Cảm biến nhiệt độ là gì: Các loại, nguyên lý hoạt động và ứng dụng

Tất cả chúng ta đều sử dụng cảm biến nhiệt độ trong cuộc sống hàng ngày của mình, có thể là nhiệt kế, bình đun nước nóng, lò vi sóng hoặc tủ lạnh. Thông thường, cảm biến nhiệt độ có rất nhiều ứng dụng, lĩnh vực giám sát địa kỹ thuật, là một trong số đó.

Cảm biến nhiệt độ là một công cụ đơn giản để đo mức độ nóng hoặc mát và chuyển nó thành một đơn vị có thể đọc được. Tuy nhiên, bạn có bao giờ tự hỏi nhiệt độ của đất, lỗ khoan, đập bê tông khổng lồ hay các tòa nhà được đo bằng cách nào không? Điều này được thực hiện thông qua một số cảm biến nhiệt độ chuyên dụng.

Cảm biến nhiệt độ được thiết kế để kiểm tra thường xuyên kết cấu bê tông, cầu, đường ray, đất, v.v.

Sau đây chúng tôi sẽ cho bạn biết cảm biến nhiệt độ là gì, nó hoạt động như thế nào, nó được sử dụng ở đâu và các loại khác nhau của nó là gì.

Cảm biến nhiệt độ là gì?

Cảm biến nhiệt độ là một thiết bị, điển hình là cặp nhiệt điện hoặc máy dò nhiệt độ điện trở, cung cấp phép đo nhiệt độ ở dạng có thể đọc được thông qua tín hiệu điện.

Nhiệt kế là dạng cơ bản nhất của đồng hồ nhiệt độ dùng để đo mức độ nóng và lạnh.

Máy đo nhiệt độ được sử dụng trong lĩnh vực địa kỹ thuật để theo dõi bê tông, kết cấu, đất, nước, cầu, v.v. về những thay đổi cấu trúc của chúng do sự thay đổi theo mùa.

Một cặp nhiệt điện (T / C) được làm từ hai kim loại khác nhau tạo ra hiệu điện thế tỷ lệ thuận với sự thay đổi của nhiệt độ. RTD (Máy dò nhiệt độ điện trở) là một biến trở thay đổi điện trở của nó tỷ lệ thuận với sự thay đổi nhiệt độ một cách chính xác, có thể lặp lại và gần như tuyến tính.

Cảm biến nhiệt độ để làm gì?

Cảm biến nhiệt độ là một thiết bị được thiết kế để đo mức độ nóng hoặc lạnh của một vật thể. Hoạt động của đồng hồ đo nhiệt độ phụ thuộc vào điện áp trên diode. Sự thay đổi nhiệt độ tỷ lệ thuận với điện trở của diode. Nhiệt độ càng lạnh thì điện trở càng thấp và ngược lại.

Điện trở trên diode được đo và chuyển đổi thành các đơn vị nhiệt độ có thể đọc được (Fahrenheit, C, Centigrade, v.v.) và, được hiển thị ở dạng số trên các đơn vị đọc. Trong lĩnh vực giám sát địa kỹ thuật, các cảm biến nhiệt độ này được sử dụng để đo nhiệt độ bên trong của các công trình như cầu, đập, tòa nhà, nhà máy điện, v.v.

Các chức năng của cảm biến nhiệt độ là gì?

Chà, có nhiều loại cảm biến nhiệt độ, nhưng, cách phổ biến nhất để phân loại chúng là dựa trên phương thức kết nối, bao gồm cảm biến nhiệt độ tiếp xúc và không tiếp xúc.

Cảm biến tiếp xúc bao gồm cặp nhiệt điện và nhiệt điện trở vì chúng tiếp xúc trực tiếp với đối tượng cần đo. Trong khi đó, các cảm biến nhiệt độ không tiếp xúc sẽ đo bức xạ nhiệt do nguồn nhiệt phát ra. Máy đo nhiệt độ như vậy thường được sử dụng trong các môi trường nguy hiểm như nhà máy điện hạt nhân hoặc nhà máy nhiệt điện.

