Nhiệt độ là thứ không thể thiếu trong cuộc sống hàng ngày. Hầu như mọi vật đều chịu ảnh hưởng bởi nhiệt độ. Vì vậy nên cảm biến nhiệt độ cũng trở thành đơn vị đo được sử dụng nhiều nhất. Chính vì có tầm ảnh hưởng to lớn như vậy nên chúng ta cần có biện pháp phù hợp để điều chỉnh nhiệt độ. Vậy định nghĩa về cảm biến nhiệt độ là gì? và cấu tạo hoạt động của nó ra sao? Các loại cảm biến nhiệt độ chất lượng cao mà bạn nên sử dụng là gì ? Tất cả thông tin đó sẽ có trong bài viết dưới đây.
Cảm biến nhiệt độ là gì?
Cảm biến nhiệt độ được hiểu là thiết bị dùng để đo sự chuyển biến về nhiệt độ. Nếu nhiệt độ có dấu hiệu thay đổi thì thiết bị cảm biến sẽ đưa ra thông báo. Từ đó các bộ đọc sẽ phân tích chúng ra thành những con số cụ thể từ các đại lượng đã đo được. Cảm biến nhiệt độ giúp bạn biết được nhiệt độ chính xác hơn rất nhiều khi bạn đo bằng nhiệt kế. Người ta thường dùng cảm biến nhiệt độ đo thực phẩm, dược phẩm, nhiệt độ từ các phương tiện giao thông, vật liệu nhựa hoặc các ngành cần độ chính xác cao về nhiệt độ.
Cấu tạo của cảm biến nhiệt độ
Cảm biến nhiệt độ có hai bộ phận chính là đầu nóng và đầu lạnh được gắn với nhau bằng hai dây kim loại. Khi nhiệt độ có sự thay đổi thì đầu lạnh sẽ sinh ra một nhiệt điện động. Vậy nên, đầu lạnh chính là bộ phận mà bạn cần kiểm soát thật chính xác. Cấu tạo của cảm biến nhiệt độ là một biến trở nhiệt, khi nhiệt độ tăng thì điện trở giảm còn nhiệt độ giảm thì điện trở tăng. Cảm biến nhiệt độ thường có 3 loại bao gồm loại 1 đầu dây, 2 đầu dây và 3 đầu dây.
Ngoài 2 bộ phận này thì cảm biến nhiệt độ còn có các bộ phận sau:
Bộ phận cảm biến: Để đo lường nhiệt độ một cách chính xác thì đây là bộ phận được xem là quan trọng nhất. Nếu bộ phận này gặp vấn đề thì độ chính xác khi đo nhiệt độ sẽ không cao nữa. Bộ phận cảm biến được lắp đặt bên trong vỏ bảo vệ, để bộ phận này hoạt động thì cần phải kết nối nó với đầu nối.
Chất cách điện gốm: Bộ phận này có tác dụng bảo vệ các dây kết nối. Khoảng cách giữa các dây kết nối phải đạt chuẩn để không xảy ra tình trạng chập cháy. Nhiệm vụ chủ yếu của chất cách điện gốm chính là tạo khoảng cách và ngừa đoàn mạch.
Phụ chất làm đầy: Chất làm đầy bao gồm alumina mịn đã được sấy khô hoàn toàn. Giống như cách gọi phụ chất này có tác dụng làm đầy để giúp cảm biến không bị ảnh hưởng bởi các rung động.
Vỏ bảo vệ: Vỏ bảo vệ có công dụng bảo vệ cảm biến nhiệt độ. Đây tuy là bộ phận bên ngoài nhưng có vai trò quan trọng nên cần được làm bằng vật liệu phù hợp. Ngoài ra kích thước vỏ để bảo vệ các dây nối cũng nên tìm kiếm loại có kích thước vừa vặn để bọc thêm lớp vỏ bổ sung nếu cần thiết.
Đầu kết nối: Đầu kết nối được làm bằng gốm dùng để kết nối giữa các điện trở với nhau.
Nguyên lý hoạt động của cảm biến nhiệt độ
Nguyên lý hoạt động của cảm biến nhiệt độ chính là sự thay đổi của điện trở kim loại so với nhiệt độ vượt trội. Khi nhiệt độ giữa đầu nóng và đầu lạnh có dấu hiệu chênh lệch thì đầu lạnh sẽ có sự xuất hiện của điện động V. Nguyên lý hoạt động của cảm biến nhiệt độ dựa trên các cực của diode.
