Nhiệt độ là một trong những thông số quan trọng trong nhiều lĩnh vực khác nhau, từ công nghiệp đến y tế, từ nông nghiệp đến nghiên cứu khoa học. Để đo lường và kiểm soát nhiệt độ một cách chính xác, cảm biến nhiệt độ đóng vai trò quan trọng. Với sự phát triển không ngừng của công nghệ, ngày nay có nhiều loại cảm biến nhiệt độ khác nhau, mỗi loại đều có những ưu và nhược điểm riêng. Vậy có các loại cảm biến nhiệt độ thông dụng nào hiện nay? Cần lưu ý gì khi sử dụng chúng? Cùng A.I Tech tìm hiểu ngay nào!
Cảm biến nhiệt độ là gì?
Cảm biến nhiệt độ (temperature sensor) là một trong những bộ cảm biến được sử dụng để đo lường sự thay đổi nhiệt độ của môi trường, dung dịch hoặc đối tượng cụ thể. Nguyên lý hoạt động của cảm biến nhiệt như sau: Khi nhiệt độ thay đổi sẽ làm điện trở, điện áp, hoặc một đại lượng dòng điện cụ thể tùy theo loại cảm biến thay đổi theo. Từ đó cảm biến nhiệt sẽ ghi nhận tín hiệu và chuyển đổi thành giá trị đo lường nhiệt độ tương ứng.
Các loại cảm biến nhiệt độ
Để có thể đo lường chính xác giá trị nhiệt độ trong các môi trường hoặc đối tượng cụ thể, thì hiện nay nhiều loại cảm biến nhiệt với cấu tạo và nguyên lý hoạt động khác nhau đã được nghiên cứu và sản xuất. Mỗi loại sẽ có những ưu điểm riêng, được sử dụng cho mục đích nhất định. Vậy có các loại cảm biến nhiệt độ nào?
Cảm biến nhiệt điện trở (RTD)
Cảm biến nhiệt điện trở – Resistance Temperature Detector thường được làm từ kim loại như platinum, nickel hoặc đồng, với platinum. Nguyên lý hoạt động của RTD dựa trên mối quan hệ tuyến tính giữa điện trở và nhiệt độ của kim loại. Khi nhiệt độ tăng, điện trở của cảm biến cũng tăng theo một tỷ lệ xác định. Dựa vào đó cảm biến sẽ tính toán được nhiệt độ ở môi trường xung quanh với độ chính xác cao, phạm vi đo rộng từ -200°C đến 850°C.
Cảm biến cặp nhiệt điện (Thermocouple)
Cảm biến cặp nhiệt điện, hay còn gọi là thermocouple, là một loại cảm biến nhiệt độ hoạt động dựa trên hiệu ứng Seebeck. Cấu tạo cơ bản của một cặp nhiệt điện gồm hai dây kim loại khác nhau được hàn nối tại một đầu. Khi nhiệt độ thay đổi sẽ tạo ra sự chênh lệch hiệu điện thế giữa hai đầu dây. Nhờ sự thay đổi này, cảm biến nhiệt có thể tính toán và xác định được nhiệt độ bên ngoài. Phạm vi đo của laoij cảm biến này tương đối rộng, có thể đạt từ -200°C đến 1350°C.
Cảm biến nhiệt độ hồng ngoại (Infrared temperature sensor)
Khác với các loại cảm biến truyền thống như RTD hay cặp nhiệt điện, cảm biến hồng ngoại không cần tiếp xúc trực tiếp với đối tượng cần đo. Nguyên lý hoạt động của cảm biến nhiệt độ hồng ngoại dựa trên định luật Stefan-Boltzmann, theo đó mọi vật thể có nhiệt độ trên 0 Kelvin đều phát ra bức xạ hồng ngoại. Cường độ và bước sóng của bức xạ này phụ thuộc vào nhiệt độ của vật thể. Cảm biến hồng ngoại thu nhận bức xạ này và chuyển đổi thành tín hiệu điện, từ đó xác định được nhiệt độ cần đo.
>>Xem thêm: Cảm biến khoảng cách hồng ngoại
Cảm biến nhiệt kế bức xạ (Pyrometer)
Cảm biến nhiệt kế bức xạ (Pyrometer) hoạt động dựa trên nguyên lý đo bức xạ nhiệt từ vật thể. Loại cảm biến này thường được ứng dụng để đo nhiệt độ cao, đặc biệt trong các môi trường công nghiệp như lò nung, xưởng đúc,…. Nguyên lý hoạt động của pyrometer dựa trên định luật Stefan-Boltzmann và định luật Wien. Theo đó, mọi vật thể ở nhiệt độ trên 0 Kelvin đều phát ra bức xạ điện từ, với cường độ và bước sóng phụ thuộc vào nhiệt độ. Pyrometer thu nhận bức xạ này, phân tích nó, và chuyển đổi thành giá trị nhiệt độ.
Cảm biến nhiệt độ điện trở oxit kim loại (Thermistor)
Cảm biến nhiệt độ điện trở oxit kim loại hoạt động dựa trên nguyên lý thay đổi điện trở của vật liệu bán dẫn khi nhiệt độ thay đổi. Cấu tạo của thermistor thường bao gồm oxit kim loại như mangan, coban, đồng và niken, được ép thành dạng hạt nhỏ và sau đó được nung kết. Các dây dẫn được gắn vào hai đầu của vật liệu này để tạo thành một linh kiện hoàn chỉnh.
Có hai loại thermistor chính:
- NTC (Negative Temperature Coefficient): điện trở giảm khi nhiệt độ tăng
- PTC (Positive Temperature Coefficient): điện trở tăng khi nhiệt độ tăng
NTC là loại phổ biến hơn và được sử dụng rộng rãi trong nhiều ứng dụng đo nhiệt độ.
