- 2/19/2013 Tran Minh Thong NỘI DUNG 1 Giới thiệu tổng quát 2 Thang nhiệt độ chuẩn 3 Các cảm biến thụ động 4 Ứng dụng 5 Bài tập Giới Thiệu Nhiệt độ là đại lượng vật lý ảo. - Hai vật cùng nhiệt độ sẽ tạo ra một vật bằng nhiệt độ cũ. - Phương pháp đo nhiệt độ cũng khác biệt so với các phương pháp cho các đại lượng vật lý khác Phương pháp xác định nhiệt độ bằng thang nhiệt độ chuẩn Nhờ vào việc khảo sát quan hệ cấu trúc vật chất được dùng để xác định nhiệt độ Từ lý thuyết nhiệt động học, người ta lập nên thang nhiệt độ thực hành quốc tế (IPTS): Trạng thái cân Vật liệu bằng Độ C Độ F Oxygen Khí - Lỏng Nước Khí - Lỏng - Rắn Nước Lỏng - Khí Kẽm Rắn - Lỏng Bạc Rắn - Lỏng Vàng Rắn - Lỏng Vật liệu Trạng thái cân bằng Độ C Độ F Hydrogen Khí - Lỏng Neon Khí - Lỏng Nước Rắn - Lỏng Thiếc Rắn - Lỏng Chì Rắn - Lỏng Lưu Huỳnh Khí - Lỏng Antimoin Rắn - Lỏng Nhôm Rắn - Lỏng Chuyển đổi các đơn vị nhiệt độ thường dùng Nhiệt độ bách phân: T0(C. - T0(K)-273.15 Nhiệt độ Farenheit: T0(F. - 9/5*T0(C Resistance Temperature Detectors Resistance Temperature Detectors - RTDs Cấu tạo của RTDs Sử dụng mối quan hệ thay đổi điện trở theo nhiệt độ để có thể xác định nhiệt độ cần đo + Các kim loại thường dùng: đồng, niken, platin. - nhưng trong đó platin là vật liệu có mối quan hệ điện trở - nhiệt độ ổn định nhất Tùy theo các loại ứng dụng đòi hỏi các nhà sản xuất chế tạo ra các loại cảm biến Pt khác nhau: CÁCH DÙNG LOẠI NHIỆT TRỞ NƠI DÙNG Nhiệt trở chuẩn cấp độ 2 Phòng thí nghiệm I,A Dễ Vỡ Nhiệt trở dây quấn Pt Công nghiệp I,S,A Chắc Chắn I: ngâm trong nước A: không khí S: đo bề mặt Resistance Temperature Detectors - RTDs Điện trở của một dây dẫn thông thường với diện tích, chiều dài và trở dẫn theo nhiệt độ Bình thường, điện trở suất thay đổi theo công thức Sử dụng phương trình Callendar – Vandusen: 1. - Khi tầm nhiệt độ từ -2000C đến 00C. - Khi tầm nhiệt độ 00C đến 8500C. - 𝛽: bằng 0 khi nhiệt độ lớn hơn 00C. - Được xác định khi đo điện trở cảm biến đang ở -182.960C +𝛿: được xác định khi đo điện trở cảm biến đang ở 444.70C [𝛿= 1.49] +R0: điện trở cảm biến ở 00C [R Hệ số nhiệt của điện trở kim loại: 1 ∆𝑅 𝑅100 − 𝑅0. - 𝑅 ∆𝑇 100 ∗ 𝑅0 Trong đó: Ro: điện trở cảm biến ở 00C R100: điện trở cảm biến 1000C 𝑪á𝒄 𝒄𝒉𝒖ẩ𝒏 𝒄ơ 𝒃ả𝒏 𝒄𝒉𝒐 𝒏𝒉𝒊ệ𝒕 𝒕𝒓ở 𝑷𝒕. - 0.0039250C-1 Với chuẩn dùng cho cảm biến Pt công nghiệp. - 0.00385000C Thông số sử dụng thực tế với cảm biến nhiệt trở Pt: R(T)= R0[ 1 + ∝0 (𝑇 − 𝑇0. - Khi biết hệ số ∝ theo tiêu chuẩn, người ta định nghĩa độ nhạy cảm biến. - Độ nhạy cảm biến: là độ dốc của đường cong điện trở _ nhiệt độ 𝑆 =∝0 × 𝑅0 =∝25 × 𝑅25 =∝50 × 𝑅 Thông số ảnh hưởng đến sự chính xác khi đo nhiệt độ dùng nhiệt trở. - Hiện tượng tự đốt nóng cảm biết, nhiệt độ cảm biến bao giờ cũng phải cao hơn nhiệt độ môi trường Hằng số tiêu tán nhiệt: 𝑃𝐷 𝛿 𝑚𝑊/0𝐶 = ∆𝑇 Thời gian đáp ứng của cảm biến nhiệt trở Đáp ứng động của nhiệt trở là hàm bậc nhất của một bộ lọc thông thấp vì điện trở có quán tính nhiệt lớn Thời hằng: 𝜏 = 0.5 ÷ 5𝑠 Phương pháp cân chuẩn với điểm nhiệt độ xác định: 1. - Đặt cảm biến cần thử vào hệ thống 3. - Đo điện trở của cảm biến, nếu cần độ chính xác cao sử dụng do cầu điện trở Resistance Temperature Detectors - RTDs Để đo nhiệt đo dung RTDs, người ta thường dùng sơ đồ cầu điện trở Resistance Temperature Detectors - RTDs At balanced conditions Resistance Temperature Detectors - RTDs Thermistors Thermistors Cấu tạo từ chất bán dẫn, hệ số nhiệt có giá trị âm. - Thường được chế tạo từ oxid mangan-niken, mangan-niken-cobalt hoặc Mangan – niken- sắt Độ dẫn điện được kiểm soát bằng hàm lượng oxy trong chất bán dẫn Thermistors Quan hệ điện trở - nhiệt độ của Thermistors: R: là điện trở của Thermistor tại nhiệt độ T R0: là điện trở của Thermistor tại nhiệt độ T0 β: hằng số vật liệu 3000k < β < 5000K T0, T nhiệt độ tuyệt đối [0K Độ nhạy của cảm biến Thermistors. - 𝑅𝑇 𝑑𝑇 Từ mối quan hệ cơ bản điện trở nhiệt độ: 𝛽 S=- 2 𝑇 Thermistors Ảnh hưởng của sự tự đốt nóng của Thermistor Nhiệt độ tại đó có sụt áp xảy ra tối đa: 𝐵 − 𝐵2 − 4𝐵 ∗ 𝑇𝑎 𝑇𝑚𝑎𝑥 = 2 Ta: nhiệt độ môi trường Tuyến tính hóa Thermistor: Người ta mắc song song nó với một điện trở, gọi là điện trở để tuyến tính hóa Rl sao cho điện trở tương đương RT sẽ có các đặc trưng điện trở_ nhiệt tuyến tính Rc(T) Rl ≈ RT 31 ỨNG DỤNG Thiết bị đo độ cao dùng cảm biến Thermistor