Cách hoạt động của cảm biến nhiệt

Cảm biến nhiệt: Hướng dẫn cách hoạt động của cảm biến nhiệt, từ việc đo nhiệt độ đến ứng dụng thực tế trong các hệ thống làm mát và sưởi ấm.

Cách Hoạt Động của Cảm Biến Nhiệt

Cảm biến nhiệt là thiết bị quan trọng trong nhiều ứng dụng kỹ thuật nhiệt, từ việc điều khiển điều hòa không khí, ô tô, đến các hệ thống năng lượng. Chúng giúp đo và theo dõi nhiệt độ, đảm bảo hệ thống hoạt động an toàn và hiệu quả. Bài viết này sẽ giải thích nguyên lý hoạt động của cảm biến nhiệt.

Nguyên Lý Hoạt Động

Cảm biến nhiệt hoạt động dựa trên nguyên lý là một số vật liệu thay đổi tính chất khi nhiệt độ thay đổi. Có nhiều loại cảm biến nhiệt khác nhau, nhưng những loại phổ biến nhất bao gồm:

Cặp nhiệt điện (Thermocouple)

RTD (Resistance Temperature Detector)

Thermistor

Cảm biến nhiệt hồng ngoại

Cặp Nhiệt Điện

Cặp nhiệt điện tạo ra điện thế khi có sự khác biệt nhiệt độ giữa hai đầu của một mối nối kim loại khác nhau. Nguyên lý này dựa trên Hiệu ứng Seebeck, đặt tên theo nhà vật lý Thomas Seebeck. Công thức tính điện thế tạo ra bởi cặp nhiệt điện là:

V = α * (T_h – T_c)

Trong đó:

V: Điện thế (Volt)

α: Hệ số nhiệt điện (Volt/°C)

T_h: Nhiệt độ điểm nóng (°C)

T_c: Nhiệt độ điểm lạnh (°C)

RTD (Resistance Temperature Detector)

RTD hoạt động dựa trên nguyên lý rằng điện trở của một số kim loại, như Platinum, tăng khi nhiệt độ tăng. Công thức tính điện trở của RTD thường được mô tả bởi phương trình sau:

R_T = R_0 * (1 + α * ΔT)

Trong đó:

R_T: Điện trở tại nhiệt độ T (Ohm)

R_0: Điện trở tại nhiệt độ tham chiếu (Ohm)

α: Hệ số nhiệt điện trở (1/°C)

ΔT: Sự thay đổi nhiệt độ (°C)

Thermistor

Thermistor là một loại cảm biến nhiệt dựa trên vật liệu bán dẫn, có điện trở thay đổi ngược với nhiệt độ. Với NTC (Negative Temperature Coefficient) thermistor, điện trở giảm khi nhiệt độ tăng. Công thức của thermistor có thể phức tạp hơn và thường sử dụng phương trình Steinhart-Hart:

\(\frac{1}{T} = A + B\ln(R) + C(\ln(R))^3\)

Trong đó:

T: Nhiệt độ tuyệt đối (Kelvin)

R: Điện trở (Ohm)

A, B, C: Hằng số Steinhart-Hart

Cảm Biến Nhiệt Hồng Ngoại

Cảm biến nhiệt hồng ngoại đo lượng bức xạ hồng ngoại phát ra từ một vật để xác định nhiệt độ của vật đó. Đây là loại cảm biến không tiếp xúc, rất hữu ích trong các ứng dụng mà không thể tiếp cận trực tiếp bề mặt cần đo.

Kết Luận

Cảm biến nhiệt là công cụ không thể thiếu trong kỹ thuật nhiệt, giúp kiểm soát và giám sát nhiệt độ một cách chính xác và hiệu quả. Qua việc hiểu rõ nguyên lý hoạt động của từng loại cảm biến, chúng ta có thể lựa chọn và sử dụng chúng một cách phù hợp trong các ứng dụng khác nhau.