Trong trường hợp điện áp tăng thì nhiệt độ tăng cùng với sự sụt giảm của điện áp giữa các cực của bóng bán dẫn. Bên cạnh đó, đồng hồ đo nhiệt độ dây rung được hoạt động dựa trên sự thay đổi của nhiệt độ. Đồng hồ đo nhiệt độ dây rung hoạt động dựa trên nguyên tắc của các kim loại khác nhau tùy vào sự thay đổi của nhiệt độ.
Thiết bị này có cấu tạo gồm một dây kéo căng có từ tính mà hai đầu của chúng được cố định vào bất kỳ loại kim loại nào. Sự thay đổi của nhiệt độ cũng có sự ảnh hưởng đến lực căng của dây.
Nguyên lý làm việc của nhiệt độ dựa trên kim loại và nhiệt độ. Sự thay đổi của cảm biến nhiệt độ dựa trên dây rung được cấu tạo theo một thiết kế vô cùng đặc biệt. Nó sẽ được chuyển đổi thành tín hiệu điện và truyền dưới dạng tần số để có cùng một đơn vị đọc.
Có mấy loại cảm biến nhiệt độ?
Cảm biến nhiệt độ có 5 loại chính gồm:
Cặp nhiệt điện
Cảm biến cặp nhiệt độ là loại cảm biến mà được sử dụng nhiều nhất bởi ưu điểm chắc chắn, chi phí thấp có thể tự cấp nguồn và dùng được trong khoảng cách xa.
Thiết bị này được đặt trong tấm chắn hoặc kim loại. Các cặp nhiệt được sử dụng phổ biến như: K, J, T, E, S, N và B. Loại cảm biến này được ứng dụng trong gia công vật liệu và hóa chất
Đầu dò điện trở
Loại cảm biến này cho kết quả đo chính xác. Chất liệu sử dụng cho cảm biến đầu dò điện trở được làm từ bạch kim, đồng, niken,….có phạm vi rộng, khả năng đo nhiệt tốt khoảng 270 độ C đến 850 độ C
Nhiệt điện điện trở
Đây là loại cảm biến nhiệt độ tương đối rẻ và dễ sử dụng. Chất liệu được sử dụng từ chất liệu Mangan, Oxit của Niken độ bền thấp. Thiết bị đem đến độ nhạy cao, kết quả chính xác, thường được dùng trong công nghiệp nhiệt lạnh
Nhiệt kế
Nhiệt kế được dùng để đo chất rắn, chất lỏng, chất khi. Thiết bị sử dụng chất lỏng thủy ngân đựng trong ống thủy tinh sử dụng với cấu tạo: thể tích của nhiệt kế tỉ lệ với tuyến tính với nhiệt độ, khi nhiệt độ tăng thì thể tích cũng tăng theo.
Loại nhiệt kế được sử dụng để đo nhiệt độ cơ thể
Cảm biến bán dẫn
Loại cảm biến nhiệt bán dẫn (IC) là được ứng dụng nhiều nhất trong đời sống bởi có độ tuyến tính và kết quả chính xác cao từ 55 độ + 150 độ C. Ứng dụng chính trong việc đo nhiệt độ trong xe hơi, nước, sữa và các chất lỏng khác.
Cảm biến nhiệt độ có mấy loại dây?
Như chúng tôi đã phân tích ở trên cảm biến nhiệt độ thường được kết nối bởi 2, 3, 4 dây. Dưới đây là các loại dây cảm biến mà người ta thường sử dụng.
Cảm biến nhiệt độ 2 dây
Độ chính xác không cao
Chỉ sử dụng được khi có kết nối độ bền nhiệt học cùng dây điện trở ngắn và điện trở thấp
Có tác dụng kiểm tra mạch điện bao gồm mạch điện tương đương và điện trở đo được. Hai thành phần này là tổng của các phần tử cảm biến và điện trở của dây dẫn
Cảm biến nhiệt độ 3 dây
Mức độ chính xác khá cao
Được ứng dụng nhiều trong lĩnh vực công nghiệp
Có tác dụng giải quyết các lỗi của dây dẫn. Tại đầu ra, điện áp hoàn toàn phụ thuộc vào sự biến đổi của điện trở. Sự biến chuyển của điện trở sẽ điều chỉnh nhiệt độ diễn ra và thay đổi liên tục theo nhiệt độ.
