Đã từ rất lâu rồi, cảm biến nhiệt độ trở thành một thành phần không thể thiếu trong nhiều hệ thống, nhiều ứng dụng sản xuất… và trong đó có các hệ thống bơm xử lý lưu chất.
Bài viết này, Thái Khương sẽ nói về cảm biến nhiệt độ, một thiết bị quan trọng mà rất nhiều bạn còn đang mơ hồ về chúng.
Cảm biến nhiệt độ là gì
Trong cuộc sống, nhiệt độ chính là một yếu tố ảnh hưởng đến khá nhiều vấn đề xung quanh chúng ta. Chẳng hạn như nhiệt độ làm cho nước sôi lên hay lạnh đến đông cứng đi. Nhiệt độ làm cho chúng ta cảm thấy nóng hay lạnh… Do đó, việc theo dõi, giám sát và điều khiển được nhiệt độ giúp ích rất nhiều cho chúng ta trong nhiều vấn đề như: đảm bảo chất lượng môi trường sống, chế biến các món ăn ngon,… và trong công nghiệp việc điều khiển nhiệt độ sẽ giúp cho việc sản xuất thuận lợi và đảm bảo chất lượng. Đó là mục đích và mục tiêu đặt ra, vậy trên thực tế người ta giám sát nhiệt độ bằng cách nào? Bằng thiết bị gì?
Có kha khá cách có thể giám sát nhiệt độ như dùng tay thử, dùng nhiệt kế thuỷ ngân… nhưng hiện đại và chính xác nhất vẫn là dùng các cảm biến nhiệt độ.
Tại sao lại gọi là cảm biến nhiệt độ? Vì chúng như mô phỏng lại cách cảm nhận nhiệt độ của cơ thể chúng ta vậy. Và cho đến hiện tại, có rất nhiều loại cảm biến nhiệt độ được phát minh và chế tạo. Mỗi loại có một đặc điểm và nguyên lý cảm nhận nhiệt riêng. Phần nội dung bên dưới chúng ta sẽ tìm hiểu chi tiết về vấn đề này.
Các loại cảm biến nhiệt độ
Có rất nhiều biến thể cảm biến nhiệt độ được phát triển từ phiên bản cảm biến nhiệt độ đầu tiên ra đời. Cho đến nay, có thể chia làm các loại được trình bày ngay bên dưới đây. Chúng gồm có:
Cảm biến nhiệt độ điện trở RTD
Là loại gần như là phổ biến nhất trong các ứng dụng bao gồm cả dân dụng và công nghiệp. Với loại cảm biến nhiệt điện trở RTD thì sẽ dựa trên nguyên lý thay đổi điện độ làm thay đổi giá trị trên que dò. Từ đó, chúng ta chuyển đổi giá trị điện trở này thành giá trị nhiệt độ đọc được thông qua các bộ hiển thị hay bộ chuyển đổi tín hiệu.
Ví dụ: Cảm biến nhiệt độ RTD Pt100, có nghĩa là ở 0°C thì giá trị điện trở đầu dò đo được là 100Ω.
Cảm biến nhiệt thermistor
Thuật ngữ nhiệt điện trở xuất phát từ “nhiệt” và “điện trở”. Nhiệt điện trở là một loại điện trở có điện trở phụ thuộc vào nhiệt độ; đó là một nhiệt kế điện trở. Chúng được làm từ oxit kim loại được đúc thành hình hạt, dẹt hoặc hình trụ và sau đó được bao bọc bằng epoxy hoặc thủy tinh.
Nhiệt điện trở thermistor thì lại có 2 dòng khác nhau, đó là:
- PTC, hệ số nhiệt dương, tức là điện trở tăng khi nhiệt độ tăng
- NTC, hệ số nhiệt âm, tức điện trở giảm khi nhiệt độ tăng
Nhiệt điện trở không hoạt động tốt với nhiệt độ khắc nghiệt, nhưng chúng hoàn toàn phù hợp để đo nhiệt độ tại một điểm nhất định; chúng chính xác khi chúng được sử dụng trong một phạm vi nhiệt độ giới hạn, tức là trong 50°C của nhiệt độ mục tiêu; phạm vi này phụ thuộc vào điện trở cơ bản.
Thermistors dễ sử dụng, tương đối rẻ và bền. Chúng thường được sử dụng trong nhiệt kế kỹ thuật số, trong xe cộ để đo nhiệt độ dầu và chất làm mát cũng như trong các thiết bị gia dụng như lò nướng và tủ lạnh và được ưu tiên cho các ứng dụng yêu cầu mạch bảo vệ sưởi ấm hoặc làm mát để vận hành an toàn.
Cảm biến nhiệt độ bán dẫn
Cảm biến nhiệt độ bán dẫn (hoặc IC cho mạch tích hợp) là một thiết bị điện tử được chế tạo theo cách tương tự như các linh kiện bán dẫn điện tử hiện đại khác như bộ vi xử lý. Có những loại phổ biến nhất trên thị trường như là AD590 và LM35.
