CẢM BIẾN ĐO NHIỆT ĐỘ

Seminar:
GVHD: Lê Ngọc Đình
SVTH: Nguyễn Minh Trung K0503200

MỤC LỤC:
TỔNG QUAN
RESISTANCE TEMPERATURE DETECTORS_RTDs
THERMALLY SENSITIVE RESISTOR/THERMISTOR
THERMOCOUPLE
NHIỆT KẾ HỒNG NGOẠI 

CẢM BIẾN ĐO NHIỆT ĐỘ
Nhiệt độ là đại lượng vật lý không thể đo trực tiếp được,nhưng có thể xác định được thông qua sự thay đổi của các đại lượng phụ thuộc( điện trở,sự giản nở).

ĐƠN VỊ ĐO NHIỆT ĐỘ�:
Thang đo Celsius
Thang đo Kelvin:



Thang đo Fahren:

Thang đo nhiệt độ chuẩn :
-182,97 °C : cân bằng khí _lỏng - oxygène;
0,00 °C: cân bằng rắn_ lỏng – nước;
0,01 °C: điểm thử của nước;
100,00 °C: cân bằng lỏng_ rắn – nước;
419,58 °C: cân bằng rắn lỏng –kẻm ;
444,67 °C: cân bằng khí_ lỏng – lưu huỳnh;
961,62 °C: cân bằng rắn _lỏng- bạc;
1064,43 °C: cân bằng rắn lỏng- vàng.
CÁC PHUƠNG PHÁP ĐO NHIỆT ĐỘ :
Đo nhiệt độ trực tiếp:
Cặp nhiệt điện (Thermocouple).
Nhiệt điện trở kim loại/ nhiệt điện trở dương (Resistance Temperature Detectors-RTDs).
Nhiệt điện trở bán dẫn/ nhiệt điện trở âm (Thermally Sensitive Resistor/Thermistor)
Đo nhiệt độ gián tiếp:
Nhiệt kế hồng ngoại
RESISTANCE TEMPERATURE DETECTORS_RTDs :
Nguyên lý :điện trở vật dẫn thay đổi theo nhiệt độ:



l : chiều dài dây dẫn [m]
A : tiết diện dây dẫn [m2]
Ρ : điện trở suất [Ωm]
Sự phụ thuộc của điện trở vào nhiệt độ gần như tuyến tính được biểu diễn theo phương trình:



Ta có thể coi như đáp ứng này sẽ là tuyến tính trên một khoảng nhỏ nhiệt độ,.Công thức này có thể được viết lại:



a, b, α : hằng số phụ thuộc kim loại
RT: điện trở tại nhiệt độ cần đo T [°K]
R0: điện trở tại nhiệt độ To[°K]

RESISTANCE TEMPERATURE DETECTORS_RTDs :
Ảnh hưởng của sự tự đốt nóng :


δ : hệ số tiêu tán công suất [mW/ °C]
PD : công suất tiêu tán [mW]
Độ nhạy [Ω/ °C]:
RESISTANCE TEMPERATURE DETECTORS_RTDs :
Quan hệ điện trở_nhiệt độ :
Nhiệt độ tăng thì điện trở tăng.
Cấu tạo :
Vật liệu chế tạo :
Mạch điện ứng dụng :
Mạch phân áp :
Mạch điện ứng dụng :
Mạch cầu Wheatsone :
Khi cầu cân bằng : Vout = 0 :
Mạch điện ứng dụng :
Khi R1=R2=R4=Rg:
Khi R3=Rg ±dR:
THERMALLY SENSITIVE RESISTOR/THERMISTOR :
Nguyên lý : Sö thay ñoåi cuûa baùn dẫn theo nhieät ñoä T, do soá luôïng caëp ñieän töû –loå troáng taêng laøm giaûm ñieän trôû :



β: hằng số vật liệu phụ thuộc nhiệt điện trở
RT: điện trở tại nhiệt độ cần đo T [°K]
Ro: điện trở tại nhiệt độ To[°K]
Đối với nhiệt độ lớn hơn thì ta phải dùng phương trình Steinhart-Hart:
THERMALLY SENSITIVE RESISTOR/THERMISTOR :
Quan hệ điện trở_nhiệt độ :
Nhiệt dộ tăng thì điện trở giảm
Cấu tạo :
Thermistor là một thuật ngữ thông dụng của thermally sensitive resistor,đầu dò nhiệt của chúng là chất bán dẫn có α âm / dương .Những thiết bị này được cấu tạo bởi vật liệu sứ có tính chất dẫn điện phụ thuộc vào nhiệt độ.
NTC thermistor thường được làm từ những oxid của mangan,nickel,coban,sắt.Trong quá trình sản xuất thông thường,trước hết,một hỗn hợp hai hay ba loại oxid được gắn kết với nhau nhờ chất gắn kết thích hợp và được đúc theo những hình dạng mong muốn.Với những chất oxid khác nhau,tỷ lệ pha trộn khác nhau thì ta sẽ có sản phẩm khác nhau mang tính chất ta muốn có.
Mạch điện ứng dụng :
Tuyến tính hóa thermistor:
Sử dụng mạch analog: mạch xấp xỉ tuyến tính_piecewise; mạch chuyển đổi điện áp thành tần số; mạch logarit; mạch chuyển đổi nhiệt độ thành tần số……
Sử dụng kỹ thuật số tuyến tính hóa trong miền tần số.
Thay đổi mạch của transducer : mạch cầu Wheatstone; gắn trở song song.
Thông thường điện trở song song được tính theo công thức :
THERMOCOUPLE:
Hiệu ứng Peltier: ở chỗ tiếp xúc giữa hai dây dẫn A và B khác nhau về bản chất nhưng cùng một nhiệt độ tồn tại một hiệu điện thế tiếp xúc .Hiệu điện thế này chỉ phụ thuộc vào bản chất của vật dẫn và nhiệt độ:

