ĐO LƯỜNG CÔNG NGHIỆP: RTD và Thermistor
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.02 MB, 23 trang )
ĐO LƯỜNG CÔNG NGHIỆP
RTD và Thermistor
NHÓM 1
Nguyên lý đo nhiệt độ
Nhiệt 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 báo
PP 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 đo
PP 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
biến
Cảm biến nhiệt độ
Cảm 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 độ.
Thang đo nhiệt độ
Có 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 + 32
Celsius [°C] = ([°F] −
32) · 5/9
Kelvin [K] = [°C] +
273.15
Rankine [°R] = [°F] +
459.67
RTD
RTD (Resistance Temperature Detector) là cảm biến nhiệt dựa vào hiện tượng điện trở kim
loại tăng khi nhiệt độ tăng
Ví dụ: RTD platin 100Ώ
o
Dây platin có hệ số nhiệt α=0.0039 Ώ/Ώ/ C ⇒ RTD
o
platin 100Ώ có điện trở tại 0 C là 100Ώ và độ nhạy
o
0.39 Ώ/ C
RTD
Quan hệ giữa điện trở và nhiệt độ của RTD được biểu thị bằng phương trình sau
Để đo nhiệt độ có tầm đo lớn hay độ chính xác cao ta sử dụng phương trình Calender Van – Dusen như sau
PP nối dây RTD
Đánh giá RTD
Ưu điểm:
-
Rất chính xác
Ổn định
Tuyến tính
Nhược điểm:
-
Độ nhạy thấp
Cần mạch kích dòng
Giá thành cao
Mạch kích dòng RTD
Thermistor
Thermistor: điện trở nhạy với nhiệt được sử dụng để đo
nhiệt độ
Mô hình đơn giản biểu diễn mối quan hệ giữa nhiệt độ
và điện trở:
ΔT = k*ΔR
k > 0: thermistor có hệ số nhiệt dương (PTC)
k < 0: thermistor có hệ số nhiệt âm (NTC)
Phân loại Thermistor
Đặc tính của Thermistor
Độ phân giải : vô cùng
Độ tuyến tính : phụ thuộc tầm hoạt động
Tầm đo : phổ biến -100*C đến 200*C
Thermistor
Ở chế độ điện trở - dòng điện, thermistor hoạt động ở điều kiện công
suất zero, nghĩa là không xảy ra sự tự đốt nóng
Thermistor
Đa thức bậc 3 xấp xỉ đặc tuyến điện trở - nhiệt độ của
thermistor là phương trình Steinhart – Hart
T : nhiệt độ thermistor (K)
: điện trở thermistor (Ω)
: các hệ số được nhà sản xuất cấp
Thermistor
Mô hình đơn giản xấp xỉ đặc tuyến điện trở - nhiệt độ của
thermistor
T : 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 đo
Tuyến tính hóa đặc trưng R/T
Tuyến tính hóa đặc trưng R/T
Tuyến tính hóa đặc trưng R/T
R = [RTM(RTL + RTH) – 2RTLRTH] / [RTL + RTH – 2RTM]
Trong đó:
R = giá trị điện trở mắc song song, Ω
RTL = điện trở thermistor tại nhiệt độ thấp nhất T L, ?
RTH = điện trở thermistor tại nhiệt độ thấp nhất T H, Ω
RTM = điện trở thermistor tại nhiệt độ giữa T M, Ω
Nhiệt độ giữa TM = (TL + TH) / 2, °C
Ưu/Nhược điểm Thermistor
Ưu điểm
Rất nhạy đối với thay đổi nhỏ
Độ chính xác cao (C)
Ổn định, tin cậy
Nhược điểm
Tầm hoạt động bị giới hạn
Quan hệ R-T phi tuyến
