Cảm biến nhiệt độ – Nguyên lý hoạt động và cấu tạo

Với khả năng đo và kiểm soát nhiệt độ một cách chính xác và liên tục, cảm biến nhiệt độ không chỉ đảm bảo sự an toàn của hàng hóa, mà còn giúp duy trì chất lượng và giá trị sản phẩm trong suốt quá trình vận chuyển.

Hãy cùng chúng tôi tìm hiểu sâu hơn về cảm biến nhiệt độ và cách nó ảnh hưởng đến hiệu suất và an toàn trong lĩnh vực vận tải. Từ cách hoạt động cơ bản đến những lợi ích mà nó mang lại, bài viết dưới đây sẽ giúp bạn có cái nhìn tổng quan về cảm biến nhiệt độ và tầm quan trọng của nó trong ngành vận tải đang phát triển không ngừng này.

Bạn có thể tham khảo thiết bị cảm biến nhiên liệu adsun dành riêng cho xe tải lạnh và có kế nối với hệ thống giám sát hành trình của Adsun =>> Liên hệ số điện thoại 1900 545456 để được hỗ trợ tư vấn

Cảm biến nhiệt độ là gì? 

Cảm biến nhiệt độ là thiết bị có khả năng đo lường và ghi nhận thông tin về nhiệt độ của môi trường xung quanh hoặc của một đối tượng cụ thể. Chúng thường được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực như công nghiệp, y tế, môi trường và đặc biệt là trong ngành vận tải. Nguyên tắc hoạt động của cảm biến nhiệt độ dựa trên sự biến đổi của một thuộc tính vật lý hoặc hóa học khi nhiệt độ thay đổi.

Cảm biến nhiệt độ có thể sử dụng nhiều nguyên tố để đo lường, như sự thay đổi trong trở kháng điện, áp suất khí, hoặc dựa vào hiện tượng biến dạng vật liệu. Khi nhiệt độ thay đổi, các thay đổi này sẽ ảnh hưởng đến nguyên tố được sử dụng trong cảm biến, từ đó tạo ra tín hiệu điện hoặc tín hiệu khác có thể được ghi nhận và chuyển đổi thành dữ liệu số để phân tích.

Cấu tạo cảm biến nhiệt độ 

Cảm biến nhiệt độ được xây dựng dựa trên nguyên tắc hoạt động của các vật liệu có tính chất thay đổi khi nhiệt độ thay đổi. Cấu tạo của cảm biến nhiệt độ thường bao gồm các thành phần chính sau:

• Bộ phận cảm biến: Đây là vật liệu có tính chất thay đổi dựa trên nhiệt độ. Thường thì bộ phận  này có khả năng thay đổi trở kháng điện, áp suất khí, hoặc kích thước khi nhiệt độ thay đổi. Một số vật liệu phổ biến được sử dụng là bimetal (hợp kim hai lớp có hệ số nở khác nhau), thermistor (vật liệu dẫn điện có trở kháng biến đổi theo nhiệt độ), RTD (điện trở nhiệt độ) làm từ platina, hay cảm biến bằng dòng điện (current loop) với nguyên tắc thay đổi điện áp hoặc dòng điện theo nhiệt độ.
• Thân cảm biến: Thân cảm biến thường làm bằng vật liệu chịu nhiệt và chịu áp lực, giúp bảo vệ vật liệu cảm biến khỏi các yếu tố môi trường bên ngoài. Thân cảm biến thường có hình dáng và kích thước khác nhau tùy theo ứng dụng cụ thể. Thân cảm biến thường được kết nối với đối tượng hoặc môi trường cần đo nhiệt độ.
• Dây dẫn hoặc đầu kết kết nối: Dữ liệu nhiệt độ thu thập từ cảm biến thường được truyền tới thiết bị đo và ghi thông qua dây dẫn hoặc dòng điện. Dây dẫn hoặc đầu kết nối có vai trò truyền tải tín hiệu từ cảm biến đến thiết bị đọc và xử lý dữ liệu.
• Chất cách điện gốm: bộ phận này với nhiệm vụ chủ yếu là làm chất cách điện ngăn ngừa đoản mạch và thực hiện cách điện giữa các dây kết nối với vỏ bảo vệ.
• Phụ chất làm đầy: gồm bột alumina mịn, được sấy khô và rung. Phụ chất này với chức năng chính là lấp đầy tất cả khoảng trống để bảo vệ cảm biến khỏi các rung động

Tùy theo ứng dụng và nguyên tắc hoạt động, cấu tạo cảm biến nhiệt độ có thể có sự biến đổi và tinh chỉnh để đảm bảo tính chính xác và hiệu suất tốt nhất trong việc đo và kiểm soát nhiệt độ

Nguyên lý hoạt động 

Cảm biến nhiệt độ hoạt động theo nguyên lý sự biến thiên của một đặc tính vật lý hoặc hóa học của chất liệu khi nhiệt độ thay đổi. Có hai nguyên tắc chính được áp dụng để đo và ghi nhận biến đổi nhiệt độ:

• Nguyên tắc biến trở (Resistance Temperature Detector – RTD): Một loại cảm biến RTD thường sử dụng vật liệu dẫn điện như platina. Trong cảm biến, có một dây platina được cuộn thành dạng sợi và nối với mạch điện. Khi nhiệt độ thay đổi, trở kháng của dây platina cũng thay đổi theo một mức độ cụ thể. Điều này dẫn đến sự biến đổi trong dòng điện đi qua cảm biến, và thông qua mạch điện, ta có thể tính toán được giá trị nhiệt độ tương ứng.
• Nguyên tắc thermistor: Thermistor là một loại cảm biến sử dụng vật liệu có trở kháng điện biến đổi theo nhiệt độ. Khi nhiệt độ thay đổi, trở kháng của thermistor sẽ biến đổi một cách đáng kể. Cảm biến này thường được tích hợp vào mạch điện, và thông qua sự biến đổi của dòng điện đi qua nó, ta có thể xác định được giá trị nhiệt độ tương ứng.

