Cảm biến nhiệt độ là gì? Nguyên lý hoạt động và các loại phổ biến

Bạn có bao giờ thắc mắc làm thế nào để chúng ta có thể đo được nhiệt độ của mọi thứ xung quanh? Câu trả lời chính là nhờ vào cảm biến nhiệt độ. Vậy cảm biến nhiệt độ là gì? Nguyên lý hoạt động của thiết bị thông minh này như thế nào? Hãy cùng VoHoang.vn đi tìm hiểu ngay dưới đây.

Cảm biến nhiệt độ là gì?

Cảm biến nhiệt độ là một thiết bị điện tử được sử dụng để đo sự biến đổi nhiệt độ của các đại lượng. Khi nhiệt độ có sự thay đổi, cảm biến nhiệt độ sẽ phát ra tín hiệu, sau đó truyền tín hiệu này về bộ đọc để giúp chúng ta biết được con số cụ thể của nhiệt độ. 

Ngày nay, cảm biến nhiệt độ được ứng dụng rất phổ biến, đặc biệt là trong các ngành công nghiệp như thực phẩm, hóa chất, dược phẩm, hàng hải, ô tô, .... vì nó giúp chúng ta có thể đo nhiệt độ chính xác cao hơn rất nhiều lần so với khi đo nhiệt độ bằng nhiệt kế hoặc các loại cặp nhiệt điện. 

Cảm biến nhiệt độ là gì?

 

Những ứng dụng cảm biến nhiệt độ trong đời sống

Chúng ta có thể bắt gặp cảm biến nhiệt độ ở khắp mọi nơi, từ những thiết bị gia dụng đơn giản đến các hệ thống công nghiệp phức tạp. Dưới đây là một số ứng dụng phổ biến của cảm biến nhiệt độ trong đời sống:

Ứng dụng cảm biến nhiệt độ trong y tế

Cảm biến nhiệt độ được sử dụng trong các nhiệt kế điện tử để đo thân nhiệt của bệnh nhân một cách nhanh chóng và chính xác, từ đó giúp bác sĩ dễ dàng chẩn đoán bệnh và đưa ra phương pháp điều trị phù hợp. Cảm biến nhiệt độ được sử dụng trong lĩnh vực y tế thường là cảm biến nhiệt trở và cảm biến nhiệt điện.

Ứng dụng cảm biến nhiệt độ trong lĩnh vực y tế

 

Sử dụng cảm biến nhiệt độ trong công nghiệp

Cảm biến nhiệt độ được sử dụng để điều chỉnh nhiệt độ trong các quá trình sản xuất như đúc, luyện kim, sản xuất thực phẩm, dược phẩm. Điều này giúp đảm bảo sản phẩm đạt tiêu chuẩn về chất lượng và bảo vệ an toàn cho công nhân khi làm việc trong môi trường có nhiệt độ cao.

Ứng dụng cảm biến nhiệt độ trong ngành công nghiệp

 

Giám sát nhiệt độ trong vận chuyển

Sử dụng cảm biến nhiệt độ để đo và gửi dữ liệu bên trong xe tải, container, giúp hàng hóa luôn được đảm bảo chất lượng trong quá trình vận chuyển. 

Đo nhiệt độ trong nhà

Cảm biến nhiệt được ứng dụng phổ biến trong các thiết bị gia dụng như điều hòa không khí, lò sưởi với mục đích đo nhiệt độ phòng, từ đó dễ dàng điều chỉnh nhiệt độ tỏa ra phù hợp. Điều này mang đến sự thoải mái cho người sử dụng đồng thời còn giúp tiết kiệm năng lượng đáng kể. 

Ứng dụng cảm biến nhiệt độ để đo nhiệt độ trong nhà, văn phòng

 

Đo nhiệt độ trong nước

Cảm biến nhiệt độ được sử dụng để đo nhiệt độ trong nước là loại que có vỏ bọc nhựa hoặc inox. Bạn có thể ứng dụng thiết bị điện tử thông minh này để đo nhiệt độ nước trong bồn, nồi nấu phở hoặc đo nhiệt độ cho các loại hóa chất, dung dịch, ...

Bên cạnh những ứng dụng thường thấy được liệt kê ở trên, cảm biến nhiệt độ còn được ứng dụng trong các trạm khí tượng để đo nhiệt độ không khí, nhiệt độ đất, dự báo thời tiết.

Ứng dụng cảm biến nhiệt độ để đo nhiệt độ trong nước

 

Tóm lại, cảm biến nhiệt độ đóng vai trò quan trọng trong việc đo lường, kiểm soát và điều chỉnh nhiệt độ trong nhiều lĩnh vực khác nhau của đời sống. Nhờ có cảm biến nhiệt độ, chúng ta có thể đảm bảo an toàn, hiệu quả và sự tiện lợi trong cuộc sống hàng ngày.

