Bài tập lớn Đo lường công nghiệp - RTD & Thermistors

RTD & THERMISTORSĐO LƯỜNG CÔNG NGHIỆPNhóm 09GVHD: Lê Ngọc Đình24 October 20212Tổng quanRTDThermistorsỨng dụngĐO LƯỜNG CÔNG NGHIỆP24 October 20213Tổng quanNguyên lý đo nhiệt độ và phân loạiĐO LƯỜNG CÔNG NGHIỆPCảm 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 độ24 October 20214Các cảm biến đo nhiệt độ chủ yếu dựa trên một trong 3 hiệu ứng sau:Sự nở vì nhiệtHiệu ứng điện tửHiệu ứng bức xạTổng quanĐO LƯỜNG CÔNG NGHIỆP24 October 20215Tổng quanĐO LƯỜNG CÔNG NGHIỆPChủ yếu phụ thuộc vào sự nở vì nhiệt của vật chất Nhiệt kế chất lỏng (nhiệt kế thủy ngân,) kể cả nhiệt kế khí hoạt động dựa trên phương trình khí lý tưởng:	PV=RT trong đó P là áp suất, T là nhiệt độ (K),V là thể tích và R là hằng số khí lý tưởngCảm biến nhiệt độ cơ học24 October 20216Tổng quanĐO LƯỜNG CÔNG NGHIỆP Băng lưỡng kim (thường được sử dụng trong bộ điều chỉnh nhiệt)Hệ số nở nhiệt của kim loại A lớn hơn của kim loại BCảm biến nhiệt độ cơ học24 October 20217Tổng quanĐO LƯỜNG CÔNG NGHIỆPCảm biến nhiệt độ điện tửNhiệt độ được nhận biết bằng các phương pháp khác nhau: Hiệu ứng nhiệt điện trở ThermistorsRTDs Hiệu ứng nhiệt điện Thermocuples Hiệu ứng bức xạ nhiệt Cảm biến hỏa nhiệt (pyro-electric sensors)24 October 20218Tổng quanĐO LƯỜNG CÔNG NGHIỆPCó 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);2. Thang đo và đơn vị24 October 20219Tổng quanĐO LƯỜNG CÔNG NGHIỆPFahrenheit[°F] = [°C] · 9/5 + 32Celsius[°C] = ([°F] − 32) · 5/9Kelvin[K] = [°C] + 273.15Rankine[°R] = [°F] + 459.67 24 October 202110Resistance Temperature Detectors(RTDs)ĐO LƯỜNG CÔNG NGHIỆPĐặc tính:RTD là cảm biến nhiệt dựa vào hiện tượng điện trở kim loại tăng khi nhiệt độ tăng24 October 202111Resistance Temperature Detectors(RTDs)ĐO LƯỜNG CÔNG NGHIỆP24 October 202112Resistance Temperature Detectors(RTDs)ĐO LƯỜNG CÔNG NGHIỆP24 October 202113Resistance Temperature Detectors(RTDs)ĐO LƯỜNG CÔNG NGHIỆP24 October 202114Resistance Temperature Detectors(RTDs)ĐO LƯỜNG CÔNG NGHIỆPCó 3 pp nối dây được sử dụng24 October 202115Resistance Temperature Detectors(RTDs)ĐO LƯỜNG CÔNG NGHIỆP24 October 202116Resistance Temperature Detectors(RTDs)ĐO LƯỜNG CÔNG NGHIỆP24 October 202117Resistance Temperature Detectors(RTDs)ĐO LƯỜNG CÔNG NGHIỆPƯu nhược điểm RTDƯu điểmRất chính xácỔn địnhTuyến tínhNhược điểmĐộ nhạy thấpCần mạch kích dòngGiá thành caoảnh hưởng của dây nối24 October 202118Thermally sensitive resistors(Thermistors)ĐO LƯỜNG CÔNG NGHIỆPĐặc tính:Thermistor: là thiết bi bán dẫn có điện