huỳnh trên 538°C (1000°F).

Cảm biến can nhiệt E

Cảm biến can nhiệt E hay còn được gọi là Thermocouple type E, là loại cảm biến 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 điểm của cảm biến can nhiệt E là:

• Phạm vi đo nhiệt độ trong khoảng: -270÷870°C.
• Sai số tiêu chuẩn là ±1,7°C hoặc ±0,5%.
• Sai số thấp nhất là ±1,0°C hoặc 0,4%.
• Chromel là một hợp kim của 90% niken và là 10% crom và là dây dương.
• Constantan là hợp kim thường bao gồm 55% đồng và 45% là niken.
• Phạm vi đo lường từ –270 đến 1000°C (–454 đến 1832°F).
• Không có từ tính và có điện áp đầu ra cao nhất.
• Có xu hướng lệch nhiều hơn so với các loại khác.

Cảm biến can nhiệt N

Cảm biến can nhiệt loại N hay còn được gọi là Thermocouple type N), loại cảm biến này cho nhiệt độ cao tương tự như loại K. Đặc điểm của cảm biến can nhiệt N là:

• Phạm vi đo nhiệt độ dao động trong khoảng từ: -270 ÷ 1300°C.
• Sai số tiêu chuẩn là ±2,2°C hoặc ±0,75%.
• Sai số thấp nhất trong khoảng ±1,1°C hoặc 0,4%.
• Nicrosil là hợp kim niken có chứa 14.4% crom, 1.4% là silic và 0.1% magie và là dây dương.
• Nisin là hợp kim của hợp kim niken có 4.4% là silic.
• Cảm biến can nhiệt N có độ nhạy 39 μV/°C và có phạm vi đo lường tiềm năng trong khoảng từ –270 đến 1300°C (–454 đến 2372°F).
• Cặp nhiệt điện loại N được sử dụng đáng tin cậy trong thời gian dài ở nhiệt độ tối thiểu là 1200°C (2192°F).

Cảm biến can nhiệt S

Cảm biến loại S hay còn được gọi là Thermocouple type S, là loại cảm biến bao gồm các kim loại quý (Bạch kim và Rhodium). Cảm biến can nhiệt S cho phép thu được các phép đo vô cùng chính xác. Đặc điểm của cảm biến can nhiệt S bao gồm:

• Dãy đo nhiệt độ dao động trong khoảng từ: -50 ÷ 1600°C.
• Sai số tiêu chuẩn của can nhiệt S là ±1,5°C hoặc ± 0,25%.
• Sai số thấp nhất trong khoảng ±0,6°C hoặc 0,1%.

Cảm biến can nhiệt R

Cảm biến can nhiệt R hay còn được gọi là Thermocouple type R là loại được sử dụng trong các ứng dụng nhiệt độ rất cao. Do có tỷ lệ Rhodium cao hơn so với cảm biến can S nên giá thành của loại cảm biến này cũng đắt hơn. Đặc điểm của cảm biến can nhiệt R là:

• Dãy đo nhiệt độ dao động trong từ: -50 ÷ 1500°C.
• Sai số tiêu chuẩn của cảm biến can nhiệt R là ±1,5°C hoặc ± 0,25%.
• Sai số thấp nhất trong khoảng ±0,6°C hoặc 0,1%.

Cảm biến can nhiệt B

Cảm biến cặp nhiệt điện loại B hay còn được gọi là thermocouple type B, (Platinum Rhodium – 30%/Platinum Rhodium – 6%).

Đặc điểm của cảm biến can nhiệt B là:

• Dãy đo nhiệt độ dao động trong khoảng từ: 0 ÷ 1700°C.
• Sai số tiêu chuẩn của cảm biến can nhiệt B là ±0,5%.
• Sai số thấp nhất của cảm biến can nhiệt B có thể đạt là ±0,25%.

Những lưu ý khi mua Temperature sensor là gì?