Cấu tạo hình thành của cảm biến nhiệt độ

Cấu tạo của cảm biến nhiệt độ có thể thay đổi tùy thuộc vào từng loại cảm biến cụ thể, nhưng nhìn chung, chúng đều bao gồm các thành phần chính sau:

Cảm biến nhiệt độ có cấu tạo chính bởi 2 dây kim loại gắn vào đầu nóng và đầu lạnh, ngoài ra còn có nhiều bộ phận khác như:

• Bộ phận cảm biến: Đây là thành phần quan trọng được đặt vào bên trong vỏ bảo vệ sau khi kết nối với đầu nối. Bộ phận cảm biến sẽ quyết định đến độ chính các của các phép đo. 
• Dây kết nối: Bộ phận cảm biến nhiệt độ có thể có 2,3 hoặc 4 dây kết nối. Trong đó, loại cảm biến nhiệt có 4 dây kết nối sẽ cho kết quả đo chính xác nhất, loại 3 dây kết nối cho kết quả đo chính xác tốt và được ứng dụng nhiều trong lĩnh vực công nghiệp. Loại cảm biến nhiệt độ có 2 dây kết nối cho kết quả đo kém chính xác nhất.
• Vỏ bảo vệ: Có chức năng bảo vệ bộ cảm biến và dây kết nối. Vỏ bảo vệ thường được làm bằng vật liệu, kích thước phù hợp và có thể bọc thêm vỏ bọc bổ sung trong các trường hợp cần thiết.
• Phụ chất làm đầy: Làm từ bột alumina mịn, có chức năng lấp đầy các khoảng trống để bảo vệ bộ cảm biến khỏi các rung động, nhờ đó mà kết quả đo cũng sẽ chính xác hơn.
• Chất cách điện: Đây là bộ phận được làm từ gốm, có công dụng phòng ngừa hiện tượng đoản mạch và tạo ra chất cách điện giữa dây kết nối với vỏ bảo vệ, đảm bảo an toàn hơn trong quá trình sử dụng.
• Đầu kết nối: Bộ phận này chứa các bảng mạch cho phép thiết bị kết nối với điện trở. Đặc biệt, bộ chuyển đổi 4-20mA có thể được cài đặt thay thế cho bảng đầu cuối khi cần thiết.

Cấu tạo của cảm biến nhiệt độ

 

Ưu và nhược điểm của cảm biến nhiệt độ

Cảm biến nhiệt độ hiện nay có nhiều loại nên mỗi loại sẽ có những ưu điểm và nhược điểm khác nhau. Mỗi loại sẽ phù hợp với từng nhu cầu sử dụng và môi trường nhiệt độ khác nhau, tuy nhiên, có một số đặc điểm chung giữa các loại cảm biến nhiệt này, cụ thể như sau:

Ưu điểm:

• Các cảm biến nhiệt độ hiện đại cho phép đo nhiệt độ một cách chính xác.
• Phạm vi đo rộng, có thể đo từ nhiệt độ cực thấp đến nhiệt độ cực cao.
• Nhiều loại cảm biến có khả năng phản hồi nhanh các thay đổi nhiệt độ, giúp theo dõi nhiệt độ một cách liên tục.
• Ứng dụng được nhiều trong đời sống: Y tế, công nghiệp, nông nghiệp, vận chuyển, …
• Cảm biến nhiệt độ ngày càng nhỏ gọn, dễ dàng tích hợp vào các thiết bị khác nhau.
• Có nhiều loại cảm biến nhiệt độ khác nhau, phù hợp với nhiều ứng dụng khác nhau.

Nhược điểm: 

• Khi nhiệt độ thay đổi quá nhanh hoặc quá chậm, cảm biến nhiệt độ có thể sẽ cho kết quả không chính xác.
• Độ chính xác của cảm biến nhiệt độ có thể bị ảnh hưởng bởi các yếu tố bên ngoài như tần số, điện từ, độ ẩm, ...
• Mỗi loại cảm biến nhiệt có phạm vi nhiệt độ hoạt động khác nhau nên bạn cần lựa chọn phù hợp với từng ứng dụng cụ thể.
• Một số loại cảm biến nhiệt cần được hiệu chỉnh định kỳ để đảm bảo kết quả đo chính xác nhất. 
• Cảm biến nhiệt độ có tuổi thọ nhất định, sau một thời gian sử dụng, độ chính xác có thể giảm.

Nguyên lý hoạt động của cảm biến nhiệt độ

Về cơ bản, cảm biến nhiệt độ sẽ hoạt động dựa trên mối quan hệ giữa nhiệt độ và vật liệu kim loại, sự thay đổi điện trở của kim loại so với sự thay đổi nhiệt độ. Cụ thể, khi nhiệt độ bằng 0 thì điện trở là 100Ω, nếu nhiệt độ tăng lên thì điện trở của kim loại cũng sẽ tăng lên và ngược lại.

