Trao đổi trực tuyến tại: mientayvn/chat_box_li.html

1. Trao đổi trực tuyến tại: http://www.mientayvn.com/chat_box_li.html

2. MÔN HỌC Giảng viên: Nguyễn Đức Hoàng Bộ môn Điều Khiển Tự Động Khoa Điện – Điện Tử Đại Học Bách Khoa Tp.HCM Email: ndhoang@hcmut.edu.vn

3. CHƯƠNG 3 CẢM BIẾN ĐO NHIỆT ĐỘ

4. Nội dung chương 3 3.1 Nguyên lý đo nhiệt độ 3.2 Thang đo và đơn vị 3.3 Thermistor 3.4 Thermocouple 3.5 RTD và cảm biến nhiệt IC

5. Nguyênlýđonhiệt (tt) Cảm biến tiếp xúc: trao đổi nhiệt xảy ra ở chỗ tiếp xúc giữa đối tượng và cảm biến Cảm biến không tiếp xúc: trao đổi nhiệt xảy ra nhờ vào bức xạ, năng lượng nhiệt ở dạng ánh sáng hồng ngoại Cảm biến bị tác động của môi trường đo, gây ra sai số khi đo nhiệt độ. Yêu cầu: cực tiểu sai số (thiết kế cảm biến thích hợp hoặc pp đo chính xác)

6. Nguyênlýđonhiệt (tt) Có 2 pp xử lý tín hiệu nhiệt độ: + Cân bằng + Dự báo PP cân bằng: nhiệt độ xác định hoàn toàn khi không có sự sai lệch đáng kể giữa nhiệt độ bề mặt đo và nhiệt độ cảm biến, tức là cân bằng nhiệt đạt đến giữa cảm biến và đối tượng đo PP dự báo: cân bằng nhiệt không đạt đến trong thời gian đo, nhiệt độ được xác định thông qua tốc độ thay đổi nhiệt của cảm biến

7. Thangđonhiệtvàđơnvị Có 4 thang đo được sử dụng để đo nhiệt độ + Celsius / Fahrenheit được sử dụng trong các thang đo hàng ngày + Kelvin / Rankine được sử dụng khi làm việc với thang nhiệt độ tuyệt đối (thường được dùng trong các tính toán khoa học và kỹ thuật)

8. Imperial Fahrenheit (⁰F) / Rankine (⁰R) +/- 460 Metric Celsius (⁰C) / Kelvin (⁰K) +/- 273 Fahrenheit [°F] = [°C] · 9/5 + 32 Celsius [°C] = ([°F] − 32) · 5/9 Kelvin [K] = [°C] + 273.15 Rankine [°R] = [°F] + 459.67

9. Thermistor Thermistor: điện trở nhạy với nhiệt được sử dụng để đo nhiệt độ Mô hình đơn giản biểu diễn mối quan hệ giữa nhiệt độ và điện trở: T = k*R k > 0: thermistor có hệ số nhiệt dương (PTC) k < 0: thermistor có hệ số nhiệt âm (NTC)

10. Thermistor

11. Thermistor Thermistor NTC được sử dụng ở 3 chế độ hoạt động khác nhau: + Chế độ điện áp – dòng điện + Chế độ dòng điện – thời gian + Chế độ điện trở - nhiệt độ

12. ThermistorChếđộđiệnáp – dòngđiện Khi thermistor bị quá nhiệt do năng lượng của nó, thiết bị hoạt động ở chế độ điện áp – dòng điện Ở chế độ này, thermistor thích hợp để đo sự thay đổi của điều kiện môi trường, ví dụ như sự thay đổi của lưu lượng khí qua cảm biến

13. ThermistorChếđộdòngđiện – thờigian Đặc trưng dòng điện – thời gian của thermistor phụ thuộc vào hằng số tiêu tán nhiệt của vỏ và nhiệt dung của phần tử Khi cấp dòng điện vào thermistor vỏ bắt đầu tự đốt nóng. Nếu dòng điện liên tục thì điện trở thermistor bắt đầu giảm Đặc trưng này được sử dụng để làm chậm các ảnh hưởng của các gai áp cao

