Bài thuyết trình Tổng quan cảm biến đo nhiệt độ RTD, PT100/1000, LM35 và LM335

Bài Thuyết Trình Nhóm 5  
 Đề tài: Tổng quan cảm 	biến đo nhiệt độ RTD, 	PT100/1000, LM35 và LM335. 
Thành viên nhóm 
Phan Đình Quý (Nhóm trưởng) 
Nguyễn Văn Tuấn 
Trương Công Rin 
Nội Dung Báo Cáo  
Phần 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 nhiệt 
Cảm 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 động 
Nguyên 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 độ 
Đầu 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 biến 
Cảm biến loại tiếp xúc 
RTD (Resistance T emperature Detector) 
Thermistor ( Nhiệt điện trở ) 
Thermocouples ( C ặp nhiệt ngẫu) 
Bán dẫn 
Cảm biến không tiếp xúc 
Hồng ngoại (đo nhiệt độ bằng cách nhận năng lượng hồng ngoại được phát ra từ vật liệu) 
RTD – PT100 
Thermistor (Nhiệt điện trở)  
Thermocouples (Cặp nhiệt ngẫu) 
Bán dẫn (Diode, IC..).  
Cảm biến hồng ngoại 
Phần II: Tìm hiểu các loại 	 	cảm biến 
Nhiệt 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 PT100 
Cấu tạo cảm biến nhiệt PT100 
Cấu 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 mỏng 
Nguyên lý hoạt của CB PT100 
Thiết 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 điểm 
Ưu điểm: 
Hoạt động ổn định 
Độ chính xác cao 
Khả năng chống bụi, ăn mòn tốt. 
Nhược điểm: 
Giá thành cao, thời gian đáp ứng chậm 
Độ nhậy thấp khi nhiệt độ thấp 
Nhạy cảm với rung sốc 
Cần hiệu chỉnh nếu sử dụng ngoài tầm nhiệt độ định mức. 
Độ tuyến tính của bạch kim theo điện trở. 
Kết nối sử dụng 
Vì 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 850 0 C) 
- Output:  4-20mA, 2 wire 
- Accuracy: < 0.1% FS 
- Response time: 1 s 
- Factory setting: PT100/ 3W/ 0-100 0 C 
- Supply voltage: 7.5 - 45VDC 
- Dimensions: Φ44 x 18 mm 
- Weight: 30 g 
- Ordercode:  MST110 
- Origin: Germany 
Môi trường sử dụng đo nhiệt độ : Không khí, nước, dầu, gỗ 
 gạo , xi măng ... 
 Độ chính xác: 0.5 
 Nhiệt độ tối đa: 1200 0 C 
 Nhiệt độ tối thiểu: -200 0 C 
-Xuất xứ: Hàn Quốc 
Bảng thông số điện trở của PT100 ứng với nhiệt độ đo . 
Bảng giá các cảm biến 
Cảm biến nhiệt độ LM35 
Một số thông số chính của LM35 
Cảm biến LM35  là bộ cảm biến nhiệt mạch tích hợp chính xác cao mà điện áp đầu ra của nó tỷ lệ tuyến tính với nhiệt độ theo thang độ Celsius. Chúng cũng không yêu cầu cân chỉnh ngoài vì vốn chúng đã được cân chỉnh  Đặc điểm chính của cảm biến LM35  + Điện áp đầu vào từ 4V đến 30V  + Độ phân giải điện áp đầu ra là 10mV/oC  + Độ chính xác cao ở 25 C là 0.5 C  + Trở kháng đầu ra thấp 0.1 cho 1mA tải  Dải nhiệt độ đo được của LM35 là từ -55 C - 150 C với các mức điện áp ra khác nhau. Xét một số mức điện áp sau :  - Nhiệt độ -55 C điện áp đầu ra -550mV  - Nhiệt độ 25 C điện áp đầu ra 250mV  - Nhiệt độ 150 C điện áp đầu ra 1500mV  Tùy theo cách mắc của LM35 để ta đo các giải nhiệt độ phù hợp. Đối với hệ thống này thì đo từ 0 đến 150. Chi tiết các bạn có thể xem trong datasheet của nó  
Tính toán nhiệt độ đầu ra 
Việc  đo nhiệt độ  sự dụng LM35 thông thường chúng ta sử dụng bằng cách  LM35 - > ADC - > Vi điều khiểnNhư vậy ta có: U= t.k U 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 %