Cảm Biến Nhiệt Độ Là Gì? Đặc Điểm, Nguyên Lý Hoạt Động Và Ứng Dụng

Cảm biến nhiệt độ là gì? Có những đặc điểm, nguyên lý hoạt động và các ứng dụng gì trong đời sống hằng ngày. Đây có lẽ là những câu hỏi mà chúng ta thường thắc mắc khi nhắc đến cảm biến nhiệt độ. Vậy cùng công ty nhà thông minh AiSmartHome cùng tìm hiểu kỹ hơn về cảm biến nhiệt độ trong bài viết dưới đây nhé.

Cảm biến nhiệt độ là gì?

Cảm biến nhiệt độ là một thiết bị được sử dụng để đo lường những sự thay đổi của nhiệt độ của các đối tượng cần đo và kiểm soát sự cân bằng nhiệt độ. Khi cảm biến nhận diện được sự thay đổi của nhiệt độ môi trường thì sẽ đưa ra các tín hiệu, xử lý tín hiệu thông báo nhiệt độ tới người sử dụng thiết bị.

Cảm biến nhiệt có khả năng đo lường chính xác nhiệt độ hơn so với các thiết bị thông thường khi thực hiện bằng cặp nhiệt điện hay nhiệt kế. Cảm biến này thường được sử dụng phổ biến trong các lĩnh vực có phép đo cần độ chính xác cao, dùng để đo chất lỏng, áp suất khí, trong các phòng thí nghiệm hóa học.

Cấu tạo cơ bản của cảm biến nhiệt độ

Cấu tạo cảm biến nhiệt độ gồm có hai thành phần chính đó là dây kim loại được gắn vào đầu nóng và đầu lạnh. Tuy nhiên lại được cấu tạo bởi các nhiều bộ phận quan trọng, gồm các bộ phận cụ thể như sau:

Bộ phận cảm biến

Bộ phận cảm biến đóng vai trò cực kỳ quan trọng trong cảm biến nhiệt độ, được đặt bên trong vỏ bảo vệ đầu khi đã kết nối với đầu nối. Bộ phận này quyết định đến sự chính xác của các phép đo của cảm biến nhiệt độ.

Dây dẫn kết nối

Các bộ phận cảm biến có thể kết nối bằng 2,3 hoặc 4 dây kết nối. Chất liệu của dây kết nối phụ thuộc vào điều kiện của đầu dò. Loại cảm biến nhiệt độ có 4 dây kết nối là loại cảm biến có độ chính xác cao nhất, sử dụng trong các phòng thí nghiệm. Loại cảm biến 3 dây là loại cảm biến cho kết quả đo chính xác tốt, được sử dụng trong lĩnh vực sản xuất công nghiệp.

Loại cảm biến 2 dây kết nối là loại cảm biến cho kết quả đo chính xác thấp nhất. Loại cảm biến này được sử dụng kết nối độ bền nhiệt thực hiện với dây điện trở ngắn, điện trở thấp và kiểm tra các điện trở tương đương.

Vật liệu cách điện gốm

Đây là bộ phận được làm bằng gốm, có nhiệm vụ chủ yếu đó là làm chất cách điện ngăn ngừa hiện tượng đoản mạch và cách điện giữa dây kết nối với lớp vỏ bảo vệ của cảm biến.

Chất làm đầy

Chất làm đầy có chức năng chính đó là lấp đầy các khoảng trống để bảo vệ các cảm biến khỏi các rung động. Thành phần chính của chất làm đầy gồm có bột alumina mịn, được sấy khô và rung.

Lớp vỏ bảo vệ

Lớp vỏ bảo vệ của cảm biến có chức năng để bảo vệ các bộ phận của cảm biến và dây kết nối. Lớp vỏ này được làm bằng các vật liệu phù hợp với kích thước phù hợp, có thể bọc thêm vỏ bọc bằng vỏ bổ sung.

Đầu kết nối

Đầu dây kết nối có chức năng cho phép kết nối điện trở. Bộ phận này được làm bằng các vật liệu cách điện (gốm), các bảng mạch. Trong đó, bộ chuyển đổi cường độ dòng điện 4-20mA có thể cài đặt thay cho bảng đầu cuối.