Trong giám sát địa kỹ thuật, cảm biến nhiệt độ đo nhiệt của quá trình thủy hóa trong kết cấu bê tông khối lớn. Chúng cũng có thể được sử dụng để theo dõi sự di chuyển của nước ngầm hoặc nước thấm. Một trong những khu vực phổ biến nhất mà chúng được sử dụng là trong khi bảo dưỡng bê tông vì nó phải tương đối ấm để đông kết và bảo dưỡng đúng cách. Các biến đổi theo mùa gây ra sự mở rộng hoặc thu hẹp cấu trúc, do đó làm thay đổi khối lượng tổng thể của nó.

Cảm biến nhiệt độ hoạt động như thế nào?

Nguyên tắc hoạt động cơ bản của cảm biến nhiệt độ là điện áp trên các cực của diode. Nếu điện áp tăng, nhiệt độ cũng tăng, kéo theo sự sụt giảm điện áp giữa các cực của bóng bán dẫn của đế và cực phát trong một diode.

Bên cạnh đó, Encardio-Rite có cảm biến nhiệt độ dây rung hoạt động trên nguyên tắc ứng suất thay đổi do nhiệt độ thay đổi.

Đồng hồ đo nhiệt độ dây rung được thiết kế trên nguyên tắc các kim loại khác nhau có hệ số giãn nở tuyến tính khác nhau theo sự thay đổi nhiệt độ.

Nó chủ yếu bao gồm một dây kéo căng có từ tính, độ bền kéo cao, hai đầu của chúng được cố định vào bất kỳ kim loại nào khác nhau theo cách mà bất kỳ sự thay đổi nhiệt độ nào cũng ảnh hưởng trực tiếp đến lực căng của dây và do đó, tần số dao động tự nhiên của nó.

Kim loại khác biệt, trong trường hợp của đồng hồ nhiệt độ Encardio-Rite, là nhôm (Nhôm có hệ số giãn nở nhiệt lớn hơn thép.) Khi tín hiệu nhiệt độ được chuyển đổi thành tần số, cùng một đơn vị đọc ra được sử dụng cho các Cảm biến dây rung cũng có thể được sử dụng để theo dõi nhiệt độ.

Sự thay đổi nhiệt độ được cảm biến bằng cảm biến dây rung Encardio-rite được chế tạo đặc biệt và được chuyển đổi thành tín hiệu điện được truyền dưới dạng tần số đến bộ phận đọc ra.

Tần số tỷ lệ với nhiệt độ và lần lượt với lực căng ‘σ’ trong dây, có thể được xác định như sau:

f = 1/2 [σg / ρ] / 2l Hz

Ở đây:

σ = lực căng của dây

g = gia tốc do trọng lực

ρ = mật độ của dây

l = chiều dài của dây

Các loại cảm biến nhiệt độ khác nhau là gì?

Cảm biến nhiệt độ có nhiều loại, hình dạng và kích cỡ khác nhau. Hai loại cảm biến nhiệt độ chính là:

Cảm biến nhiệt độ loại tiếp xúc : Có một số máy đo nhiệt độ đo mức độ nóng hoặc mát của một vật thể bằng cách tiếp xúc trực tiếp với nó. Các cảm biến nhiệt độ như vậy thuộc loại tiếp xúc loại. Chúng có thể được sử dụng để phát hiện chất rắn, chất lỏng hoặc chất khí trong một phạm vi nhiệt độ rộng.

Cảm biến nhiệt độ loại không tiếp xúc: Những loại máy đo nhiệt độ này không tiếp xúc trực tiếp với đối tượng, chúng đo mức độ nóng hoặc mát thông qua bức xạ phát ra từ nguồn nhiệt.

Cảm biến nhiệt độ tiếp xúc và không tiếp xúc được chia thành:

Bộ điều nhiệt

Bộ điều nhiệt là một cảm biến nhiệt độ kiểu tiếp xúc bao gồm một dải hai kim loại được tạo thành từ hai kim loại khác nhau như nhôm, đồng, niken hoặc vonfram.

Sự khác biệt về hệ số giãn nở tuyến tính của cả hai kim loại khiến chúng tạo ra chuyển động uốn cong cơ học khi nó chịu nhiệt.

