CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ

Embed Size (px)

Text of CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ

CM BIN NHIT (TEMPRATURE SENSOR)

1. Khi nim chung 1.1. Khi nim cm bin nhit

Cm bin nhit l cc vt liu kim loi hoc l bn dn c gi tr in tr thay i theo nhit hoc dng in phn cc ngc cc lp tip gip thay i khi b tc dng bi nhit . -Nhit c vai tr quyt nh nhiu tnh cht cu vt cht.Mt trong nhng c im tc ng ca nhit l lm thay i 1 cch lin tc cc i lng chu nh hng ca n. Do trong khoa hc, cng nghip v i snghng ngy vic o lng v khng ch nhit l mt iu rt cn thit. o lng nhit v t kt qu o lng c th khng ch nhit ta dng ti cm bin nhit. cm bin nhit c dng ph bin trong dn dng v cng nghip vi mc ch khng ch v diu chnh nhit . 1.2. Thang o nhit Ta c 3 thang o: --Thang Kenvin (0K). Trong thang ny nhit ca im cn bng 3 trng thi nc-nc -hi nc c gn tr s 273,150K. --Thang Cenlsius-thang bch phn (0C). T(0C)=T(0K) - 273,15 --Thang Farenheit (0F). T(0F).=1,8T(0C) + 32 2. Nhit in tr kim loi

Nhit in tr kim loi l 1 loi cm bin s dng cc kim loi: Platin, Niken v 1 s oxit kim loi c in tr thay i theo nhit m n b tc ng. 2.1. Nhit in tr Platin (Pt). a. c im. Nhit in tr platin c ch to t kim loi platin kt hp vi 1 s hp cht kim loi khc tng in tr thanh o nhit hoc tng bn. y l loi cm bin o nhit rt thng dng trong cng nghip, c di nhit o c t -2000C n 8500C. Quan h gia in tr ca in tr platin vi nhit mi trng o xc nh theo a thc: +Di o t -2000C n 00C R(t)=R0.(1 + A.t + B.t2 + C.[t-1000C].t3) +Di o t 00C n 8500C R(t)=R0.(1 + A.t + B.t2) Trong A,B,C l cc h s thc nghim A = 3.9082.10-3 B = -5,082. 10-7 C = -4,2735. 10-12 R0 : nhit in tr ca in tr Pt 00C. Trong khong nhit trn 00C nhit c tnh theo s thay i ca in tr Pt nh sau: t = (-R0.A + [(R0.A)2 4.R0.B.(R0 R)]1/2)/(2. R0.B) *u & nhc im: -u im:

+Di o rng. + chnh xc cao. +ng dng ph bin trong cc l nhit. -Nhc im: Do phi s dng hp cht platin trong mi trng nhit cao nn tnh cht vt l ca n s b thay i theo thi gian v vy u o phi c thay mi nh k. b. Cc nhit in tr Pt thc t (hnh nh minh ha) Trong thc t ngi ta ch to cc nhit in tr: Pt-100, Pt-500, Pt-1000.. Nhit in tr Pt-100 Pt-500 Pt-1000 2.2. Nhit in tr Niken -c ch to t kim loi chnh l Niken theo tiu chun DIN 43760. Thng trong thc t ch ta Ni-100 c di o t -600C n 2500C. -Tr s in tr c trng 00C l R0 = 100. Quan h gia nhitd din tr v mi trng o: R(t) = R0.(1 + A.t + B.t2 + C.t4 + D.t6) Trong : A =0,5845.10-2 B = 0,665.10-2 R0 100 500 1000 S thay i nhit 0,4/0K 2/0K 04/0K

C = 2,805. 10-4 D = 2,111. 10-7 -c im: Ni-100 c dung sai khng ln nn lc no ta cng c th thay th cci khc c cng cp dung sai m ko cn chun nh li. Trong thc t Ni-100 c ng dng trong khng ch nhit ca iu ha. 2.3. K thut ni dy. in tr ca nhit in tr thay i theo nhit ,vi mt dng in khng i qua nhit in tr ta c th o c V = R.I nh vy khi R thay i dn ti V thy i. cm bin khng b nng ln khi o th dng in cn phi nh khong 1mA. Vi Pt-100 1000C ta c U = 0,1V. in th ny cn a ti my o vi sai s thp nhp. thc chin iu ny l phi c cc k thut ni dy o. Ta c 4 k thut. a. K thut ni 2 dy

