Nguyên lý hoạt động của cảm biến nhiệt độ là gì? Ứng dụng trong lĩnh vực nào?

Chu Văn An

Cảm biến nhiệt độ Đó là cái gì vậy? Cảm biến nhiệt độ hoạt động như thế nào? Đây là hai câu hỏi chúng tôi nhận được nhiều nhất trong những ngày gần đây. Theo nhiều kết quả nghiên cứu, hầu hết mọi hệ thống sự sống, vật lý và hóa học đều bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ. Sử dụng cảm biến nhiệt độ sẽ giúp con người đo lường chính xác thông số này để điều chỉnh về mức phù hợp.

Hãy cùng vietchem tìm hiểu chi tiết về cảm biến nhiệt, ứng dụng và nguyên lý hoạt động trong bài viết dưới đây.

1. Cảm biến nhiệt độ là gì?

Cảm biến nhiệt độ là một thiết bị RTD (đầu dò điện trở) hoặc cặp nhiệt điện giúp đo sự thay đổi nhiệt độ của vật cần đo. Khi có sự thay đổi lớn về nhiệt độ, các cảm biến sẽ đưa ra tín hiệu, từ đó đầu đọc sẽ đọc và chuyển thành một con số cụ thể. Cảm biến nhiệt được sử dụng trong việc kiểm soát môi trường của hệ thống HVand AC, xử lý hóa chất, chế biến thực phẩm, thiết bị y tế… thông qua hệ thống giám sát của tủ hút.

Hiện nay, loại cảm biến được sử dụng phổ biến nhất là nhiệt kế, dùng để đo nhiệt độ, chất lỏng và chất khí, dùng trong phòng thí nghiệm nghiên cứu khoa học.

Định nghĩa cảm biến nhiệt là gì?

2. Cấu tạo cảm biến nhiệt độ

Thiết bị đo cảm biến nhiệt độ thường có cấu tạo gồm hai dây kim loại gắn vào đầu nóng và đầu mông. Ngoài ra, chúng còn bao gồm các phần sau:

• Cảm biến: Bộ phận quan trọng nhất cho biết độ chính xác của toàn bộ thiết bị cảm biến. Bộ sản phẩm được đặt bên trong hộp bảo vệ sau khi kết nối với đầu nối.
• Dây kết nối: Phần này được nối bằng 2, 3 hoặc 4 dây, hoàn toàn tùy thuộc vào điều kiện sử dụng của đầu dò.
• Chất cách điện: Đây là bộ phận đóng vai trò như chất cách điện nhằm chống đoản mạch và cung cấp khả năng cách điện giữa các dây nối với vỏ bảo vệ.
• Chất độn: Bột Alumina được làm mịn, sấy khô và rung có chức năng lấp đầy các khoảng trống để bảo vệ khỏi các tác động từ bên ngoài.
• Vỏ: Phần này dùng để bảo vệ cảm biến và dây kết nối.
• Đầu nối: Thường được làm từ vật liệu cách điện, chứa bảng mạch cho phép kết nối với điện trở.

Hình ảnh cấu tạo của cảm biến nhiệt

3. Nguyên lý hoạt động của cảm biến nhiệt

Cảm biến nhiệt độ hoạt động dựa trên sự thay đổi điện trở của kim loại so với sự thay đổi nhiệt độ chủ đạo. Khi có sự chênh lệch nhiệt độ giữa đầu nóng và đầu lạnh sẽ tạo ra một lực điện V lớn ở đầu lạnh. Lúc này, nhiệt độ ở đầu lạnh sẽ luôn ổn định và có thể đo lường được tùy theo chất liệu.

Nguyên lý hoạt động này chủ yếu dựa trên mối quan hệ giữa kim loại và nhiệt độ. Khi nhiệt độ bằng 0 thì điện trở sẽ là 100 Ω, điện trở của kim loại tăng khi nhiệt độ tăng và ngược lại.

Chính vì nguyên lý hoạt động này mà hiện nay cặp nhiệt điện được sản xuất với nhiều công suất khác nhau: E, J, K, R, S, T.

Nguyên lý cảm biến nhiệt độ cặp nhiệt điện

Nguyên lý cảm biến nhiệt bán dẫn

4. Các loại cảm biến nhiệt độ

Hiện nay có rất nhiều loại cảm biến nhiệt độ được sản xuất và có 4 loại được sử dụng phổ biến có thể liệt kê như sau:

4.1. Cặp nhiệt điện

Cảm biến cặp nhiệt điện là sản phẩm được sử dụng nhiều nhất với đặc điểm chắc chắn, giá thành rẻ, tự cấp nguồn và có thể sử dụng cho khoảng cách xa.