trở sụt giảm nhanh khi nhiệt độ tăng. 	24 October 202119ThermistorsĐO LƯỜNG CÔNG NGHIỆP24 October 202120ThermistorsĐO LƯỜNG CÔNG NGHIỆPThermistor 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 độ24 October 202121ThermistorsĐO LƯỜNG CÔNG NGHIỆPChế độ điện áp – dòng điệnKhi thermistor bị quá nhiệt do năng lượng của nó, thiết bị hoạt động ở chế độ điện áp – dòng điệnỞ 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 biến24 October 202122ThermistorsĐO LƯỜNG CÔNG NGHIỆPĐặc trưng dòng điện – thời gian của thermistor phụ thuộc vào hằng số tiêu tán nhiệt của vỏ và nhiệt dung của phần tửKhi cấp dòng điện vào thermistor vỏ bắt đầu tự đốt nóng. Nếu dòng điện liên tục thì điện trở thermistor bắt đầu giảmĐặc trưng này được sử dụng để làm chậm các ảnh hưởng của các gai áp caoChế độ dòng điện – thời gian24 October 202123ThermistorsĐO LƯỜNG CÔNG NGHIỆPỞ chế độ điện trở - dòng điện, thermistor hoạt động ở điều kiện công suất zero, nghĩa là không xảy ra sự tự đốt nóngChế độ điện trở – nhiệt độ24 October 202124ThermistorsĐO LƯỜNG CÔNG NGHIỆPĐa thức bậc 3 xấp xỉ đặc tuyến điện trở - nhiệt độ của thermistor là phương trình Steinhart - HartT : nhiệt độ thermistor (K)RT : điện trở thermistor ()A0, A1, A3 : các hệ số được nhà sản xuất cấp24 October 202125ThermistorsĐO LƯỜNG CÔNG NGHIỆPDùng mạch cầu Wheatstone24 October 202126ThermistorsĐO LƯỜNG CÔNG NGHIỆPT : nhiệt độ thermistor (K)RT : điện trở thermistor () tại TR0 : điện trở thermistor () tại T0B : hằng số phụ thuộc vật liệu thermistor (thường ký hiệu BT1/T2 , ví dụ B25/85 = 3540K )24 October 202127ThermistorsĐO LƯỜNG CÔNG NGHIỆPƯu nhược điểm ThermistorƯu điểm+ Rất nhạy đối với thay đổi nhỏ;+ Độ chính xác cao (±0.020C);+ Ổn định, tin cậy, hạn chế ảnh hưởng của dây nối;Nhược điểm+ Tầm hoạt động bị giới hạn;+ Quan hệ R-T phi tuyến;24 October 202128ĐO LƯỜNG CÔNG NGHIỆP+ Trong gia đình: tủ lạnh, máy rửa chén, nồi cơm điện, máy sấy tóc,ỨNG DỤNG24 October 202129ỨNG DỤNGĐO LƯỜNG CÔNG NGHIỆPTrong xe hơi: đo nhiệt độ nước làm lạnh hay dầu, theo dõi nhiệt độ của khí thải, đầu xilanh hay hệ thống thắng,24 October 202130ỨNG DỤNGĐO LƯỜNG CÔNG NGHIỆPHệ thống điều hòa và sưởi: theo dõi nhiệt độ phòng, nhiệt độ khí thải hay lò đốt,24 October 202131ỨNG DỤNGĐO LƯỜNG CÔNG NGHIỆPTrong công nghiệp: ổn định nhiệt cho diode laser hay các phần tử quang, bù nhiệt cho cuộn dây đồng,24 October 202132ỨNG DỤNGĐO LƯỜNG CÔNG NGHIỆPTrong viễn thông: đo và bù nhiệt cho điện thoại di động24 October 202133Cảm ơn sự chú ý lắng nghe của thầy và các bạn !