Bài giảng Cảm biến công nghiệp - Chương 3

III. C m bi n đo nhi III. C m bi n đo nhi

ế ế

ả ả

t đ ệ ộ t đ ệ ộ

t đi n (Thermocouple)

ệ t đi n tr (RTD) ở

1. T ng quan ổ 2. C p nhi ệ ặ 3. Nhi ệ ệ 4. Themistor 5. IC đo nhi 6. Nhi

t đệ ộ t k h ng ngo i ạ

ệ ế ồ

Monday, March 24, 2014

1

1. T ng quan

ổ

c dùng đ đo

ế

ể

ệ ộ

t b đ ế ị ượ

ổ

ậ ự

ạ

t đ c a đ i t ệ ộ ủ ố ượ ế ả ả ệ

ặ ọ ả

ổ ế

ụ

ả

ệ ể ự ầ ứ

ệ

c phân thành 2 lo i:

t đ là thi C m bi n nhi ả ng. nhi t đ Các c m bi n này c m nh n s thay đ i nhi ệ ộ và cho tín hi u ngõ ra m t trong hai d ng: thay đ i ổ ộ đi n áp ho c thay đ i đi n tr . ở ệ Đ l a ch n c m bi n cho m t ng d ng c th ụ ể ộ ứ thì c n xem xét: đ chính xác, kho ng đo, th i gian ờ ng làm vi c. đáp ng và môi tr C m bi n nhi ế

ạ

t)

ộ ườ t đ đ ệ ộ ượ ả C m bi n lo i ti p xúc ạ ế C m bi n lo i không ti p xúc (đo b c x nhi ạ

Monday, March 24, 2014

2

ứ ạ ế ế ả ả ệ ế

1. T ng quan

ổ

C m bi n lo i ti p xúc:

t đi n (Thermocouple)

ạ ế ệ ệ t đi n tr ở ệ

C m bi n lo i không ti p xúc

ế

IC đo nhi ả Nhi

t đ b ng cách nh n năng l

ế ả C p nhi ặ Nhi ệ • RTD • Thermistor t đệ ộ ạ ế t k h ng ngo i ạ ệ ế ồ ệ ộ ằ

ượ ng h ng ồ

Monday, March 24, 2014

3

• Đo nhi ngo i đ c phát ra t ậ v t li u ạ ượ ừ ậ ệ

1. T ng quan

ổ

Monday, March 24, 2014

4

t đi n (Thermocouple)

2. C p nhi ặ

ệ

ệ

ệ

c hàn dính 1 đ u, đ u còn ầ ầ

ằ ng là h p kim) đ ợ c đ a đ n thi

ạ ộ ủ ệ

C u t o ấ ạ Đ c làm b ng 2 v t li u d n đi n khác nhau ượ ậ ệ ẫ (th ượ ườ l t b đo i đ ế ị ạ ượ ư ế Thermocouple có 2 m i n i: l nh và nóng ố ố ạ Ho t đ ng ạ ộ Thermocouple ho t đ ng d a trên nguyên lý c a hi u ự ứ Đi n áp gi a 2 m i n i đ

Monday, March 24, 2014

5

c g i là đi n áp Seebeck ng Seebeck ữ ệ ố ố ượ ọ ệ

2. C p nhi ặ

ệ

t đi n ệ

M t s hình nh

ộ ố

ả

Monday, March 24, 2014

6

t đi n (Thermocouple)

2. C p nhi ặ

ệ

ệ

Các lo i c p nhi ạ ặ

ệ

t đi n ệ

Type

Composition

Range

Good for

Cost

Sensitivity

Not recommended for

K

−200 °C to 1200 °C Oxidizing or neutral

Low 41 µV/°C

Use under 540ºC

Chromel (Ni-Cr alloy) / Alumel (Ni-Al alloy)

applications

E

−200 °C to 900 °C

Low

68 µV/°C

Chromel / Constantan (Cu-Ni alloy)

