Đề tài Tổng quan cảm biến đo nhiệt độ RTD, PT100/1000, LM35 và LM335

Bài Thuyết Trình Nhóm 5Đề tài: Tổng quan cảm biến đo nhiệt độ RTD, PT100/1000, LM35 và LM335.Thành viên nhómPhan Đình Quý (Nhóm trưởng)Nguyễn Văn TuấnTrương Công RinNội Dung Báo CáoPhần I: Tổng quan về loại cảm biến nhiệt.Phần II: Tìm hiểu các loại cảm biến, đặc tính và nguyên lý hoạt động của cảm biến.DTR – PT100 LM35 Phần I: Tổng quan về cảm biến nhiệtCảm biến là thiết bị đo, đếm, cảm nhận các đại lượng vật lý không điện thành tín hiệu điện. VD: Nhiệt độ là đại lượng không liên quan đến điện ta chuyển nó thành đại lượng khác để phù hợp với cơ cấu điện tử.Nhiệt độ là tín hiệu vật lý mà ta thường xuyên gặp trong đời sống hàng ngày củng như trong kỹ thuật và công nghiệp. Việc đo nhiệt độ chính vì thế là một yêu cầu thiết thực. Hiện nay cảm biến đo nhiệt độ là loại cảm biến được sử dụng nhiều nhất trong công nghiệp củng nhu dân dụng.Nguyên lý hoạt độngNguyên lý hoạt động của cảm biến nhiệt độ: Nhiệt độ từ môi trường sẽ được cảm biến hấp thụ, tại đây tùy theo cơ cấu của cảm biến sễ biến đại lượng nhiệt này thành một đại lượng điện nào đó ( điện áp, dòng điện ). Như thế một yếu tố hết sức quang trọng đó là “ nhiệt độ môi trường cần đo” và “ nhiệt độ cảm nhận của cảm biến”. Cụ thể điều này là: Các loại cảm biến mà ta trông thấy nó đều là cái vỏ bảo vệ, phần tử cảm biến nằm bên trong cái vỏ này ( bán dẫn, lưỡng kim) do đó việc đo có chính xác hay không tùy thuộc vào việc truyền nhiệt từ môi trường vào đến phần tử cảm biến tổn thất bao nhiêu ( 1 trong những yếu tố quyết định giá cảm biến nhiệt).Cấu tạo chung của cảm biến.Phần tử cảm nhận: vật liệu có đặc tính thay đổi theo nhiệt độĐầu kết nối: kết nối giữa phần tử cảm nhận và mạch điện tử bên ngoài, có nhiệt dãn suất và điện trở nhỏ.Vỏ bọc bảo vệ: phân cách phần tử cảm nhận với môi trường, có nhiệt trở thấp và cách điện tốt, chịu đọ ẩm và chống ăn mòn tốt.Phân loại các loại cảm biếnCảm biến loại tiếp xúcRTD (Resistance Temperature Detector)Thermistor ( Nhiệt điện trở )Thermocouples (Cặp nhiệt ngẫu)Bán dẫnCảm biến không tiếp xúcHồng ngoại (đo nhiệt độ bằng cách nhận năng lượng hồng ngoại được phát ra từ vật liệu)RTD – PT100Thermistor (Nhiệt điện trở)Thermocouples (Cặp nhiệt ngẫu)Bán dẫn (Diode, IC..).Cảm biến hồng ngoạiPhần II: Tìm hiểu các loại cảm biếnNhiệt điện trở (RTD - Resitance Temperature Detector ) - PT100.PT (Platinum resistance thermometers) có nghĩa là nhiệt điện trở bạch kim. Vì Bạch kim có tính chất thay đổi điện trở theo nhiệt độ tốt hơn các loại kim loại khác nên chúng được sử dụng rộng rãi trong các nhiệt điện trở. PT100 là một đầu dò cảm biến nhiệt bên trong có các lõi được làm bằng Bạch kim. Bên ngoài có bọc một số lớp bảo vệ cho phần lõi bên trong nhưng vẫn truyền nhiệt tốt cho phần lõi.  