Trong quá trình mua cảm biến nhiệt độ, bạn cần lưu ý một số vấn đề như:

• Cần các định rõ phạm vi nhiệt độ mà mình muốn đo lường. Không nên chọn khoảng nhiệt quá giữa cảm biến và môi trường cần đo đạc có độ chênh lệch lớn. Vì điều này sẽ ảnh hưởng đến sai số và giá thành của cảm biến.
• Tìm hiểu xem môi trường ứng dụng có những yêu cầu đặc biệt gì không?
• Đầu ra của cảm biến dạng analog (0-10V, 4-20mA..) digital hay dạng xung. Trong trường hợp không có loại đầu ra phù hợp thì cần sử dụng thêm bộ chuyển đổi tín hiệu.
• Ngoài ra, bạn cần phải quan tâm tới một số yếu tố khác như: Kích thước, vật liệu cảm biến, phương thức kết nối, khả năng hiệu chỉnh, chính sách bảo hành, bảo dưỡng, lắp đặt…

Bộ chuyển đổi tín hiệu Temperature sensor là gì?

Chuyển đổi tín hiệu là việc truyền tín hiệu từ đầu vào này sang đầu ra khác theo một yêu cầu, mục đích nào đó. Còn bộ chuyển đổi tín hiệu là một thiết bị dùng với mục đích chính là để chuyển đổi tín hiệu từ một tín hiệu nhận được từ một thiết bị thành một tín hiệu hoàn toàn mới nhằm  đảm bảo tín hiệu đầu ra giúp người dùng có thể xử lý được yêu cầu đã đặt ra.

Tín hiệu thường được chuyển đổi trong công nghiệp bao gồm tín hiệu Analog, Digital, tín hiệu Modbus RTU, RS485… Trong đó có tín hiệu Analog với 4-20mA, 0-10V, 1-5V là những tín hiệu analog được dùng phổ biến nhất trong các nhà máy, khu công nghiệp.

Hiển thị dữ liệu Temperature sensor

Đa số các loại cảm biến nhiệt độ hiện nay là cảm biến thô. Chính vì thế hầu như chúng không tích hợp sẵn màn hình hiển thị. Bên cạnh đó, các cảm biến nhiệt độ thường được lắp đặt tại hiện trường nên việc tích hợp sẵn màn hình hiển thị là không khả thi. Thông thường thì tín hiệu cảm biến sẽ được đưa về các bộ xử lý (PLC, RTU, PAC hay IPC) để xử lý.

Những ứng dụng hiện nay của Temperature sensor là gì?

• Sản xuất hàng hóa: Thường dùng phổ biến các thiết bị như nhiệt kế điện tử – chất bán dẫn hay PT100.
• Ô tô: Thường dùng nhiệt kế điện tử, PT100 là phổ biến
• Luyện kim: Thường dùng phổ biến cảm biến PT100, can nhiệt K, S, R.
• Môi trường: Thường dùng phổ biến các loại nhiệt kế, cảm biến PT100 và can nhiệt T.
• Nhiệt lạnh: Thường sử dụng các loại điện trở oxit kim loại là chủ yếu.
• Giao thông: Thường dùng các loại cảm biến PT100 hay nhiệt kế điện tử là chủ yếu.
• Nông nghiệp: Thường sử dụng nhiệt kế điện tử và can nhiệt loại T là chủ yếu.
• Công nghiệp: Thường dùng cặp nhiệt điện loại K, R, S và PT100 là chủ yếu.
• Gia công kim loại: Sử dụng phổ biến can nhiệt các loại K, S, T, E, R, J.
• Giáo dục: Sử dụng phổ biến các thiết bị như nhiệt kế điện tử, cảm biến PT100, can nhiệt K.

Trên đây là toàn bộ thông tin về Temperature sensor là gì? Các loại cảm biến nhiệt độ phổ biến hiện nay mà thietbikythuat muốn chia sẻ tới bạn đọc. Hy vọng bài viết mang tới cho bạn đọc nhiều kiến thức bổ ích về Temperature sensor là gì?