Cảm biến nhiệt 4 dây
Đây là loại có độ chính xác hoàn hảo nhất
Vì độ chính xác cao nên nó thường được sử dụng trong các phòng thí nghiệm
Trong mạch điện tương đương điện áp đo được sẽ phụ thuộc vào điện trở của nhiệt
5 loại cảm biến nhiệt độ phổ biến nhất hiện nay
Cảm biến nhiệt độ DS18B20
DS18B20 là một loại cảm biến nhiệt dộ kỹ thuật số đã được nhiều người áp dụng rộng rãi trong cuộc sống. Vì tín hiệu là kỹ thuật số nên nó mang ưu điểm nổi bật là độ chính xác cao. Sản phẩm có kích thước nhỏ, phần cứng có chi phí không cao và độ chính xác khá tuyệt đối. Cảm biến nhiệt dộ kỹ thuật số này rất dễ đi dâyvaf thường được ứng dụng nhiều nngay sau khi đóng gói sản phẩm.
DS18B20 đã được cải tiến từ sản phẩm trước đó. Loại cảm biến này có thể đọc trực tiếp nhiệt độ đo thông qua lập trình đơn giản. Nó có thể hoàn thành việc đo nhiệt độ với số lượng kỹ thuật số 9 bit và 12 bit. Vậy nên việc sử dụng cảm biến này rất đơn giản và đáng tin cậy hơn các loại cảm biến khác rất nhiều. DS18B20 đã có sự cải thiện vượt trội về độ chính xác so với dòng trước kia. Không chỉ đo nhiệt độ mà nó còn có thể chuyển đổi thời gian, khoảng cách và độ phân giải. Sự thuận tiện này đã mang đến sự hài lòng cho người sử dụng.
Thông số kỹ thuật:
- Nguồn: 3 – 5,5V
- Dải đo nhiệt: -55 – 125 độ C
- Sai số: +- 0.5 độ C khi ở dải đo -10 đến 85 độ C
- Độ phân giải: 9 – 12 bits
- Có cảnh báo nhiệt khi vượt ngưỡng cho phép và cấp nguồn từ chân data
- Thời gian chuyển đổi nhiệt: 750ms
- Ống thép không gỉ
- Đường kính đầu dò: 6mm
- Chiều dài dây: 1m
Cảm biến nhiệt độ và độ ẩm DHT11
DHT11 là loại cảm biến dùng để đo nhiệt độ và độ ẩm với chi phí rất rẻ. Nhờ cảm biến nhiệt độ độ ẩm điện dung và điện trở nhiệt mà chúng ta có thể biết được độ ẩm ngoài trời như thế nào. Loại cảm biến này sử dụng khá đơn giản nhưng không nên chủ quan bởi nó yêu cầu phải cẩn thận để có độ chính xác cực cao để lấy dữ liệu. Dữ liệu mới sẽ có ngay sau 2 giây vì vậy với thư viện từ Adafruit mỗi lần đọc cảm biến cũ có thể lên tới 2 giây.
Ưu điểm nổi trội mà mọi người thường thấy ở loại cảm biến này chính là giá thành rẻ và dễ sử dụng. Máy cảm biến này dao động trong khoảng 3V – 5V với sai số chênh lệch là 2 độ C. Giá của mặt hàng này chỉ rơi vào khoảng 35.000 VND tùy vào từng cửa hàng.
Thông số kỹ thuật:
- Điện áp sử dụng: 5VDC
- Tương thích: NodeMCU Lua D1 Mini, D1 Mini Pro
- Chân kết nối: D4
- Kích thước: 34.2 x 25.6mm
Cảm biến nhiệt độ PT100
Cảm biến PT100 được ứng dụng rất nhiều trong cảm biến nhiệt độ, độ ẩm công nghiệp. Nó là một loại nhiệt kế điện trở bạch kim phổ biến. Nhiệt kế điện trở cũng là một loại cảm biến nhiệt độ. Cảm biến nhiệt độ Pt100 được sử dụng rất nhiều trong cảm biến nhiệt độ ô tô.