Phng php ny t s dng do sai d vn ln. b. K thut 3 dy

K thut ny c dng rt ph bin. K thut ny yu cu 3 dy o c cng tr s k thut v cng nhit . c. K thut 4 dy

K thut ny cho kt qu tt nht. d. K thut 2 dy vi b bin i tn hiu o Vn dng 2 dy o nhng khng b sai s bng ch thay i tn hiu o. B bin i bin i tn hiu ca cm bin thnh 1 dng ienj chun tuyn tnh vi nhit v cng t 4mA n 20mA. Dng in nui cho b bin i c ti qua hai dy o vi cng khong 4mA. 2.4. Nhit in tr bn dn:(Thermistor): Lm t hp cht bt oxit nn nh hnh,nung nhit 10000C v c trng 2 lp kim loi 2 mt kt ni vi h thng mch bn ngoi. MgO ; MgAl2O4 ; Mn2O3 ; Fe3O4. u im: c nhy nhit cao,di o t 50C n 150C. Nhc im ca in tr bn dn l c tnh nhit c phi tuyn cao, kh khc . Khng c s dng lm cm bin o nhit m dng cnh bo v khng ch nhit . 2.5. Cu trc ca nhit in tr kim loi a. Nhit in tr v gm bc kim loi

Si Pt hoc Ni c qun bn trong ng gm s bn ngoi bc bng kim loi chu nhit cao tng bn c hc. Cu trc ny cho di o t -200 0C n 8000C. b. Nhit in tr v thy tinh Si Pt c qun bn trong 1 ng thy tinh. Loi cm bin ny c nhy v bn c hc cao cho di o t -2000C n 4000C dng trong mi trng ha cht v n mn cao. c. Nhit in tr v nha Dy Pt c ng knh khong 30m c dn kn gia 2 lp nha poliamit. ng dng o nhit b mt cc ng hoc cun dy bin th cao p. Di o t -800C n 2300C. d. Nhit in tr k thut mng mng. Platin c phun ph bng phng php phun ion hoc bc hi chn khng ln mt nn nhm oxit vi dy khong 1m. Sau lp Pt s c to thnh 1 dng gp khc bng phng php quang khc hay bng tia laze. Cui cng c ph ln bng 1 lp thy tinh. Di o ca loi ny t -500C n 4000C. u im: cc nhit in tr k thut mng mng c thi gian hi p rt b v quan tnh nhit b. Vi k thut mng mng nhit in tr c s n nh lu di,d thay th v di o rng. 3. IC cm bin nhit Hin nay c rt nhiu loi IC bn dn dng o nhit cho di o t - 55 C n 1500C. Sau y l 1 s loi IC cm bin nhit :0

3.1.

LM35 IC cm bin nhit ca hng National Semiconductor

LM35 c in p ng ra t l trc tip vi nhit thng o 0C, in p ng ra l 10mV/0C v sai s khng tuyn tnh l 1,8mV cho ton thang o. in p ngun nui c th thay i t 4V n 30V. LM35 c ch to cho 3 thang o:

-550C n 1500C loi LM35 v LM35D. -400C n 1100C loi LM35C v LM35CA. 00C n 1000C loi LM35DA.

3.2 AD22100 IC cm bin nhit ca hnh Analog Devices IC ny c h s nhit 22,5mV/0C. in p ng ra c cng thc:

Vout = (V+/5V).(1,375V + 22,5mV/0C.T)Trong : V+ l tr s in p cp. T l nhit cn o. Cc IC trong h AD 22100: AD22100 KT/KR cho di o t 00C n 1000C. AD22100 AT/AR cho di o t -400C n 850C. AD22100 ST/SR cho di o t -500C n 1500C.