14. ThermistorChếđộđiệntrở – nhiệtđộ Ở chế độ điện trở - dòng điện, thermistor hoạt động ở điều kiện công suất zero, nghĩa là không xảy ra sự tự đốt nóng

15. ThermistorChếđộđiệntrở – nhiệtđộ Đa thức bậc 3 xấp xỉ đặc tuyến điện trở - nhiệt độ của thermistor là phương trình Steinhart - Hart T : nhiệt độ thermistor (K) RT : điện trở thermistor () A0, A1, A3 : các hệ số được nhà sản xuất cấp

16. ThermistorChếđộđiệntrở – nhiệtđộ Mô hình đơn giản xấp xỉ đặc tuyến điện trở - nhiệt độ của thermistor T : nhiệt độ thermistor (K) RT : điện trở thermistor () tại T R0 : điện trở thermistor () tại T0 B : hằng số phụ thuộc vật liệu thermistor (thường ký hiệu BT1/T2 , ví dụ B25/85 = 3540K )

17. Mạchgiacôngtínhiệu Dùng mạch cầu Wheatstone

18. Tuyếntínhhóađặctrưng R/T Sử dụng điện trở mắc nối tiếp hoặc song song

19. Tuyếntínhhóađặctrưng R/T Sử dụng điện trở mắc nối tiếp hoặc song song

20. ƯunhượcđiểmThermistor Ưu điểm + Rất nhạy đối với thay đổi nhỏ + Độ chính xác cao (±0.020C) + Ổn định, tin cậy Nhược điểm + Tầm hoạt động bị giới hạn + Quan hệ R-T phi tuyến

21. ỨngdụngThermistor + Trong gia đình: tủ lạnh, máy rửa chén, nồi cơm điện, máy sấy tóc,… + Trong xe hơi: đo nhiệt độ nước làm lạnh hay dầu, theo dõi nhiệt độ của khí thải, đầu xilanh hay hệ thống thắng,… + Hệ thống điều hòa và sưởi: theo dõi nhiệt độ phòng, nhiệt độ khí thải hay lò đốt,… + Trong công nghiệp: ổn định nhiệt cho diode laser hay các phần tử quang, bù nhiệt cho cuộn dây đồng,… + Trong viễn thông: đo và bù nhiệt cho điện thoại di động

22. Vídụ Tính điện áp VNTC theo RT? Cho K276 có: B25/100 = 3760K R25 = 11981 Tính điện áp VNTC khi T = 1000C ? Nhiệt độ của thermistor khi VNTC = 5V ?)

23. Vídụ Tính điện áp V0 ? Biết : R25 = 1.0K, B25/100 = 4000K, T = 800C Nếu V0 = 3V, vậy nhiệt độ thermistor = ?

24. Vídụ Tính điện áp V0 theo Rt ?

25. Thermocouple Khi 2 kim loại khác nhau được nối 2 đầu, một đầu đốt nóng thì có một dòng điện chạy trong mạch

26. Thermocouple Hiệu điện áp mạch hở (điện áp Seebeck) là hàm của nhiệt độ và thành phần của 2 kim loại Khi nhiệt độ thay đổi nhỏ, điện áp Seebeck tỉ lệ tuyến tính với nhiệt độ : eAB = T : hệ số Seebeck, hằng số tỉ lệ

27. Thermocouple VD: Hiệu điện áp Thermocouple loại K tại 3000C = 12.2mV

28. Cácloại Thermocouple

29. Thermocouple

30. Cácđịnhluật Thermocouple 1.Dòng nhiệt điện không thể tạo ra trong các mạch đồng nhất 2. Tổng đại số sức nhiệt điện trong một mạch được cấu tạo từ các chất dẫn điện khác nhau bằng 0 nếu nhiệt độ tại các chỗ tiếp giáp như nhau