Dựa vào nguyên lý hoạt động này, cảm biến nhiệt độ có thể ghi nhận và chuyển hóa biến thiên nhiệt độ thành tín hiệu điện. Tín hiệu này sau đó được truyền tới các thiết bị đọc và xử lý để hiển thị và lưu giữ thông tin về nhiệt độ. Cảm biến nhiệt độ có vai trò quan trọng trong việc theo dõi, kiểm soát và điều chỉnh nhiệt độ trong nhiều ứng dụng khác nhau, từ công nghiệp đến y tế và vận tải.

Các loại cảm biến nhiệt độ 

Cảm biến nhiệt độ có nhiều loại khác nhau, được thiết kế để phù hợp với các ứng dụng và môi trường sử dụng cụ thể. Dưới đây là một số loại cảm biến nhiệt độ phổ biến:

• Cảm biến NTC (Negative Temperature Coefficient): Cảm biến NTC là loại cảm biến sử dụng thermistor, vật liệu có trở kháng giảm đi khi nhiệt độ tăng. Cảm biến NTC thường có độ nhạy cao và phản ứng nhanh với biến đổi nhiệt độ, thích hợp cho các ứng dụng yêu cầu đo lường chính xác trong khoảng nhiệt độ hẹp.
• Cảm biến PT100 và PT1000: Cảm biến này dựa trên nguyên tắc RTD (Resistance Temperature Detector), sử dụng dây platina. Cảm biến PT100 có trở kháng 100 ohm ở 0 độ Celsius, trong khi PT1000 có trở kháng 1000 ohm. Chúng thường có độ chính xác cao và ổn định trong khoảng nhiệt độ rộng.
• Cảm biến K-Type và J-Type: Đây là loại cảm biến thermocouple, sử dụng nguyên tắc tạo ra điện thế dựa trên sự khác biệt nhiệt độ giữa hai đầu cảm biến. Cảm biến K-Type và J-Type phổ biến và có khả năng đo trong khoảng nhiệt độ rộng, thường được sử dụng trong ngành công nghiệp và khoa học.
• Cảm biến Infrared (IR): Cảm biến IR sử dụng nguyên tắc đo lường bức xạ hồng ngoại từ một đối tượng để xác định nhiệt độ. Chúng thường được sử dụng trong các ứng dụng cần đo nhiệt độ từ xa, như trong ngành thực phẩm hoặc y tế.
• Cảm biến LM35: Cảm biến LM35 sử dụng nguyên tắc biến trở và cung cấp tín hiệu điện áp tương ứng với nhiệt độ. Chúng thường rất dễ sử dụng và phổ biến trong các dự án và ứng dụng thí nghiệm.
• Cảm biến Thermopile: Cảm biến này sử dụng một mảng các thermocouple để đo lượng nhiệt đổ vào và tạo ra một tín hiệu điện áp tương ứng.

Những loại cảm biến nhiệt độ này mang lại sự linh hoạt và đa dạng trong việc đáp ứng các yêu cầu đo lường khác nhau, từ ứng dụng công nghiệp đến y tế và tiện ích hàng ngày.

Các loại dây cảm biến

Có nhiều loại dây cảm biến nhiệt độ được sử dụng trong các ứng dụng khác nhau, phụ thuộc vào nguyên tắc hoạt động và môi trường sử dụng. Dưới đây là một số loại phổ biến:

• Dây cảm biến Thermocouple: Loại dây này sử dụng nguyên tắc tạo ra điện thế dựa trên sự khác biệt nhiệt độ giữa hai đầu dây. Có nhiều loại thermocouple như K-Type, J-Type, T-Type,… chúng có khả năng đo trong khoảng nhiệt độ rộng và phù hợp cho các ứng dụng công nghiệp.
• Dây cảm biến RTD (Resistance Temperature Detector): Sử dụng dây platina, trở kháng của RTD thay đổi theo nhiệt độ. Dây cảm biến RTD thường đáp ứng chính xác và ổn định trong khoảng nhiệt độ rộng và được sử dụng trong nhiều ngành, bao gồm cả công nghiệp và y tế.
• Dây cảm biến NTC (Negative Temperature Coefficient): Sử dụng thermistor, loại dây này có trở kháng giảm khi nhiệt độ tăng. Dây cảm biến NTC thường nhạy và thích hợp cho các ứng dụng yêu cầu đo chính xác trong khoảng nhiệt độ hẹp.
• Dây cảm biến Thermopile: Sử dụng một mảng các thermocouple, dây này có khả năng thu thập lượng nhiệt đổ vào và tạo ra tín hiệu điện áp tương ứng.
• Dây cảm biến Infrared (IR): Sử dụng nguyên tắc đo lường bức xạ hồng ngoại từ đối tượng, loại dây này thường được sử dụng để đo nhiệt độ từ xa.
• