Bạn có biết: 4 loại cảm biến nhiệt độ phổ biến nhất?

Là loại cảm biến dùng phổ biến trong các ngành công nghiệp như hóa dầu, ô tô, hàng không vũ trụ và quốc phòng, điện tử tiêu dùng, v.v. Chúng được lắp đặt vào các thiết bị với mục đích đo nhiệt độ của môi trường một cách chính xác và hiệu quả trong một tập hợp các yêu cầu nhất định.

Một cảm biến nhiệt độ đóng một vai trò quan trọng trong nhiều ứng dụng. Ví dụ, duy trì nhiệt độ cụ thể là điều cần thiết cho thiết bị được sử dụng để chế tạo thuốc y tế, chất lỏng nhiệt hoặc làm sạch thiết bị khác. Đối với các ứng dụng như thế này, độ nhạy và độ chính xác của mạch phát hiện có thể rất quan trọng đối với việc kiểm soát chất lượng.

Tuy nhiên, thường xuyên hơn, phát hiện nhiệt độ là một phần của độ tin cậy phòng ngừa. Ví dụ, trong khi một thiết bị có thể không thực sự thực hiện bất kỳ hoạt động nhiệt độ cao nào, thì chính hệ thống đó có thể có nguy cơ bị quá nóng. Rủi ro này phát sinh từ các yếu tố bên ngoài cụ thể như môi trường hoạt động khắc nghiệt hoặc các yếu tố bên trong như tự làm nóng thiết bị điện tử. Bằng cách phát hiện khi quá nóng xảy ra, hệ thống có thể thực hiện hành động phòng ngừa. Trong những trường hợp này, mạch phát hiện nhiệt độ phải đáng tin cậy trong phạm vi nhiệt độ hoạt động dự kiến cho ứng dụng.

Thiết kế một mạch phát hiện nhiệt độ mạnh mẽ không phải tốn kém. Một mạch phát hiện chi phí thấp cũng không phải thỏa hiệp về độ nhạy và độ chính xác. Bài viết này xem xét các loại công nghệ phát hiện nhiệt độ khác nhau có sẵn và những gì từng cung cấp. Nó cũng khám phá các yêu cầu của các ứng dụng khác nhau và cách các kỹ sư có thể thiết kế mạch phát hiện nhiệt độ được tối ưu hóa cho các nhu cầu cụ thể của họ.
 

Các loại cảm biến nhiệt độ

Phát hiện nhiệt độ là nền tảng cho tất cả các hình thức kiểm soát và bù nhiệt độ tiên tiến. Các mạch phát hiện nhiệt độ tự theo dõi nhiệt độ môi trường. Sau đó, nó có thể thông báo cho hệ thống về nhiệt độ thực tế hoặc, nếu mạch phát hiện thông minh hơn, khi xảy ra sự kiện kiểm soát nhiệt độ. Khi vượt quá ngưỡng nhiệt độ cao cụ thể, hệ thống có thể thực hiện hành động phòng ngừa để hạ nhiệt độ. Một ví dụ về điều này là bật quạt.

Tương tự, mạch phát hiện nhiệt độ có thể đóng vai trò là lõi của chức năng bù nhiệt độ. Hãy xem xét một hệ thống như thiết bị đo chất lỏng. Nhiệt độ, trong trường hợp này, ảnh hưởng trực tiếp đến khối lượng đo. Bằng cách tính đến nhiệt độ, hệ thống có thể bù cho việc thay đổi các yếu tố môi trường, cho phép nó hoạt động đáng tin cậy và nhất quán. Có bốn loại cảm biến nhiệt độ thường được sử dụng:
 

1. Nhiệt điện trở âm Negative Temperature Coefficient (NTC) thermistor

Một nhiệt điện trở là một điện trở nhạy cảm nhiệt thể hiện sự thay đổi lớn, có thể dự đoán và chính xác về điện trở tương quan với sự thay đổi của nhiệt độ. Một nhiệt điện trở NTC cung cấp điện trở rất cao ở nhiệt độ thấp. Khi nhiệt độ tăng, điện trở giảm nhanh chóng. Bởi vì một nhiệt điện trở NTC có sự thay đổi lớn về điện trở trên mỗi ° C, những thay đổi nhỏ về nhiệt độ được phản ánh rất nhanh và với độ chính xác cao (0,05 đến 1,5 ° C). Do tính chất theo cấp số nhân của nó, đầu ra của một nhiệt điện trở NTC yêu cầu tuyến tính hóa. Phạm vi hoạt động hiệu quả là -50 đến 250 ° C đối với nhiệt điện đóng gói bằng thủy tinh hoặc 150 ° C đối với tiêu chuẩn.
 

2. Đầu báo nhiệt độ điện trở (Resistance Temperature Detector - RTD)

Một RTD, còn được gọi là nhiệt kế điện trở, đo nhiệt độ bằng cách tương quan điện trở của phần tử RTD với nhiệt độ. Một RTD bao gồm một bộ phim hoặc, để có độ chính xác cao hơn, một sợi dây quấn quanh lõi gốm hoặc thủy tinh. Các RTD chính xác nhất được tạo ra bằng bạch kim nhưng RTD chi phí thấp hơn có thể được làm từ niken hoặc đồng. Tuy nhiên, nickle và đồng không ổn định hoặc lặp lại. Platinum RTD cung cấp một đầu ra khá tuyến tính có độ chính xác cao (0,1 đến 1 ° C) trong khoảng từ -200 đến 600 ° C. Mặc dù cung cấp độ chính xác cao nhất, RTD cũng có xu hướng đắt nhất trong các cảm biến nhiệt độ.
 

3. Cặp nhiệt điện Thermocouple

Loại cảm biến nhiệt độ này bao gồm hai dây của các kim loại khác nhau được kết nối tại hai điểm. Điện áp khác nhau giữa hai điểm này phản ánh sự thay đổi tỷ lệ theo nhiệt độ. Cặp nhiệt điện là phi tuyến, yêu cầu chuyển đổi khi được sử dụng để kiểm soát và bù nhiệt độ, thường được thực hiện bằng cách sử dụng bảng tra cứu. Độ chính xác thấp, từ 0,5 ° C đến 5 ° C. Tuy nhiên, chúng hoạt động trên phạm vi nhiệt độ rộng nhất, từ -200 ° C đến 1750 ° C.
 

4. Cảm biến dựa trên chất bán dẫn Semiconductor-based sensors

Một cảm biến nhiệt độ dựa trên chất bán dẫn được đặt trên các mạch tích hợp (IC). Những cảm biến này thực sự là hai điốt giống hệt nhau với điện áp nhạy cảm với nhiệt độ so với đặc điểm hiện tại có thể được sử dụng để theo dõi sự thay đổi nhiệt độ. Chúng cung cấp một phản ứng tuyến tính nhưng có độ chính xác thấp nhất của các loại cảm biến cơ bản ở 1 ° C đến 5 ° C. Chúng cũng có khả năng phản ứng chậm nhất (5 giây đến 60 giây) trong phạm vi nhiệt độ hẹp nhất (-70 ° C đến 150 ° C).