Thermistors

Nhiệt điện trở hay điện trở nhạy nhiệt là những điện trở thay đổi hình dáng bên ngoài khi chịu sự thay đổi của nhiệt độ. Các nhiệt điện trở được tạo thành từ vật liệu gốm như oxit niken, mangan hoặc coban được phủ trong thủy tinh cho phép chúng biến dạng dễ dàng.

Hầu hết các nhiệt điện trở có hệ số nhiệt độ âm (NTC) có nghĩa là điện trở của chúng giảm khi nhiệt độ tăng. Tuy nhiên, có một số nhiệt điện trở có hệ số nhiệt độ dương (PTC) và điện trở của chúng tăng lên khi nhiệt độ tăng.

Đầu dò nhiệt độ điện trở (RTD)

RTD là cảm biến nhiệt độ chính xác được tạo thành từ các kim loại dẫn điện có độ tinh khiết cao như bạch kim, đồng hoặc niken được quấn thành cuộn dây. Điện trở của RTD thay đổi tương tự như của nhiệt điện trở.

Cặp nhiệt điện

Một trong những cảm biến nhiệt độ phổ biến nhất bao gồm cặp nhiệt điện vì phạm vi hoạt động nhiệt độ rộng, độ tin cậy, độ chính xác, đơn giản và độ nhạy của chúng.

Một cặp nhiệt điện thường bao gồm hai điểm nối của các kim loại khác nhau, chẳng hạn như đồng và hằng số được hàn hoặc uốn với nhau. Một trong những điểm nối này, được gọi là Điểm nối lạnh, được giữ ở nhiệt độ cụ thể trong khi điểm nối còn lại là điểm nối đo, được gọi là Điểm nối nóng.

Khi chịu nhiệt độ, sự sụt giảm điện áp được phát triển trên đường giao nhau.

Hệ số nhiệt độ âm (NTC) Thermistor

Nhiệt điện trở về cơ bản là một cảm biến nhiệt độ nhạy, phản ứng chính xác với những thay đổi nhiệt độ thậm chí từng phút. Nó cung cấp một điện trở rất lớn ở nhiệt độ rất thấp. Điều này có nghĩa là, ngay khi nhiệt độ bắt đầu tăng, điện trở bắt đầu giảm nhanh chóng.

Do sự thay đổi điện trở lớn trên mỗi độ C, ngay cả một sự thay đổi nhiệt độ nhỏ cũng được hiển thị chính xác bằng Nhiệt điện trở Hệ số Nhiệt độ Âm (NTC). Do nguyên tắc làm việc theo cấp số nhân này, nó đòi hỏi sự tuyến tính hóa. Chúng thường hoạt động trong khoảng -50 đến 250 ° C.

Cảm biến dựa trên chất bán dẫn

Cảm biến nhiệt độ dựa trên chất bán dẫn hoạt động với các mạch tích hợp kép (IC). Chúng chứa hai điốt tương tự với đặc tính điện áp và dòng điện nhạy cảm với nhiệt độ để đo sự thay đổi nhiệt độ một cách hiệu quả.

Tuy nhiên, chúng cho đầu ra tuyến tính nhưng kém chính xác hơn ở 1 ° C đến 5 ° C. Chúng cũng thể hiện khả năng phản hồi chậm nhất (5 giây đến 60 giây) trong phạm vi nhiệt độ hẹp nhất (-70 ° C đến 150 ° C).

Cảm biến nhiệt độ dây rung Model ETT-10V

Máy đo nhiệt độ dây rung Encardio-rite Model ETT-10V được sử dụng để đo nhiệt độ bên trong kết cấu bê tông hoặc nước. Nó có độ phân giải tốt hơn 0,1 ° C và hoạt động tương tự như của Cảm biến nhiệt độ cặp nhiệt điện. Nó cũng có một khoảng nhiệt độ cao từ -20 o đến 80 o  C.

Thông số kỹ thuật của Máy đo nhiệt độ dây rung ETT-10V

Đầu dò nhiệt điện trở kiểu ETT-10TH

Đầu dò nhiệt độ kháng Encardio-rite Model ETT-10TH là một đầu dò nhiệt độ không thấm nước khối lượng thấp để đo nhiệt độ từ –20 đến 80 ° C. Do khối lượng nhiệt thấp, nó có thời gian đáp ứng nhanh.

Đầu dò nhiệt độ điện trở Model ETT-10TH được thiết kế đặc biệt để đo nhiệt độ bề mặt của thép & đo nhiệt độ bề mặt của kết cấu bê tông. ETT-10TH có thể được nhúng vào bê tông để đo nhiệt độ khối bên trong bê tông và thậm chí có thể hoạt động dưới nước.

Các đầu dò nhiệt độ điện trở ETT-10TH hoàn toàn có thể hoán đổi cho nhau. Các giá trị nhiệt độ sẽ không chênh lệch quá 1 ° C trong phạm vi nhiệt độ làm việc được chỉ định. Điều này cho phép sử dụng một chỉ báo duy nhất với bất kỳ đầu dò ETT-10TH nào mà không cần hiệu chuẩn lại.

Chỉ báo dây rung mô hình EDI-51V của Encardio-rite khi được sử dụng với ETT-10TH hiển thị trực tiếp nhiệt độ đầu dò theo độ C.

Đầu dò nhiệt điện trở kiểu ETT-10TH hoạt động như thế nào?

Đầu dò nhiệt độ ETT-10TH bao gồm một đường cong nhiệt điện trở phù hợp với đường cong điện trở nhiệt epoxy được bao bọc trong ống đồng để đáp ứng nhiệt nhanh hơn và bảo vệ môi trường. Ống được làm phẳng ở đầu để nó có thể được cố định vào bất kỳ bề mặt bê tông hoặc kim loại phẳng hợp lý nào để đo nhiệt độ bề mặt.

Đầu phẳng của đầu dò có thể được cố định vào hầu hết các bề mặt với sự trợ giúp của chất kết dính epoxy hai phần dễ dàng có sẵn. Nếu muốn, đầu dò cũng có thể được bắt vít xuống bề mặt của cấu trúc.

Đầu dò nhiệt độ được cung cấp với cáp bốn lõi được sử dụng làm tiêu chuẩn trong tất cả các máy đo độ căng dây rung Encardio-rite. Các dây màu trắng và xanh lá cây được sử dụng cho nhiệt điện trở tương tự như các cảm biến dây rung Encardio-rite khác.

Cặp dây đỏ đen còn nguyên chưa sử dụng. Bảng màu thống nhất giữa các cảm biến khác nhau giúp kết nối không bị lỗi với thiết bị đầu cuối của bộ ghi dữ liệu dễ dàng hơn.

Thông số kỹ thuật của Model ETT-10TH

Đầu dò nhiệt độ RTD Model ETT-10PT

Các ETT-10pt RTD (Resistance Nhiệt độ Detector) thăm dò nhiệt độ bao gồm một yếu tố kháng gốm (Pt. 100) với DIN IEC 751 (cựu DIN 43.760) đường cong hiệu chuẩn châu Âu. Phần tử điện trở được đặt trong một ống thép không gỉ chắc chắn khép kín giúp bảo vệ phần tử chống lại độ ẩm.

Đầu dò nhiệt độ RTD Model ETT-10PT hoạt động như thế nào?

Đầu dò nhiệt độ điện trở hoạt động dựa trên nguyên tắc điện trở của cảm biến là một hàm của nhiệt độ được cảm biến. RTD bạch kim có độ chính xác, tuyến tính, ổn định và lặp lại rất tốt.

Đầu dò nhiệt độ điện trở kiểu ETT-10PT được cung cấp với một cáp ba lõi được bảo vệ. Dây màu đỏ cung cấp một kết nối và hai dây màu đen cùng nhau cung cấp kết nối còn lại. Do đó, sự bù đắp đạt được đối với điện trở chì và sự thay đổi nhiệt độ trong điện trở chì. Các chỉ số cảm biến nhiệt độ điện trở có thể được đọc dễ dàng bằng cách sử dụng chỉ báo nhiệt độ RTD kỹ thuật số.

Bấm vào nút chỉnh sửa để thay đổi văn bản này. Lorem ipsum dolor sit amet, consectetur adipiscing elit. Ut elit tellus, luctus sep ullamcorper mattis, pulvinar dapibus leo.