Nguyên lý hoạt động của cảm biến nhiệt độ

Cảm biến nhiệt độ được hoạt động dựa vào mối quan hệ giữa vật liệu kim loại và sự tác động của nhiệt độ lên vật liệu đó. cụ thể là khi có sự thay đổi điện trở kim loại vượt trội hơn so với sự thay đổi của nhiệt độ. Các cảm biến sẽ phát ra tín hiệu khi nhận diện được sự thay đổi của nhiệt độ vật thể, tiến hiệu này sẽ truyền tới mạch xử lý và được quy đổi ra số nhiệt độ.

Khi nhiệt độ ở 0 thì điện trở ở mức 1000, điện trở của kim loại càng tăng khi nhiệt độ tăng và ngược lại. Nghĩa là sự chênh lệch nhiệt độ giữa đầu nóng và đầu lạnh sẽ tạo ra một sức điện động V phát ra tại đầu lạnh. Nhiệt độ tại đầu lạnh đo được phụ thuộc vào sự ổn định và chất liệu làm nên nó. Vì vậy mà các cặp nhiệt hiện nay đều được sản xuất với sức điện động khác nhau gồm E, J, K, R, S, T.

Phân loại cảm biến nhiệt độ

Có nhiều cách phân loại cảm biến nhiệt độ, tuy nhiên cách phân loại chính là dựa trên nguyên lý hoạt động thì được chia thành các loại cảm biến chính như sau:

Cảm biến nhiệt điện trở

Cảm biến nhiệt điện trở gồm có các dây kim loại quấn theo đầu đo. Khi có sự thay đổi nhiệt độ, điện trở 2 đầu dây kim loại sẽ thay đổi theo Tùy thuộc vào bản chất kim loại để đưa ra giá trị đo trên các thiết bị. Người ta thường chia các loại cảm biến nhiệt điện trở theo số lượng dây như RTD 2 dây, RTD 3 dây và RTD 4 dây. Cảm biến nhiệt này hoạt động trong phạm vi nhiệt từ -200 độ C đến 700 độ C.

Cảm biến cặp nhiệt điện

Loại cảm biến này được đánh giá rất cao về độ bền và khả năng đo nhiệt độ cao. Gồm có 2 dây dẫn kim loại khác nhau và 1 đầu đo nóng, 1 đầu đo lạnh. Giữa hai đầu đo sẽ có sự chênh lệch nhiệt độ tạo nên suất điện động. Phạm vi đo nhiệt độ của cảm biến nhiệt điện này có thể lên tới 1400 độ C.

Cảm biến nhiệt bán dẫn

Cảm biến nhiệt bán dẫn là loại cảm biến được tạo thành từ các vật liệu bán dẫn. Cảm biến này được hoạt động dựa trên nguyên lý phân cực của chất bán ảnh hưởng tác động của nhiệt độ. Với ưu điểm độ nhạy cao, chống nhiễu tốt, mạch xử lý đơn giản, giá thành rẻ. Phạm vi đo nhiệt độ từ -50 độ C tới 150 độ C.

Cảm biến điện trở oxit kim loại

Cảm biến nhiệt điện trở oxit kim loại được tạo thành từ nhiều chất liệu khác nhau như mangan, coban, niken hay các oxit kim loại,… Các vật liệu được trộn theo tỷ lệ nhất định, sau đó nén trong các vỏ bọc gốm và vật liệu cách nhiệt, hỗn hợp này được nung ở nhiệt độ cao. Khi nhiệt độ thay đổi thì khả năng dẫn nhiệt của hỗn hợp này sẽ thay đổi theo. Cảm biến điện trở oxit kim loại hoạt động được trong phạm vị nhiệt độ từ 50 độ đến khoảng 150 độ C.

Nhiệt kế bức xạ

Nhiệt kế bức xạ được hoạt động dựa trên tính chất bức xạ năng lượng của vật thể để xác định giá trị nhiệt độ. Loại thiết bị nhiệt kế này có thể hoạt động tốt trong môi trường khắc nghiệt. Phạm vi đo nhiệt độ từ -54 độ C tới 1000 độ C.

