Cấu tạo, phân loại, ứng dụng và cách kiểm tra cảm biến nhiệt độ

Để đo lường nhiệt độ, ta có thể sử dụng nhiều thiết bị để đo và kiểm tra, trong đó có cảm biến nhiệt. Vậy cảm biến nhiệt độ là gì? Cấu tạo và nguyên lý làm việc, phân loại, ứng dụng và cách kiểm tra cảm biến nhiệt độ như thế nào? Những thắc mắc của bạn về cảm biến nhiệt độ sẽ được Hiokivn.com giải đáp ngay dưới đây.

Cảm biến nhiệt độ là gì? 

Cảm biến nhiệt độ là gì? Cảm biến nhiệt độ là những thiết bị có chức năng đo sự biến đổi về nhiệt độ của các đại lượng, các vật hoặc môi trường cần đo. Khi nhiệt độ có sự thay đổi lên hoặc xuống thì cảm biến sẽ đo và đưa ra tín hiệu để bộ đọc có thể phân tích. Từ đó, bộ đọc sẽ đưa ra kết quả đo theo dạng con số cụ thể để người dùng dễ dàng đọc số liệu.

Cảm biến nhiệt độ còn được gọi là nhiệt kế điện trở metal. 

Cảm biến nhiệt độ được đánh giá có khả năng tiến hành đo và phân tích kết quả chính xác hơn so với những loại như cặp nhiệt độ hoặc nhiệt kế. Chính bởi độ chính xác, độ tin cậy cao trong các phép đo nên thiết bị được ứng dụng phổ biến trong nhiều lĩnh vực như công nghệ thực phẩm, ô tô, vật liệu nhựa, nông sản,… Bạn có thể tham khảo ký hiệu cảm biến nhiệt độ PT100, PT1000 dưới đây: 

Cấu tạo cảm biến nhiệt độ

Sau khi tìm hiểu cảm biến nhiệt độ là gì hay cảm biến nhiệt là gì? Bạn chắc chắn cần biết đến cấu tạo của cảm biến nhiệt độ cơ bản. Hiểu về cấu tạo của cảm biến nhiệt độ sẽ giúp bạn dễ dàng sử dụng đúng cách, tránh hỏng hóc. 

Cấu tạo cảm biến nhiệt độ bao gồm 2 dây kim loại được kết nối với đầu nóng và đầu lạnh, với các bộ phận như: bộ phận cảm biến, dây kết nối, đầu kết nối, chất cách điện gốm, chất phụ gia làm đầy, vỏ bảo vệ. Cụ thể như sau: 

Bộ phận cảm biến

Đây chính là nơi quan trọng nhất đảm bảo độ chính xác nhất khi cảm biến thực hiện các phép đo nhiệt độ. Bộ phận cảm biến được bố trí bên trong vỏ sau khi đã được gắn với đầu nối. 

Dây kết nối

Bộ phận cảm biến sẽ được nối với các số lượng dây khác nhau từ 2, 3 hoặc 4 dây kết nối. Chất liệu của dây tùy thuộc vào việc đầu đo hoạt động như thế nào. 

Đầu kết nối

Đầu kết nối thường được làm từ những loại vật liệu cách điện như gốm. Đầu kết nối sẽ có các bảng mạch để kết nối với điện trở. Khi bộ chuyển đổi từ 4 - 20mA sẽ được cài đặt cho bảng đầu cuối. 

Chất cách điện gốm 

Đây là bộ phận có chức năng làm chất cách điện để phòng chống đoản mạch, cách điện giữa các dây kết nối với vỏ bảo vệ. 

Chất phụ gia làm đầy

Chất phụ gia thường sẽ là  loại bột alumina dạng mịn, khô và rung. Loại chất này có chức năng làm đầy những khoảng trống bên trong cảm biến để chống rung hiệu quả. 

Vỏ bảo vệ 

Lớp vỏ sẽ giúp bảo vệ các bộ phận cảm biến cũng như dây kết nối. Lớp vỏ sẽ cần được làm từ các vật liệu có kích thước thích hợp với cảm biến nhiệt. 

Trên đây là cấu tạo của cảm biến nhiệt độ với những bộ phận cơ bản để cảm biết hoạt động ổn định. Vậy nguyên lý làm việc của cảm biến nhiệt độ như thế nào? Bạn có thể tham khảo ngay dưới đây. 

Xem thêm: Cảm biến (Sensor) là gì? Phân loại các loại cảm biến và ứng dụng

Nguyên lý làm việc của cảm biến nhiệt độ

Nguyên lý làm việc của cảm biến nhiệt độ chính là dựa theo sự thay đổi điện trở kim loại với sự thay đổi nhiệt độ vượt trội. Bạn có thể hiểu đơn giản như sau:

Khi nhiệt độ chênh lệch giữa đầu nóng và đầu lạnh sẽ có suất điện động V được xuất hiện tại vị trí đầu lạnh. Lúc này, mức nhiệt độ ở đầu lạnh sẽ cần ổn định phụ thuộc vào chất liệu và cảm biến tiến hành đo. Khi đó, bắt đầu xuất hiện những cặp nhiệt độ khác nhau với từng suất điện động khác nhau: E, J, K, R, S, T.

Nguyên lý làm việc của cảm biến nhiệt độ dựa theo mối quan hệ giữa vật liệu kim loại và nhiệt độ. Khi mức nhiệt độ bằng 0 thì điện trở có thể sẽ đạt 100Ω.

Mối quan hệ này tỷ lệ thuận với nhau. Cụ thể nếu điện trở của kim loại tăng thì nhiệt độ của vật cũng sẽ tăng và ngược lại. 

Các loại cảm biến nhiệt độ

Trên thị trường hiện nay có rất nhiều các loại cảm nhiệt độ nhiệt độ khác nhau. Có nhiều cách phân loại cảm biến nhiệt độ, bạn có thể tham khảo các loại cảm biến nhiệt độ dưới đây.

Phân loại cảm biến nhiệt theo số dây

Các loại cảm biến nhiệt độ được phân loại theo số dây 2 dây, 3 dây, 4 dây. Mỗi loại cảm biến nhiệt với số dây sẽ có những đặc điểm nổi bật. 

Cảm biến nhiệt độ 2 dây

Đây là loại cảm biến nhiệt có độ chính xác thấp nhất. Cảm biến được sử dụng khi độ bền nhiệt học được gắn với dây điện có trở ngắn và mức điện trở thấp. 

Các loại cảm biến nhiệt độ có 2 dây có chức năng kiểm tra mạch điện tương đương. Mức điện trở đo sẽ là tổng của các cảm biến và điện trở của dây dẫn. 

Cảm biến nhiệt độ 3 dây

Đây là loại cảm biến nhiệt dùng 3 dây kim loại nên có độ chính xác hơn so với 2 dây và được dùng phổ biến trong sản xuất công nghiệp. Cảm biến nhiệt 3 dây có ưu điểm loại trừ lỗi xuất hiện bởi điện trở của dây dẫn. 

Tại đầu ra của cảm biến, mức điện áp dựa vào sự biến đổi của mức điện trở kết hợp với sự điều chỉnh nhiệt độ diễn ra liên tục theo nhiệt độ. 

Cảm biến nhiệt độ 4 dây

Dòng cảm biến nhiệt độ có 4 dây kim loại được đánh giá mang lại độ chính xác cao. Do vậy, những cảm biến dùng 4 dây được dùng trong các lĩnh vực yêu cầu độ chính xác cao như phòng thí nghiệm, phòng nghiên cứu. 

Cảm biến nhiệt 4 dây có điện áp đo phụ thuộc vào điện trở nhiệt. Cảm biến có độ ổn định, độ chính xác được quyết định theo số đọc điện áp trên nhiệt. 