Thông số kỹ thuật của Model ETT-10PT RTD Probe

Cặp nhiệt điện Encardio-Rite

Nghi thức Encardio cung cấp cặp nhiệt điện loại T (Đồng-Constantan) để đo nhiệt độ bên trong kết cấu bê tông. Nó bao gồm hai kim loại khác nhau, được nối với nhau ở một đầu. Khi mối nối của hai kim loại được làm nóng hoặc làm lạnh, một điện áp được tạo ra có thể tương quan trở lại với nhiệt độ.

Phép đo cặp nhiệt điện bao gồm một dây cặp nhiệt điện có hai dây dẫn khác nhau (Đồng-Constantan) được nối ở một đầu để tạo thành một mối nối nóng. Đầu này được bịt kín để chống ăn mòn và đặt ở các vị trí đo nhiệt độ cần thiết.

Đầu kia của dây cặp nhiệt điện được nối với đầu nối cặp nhiệt điện thích hợp để tạo thành một mối nối lạnh. Đầu đọc cặp nhiệt điện hiển thị kết quả đọc trực tiếp nhiệt độ tại vị trí được lắp đặt và tự động bù nhiệt độ tại điểm nối lạnh.

Thông số kỹ thuật của cặp nhiệt điện Encardio-Rite

Cảm biến nhiệt độ được sử dụng ở đâu?

Các ứng dụng của cảm biến nhiệt độ bao gồm:

1. Các cảm biến nhiệt độ được sử dụng để xác minh các giả định thiết kế sẽ thúc đẩy thiết kế và xây dựng an toàn và kinh tế hơn.
2. Chúng được sử dụng để đo độ tăng nhiệt độ trong quá trình đóng rắn bê tông.
3. Chúng có thể đo nhiệt độ đá gần bể chứa khí lỏng và hoạt động đóng băng trên mặt đất.
4. Cảm biến nhiệt độ cũng có thể đo nhiệt độ nước trong hồ chứa và lỗ khoan.
5. Nó có thể được sử dụng để giải thích ứng suất liên quan đến nhiệt độ và sự thay đổi thể tích trong đập.
6. Chúng cũng có thể được sử dụng để nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ trên các thiết bị được lắp đặt khác.

Ưu điểm của cảm biến nhiệt độ của Encardio-Rite

1. Cảm biến nhiệt độ Encardio-Rite chính xác, chi phí thấp và cực kỳ đáng tin cậy.
2. Chúng thích hợp cho cả ứng dụng gắn trên bề mặt và ứng dụng nhúng.
3. Khối lượng nhiệt thấp dẫn đến thời gian phản hồi nhanh hơn.
4. Cảm biến nhiệt độ dây rung hoàn toàn có thể hoán đổi cho nhau; một chỉ báo có thể đọc tất cả các cảm biến.
5. Nó có thân chống chịu thời tiết được xếp hạng IP-68.
6. Chúng đi kèm với các chỉ số có sẵn để hiển thị nhiệt độ trực tiếp.
7. Các đầu dò nhiệt độ có độ tuyến tính và độ trễ tuyệt vời.
8. Công nghệ dây rung đảm bảo độ ổn định lâu dài, đọc nhanh và dễ dàng.
9. Các cảm biến được hàn kín bằng cách hàn chùm điện tử với chân không khoảng 1/1000 Torr bên trong nó.
10. Chúng thích hợp để đọc, quét từ xa cũng như ghi dữ liệu.

Các câu hỏi thường gặp

Sự khác biệt giữa cảm biến nhiệt độ và máy phát nhiệt độ là gì?

Cảm biến nhiệt độ là một công cụ được sử dụng để đo mức độ nóng hoặc mát của một đối tượng, trong khi đó, bộ truyền nhiệt độ là một thiết bị được giao tiếp với cảm biến nhiệt độ để truyền tín hiệu đến một vị trí từ xa nhằm mục đích giám sát và điều khiển.

Điều này có nghĩa là, một cặp nhiệt điện, RTD hoặc một điện trở nhiệt được kết nối với bộ ghi dữ liệu để lấy dữ liệu ở bất kỳ vị trí từ xa nào.