Các cảm biến này có chung một số đặc điểm – đầu ra tuyến tính, kích thước tương đối nhỏ, phạm vi nhiệt độ hạn chế (điển hình -40 đến +120°C), chi phí thấp, độ chính xác tốt nếu được hiệu chuẩn nhưng khả năng hoán đổi cho nhau cũng kém. Thường thì các cảm biến nhiệt độ bán dẫn không được thiết kế nhiệt tốt, với chip bán dẫn không phải lúc nào cũng tiếp xúc nhiệt tốt với bề mặt bên ngoài.
Các cảm biến nhiệt độ bán dẫn phổ biến nhất dựa trên các đặc tính nhiệt độ và dòng điện cơ bản của bóng bán dẫn. Nếu hai bóng bán dẫn giống hệt nhau được làm việc ở mật độ dòng điện cực góp khác nhau nhưng không đổi, thì sự khác biệt về điện áp cực phát của chúng tỷ lệ với nhiệt độ tuyệt đối của bóng bán dẫn. Chênh lệch điện áp này sau đó được chuyển đổi thành một điện áp duy nhất hoặc một dòng điện. Một phần bù có thể được áp dụng để chuyển đổi tín hiệu từ nhiệt độ tuyệt đối sang độ C hoặc độ F.
Cặp nhiệt điện thermocouple
Cặp nhiệt điện là một cảm biến đo nhiệt độ. Nó bao gồm hai loại kim loại khác nhau, được nối với nhau ở một đầu. Khi mối nối của hai kim loại được làm nóng hoặc nguội đi, một điện áp được tạo ra có thể đo được để tính ra nhiệt độ.
Về lý thuyết, hai kim loại bất kỳ đều có thể được dùng để chế tạo cặp nhiệt điện nhưng trong thực tế, có một số loại cố định được sử dụng phổ biến. Chúng đã được phát triển để cải thiện độ tuyến tính và độ chính xác và bao gồm các hợp kim được phát triển đặc biệt.
Cặp nhiệt điện có thể được chế tạo phù hợp với hầu hết mọi ứng dụng. Chúng có thể được chế tạo để trở nên mạnh mẽ, phản hồi nhanh và đo được phạm vi nhiệt độ rất rộng.
Cảm biến nhiệt độ hồng ngoại
Cảm biến nhiệt được thiết kế để đo nhiệt độ từ xa bằng cách phát hiện năng lượng hồng ngoại (IR) của vật thể. Nhiệt độ càng cao, năng lượng IR phát ra càng nhiều. Phần tử cảm biến nhiệt dẻo, bao gồm các cặp nhiệt điện nhỏ trên chip silicon, hấp thụ năng lượng và tạo ra tín hiệu đầu ra.
Một cảm biến tham chiếu được thiết kế trong gói như một tham chiếu để bù đắp. Cảm biến nhiệt độ hồng ngoại nhiệt (IR) đo nhiệt độ không tiếp xúc và có sẵn với nhiều thấu kính và bộ lọc khác nhau cho phép sử dụng trong nhiều ứng dụng, từ nhiệt kế công nghiệp đến điều khiển khí hậu và thiết bị y tế.
Ứng dụng của cảm biến nhiệt độ
Theo dõi đến đây, các bạn đã nắm được thông tin về các dòng cảm biến nhiệt độ phổ biến nhất trên thị trường rồi. Nhưng vẫn còn thắc mắc là chúng được ứng dụng ở đâu đúng không nào?
Đừng lo, Thái Khương sẽ nói về ứng dụng của chúng ngay thôi.
Với các hệ thống như hệ thống bơm xử lý lưu chất. Thì các loại cảm biến nhiệt độ cũng đóng một vai trò quan trọng không kém, đó chính là giám sát nhiệt độ của lưu chất, của máy bơm. Nhằm mục đích điều chỉnh nhiệt độ cho lưu chất bơm. Và quan trọng là để bảo vệ máy bơm khỏi trường hợp làm việc quá nhiệt. Nhiều trường hợp, nhiệt độ của máy bơm cũng cảnh báo về những lỗi phát sinh trên máy bơm nữa đó.
Trên các hệ thống sản xuất F&B, cùng với các thiết bị trao đổi nhiệt để giám sát quá trình sản xuất sản phẩm. Hay như để giám sát nhiệt độ từ các máy thổi khí, bơm hút chân không để đảm bảo nhiệt độ đầu ra không quá nhiệt gây ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm.
Với các hệ thống cấp hơi, khí, hay trong các lò hơi, việc bơm lưu chất vào hay ra cũng đều phải giám sát nhiệt độ, để đảm bảo nhiệt độ của hơi được bơm đến nơi sử dụng đạt đúng yêu cầu….
Thái Khương với kinh nghiệm cung cấp các giải pháp và thiết bị bơm xử lý lưu chất hơn 14 năm. Chúng tôi tin chắc rằng sẽ đáp ứng được các yêu cầu khắc khe nhất đến từ các bạn! Hãy liên hệ ngay với Thái Khương để được tư vấn nhé!