Nguyên nhân là bởi chúng có nhiều dây nối linh hoạt. Đây là loại cảm biến có độ bền cao, dễ tháo lắp và có thể kết nối được với tất cả các bộ điều khiển nhiệt độ. Người ta thường sử dụng máy cảm biến nhiệt độ Pt100 4 dây. Tuy giá thành phụ thuộc vào nhiều dây kết nối nhưng nhìn chung nó cung không quá cao. Nếu bạn muốn tìm một loại cảm biến nhiệt độ chính xác cao thì Pt100 chính là sự lựa chọn tuyệt vời.
Thông số kỹ thuật:
- Chiều dài: 20 – 30 – 40 – 50 – 60 – 70,…2000mm
- Đường kính đầu dò: 1, 2, 3, 4,…21mm
- Dãy đo nhiệt độ: 0 – 100 độ C, -50 – 200 độ C, 0 – 400 độ C
- Các chuẩn sai số: Class A, Class B, Class 1/5 DIN, Class 1/10 DIN
- Tiêu chuẩn kết nối: 2 dây, 3 dây, 4 dây
- Xuất xứ: ASIT – Italy
Cảm biến nhiệt độ Arduino và cảm biến nhiệt độ LM35
Bộ cảm biến nhiệt LM35 là sản phẩm dễ sử dụng và ít tốn kém nhất. Loại cảm biến này có kỹ thuật đo vô cùng chính xác và không cần nhờ các thành phần ngoài để hoạt động. Chỉ cần một số mã Arduino là bạn đã có thể đo được nhiệt độ một cách chính xác nhất rồi.
Cảm biến nhiệt độ LM35 rất chính xác, ít bị hao mòn và hoạt động tốt trong môi trường thời tiết khắc nghiệt. Độ cung cấp chính xác điển hình của nó là -55°C đến 150°C. Được cấp nguồn điện với tần số là 4V đến 30V nên trong quá trình chuyển đổi nhiệt độ nó sẽ tự cung cấp khả năng làm nóng.
Nhược điểm duy nhất của nó chính là yêu cầu điện áp phân cực âm. Vì vậy nếu bạn đang có ý định sử dụng cảm biến để đo nhiệt độ âm như cảm biến nhiệt độ của tủ lạnh, cảm biến nhiệt độ điều hòa thì sẽ rất hiệu quả.
Thông số kỹ thuật:
- Điện áp hoạt động: 4 – 30VDC
- Công suất tiêu thụ: 60uA
- Khoảng đo: -55 đến 150 độ C
- Điện áp tuyến tính theo nhiệt độ: 10mV/ độ C
- Sai số: 0.25 độ C
- Kiểu chân: TO-92
Cảm biến nhiệt độ Thermocouple
Thermocouple là thiết bị để đo nhiệt độ, nó gồm 2 dây kim loại được nối với nhau để tạo thành một đường giao. Khi mối nối đã được làm nóng thì một điện áp nhỏ cũng được tạo ra bên trong cặp nhiệt độ. Về mặt lý thuyết, 2 dây kim loại này được dùng để chế tạo cặp nhiệt điện nhưng thực ra có một số loại cố định đã được sử dụng trước đó.
Chúng đã được nâng cấp để cải thiện tính chính xác. Cặp cảm biến nhiệt độ có thể phù hợp với hầu hết mọi ứng dụng trong đời sống của chúng ta. Chúng đem lại kết quả nhanh và đo được nhiệt độ trong phạm vi khá rộng.
Thông số kỹ thuật:
- Chiều dài dây: 50cm
- Dải đo: -200 độ – 420 độ
- Đường kính 4mm và chiều dài ống trụ là 30mm
- Điện trở RPT100 = RPT + R3 + R2
Vậy là bài viết trên đã giúp các bạn hiểu biết thêm về cảm biến nhiệt độ là gì? các loại máy cảm biến nhiệt độ. Đây đều là các loại máy cảm biến nhiệt độ được ưa chuộng nhất hiện nay. Chúng tôi mong rằng qua bài viết trên thì các bạn đã có thể ứng dụng máy cảm biến nhiệt độ một cách chính xác và phù hợp nhất. Tham khảo thêm Top 5 thiết bị định vị nghe lén