Ứng dụng của cảm biến nhiệt độ

Cảm biến nhiệt độ được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực, mang lại nhiều tiện ích và hiệu quả cho người sử dụng. Một số ứng dụng nổi bật sau:

Ứng dụng trong lĩnh vực nhà thông minh

Trong lĩnh vực nhà thông minh, cảm biến nhiệt độ được ứng dụng để giám sát và theo dõi nhiệt độ trong ngôi nhà để từ đó điều khiển các thiết bị nhà thông minh tự động hoạt động. Nhờ vậy mà người dùng kiểm soát được sự thay đổi của nhiệt độ môi trường bên ngoài, giữ gìn sức khỏe tốt hơn. Ví dụ như cảm biến nhiệt độ phát hiện nhiệt độ trong phòng quá cao ở 39 độ C thì đưa ra các tín hiệu yêu cầu người dùng bật điều hòa, hoặc tự động hạ rèm cửa xuống.

Ứng dụng trong lĩnh vực y tế

Cảm biến nhiệt độ được ứng dụng để đo và theo dõi nhiệt độ của con người và các con vật khác. Cảm biến dùng để đo nhiệt độ trong cơ thể của người bệnh nhân bị sốt, đo nhiệt độ trong máu, não,… hay được ứng dụng trong các máy móc như máy lọc máu, máy thông khí, máy sưởi,..

Ứng dụng trong lĩnh vực công nghiệp điện tử

Trong các thiết bị điện tử, các cảm biến nhiệt được ứng dụng để đo lường nhiệt độ của của các thiết bị nhằm đưa ra các cảnh báo giúp cho người dùng dễ dàng kiểm soát và bảo vệ các thiết bị khỏi những tai nạn, hư hỏng do tình trạng quá nhiệt gây ra. Ví dụ, trong quá trình chế biến các loại hóa chất, việc ứng dụng các biển nhiệt sẽ giám sát được nhiệt độ, ngăn chặn được các tình trạng quá nhiệt, phán ứng bùng phát.

Ứng dụng trong ngành ô tô vận tải

Trong ngành ô tô vận tải, các cảm biến nhiệt được sử dụng để tối ưu hóa hiệu suất sử dụng các phương tiện, đo lượng nhiệt độ của các loại động cơ, kiểm tra khí thải, điều chỉnh nhiệt độ trên xe, bảo quản hàng hóa trong các xe tải đông lạnh,… Đồng thời có thể ghi nhận chính xác điều kiện thời tiết môi trường bên ngoài giúp người lái xe điều chỉnh nhiệt độ phù hợp trong xe, cảm biến có thể điều chỉnh áp suất phanh khi đường trơn trượt.

Ứng dụng trong môi trường

Cảm biến nhiệt được dùng để đo và theo dõi nhiệt độ trong các môi trường tự nhiên như môi trường đất, nước, không khí. Và còn được ứng dụng để dự đoán, nghiên cứu khí hậu, thời tiết, quản lý các nguồn tài nguyên. Đồng thời, ứng dụng để đo nhiệt độ các khu vực sản xuất nông nghiệp, trong các phòng thí nghiệm khoa học,…

Ngoài những ứng dụng mà cảm biến nhiệt độ mang lại được nêu trên, bạn có thể khám phá thêm những thông tin của các loại cảm biến khác mà được sử dụng phổ biến hiện nay thông qua bài viết sau: Cảm Biến Thông Minh Là Gì? Cấu Tạo, Ứng Dụng & Phân Loại

Thông qua bài viết trên, hy vọng bạn có thể hiểu hơn về cảm biến nhiệt độ là gì? Những thông tin giúp cho bạn có cái nhìn tổng quan về loại cảm biến này. Nếu bạn muốn ứng dụng cho mình những cảm biến nhiệt độ thông minh, hiện đại cho ngôi nhà của mình thì có thể liên hệ qua hotline 0396999918 cho công ty nhà thông minh AiSmartHome để được tư vấn nhé.