THERMOCOUPLE:
Định luật Volta : trong một chuỗi cách nhiệt được cấu thành từ những vật dẫn khác nhau, tổng suất điện động Peltier bằng 0.
VD : trong một chuỗi gồm bốn vật dẫn A B C D mắc nối tiếp , tổng suất điện động sẽ bằng 0:
THERMOCOUPLE:
 khi hai vật dẫn A và C được phân cách bởi các vật dẫn trung gian và toàn hệ là đẳng nhiệt thì hiệu điện thế giữa hai vật dẫn A và C ở đầu mút cũng chính bằng hiệu điện thế nếu như chúng (A và C) tiếp xúc trực tiếp với nhau.
THERMOCOUPLE:
Hiệu ứng Thomson: trong một vật dẫn đồng nhất A, giữa hai điểm M và N có nhiệt độ khác nhau sẽ sinh ra một suất điện động . Suất điện động này chỉ phụ thuộc vào bản chất của vật dẫn và nhiệt độ TM, TN của hai điểm M và N.
THERMOCOUPLE:
Hiệu ứng seebeck: giả sử có một mạch kín tạo thành từ hai vật dẫn A B và hai chuyển tiếp của chúng được giữ ở nhiệt độ T1 và T2, khi đó mạch sẽ tạo thành một cặp nhiệt điện.
Cặp nhiệt điện này gây nên một suất điện động do kết quả tác động đồng thời của hai hiệu ứng Peltier và Thomson.Suất điện động đó gọi là suất điện động Seebeck.
THERMOCOUPLE:
Suất điện động giữa a và b, b và c, c và d, d và a lần lược bằng:
THERMOCOUPLE:
Suất điện động Seebeck sẽ bằng tổng các suất điện động thành phần Peltier và Thomson ở trên:


Nếu chọn T1 là nhiệt độ so sánh và lấy T1 = 0 °C, khi đó đối với một cặp vật dẫn A B cho trước, suất điện động chỉ phụ thuộc vào T2.
THERMOCOUPLE:
Nguyên lý :Hai vaät lieäu daãn ñieän khaùc nhau ñöôïc noái nhau taïo thaønh 2 moái noái,khi coù söï cheânh leäch nhieät ñoä giöõa chuùng seõ töï sinh ra söùc ñieän ñoäng.
THERMOCOUPLE:
Do bởi sức điện động chỉ phụ thuộc vào sự chênh lệch nhiệt độ giữa hai mối nối, cần phải biết được ít nhất nhiệt đô của 1 trong 2, mới xác định được nhiệt độ mối nối còn lại.
Nhiệt độ của mối nối đã biết gọi là nhiệt độ chu?n.
? D? nh?y nhi?t (hay cịn g?i l� nang su?t nhi?t di?n) c?a c?p nhi?t di?n ? nhi?t d? Tc du?c x�c d?nh:

Đặc trưng cặp nhiệt :
Cấu tạo :
Bảng dưới đây liệt kê một số loại cặp nhiệt điện thường gặp:
Mạch điện ứng dụng :
Suất điện động Seebeck đo được giữa hai đầu của cặp nhiệt sẽ cung cấp thông tin về nhiệt độ cần đo.Người ta thường áp dụng hai phương pháp đo suất điện động:
Sử dụng milivôn kế có điện trở trong rất lớn để giảm sụt thế trên dây dẫn.
Sử dụng phương pháp xung đối để dòng chạy qua cặp nhiệt bằng không.
Mạch điện ứng dụng :
Các cách bổ chính cặp nhiệt�: Để bảo đãm việc đo luôn chính xác, có 2 cách bổ chính cho nhiệt độ mối nối:
Bổ chính bằng phần c?ng�:
Mạch điện ứng dụng :
Bổ chính bằng phần mềm�:do nhiệt độ khối đ?ng nhiệt bằng cảm biến nhiệt khác như RTD�:

?Đo điện trở RTD để có TREF
Từ TREF xác định áp VREF
Đo VM và trừ Vref có V1
Từ V1 xác định T1
NHIỆT KẾ HỒNG NGOẠI :
Nhiệt kế hồng ngọai (IRT) cơ bản gồm có 4 thành phần:
Ống dẫn sóng (waveguide) để thu gom năng lượng phát ra từ bia (target)
Cảm biến có tác dụng chuyển đổi năng lượng sang tín hiệu điện
Bộ điều chỉnh độ nhạy để phối hợp phép đo của thiết bị hồng ngọai với chỉ số bức xạ của vật thể được đo.
NHIỆT KẾ HỒNG NGOẠI :
Một mạch cảm biến bù nhiệt để đảm bảo sự thay đổi nhiệt độ phía bên trong thiết bị không bị truyền đến ngõ ra.
NHIỆT KẾ HỒNG NGOẠI :
Màng nhĩ phát ra năng lương hồng ngọai. Bộ vi xử lý sẽ điều khiển việc điều chỉnh độ nhạy và bù nhiệt, và tiến hành tính toán nhiệt độ bệnh nhân theo phương trình :
NHIỆT KẾ HỒNG NGOẠI :
Cảm biến môi trường là một nhiệt điện trở có tác dụng điều chỉnh cảm biến đo nhiệt độ (Ta).
Cảm biến hồng ngọai là một cảm biến hỏa điện (pyroelectric sensor) theo sau là bộ chuyển đổi dòng sang áp