Cảm biến nhiệt độ PT100Cấu tạo cảm biến nhiệt PT100Cấu tạo của PT100 không phải hoàn toàn là Bạch kim. Việc chế tạo Bạch Kim là khá tốn kém cho một thiết bị thông dụng. Vì thế chỉ có thành phần cảm biến nhiệt mới thật sự là Bạch Kim. Nhằm giảm chi phí sản suất các thành phần khác của PT100 có thể được làm bằng thép không gỉ, đồng, chất bán dẫn, tấm thủy tinh siêu mỏngNguyên lý hoạt của CB PT100Thiết bị đo nhiệt độ PT100 hay còn gọi là can nhiệt PT có cấu tạo là một điện trở nhiệt ( điện trở thay đổi khi nhiệt độ thay đổi). Điện trở này là một dây Bạch Kim được quấn quanh đoạn sứ. Phần sứ này lại được đặt trong một ống bảo vệ (Thermowell ) thường có dạng hình tròn, chỉ đưa hai đầu dây kim loại ra để kết nối với thiết bị chuyển đổi. Phần ống bảo vệ sẽ được đặt ở nơi cần đo nhiệt độ.Ưu điểm và nhược điểmƯu điểm:Hoạt động ổn địnhĐộ chính xác caoKhả năng chống bụi, ăn mòn tốt.Nhược điểm:Giá thành cao, thời gian đáp ứng chậmĐộ nhậy thấp khi nhiệt độ thấpNhạy cảm với rung sốcCần hiệu chỉnh nếu sử dụng ngoài tầm nhiệt độ định mức.Độ tuyến tính của bạch kim theo điện trở.Kết nối sử dụngVì PT100 chỉ là một loại điện trở biến đổi theo nhiệt độ nên ta không thể đọc nhiệt độ trực tiếp trên chúng. Do vậy muốn đọc nhiệt độ ta phải thông qua các bộ chuyển đổi tín hiệu. PT100 thường kết nối với các bộ chuyển đổi tín hiệu qua 2, 3 hoặc 4 sợi dây dẫn. Nhưng vì dây dẫn được làm bằng đồng và chúng cũng có điện trở riêng nên dây càng dài thì kết quả đo càng không chính xác. Vì thế các bộ chuyển đổi tín hiệu thường kết nối với cảm biến so cho khoảng cách giữa chúng càng ngắn càng tốt. khi sử dụng thì đầu dò phải tiếp xúc trực tiếp với môi trường cần đo để có kết quả chính xác.Economic temperature transmitter for Pt100 resistance thermometer with output 4...20 mA, eHART-protocol .- Temperature transmitter (Head)- Input: PT100, 3 wire (-200 to 8500C)- Output: 4-20mA, 2 wire- Accuracy: ADC - > Vi điều khiểnNhư vậy ta có: U= t.kU là điện áp đầu ra t là nhiệt độ môi trường đo k là hệ số theo nhiệt độ của LM35 10mV/1 độ C Giả sử điện áp Vcc cấp cho LM35 là 5V ADC 10bit Vậy bước thay đổi của LM35 sẽ là 5/(2^10) = 5/1024 Giá trị ADC đo được thì điện áp đầu vào của LM35 là(t*k)/(5/1024) = ((10^-2)*1024*t)/5 = 2.048*t Vậy nhiệt độ ta đo được t = giá trị ADC/2048 Sai số của LM35+ Tại 0 độ C thì điện áp của LM35 là 10mV+ Tại 150 độ C thì điện áp của LM35 là 1.5V==> Giải điện áp ADC biến đổi là 1.5 - 0.01 = 1.49 (V)+ ADC 11 bit nên bước thay đổi của ADC là : n = 2.44mVVậy sai số của hệ thống đo là : Y = 0.00244/1.49 = 0.164 %