Cảm biến nhiệt độ bán dẫn (Semiconductor temperature sensor)
Cảm biến nhiệt độ bán dẫn thường được làm bằng những vật liệu bán dẫn như Diode, Transistor và IC. Nguyên lý hoạt động của loại cảm biến này dựa trên sự thay đổi tuyến tính của mức độ phân cực các lớp P-N trong chất bán dẫn khi nhiệt độ môi trường thay đổi. Điều này cho phép cảm biến chuyển đổi nhiệt độ thành tín hiệu điện để đo lường. Ưu điểm nổi bật của cảm biến nhiệt độ bán dẫn bao gồm độ chính xác cao, khả năng hoạt động ổn định trong nhiều điều kiện môi trường, khả năng chống nhiễu tốt, và yêu cầu mạch điện xử lý đơn giản.
Ứng dụng của các loại cảm biến nhiệt độ
Cảm biến nhiệt độ đóng vai trò quan trọng trong nhiều lĩnh vực công nghiệp và đời sống hàng ngày. Các ứng dụng của chúng bao gồm:
- Giám sát nhiệt độ trong quy trình sản xuất của lò nung, lò sấy, lò đúc,, đô nhiệt độ của máy móc,…
- Theo dõi nhiệt độ đất và không khí trong nhà kính, tối ưu hóa điều kiện trồng trọt.
- Đo thân nhiệt.
- Kiểm soát nhiệt độ động cơ và hệ thống điều hòa.
- Được sử dụng trong các thiết bị như tủ lạnh, lò vi sóng để duy trì nhiệt độ mong muốn.
- Giám sát nhiệt độ trong các nhà máy điện, tối ưu hóa hiệu suất.
Với sự phát triển của Internet vạn vật (IoT), các cảm biến nhiệt độ ngày càng được tích hợp vào hệ thống thông minh, cho phép giám sát và kiểm soát từ xa. Điều này mở ra cơ hội lớn cho doanh nghiệp nâng cao hiệu quả hoạt động và tiết kiệm chi phí.
Nếu doanh nghiệp của bạn đang tìm kiếm giải pháp để nâng cao hiệu quả hoạt động, hãy khám phá các giải pháp chuyển đổi số của A.I Tech. Chúng tôi cung cấp các giải pháp IoT tiên tiến, tích hợp cảm biến nhiệt độ và nhiều công nghệ khác, giúp bạn quản lý và vận hành doanh nghiệp một cách hiệu quả hơn. Hãy liên hệ với A.I Tech qua số HOTLINE 0949491355 để được tư vấn chi tiết về giải pháp phù hợp với doanh nghiệp.
Cách lựa chọn cảm biến nhiệt độ phù hợp cho doanh nghiệp
Việc lựa chọn cảm biến nhiệt độ phù hợp cho doanh nghiệp là điều cần thiết để đảm bảo độ chính xác khi hoạt động, giảm thiểu các sai sót không đáng có ảnh hưởng đến hiệu suất hoạt động. Dưới đây là một số yếu tố cần cân nhắc khi lựa chọn cảm biến nhiệt độ:
- Mục đích sử dụng cảm biến nhiệt độ.
- Cần xác định phạm vi nhiệt độ cần đo.
- Độ sai số và thời gian đo.
Dựa vào các yếu tố trên doanh nghiệp có thể lựa chọn các loại cảm biến nhiệt độ phù hợp
- Cảm biến nhiệt điện trở (RTD): Có độ chính xác cao, ổn định và giá thành hợp lý.
- Cảm biến cặp nhiệt điện (Thermocouple): Có thể đo được nhiệt độ cao, lên đến 1800°C. Tuy nhiên, độ chính xác thường thấp hơn so với RTD.
- Thermistor: Có độ nhạy cao và kích thước nhỏ gọn. Phù hợp cho các ứng dụng đo nhiệt độ trong phạm vi hẹp. Tuy nhiên sai số khi đo lớn và độ ổn định thấp.
- Cảm biến nhiệt độ bán dẫn: Có độ chính xác cao. Phù hợp cho các ứng dụng yêu cầu sai số đo thấp. Tuy nhiên, cảm biến IC thường có giá thành cao và chỉ đo được trong dải nhiệt độ hẹp.
Một số lưu ý khi sử dụng cảm biến nhiệt
Để đảm bảo cảm biến nhiệt hoạt động chính xác bạn cần lưu ý một số điểm quan trọng sau:
- Lắp đặt cảm biến chính xác, đảm bảo tiếp xúc tốt với môi trường cần đo.
- Tránh lắp đặt cảm biến ở những nơi có nguồn nhiệt quá lớn, nơi có rung động mạnh hoặc hóa chất có tính ăn mòn.
- Sử dụng dây dẫn phù hợp với yêu cầu kỹ thuật của cảm biến. Đảm bảo kết nối điện đúng cách, tránh tình trạng chập cháy, hở mạch.
- Vệ sinh, bảo dưỡng cảm biến định kỳ theo hướng dẫn.
- Hiệu chỉnh cảm biến nếu có sai lệch so với giá trị chuẩn.
Lời kết
Trên đây A.I Tech đã giới thiệu tổng quan về các loại cảm biến nhiệt độ cũng như ứng dụng thực tế và những lưu ý khi sử dụng. Qua đó có thể thấy mỗi loại cảm biến có ưu điểm riêng, phù hợp với các ứng dụng cụ thể. Việc lựa chọn đúng loại cảm biến và tuân thủ các nguyên tắc sử dụng không chỉ đảm bảo độ chính xác trong đo lường mà còn giúp tăng thời gian hoạt động của cảm biến hiệu quả hơn.