Oxidizing or inert applications

J

Iron / Constantan

−40 °C to 750 °C

Low

52 µV/°C

Vacuum, reducing, or inert apps

Oxidizing or humid environments

N

−270 °C to 1300 °C Oxidizing or neutral

Low 39 µV/°C

Nicrosil (Ni-Cr-Si alloy) / Nisil (Ni-Si alloy)

applications

T

Copper / Constantan

−200 °C to 350 °C

Low

43 µV/°C

Oxidizing, reducing or inert apps

Wet or humid environments

R

0 °C to 1600 °C

High temperatures

High

10µV/°C

Platinum /Platinum with 13% Rhodium

Shock or vibrating equipment

S

0 °C to 1600 °C

High temperatures

High

10µV/°C

Platinum /Platinum with 10% Rhodium

Shock or vibrating equipment

B

50 °C to 1800 °C

High temperatures

High

10µV/°C

Shock or vibrating equipment

Platinum-Rhodium / Pt-Rh

Monday, March 24, 2014

7

t đi n (Thermocouple)

2. C p nhi ặ

ệ

ệ

ứ

c t o ra b i c p nhi t đi n đ c cho ượ ạ ở ặ ệ ệ ượ

Công th c tính Đi n áp đ b i công th c ứ

ệ ở

V = S * ΔT

ượ

Trong đó: • V: Đi n áp đo đ ệ • S: H s Seebeck (V/ ệ ố • ΔT: Chênh l ch nhi

t đ c n đo đ Do đó, nhi ệ ệ ộ ầ c (V) 0C) t đ gi a 2 m i n i ố ố c tính theo công th c ứ ệ ộ ữ ượ

T= Ttham chi uế + V/S (°C)

Monday, March 24, 2014

8

t đi n (Thermocouple)

2. C p nhi ặ

ệ

ệ

Đ c tính

ặ

Monday, March 24, 2014

9

t đi n (Thermocouple)

2. C p nhi ặ

ệ

ệ

Đ c tính

ặ

Monday, March 24, 2014

10

t đi n (Thermocouple)

2. C p nhi ặ

ệ

ệ

Các ki u đ u dò c a c p nhi

ủ ặ

ể

ầ

ệ

t đi n: ệ

-Đ n gi n nh t ấ ả

ơ

ầ

ố

ầ

-Đ u đo đ c đ t trong ng ượ ặ kim lo i (inox ho c h p kim) ặ ợ

ạ

c làm ẻ

-Đ u đo đ ượ b ng v t li u d o, d ễ ậ ệ ằ u nố

- Nh g n, đáp ỏ ọ ng nhanh ứ

c nhi

ượ

ệ ộ

- Đo đ nhi u môi tr ề

ườ

t đ cao, ng v t ch t ấ ậ

t đ b ệ ộ ề

t ệ

-Dùng đo nhi m t v t li u ặ ậ ệ

-Dùng đo nhi đ ch t khí ộ ấ

Monday, March 24, 2014

11

t đi n (Thermocouple)

2. C p nhi ặ

ệ

ệ

Thu n l

c va đ p ị ượ ậ

i ậ ợ C u t o đ n gi n, ch u đ ả ấ ạ ơ Kho ng đo nhi t đ r ng ệ ộ ộ ả R ti n ẻ ề Đáp ng nhanh ứ Đa d ngạ Khó khăn

Monday, March 24, 2014

12

Phi tuy nế Ít n đ nh ổ ị Đi n áp th p ệ ấ C n đi m tham chi u ể ầ ế

t đi n (Thermocouple)

2. C p nhi ặ

ệ

ệ

Ứ

t đ trong các lò luy n gang, thép ệ

ng d ng ụ Dùng đo nhi Đo nhi ệ ộ

Monday, March 24, 2014

13

ệ ộ t đ khí th i ả

t đi n tr (

ở Resistance Temperature

ệ

ệ

3. Nhi Detectors)

Đ ng, Nikel, Platinum,…đ ừ ồ ạ c ượ

ấ

C u t o: ấ ạ Dây kim lo i làm t qu n tùy theo hình dáng c a đ u đo. Có 2 lo i c b n: lo i dây qu n và lo i màn m ng

