Đo lường công nghiệp - RTD và Thermistor

ĐO LƯỜNG CÔNG NGHIỆPRTD và ThermistorNHÓM 1Nguyên lý đo nhiệt độNhiệt độ là một đại lượng vật lý, được định nghĩa bằng các định lý nhiệt động lực học. Tuy nhiên có thể xem nhiệt độ là đại lượng đặc trưng cho độ ‘ nóng, lạnh’ của vật thể, môi trường,Nguyên tắc cơ bản dùng để đo nhiệt trong các thiết bị là dựa vào sự thay đổi của vật liệu, dụng cụ đo ở các nhiệt độ khác nhau.Có 2 phương pháp xử lý tín hiệu nhiệt độ:	+ Cân bằng	+ Dự báoPP 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 đoPP 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 biếnCảm biến nhiệt độCảm biến tiếp xúc: trao đổi nhiệt xảy ra ở chỗ tiếp xúc giữa đối tượng và cảm biếnCảm biến không tiếp xúc: trao đổi nhiệt xảy ra nhờ vào bức xạ, năng lượng nhiệt ở dạng ánh sáng hồng ngoạiCảm biến bị tác động của môi trường đo, gây ra sai số khi đo nhiệt độ.Thang đo nhiệt độCó 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).Fahrenheit [°F]= [°C] · 9/5 + 32Celsius [°C] = ([°F] − 32) · 5/9Kelvin [K] = [°C] + 273.15Rankine [°R] = [°F] + 459.67RTDRTD (Resistance Temperature Detector) là cảm biến nhiệt dựa vào hiện tượng điện trở kim loại tăng khi nhiệt độ tăngVí dụ: RTD platin 100ΏDây platin có hệ số nhiệt α=0.0039 Ώ/Ώ/oC  RTD platin 100Ώ có điện trở tại 0oC là 100Ώ và độ nhạy 0.39 Ώ/oC RTDQuan hệ giữa điện trở và nhiệt độ của RTD được biểu thị bằng phương trình sauĐể đo nhiệt độ có tầm đo lớn hay độ chính xác cao ta sử dụng phương trình Calender Van – Dusen như sauPP nối dây RTDĐánh giá RTDƯu điểm:Rất chính xácỔn địnhTuyến tínhNhược điểm:Độ nhạy thấpCần mạch kích dòngGiá thành caoMạch kích dòng RTDThermistorThermistor: điện trở nhạy với nhiệt được sử dụng để đo nhiệt độMô hình đơn giản biểu diễn mối quan hệ giữa nhiệt độ và điện trở: 	ΔT = k*ΔRk > 0: thermistor có hệ số nhiệt dương (PTC)k < 0: thermistor có hệ số nhiệt âm (NTC)Phân loại ThermistorĐặc tính của ThermistorĐộ phân giải : vô cùngĐộ tuyến tính : phụ thuộc tầm hoạt độngTầm đo : phổ biến -100*C đến 200*CThermistorỞ chế độ điện trở - dòng điện, thermistor hoạt động ở điều kiện công suất zero, nghĩa là không xảy ra sự tự đốt nóngThermistorĐa thức bậc 3 xấp xỉ đặc tuyến điện trở - nhiệt độ của thermistor là phương trình Steinhart – HartT : nhiệt độ thermistor (K): điện trở thermistor (Ω): các hệ số được nhà sản xuất cấpThermistorMô hình đơn giản xấp xỉ đặc tuyến điện trở - nhiệt độ của thermistorT : nhiệt độ thermistor (K): điện trở thermistor (Ω) tại T: điện trở thermistor (Ω) tại B : hằng số phụ thuộc vật liệu thermistor (3500 – 4600)Mạch đoTuyến tính hóa đặc trưng R/TTuyến tính hóa đặc trưng R/TTuyến tính hóa đặc trưng R/TR = [RTM(RTL + RTH) – 2RTLRTH] / [RTL + RTH – 2RTM]Trong đó:R = giá trị điện trở mắc song song, ΩRTL = điện trở thermistor tại nhiệt độ thấp nhất TL, ?RTH = điện trở thermistor tại nhiệt độ thấp nhất TH, ΩRTM = điện trở thermistor tại nhiệt độ giữa TM, Ω Nhiệt độ giữa TM = (TL + TH) / 2, °CƯu/Nhược điểm ThermistorƯu điểmRất nhạy đối với thay đổi nhỏĐộ chính xác cao (C)Ổn định, tin cậyNhược điểmTầm hoạt động bị giới hạnQuan hệ R-T phi tuyến