4. Cm bin nhit in tr. Cu to: c lm t bt oxit kim loi. 4.1. Nhit in tr NTC (Negative Temperature Cofficient).

L in tr c h s nhit m,c bn cht l cc in tr bn dn c in tr gim khi nhit tng. in tr ca NTC gim mnh khi nhit gia tng. T 00C n 1500C in tr ca NTC gim i 100 ln. NTC l hn hp a tinh th nhiu oxit gm c chy nhit cao nh Fe2O3, Zn2TiO4, MgCr2O4, TiO2 hay NiO, CO, Li2O. - ng dng: +Khi lm vic vi dng in b, NTC c dng lm thit b o nhit . +Khi dng in lm vic ln,dng NTC o mc cht lng. 4.2. Nhit in tr PTC (Positive Temperature Cofficient).

in tr c h s nhit dng,c bn cht l mt in tr bn dn c in tr tng khi nhit tng. nhit nh hn 1100C in tr ca n nh c trm m v bin i khng ng k. Khi nhit vt qu 110 th in tr ca n tng ti hng ngn mga m. Vt liu ch to PTC gm c hn hp: Ba 2CO3, StO, TiO c p v nung nhit cao. -ng dng: dng bo v ng c in khi xy ra s c ngn mch hay qu ti hoc l iu khin mc nhit.. 5. Cp nhit (Thermocouple). Cp nhit l loi cm bin nhit nguyn l hot ng da trn hiu ng Peltier, Thomson v Sheebek. 5.1. Hiu ng Peltier Hai dy dn A v B khc nhau, tip xc vi nhau v c cng mt nhit s to nn mt hiu in th tip xc. Hiu in th ph thuc vo bn cht vt dn v nhiu .

5.2. Hiu ng Thomson Trong mt vt dn ng nht A. Nu hai im M v N c nhit khc nhau s sinh ra mt sc in ng. Sc in ng ny ph thuc vo bn cht vt dn v nhit ti hai im:

5.3. Hiu ng Sheebek Nu c mt mch kn to thnh t hai vt dn A,B v hai u chuyn tip c nhit khc nhau T1 v T2. Chng to thnh mt mt cp nhit in v c sc i ng do kt qu ca hai hiu ng Peltier v Thomson v gi l sc in ng Sheebek

Sc in ng ny ch ph thuc vo T1 , T2 v c th biu din di dng:

Khi mt u tip xc gi nhit n nh (v d T2 = C) v u kia (T1) t mi trng c nhit thay i. Sc in ng s l hm s ca nhit T1

C - Hng s T1 - Nhit u lm vic T2 - Nhit u t do (mi trng) 5.4. Vt liu ch to cp nhit Vt liu ch to cp nhit cn c sc in ng nhit in ln, gi c bn khi t nng nhit cao, in dn ln, h s nhit nh, c tnh cht nhit n nh. C kh nng chng c xy ho nhit lm vic.Vt liu ch to cp nhit c tnh ng nht v c thnh phn n nh. Khi ch to cp nhit cn trnh gy nn sai s do sc in ng nhit k sinh do dy gp khc, mi hn c khch thc ln..v.v Dy cp nhit t trong ng s cch in, bn ngoi l mt lp v bc kn.V thng c lm bng thp. 5.5. Cc vn khi dng cp nhit. - Tnh cht ca cp nhit in theo thi gian. -C sai s trong php o vi cp nhit.

- Ni di dy ni cp nhit ti thit b o. -Thi gian hi p lu. 6. MT S NG DNG THC T CA CM BIN NHIT a.

Cm bin nhit c np trn cnh tn nhit ca mt s b ngun v mt s thit b trong mch in t o v iu khin cnh bo nhit:

b. Cm bin nhit c np trong cc my p trng o v duy tr nhit n nh

c.

Ngoi ra cm bin nhit c s dng trong my sy cng nghip a nng (sy dc phm,sy nng sn,thc phm..) dng iu khin mc nhit khc nhau tu theo yu cu ca tng loi i tng. Cm bin nhit cn c s dng trong cc nghnh cng nghip ln nh sn xut xi mng,sn xut thp,bng si, p nha...v.v..