ủ ầ ấ ạ ơ ả ỏ ạ ạ

ụ ạ Pt 100

Monday, March 24, 2014

14

Thông d ng nh t c a RTD là lo i ấ ủ Th ng có lo i 2 dây, 3 dây và 4 dây ườ ạ

3. Nhi

ệ

t đi n tr (RTD) ở

ệ

Nguyên lý: Khi nhi

t đ tăng, đi n tr hai đ u dây kim lo i tăng ệ ộ ở ệ ạ ầ

Đ th quan h gi a đi n tr và nhi

ệ ữ

ồ ị

ở

ệ

t đ ệ ộ

Monday, March 24, 2014

15

3. Nhi

ệ

t đi n tr (RTD) ở

ệ

Cách đ u dây cho RTD

ấ 2 dây

ả

- Gi m sai s đo - Các dây ph i có cùng chi u dài và

3 dây ố ả

ề

v t li u ậ ệ ố

- Dây n i có th dài đ n 600m ể

ế

Monday, March 24, 2014

16

3. Nhi

ệ

t đi n tr (RTD) ở

ệ

Cách đ u dây cho RTD

ấ 4 dây

ộ

ậ ố

t nh t ấ

- Đ chính xác và đ tin c y t - Không có sai s h th ng - Bù hoàn toàn nh h

ộ ố ệ ố ưở ả

ng c a sai s ủ

ố

Monday, March 24, 2014

17

3. Nhi

ệ

t đi n tr (RTD) ở

ệ

Ứ

ề ẩ

ế

ng d ng RTD ụ Máy l nh, máy đi u hòa ạ Ch bi n th c ph m ự ế ế ng B p, lò n ướ Ngành d t ệ Gia công v t li u Vi đi n t ệ ử Đo nhi

Monday, March 24, 2014

18

t đ khí, gas, ch t l ng ậ ệ ệ ộ ấ ỏ

3. Nhi

ệ

t đi n tr (RTD) ở

ệ

Ư ể ế

ả ộ

t đ cao ớ ệ ộ

Nh

ậ t đi n ệ

u đi m c a RTD ủ Tuy n tính trên kho ng r ng Chính xác cao n đ nh v i nhi Ổ ị c đi m c a RTD ủ ượ ể Đáp ng ch m h n c p nhi ơ ặ ệ ứ t đi n Đ c ti n h n c p nhi ệ ệ ng b i s c và rung ở ố Ả Yêu c u 3 dây ho c 4 dây ặ

Monday, March 24, 2014

19

ắ ề ơ ặ nh h ưở ầ

4. Thermistors (Thermally sensitive resistor)

ạ

C u t o: ấ ạ Đ c làm b ng các ôxít kim lo i: Niken, Mangan, ượ côban, … đ

c ph b i nh a ho c th y tinh ằ ượ ủ ở ự ủ ặ

t âm - NTC ( Negative Temperature

ng - PTC (Positive Temperature t d ệ ươ

Phân lo i:ạ H s nhi ệ ệ ố Coefficient) H s nhi ệ ố Coefficient)

Ký hi u:ệ

Monday, March 24, 2014

20

4. Thermistors

NTC Thermistor

Monday, March 24, 2014

21

PTC Thermistor

4. Thermistors

Đ c tính

ặ

Monday, March 24, 2014

22

PTC Thermistor NTC Thermistor

4. Thermistors

Ư ể ứ

ổ ề

ệ ệ

• Lo i b v n đ đi n tr dây d n ẫ ề ệ ở

u đi m Đáp ng nhanh Đi n tr thay đ i nhi u ở Đi n tr cao ở ạ ỏ ấ

ở  Phát nóng chính b n thân ả

Monday, March 24, 2014

23

Giá thành th p h n RTD ấ ơ Ch u đ c rung và s c ị ượ ố Khuy t đi m ể ế Phi tuy nế Kho ng đo h p ẹ ả Đi n tr cao Ít n đ nh h n RTD ơ ệ ổ ị