Làm thế nào được đo nhiệt độ trong một đập bê tông?

Ngoại trừ quy trình được áp dụng trong quá trình thi công, yếu tố đơn lẻ lớn nhất gây ra ứng suất trong bê tông khối lớn là do sự thay đổi nhiệt độ. Do đó, để phân tích sự phát triển của ứng suất nhiệt và kiểm soát quá trình làm mát nhân tạo, cần theo dõi sự biến đổi nhiệt độ của bê tông trong quá trình thi công.

Đối với điều này, nhiệt độ nên được đo chính xác ở nhiều điểm trong cấu trúc, trong nước và trong không khí. Cần nhúng đủ số lượng cảm biến để có được hình ảnh chính xác về sự phân bố nhiệt độ tại các điểm khác nhau trong cấu trúc.

Trong một đập bê tông lớn, một sơ đồ điển hình sẽ là đặt một đầu dò nhiệt độ cứ sau 15 – 20 m dọc theo mặt cắt và cứ 10 m dọc theo cao trình. Đối với các đập nhỏ hơn, khoảng cách có thể được giảm bớt. Đầu dò nhiệt độ được đặt ở mặt thượng lưu của một con đập sẽ đánh giá nhiệt độ của hồ chứa khi nó thay đổi trong năm.

Điều này dễ dàng hơn nhiều so với việc thỉnh thoảng thả một nhiệt kế vào bể chứa để quan sát. Trong quá trình vận hành một đập bê tông, sự thay đổi hàng ngày và theo mùa của môi trường, tác động xấu đến sự phát triển của ứng suất nhiệt trong kết cấu. Hiệu quả rõ ràng hơn ở phía hạ lưu. Một vài cảm biến nhiệt độ nên được đặt gần và ở mặt hạ lưu của đập bê tông để đánh giá sự biến động nhanh chóng hàng ngày và hàng tuần của nhiệt độ.

Cảm biến nhiệt độ chính xác nhất là loại nào?

RTD là cảm biến nhiệt độ chính xác nhất. RTD bạch kim có độ chính xác, tuyến tính, ổn định và lặp lại rất tốt so với cặp nhiệt điện hoặc nhiệt điện trở.

Cặp nhiệt điện là gì?

Cặp nhiệt điện là một loại cảm biến nhiệt độ được sử dụng để đo nhiệt độ bên trong của một vật thể.

Có ba định luật cho cặp nhiệt điện như được nêu dưới đây:

Quy luật vật chất đồng nhất

Nếu tất cả các dây dẫn và cặp nhiệt điện được làm bằng cùng một vật liệu, thì sự thay đổi nhiệt độ trong dây dẫn không ảnh hưởng đến điện áp đầu ra. Do đó, cần có dây được tạo thành từ các vật liệu riêng biệt.

Quy luật vật liệu trung gian

Tổng của tất cả các lực nhiệt điện trong một đoạn mạch có một số vật liệu khác nhau ở nhiệt độ đồng nhất bằng không. Điều này ngụ ý rằng nếu một vật liệu thứ ba được thêm vào ở cùng một nhiệt độ, thì không có điện áp thực nào được tạo ra bởi vật liệu mới.

Định luật nhiệt độ kế tiếp hoặc nhiệt độ trung gian

Nếu hai vật liệu đồng nhất khác nhau tạo ra nhiệt emf1 khi các điểm nối ở T1 và T2 và tạo ra nhiệt emf2 khi các mối nối ở T2 và T3, thì emf được tạo ra khi các điểm nối ở T1 và T3 sẽ là emf1 + emf2

Làm thế nào để bạn kiểm tra một cảm biến nhiệt độ?

Tại Encardio-Rite, chúng tôi có các buồng kiểm tra nhiệt độ chuyên biệt (với các hệ thống kiểm soát nhiệt độ và nhiệt độ đã biết) để kiểm tra độ chính xác và chất lượng của các cảm biến nhiệt độ của chúng tôi.

Đây là tất cả về cảm biến nhiệt độ, các loại khác nhau, ứng dụng, cách sử dụng cũng như nguyên lý hoạt động của chúng. Hãy cho chúng tôi biết thắc mắc của bạn trong phần bình luận bên dưới.