31. Cácđịnhluật Thermocouple 3. Nếu 2 tiếp giáp tại nhiệt độ T1 và T2 tạo ra điện áp Seebeck V2, tại nhiệt độ T2 và T3 tạo ra điện áp V1 thì tại nhiệt độ T1 và T3 tạo ra điện áp là V3 = V1 + V2

32. Đođiệnáp Thermocouple Không thể đo trực tiếp điệp áp Seebeck vì: Phải nối vôn kế vào Thermocouple và chính các dây dẫn vôn kế tạo ra một mạch nhiệt điện khác Muốntìmnhiệtđộtại J1 phảibiếtnhiệtđộtại J2

33. Lớptiếpgiápthamchiếu

34. Lớptiếpgiápthamchiếu

35. Thay khối Ice Bath bởi khối Isothermal Mạchthamchiếu

36. Mạchthamchiếu Áp dụng định luật 2

37. Mạchthamchiếu Mạch tương đương Đo RT TREF  VREF Đo VV1=V+VREF TJ1

38. Ưunhượcđiểm Thermocouple Ưu điểm + Giá thành thấp + Ổn định cơ học + Tầm hoạt động rộng (-200 0C ÷ 2000 0C) Nhược điểm + Độ nhạy thấp (V/ 0C) + Cần phải biết nhiệt độ tham chiếu + Yêu cầu calib định kì

39. Vídụ Cho Thermocouple loại J có độ nhạy  = 53V/0C Khi nhiệt độ đo T = 100 thì vôn kế chỉ bao nhiêu? Nếu vôn kế chỉ 0.507mV thì nhiệt độ đo T = ?

40. Vídụ Tính điện áp V1 và V2 ? Thermocouple loại K có  = 40V/0C, Thermistor có R25 = 1.0K, B25/100 = 4000K. Cho nhiệt độ Thermocouple 5000C, nhiệt độ tham chiếu 35 0C

41. Vídụ Tính điện áp tại chân AN0 và AN1? Thermocouple loại K có  = 40V/0C, Thermistor có R25 = 1.0K, B25/100 = 4000K, Zener có VZ = 2.5V. Cho nhiệt độ Thermocouple 5000C, nhiệt độ tham chiếu 35 0C

42. Vídụ Tính điện áp Vout ? Thermocouple loại K có  = 40V/0C, Thermistor có R25 = 1.0K, B25/100 = 4000K, Zener có VZ = 2.5V. Cho nhiệt độ Thermocouple 5000C, nhiệt độ tham chiếu 35 0C

43. Khuếchđạicôngcụ

44. RTD RTD (Resistance Temperature Detector) là cảm biến nhiệt dựa vào hiện tượng điện trở kim loại tăng khi nhiệt độ tăng Ví dụ: RTD platin 100. Dây platin co hệ số nhiệt  = 0.0039 //0C  RTD platin 100  có điện trở tại 00C = 100  và hệ số nhiệt  = 0.39 /0C

45. RTD Quan hệ giữa điện trở và nhiệt độ của RTD được biểu diễn bằng phương trình đơn giản sau:

46. RTD Để đo nhiệt độ có tầm đo lớn hay độ chính xác cao ta sử dụng phương trình Calendar Van – Dusen như sau:

47. VídụRTD Sử dụng RTD platin 100  để đo nhiệt độ. Nếu điện trở hiện tại của platin là 110  thì nhiệt độ đo được bằng bao nhiêu? (so sánh kết quả khi sử dụng 2 phương trình trên)

48. PP nốidây RTD Có 3 pp nối dây được sử dụng

49. Ưunhượcđiểm RTD Ưu điểm + Rất chính xác + Ổn định + Tuyến tính Nhược điểm + Độ nhạy thấp + Cần mạch kích dòng + Giá thành cao

50. Mạchkíchdòng RTD