4. Thermistors

Ứ

ng d ng ụ NTC

t đ , đi u khi n nhi t đ , bù nhi t • Dùng đ đo nhi ể ệ ộ ề ể ệ ộ ệ

đ :ộ

– Các đ đi n trong nhà: t l nh, máy gi ủ ạ ặ t, n i ồ

ồ ệ ệ ấ ố

công nghi p: các b n đ nh nhi t – Trong đi n t ộ ổ ị ệ

ệ ộ – Trong vi n thông: dùng đ đo và bù nhi t đ cho ệ ộ c m đi n, máy s y t c, … ơ ệ t đ , … ể

ệ

ế

ả – D a vào s khác nhau c a h ng s tiêu tán nhi t ệ

Monday, March 24, 2014

24

ủ ằ c và không khí ho c h i, … ệ ử đ , các b bù nhi ộ ộ ễ đi n tho i di đ ng ộ ạ • C m bi n m c ch t l ng ứ ấ ỏ ự ướ ự đ trong n ộ ố ặ ơ

4. Thermistors

Đi u khi n

ể

ề

Đo nhi

t đệ ộ

Đo m c ch t l ng

ấ ỏ

ứ

Monday, March 24, 2014

25

4. Thermistors

Bù nhi

t đệ ộ

Monday, March 24, 2014

26

4. Thermistors

Ứ

ng d ng ụ PTC

• PTC công su tấ

ầ ạ

, th i – Làm c u chì: b o v ng n m ch/quá t i ả ả ệ ắ – Làm công t c: kh i đ ng đ ng c , kh t ử ừ ờ ở ộ ắ ộ ơ

t, đo và đi u khi n ề

i h n: b o v đ ng c , b o v quá ệ ả ệ ộ ể ơ ả ệ

Monday, March 24, 2014

27

gian trễ – B gia nhi t ệ ộ – Ch th m c ị ứ ỉ • C m bi n ế ả – Nhi t đ : b o v quá nhi ệ ộ ả ệ – Nhi t đ gi ệ ộ ớ ạ t ệ nhi

5. IC đo nhi

t đệ ộ

Ngõ ra đi n ápệ Ngõ ra dòng đi nệ Ngõ ra so sánh M t s IC khác

ộ ố

Monday, March 24, 2014

28

5.1 Ngõ ra áp

t đ (10 mV/

oC)

LM35/LM45 ệ

ệ ộ

oC đ n +150 oC đ n +100

oC, ±1 oC oC, ±3 oC

ả

chân ngõ ra đ đo đ c ế ế ố ở ể ượ

Monday, March 24, 2014

29

v i nhi Đi n áp ngõ ra t l ỉ ệ ớ Kho ng đo và đ chính xác ộ • LM35: T -55 • LM45: T -20 ệ t đ d ừ ừ Dùng đi n tr kéo xu ng ở i 0 nhi ệ ộ ướ oC

5.1 Ngõ ra áp

LM35/LM45 Đo nhi

Monday, March 24, 2014

30

t đ d i 0 ệ ộ ướ oC

5.1 Ngõ ra áp

M t s IC khác

• Đi n áp ra t l ngh ch v i nhi t đ

ộ ố LM20: ệ

ỉ ệ ớ ị ệ ộ oC (-11.7mV/oC)

LM135, LM235, LM335:

• Đo nhi t đ tuy t đ i (K) v i h s d ng ệ ệ ố ươ ệ ố ớ ộ

(+10mV/K)

Monday, March 24, 2014

31

• Đi n áp ngõ ra t l v i nhi t đ LM34: ệ ỉ ệ ớ ệ ộ oF (10mV/oF)

