Công nghệ IOT
Các loại cảm biến nhiệt độ
Th4
Ngày nay, cảm biến nhiệt độ được sử dụng rộng rãi trong tất cả các ngành từ tiêu dùng, y tế, cho đến công nghiệp điện tử. Mỗi ứng dụng có thể cần dùng đến những loại cảm biến nhiệt độ khác nhau. Nó phụ thuộc vào: đối tượng cần đo nhiệt độ (không khí, chất lỏng, chất rắn,..), điều kiện môi trường (trong nhà hay ngoài trời), và dải nhiệt độ cần đo. 4 loại cảm biến nhiệt độ phổ biến nhất bao gồm:
- Cặp nhiệt điện (Thermocouple)
- Nhiệt điện trở (RTDs, Resistance temperature detector)
- Thermistors
- IC nhiệt độ (integrated circuit)
Cặp nhiệt điện
Cặp nhiệt điện hoạt động không cần cấp nguồn điện, có dải đo rộng và đáp ứng với thay đổi nhiệt độ nhanh chóng
Cặp nhiệt điện được cấu tạo từ 2 dây kim loại khác nhau được hàn dính lại. Một đầu gọi là đầu nóng (đầu đo), đầu còn lại là đầu lạnh. Nó hoạt động dựa trên nguyên lý của hiệu ứng Seebeck. Sự sai khác nhiệt độ giữa hai dây dẫn khác nhau sẽ sinh ra hiệu điện thế giữa hai vật liệu. Điện thế này sẽ được đo và tính toán ra nhiệt độ tương ứng.
Hiện nay có rất nhiều loại cặp nhiệt điện làm từ các loại vật liệu khác nhau, dẫn đến dải đo và độ nhạy cũng khác nhau. Trong đố cặp nhiệt điện loại K là được sử dụng rộng rãi nhất. Bảng dưới đây thể hiện đặc tính của một vài loại cặp nhiệt điện
Một vài nhược điểm của cặp nhiệt điện bao gồm các vấn đề đối với việc điện áp đầu ra thấp, nhiễu trên đường dây dài và mối tiếp xúc (cold junction). của đầu cặp nhiệt điện với mạch điều khiển.
Hãng Maxim cung cấp một số dòng chip cho đầu ra dạng số như MAX31385 và MAX31386 với độ phần giải cao, ít bị ảnh hưởng của nhiễu và có khả năng bù nhiệt cho vấn đề cold junction.
Nhiệt điện trở RTD
RTD hoạt động dựa trên nguyên lý sự sai khác điện trở khi nhiệt độ thay đổi. Vật liệu phổ biến và chính xác nhất được sử dụng để chế tạo RTD là bạch kim (platinum).
Platinum RTD còn được gọi là PRTD. Nó có điện trở 100 ohm và 1000 ohm tại nhiệt độ 0 độ C tương ứng với PT100 và PT1000.
PRTD phản ứng gần như tuyến tính đối với sự thay đổi nhiệt độ, ổn định và chính xác. RTD thường được sử dụng trong các ứng dụng chính xác vì độ chính xác và độ lặp lại. Nhiệt độ sẽ được quy đổi từ điện trở dựa trên đường đặc tính nhiệt độ – điện trở được cung cấp trong tài liệu của từng hãng cảm biến.
RTD phản ứng với sự thay đổi nhiệt độ chậm hơn so với cặp nhiệt điện.
RTD có loại 2 dây, 3 dây và 4 dây. RTD 2 dây được sử dụng khi độ dài dây dẫn ngắn và không có ảnh hưởng đáng kể đến độ chính xác của phép đo. RTD 3 dây bổ sung thêm một đầu dò RTD để loại bỏ ảnh hưởng của điện trở dây dẫn. RTD 4 dây là chính xác nhất, loại bỏ được ảnh hưởng của điện trở dây dẫn. N
Nhiệt điện trở NTC
Nhiệt điện trở NTC có nguyên lý hoạt động tương tự như RTD, nhưng được làm từ vật liệu polyme hoặc gốm. Thermistors sẽ có giá thành rẻ hơn nhưng kém chính xác hơn so với RTD.
Nhiệt điện trở NTC có 2 loại là hệ số âm và hệ số dương. NTC hệ số âm được sử dụng phổ biến và rộng rãi nhất cho ứng dụng đo nhiệt độ. Điện trở sẽ giảm khi nhiệt độ tăng. Mỗi quan hệ giữa nhiệt độ và điện trở là phi tuyến tính. Do đó điều này sẽ dẫn đến một sự hiệu chỉnh đáng kể để có thể đạt được giá trị chính xác.
IC bán dẫn
Các cảm biến nhiệt độ được chế tạo từ chất bán dẫn có thể là dạng tương tự hoặc dạng số. Một số loại phổ biến sử dụng các chuẩn truyền thông như I2C, SMBus, 1-Wire, hoặc SPI
Tổng kết
Cặp nhiệt điện không đặt tiền, có thể đo được dải rộng nhiệt độ. RTD cũng cung cấp một dải đo rộng (thấp hơn so với cặp nhiệt điện), và cung cấp độ chính xác và độ lặp lại của phép đo tốt hơn, nhưng phản ứng chậm với sự thay đổi nhiệt độ hơn.Nhiệt điện trở NTC có kích thước nhỏ, và ít chính xác hơn so với RTD. IC bán dẫn thì có kích thước vô cùng nhỏ, và cho phép nhiều sự lựa chọn linh hoạt, tuy nhiên dải nhiệt độ không rộng.