Phân loại cảm biến nhiệt độ theo tính chất

• Các loại cảm biến nhiệt độ cũng có thể được phân loại theo tính chất đo khác nhau. Dưới đây là một số cảm biến phân loại theo tính chất. 
• Cảm biến nhiệt độ ( hay còn gọi là cặp nhiệt điện - Thermocouple) là những loại có suất điện động K, R, S… với mức dải đo nhiệt độ cao. 
• Nhiệt điện trở (viết tắt RTD - Resistance Temperature Detectors) là những loại cảm biến Pt100, Pt1000, Pt50, CU50,…
• Điện trở oxit kim loại
• Cảm biến nhiệt bán dẫn (Diode, IC…).
• Nhiệt kế bức xạ

Có thể bạn quan tâm: Cách đo và kiểm tra cảm biến nhiệt độ nước làm mát chi tiết

Ứng dụng của cảm biến nhiệt độ

Với chức năng đo nhiệt độ cho nhiều vật, môi trường đo, ứng dụng cảm biến nhiệt độ rất đa dạng. Các thiết bị được sử dụng trong rất nhiều lĩnh vực khác nhau để mang lại hiệu quả đo nhiệt độ chính xác. 

Các ứng dụng của cảm biến nhiệt độ trong thực tế có thể kể đến như đo mức nhiệt độ như bồn đun nước, lò nung, lò sấy, kho bảo quản, đun dầu… Ngoài ra, bạn cũng có thể tìm hiểu những ứng dụng cảm biến nhiệt độ khác như: 

• Cảm biến điện trở với chất liệu oxit kim loại được dùng để đo hệ thống nhiệt lạnh. 
• Cảm biến nhiệt độ điện tử dùng phổ biến trong ngành nông nghiệp.
• Những loại cảm biến nhiệt  PT100, K, R, S, B, T  dùng phổ biến trong sản xuất các loại hóa chất, sản xuất vật liệu, gia công vật liệu, gia công cơ khí… 
• Nhiệt kế điện tử (cảm biến nhiệt PT100) đo nhiệt độ trong xe hơi, xe máy… 

Cách đo kiểm tra cảm biến nhiệt độ sống hay chết

Trong trường hợp các cảm biến nhiệt độ bị hỏng, gặp sự cố khi đo. Bạn sẽ cần phải tiến hành kiểm tra và sửa chữa để có thể sử dụng bình thường. Hiokivn.com sẽ hướng dẫn cách đo cảm biến nhiệt độ cũng như cách kiểm tra cảm biến nhiệt độ bị hỏng bằng đồng hồ đo điện vạn năng. Từ đó, bạn sẽ dễ dàng phát hiện cảm biến còn sống hay đã chết, có đo tốt không?

Trước khi tiến hành kiểm tra cảm biến nhiệt độ, bạn cần chú ý chọn đồng hồ vạn năng có chức năng đo điện trở để có thể kiểm tra thiết bị chính xác. Bạn nên chọn những loại đồng hồ đo chất lượng, chính hãng để đảm bảo kiểm tra đạt chính xác. Một số loại đồng hồ vạn năng kiểm tra cảm biến được dùng phổ biến như: Hioki DT4256, Hioki 3030-10, Hioki DT4281, Kyoritsu 1020R...

Cách kiểm tra cảm biến nhiệt độ sống hay chết như sau:

Bước 1: Tháo cảm biến ra khỏi máy.

Bước 2: Chọn thang đo trên đồng hồ đo về thang đo điện trở.  

Bước 3: Kết nối đầu đo của đồng hồ vạn năng với các chân của cảm biến nhiệt. Lưu ý, bạn không cần quan tâm kết nối theo cực âm hay dương do cảm biến nhiệt không phân cực. 

Bước 4: Tiến hành đọc kết quả trên đồng hồ vạn năng. 

Nếu điện trở nhiệt có kết quả là một số dương có nghĩa là cảm biến PTC vẫn còn sống và vẫn chạy tốt. Nếu kết quả là nhiệt độ là số âm thì NTC vẫn hoạt động tốt. 

Khi kết quả bằng 0 hoặc không hiển thị thì có nghĩa là cảm biến nhiệt đã bị hỏng hoặc đã chết. Khi đó, bạn sẽ cần tiến hành sửa cảm biến hoặc thay mới. 

Tổng hợp những thông tin về cảm biến nhiệt độ là gì cũng như cấu tạo, phân loại và cách đo cảm biến nhiệt độ chắc chắn đã giúp bạn hiểu chi tiết về một thiết bị cảm biến này. Qua đó, bạn có thể sử dụng cũng như nắm được cách kiểm tra cảm biến sống hay chết nhanh chóng và chính xác. Chúc bạn thành công!