Thiết bị này được sử dụng để bịt kín bên trong tấm chắn bằng gốm hoặc kim loại. Một số loại cặp nhiệt điện thường được sử dụng bao gồm: K, J, T, R, E, S, N và B

4.2. Đầu dò điện trở

Đầu dò điện trở còn là cảm biến nhiệt độ cho kết quả đo chính xác. Cảm biến này được làm từ bạch kim, đồng, niken,… có dải đo rộng, khả năng đo nhiệt độ tốt trong khoảng từ 270oC đến + 850oC.

4.3. Điện trở nhiệt

Đây là một trong những cảm biến nhiệt độ tương đối rẻ tiền và dễ sử dụng. Sản phẩm được làm từ Mangan, niken oxit nên độ bền không tốt. Tuy nhiên, loại thiết bị này cho độ nhạy cao và kết quả khá chính xác.

4.4. Nhiệt kế

Dụng cụ dùng để đo chất rắn, chất lỏng, chất khí là nhiệt kế. Loại này chứa thủy ngân lỏng trong ống thủy tinh. Thể tích của nhiệt kế tỉ lệ tuyến tính với nhiệt độ, nhiệt độ tăng thì thể tích cũng tăng.

4.5. Cảm biến bán dẫn

Cảm biến bán dẫn (IC) là sản phẩm được sử dụng nhiều nhất, mang lại độ tuyến tính cao, kết quả nhiệt độ chính xác trong khoảng từ 55°C đến + 150°C.

Hiện nay, cũng có một số loại cảm biến nhiệt hồng ngoại khác, có tiếp xúc từ xa nhưng vẫn cho nhiệt độ có độ chính xác cao.

Các loại cảm biến nhiệt được sử dụng phổ biến hiện nay

5. Cảm biến nhiệt độ có bao nhiêu loại dây?

• Cảm biến nhiệt 2 dây: Độ chính xác thấp, chỉ sử dụng khi kết nối nhiệt động bằng dây điện trở thấp và dây điện trở ngắn.
• Cảm biến nhiệt độ 3 dây: Chính xác hơn 2 dây một chút, được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp, loại bỏ các lỗi do điện trở của dây dẫn.
• Cảm biến nhiệt 4 dây: Mang lại độ chính xác cao nhất, sử dụng trong phòng thí nghiệm.

các loại dây trong thiết bị cảm biến

6. Ứng dụng cảm biến nhiệt độ trong đời sống

Cảm biến nhiệt độ hiện nay được sử dụng rộng rãi để đo nhiệt độ trong nhiều lĩnh vực của đời sống, chi tiết như sau:

• Nhiệt kế điện tử, bán dẫn và cặp nhiệt điện được sử dụng trong nông nghiệp và công nghiệp.
• Nhiệt kế điện tử thường được sử dụng để đo nhiệt độ trong ô tô, nước, sữa và các chất lỏng khác.
• Cảm biến nhiệt điện trở kim loại được sử dụng phổ biến trong ngành nhiệt điện lạnh
• Cặp nhiệt điện loại K, T, R, S, B được sử dụng phổ biến trong xử lý vật liệu và hóa học.
• Nhiệt kế được sử dụng để đo nhiệt độ cơ thể.

Đo nhiệt độ trong nước, sữa và các chất lỏng khác

7. Các loại máy đo nhiệt độ phổ biến hiện nay

Đồng hồ đo nhiệt độ là sản phẩm được trang bị cảm biến nhiệt độ cho kết quả đo chính xác, áp dụng được trong hầu hết các lĩnh vực của đời sống và sản xuất công nghiệp. Hiện nay trên thị trường có rất nhiều loại máy đo nhiệt độ chất lượng, cung cấp kết quả đo cùng lúc nhiều thông số như: Nhiệt độ, pH, độ ẩm, độ cứng,…

Bút đo nhiệt độ Hanna nổi tiếng trên thị trường

Đồng hồ đo nhiệt độ Extech được sử dụng nhiều nhất hiện nay

Nếu có nhu cầu mua máy đo nhiệt độ, bạn có thể truy cập vào website vietchem.com.vn để xem thông tin chi tiết về từng sản phẩm và nhận được báo giá tốt nhất.

Hy vọng qua bài viết vừa qua vietchem đã làm rõ hơn nguyên tắc cảm biến nhiệt độ Đó là cái gì vậy? Ứng dụng trong lĩnh vực nào? Hãy chia sẻ bài viết nếu bạn thấy nó thực sự hữu ích.