Nguyên lý hoạt động của cảm biến nhiệt độ 

 

Điều này giúp các loại cảm biến nhiệt có thể đo và chuyển đổi sự thay đổi này thành một tín hiệu điện, tín hiệu này sau đó sẽ được chuyển về bộ phận đọc để giúp chúng ta biến được nhiệt độ cụ thể của đại lượng cần đo.

Những loại cảm biến nhiệt độ được sử dụng phổ biến nhất

Trên thị trường hiện nay có rất nhiều loại cảm biến nhiệt độ khác nhau, mỗi loại đều có những ưu điểm và ứng dụng riêng. Dưới đây là 4 loại cảm biến nhiệt độ được sử dụng phổ biến nhất: 

Cảm biến nhiệt điện

Cảm biến nhiệt điện (thermocouple) là loại cảm biến đang được ưa chuộng trên thị trường vì có giá thành rẻ, tuổi thọ cao và thời gian đáp ứng nhanh. Về cấu tạo, đây là loại cảm biến nhiệt được tạo thành bởi hai dây kim loại khác nhau và hàn dính một đầu với nhiệt từ -100°C~1800°C. Khi nhiệt độ thay đổi, sự khác biệt trong điện thế giữa hai sợi dây này cũng sẽ thay đổi theo một tỷ lệ nhất định. Vì vậy, chúng ta có thể biết được giá trị cụ thể của nhiệt độ bằng cách đo điện thế giữa hai dây kim loại này. 

Cảm biến nhiệt điện được cấu tạo bởi hai loại dây kim loại khác nhau

 

Cảm biến điện trở

Cảm biến điện trở hay còn được gọi là đầu dò điện trở và là một trong những loại cảm biến chính xác nhất. Đây là loại cảm biến được làm từ bạch kim, niken, đồng, .... Thiết bị này cho kết quả đo chính xác trong khoảng 270°C đến + 850°C.

Cảm biến nhiệt điện trở

Cảm biến nhiệt điện trở hay còn gọi là cảm biến RTD, thường được dùng để đo nhiệt độ đòi hỏi sự chính xác cao. Dựa trên thiết kế của cảm biến, chúng ta có thể chia thành 2 loại bao gồm: cảm biến nhiệt điện trở thanh kim loại và cảm biến nhiệt điện trở dây kim loại. 

Cảm biến nhiệt RTD có độ nhạy cao, giá thành tương đối rẻ và độ chính xác cao. Tuy nhiên, độ tuyến tính của nhiệt độ cũng bị ảnh hưởng bởi chất liệu làm ra nó. Cụ thể, loại cảm biến nhiệt điện trở RTD thường làm từ các vật liệu như đồng, platinum, niken, ... Chất liệu cảm biến được thiết kế theo dạng dây mảnh và quấn đều theo hình dáng của đầu đo nhiệt độ. Khi nhiệt độ tại nơi đo thay đổi sẽ làm cho điện trở giữa hai đầu dây kim loại thay đổi.

Có nhiều loại cảm biến nhiệt điện trở RTD như: Pt100, Pt500, Pt1000, Ni100, ... trong đó, loại Pt100 là loại phổ biến nhất, chiếm tới 90% nhu cầu sử dụng.

Cảm biến nhiệt điện trở được ứng dụng phổ biến trong đời sống

 

Cảm biến nhiệt kế

Nhiệt kế là thiết bị được dùng để đo nhiệt độ của các chất rắn, chất lỏng hoặc chất khí. Nhiệt kế có chứa một chất lỏng (thường là thủy ngân hoặc rượu trong ống tinh của nó). Thể tích của loại cảm biến nhiệt này có tỷ lệ tuyến tính với nhiệt độ, có nghĩa là nếu nhiệt độ tăng thì thể tích cũng sẽ tăng theo. Khi chất lỏng được làm nóng, nó sẽ nở ra trong ống hẹp của nhiệt kế. Nhiệt kế có các con số và được đánh dấu dọc theo ống thủy tinh để hiển thị nhiệt độ khi dòng thủy ngân ở điểm đó. 

Cảm biến nhiệt kế được dùng để đo chất lỏng, chất rắn hoặc chất khí

 

Thông qua bài viết này, chắc hẳn bạn đã hiểu cảm biến nhiệt độ là gì cũng như nguyên lý hoạt động và các loại phổ biến của nó. Với khả năng đo nhiệt độ chính xác và nhanh chóng, cảm biến nhiệt độ đóng vai trò quan trọng trong đời sống và ứng dụng rộng rãi ở nhiều lĩnh vực khác nhau như y tế, công nghiệp, ô tô, …

Việc lựa chọn loại cảm biến phù hợp với nhu cầu sử dụng cũng rất quan trọng. Vì vậy, nếu bạn muốn tư vấn thêm về các loại cảm biến nhiệt độ hoặc còn thắc mắc nào cần giải đáp, hãy liên hệ với VoHoang.vn để được tư vấn!