5.1 Ngõ ra áp

M t s IC khác

ộ ố LM50:

t đ

ỉ ệ ớ c nhi ượ v i nhi ệ ộ ệ ộ oC (+10mV/oC) + 500mV t đ âm không c n đi n tr kéo xu ng ố ệ ầ ở

• Ngõ ra t l • Đo đ LM60:

ệ ộ oC (+6.25mV/oC) + 424mV

Monday, March 24, 2014

32

• Ngõ ra t l v i nhi ỉ ệ ớ • Ngu n cung c p có th +2.7 V ấ ồ t đ ể

5.2 Ngõ ra dòng (LM134, LM234, LM334)

t đ tuy t đ i ệ ố ở

v i nhi ằ ỉ

Dòng đi n ngõ ra t l ệ Đ nh y đ ộ ạ ượ Ch c n c p ngu n 1.2 V là IC ho t đ ng đ ỉ ầ ấ

c đi u ch nh b ng đi n tr ngoài c ượ

ệ ộ ệ ạ ộ

ỉ ệ ớ ề ồ

Monday, March 24, 2014

33

5.3 Ngõ ra so sánh

ự

LM 26/LM27 ng t 1 ngõ ra t ươ 1 ngõ ra so sánh

Monday, March 24, 2014

34

5.3 Ngõ ra so sánh

LM 56

ươ ự

Monday, March 24, 2014

35

ng t 1 ngõ ra t 2 ngõ ra so sánh

5.4 M t s IC khác

ộ ố

LM73/LM74/LM95071/ … LM 86/LM89/LM90/ …

Monday, March 24, 2014

36

5. IC đo nhi

t đệ ộ

ổ ớ

ấ

u đi m Ư ể Tuy n tính cao ế Ngõ ra thay đ i l n R ti n ẻ ề Khuy t đi m ể ế Đo d 0C i 250 ướ Đáp ng ch m ậ ứ Yêu c u ngu n cung c p ồ ầ T phát nóng

Monday, March 24, 2014

37

ự

6. Nhi

ệ ế ồ

t k h ng ngo i ạ

C u t o: ấ ạ

ng h ng ngo i khi ể ề ồ ạ

ượ ệ ố

t đ trên đi m không tuy t đ i (0 K). ng h ng ngo i và nhi ượ ạ ệ ộ ủ ậ t đ c a v t th ể

ể ồ ớ ạ ượ ồ

ng quan v i nhau. t k h ng ngo i đo năng l ạ v t th và chuy n thành tín hi u đi n đo đ ng h ng ngo i phát c.

Ho t đ ng: ạ ộ M i v t th đ u phát ra năng l ọ ậ nhi ệ ộ ở Gi a năng l ữ có s t ự ươ Nhi ệ ế ồ ra t ể ừ ậ

Monday, March 24, 2014

38

ể ượ ệ ệ

6. Nhi

ệ ế ồ

t k h ng ngo i ạ

Monday, March 24, 2014

39

6. Nhi

ệ ế ồ

t k h ng ngo i ạ

Các thông s c n quan tâm ố ầ

c v t đo ướ ậ

Monday, March 24, 2014

40

ng di chuy n hay c đ nh Kho ng đo ả Kích th Kho ng cách đo ả Đ i t ố ượ ố ị ể

6. Nhi

ệ ế ồ

t k h ng ngo i ạ

t đ nh ng n i khó dùng c m bi n ti p ơ ệ ộ ở ữ ế ế ả

 làm vi c đ c lâu h n ệ ượ ơ

Nh

u đi m: Ư ể Đo nhi xúc Không b hao mòn, ma sát ị c đi m: ể ượ B nh h ưở ị ả

Monday, March 24, 2014

41

ng b i các b c x h ng ngo i khác ứ ạ ồ ở ạ

6. Nhi

ệ ế ồ

t k h ng ngo i ạ

Ứ

ng d ng: ụ

Monday, March 24, 2014

42

Monday, March 24, 2014

43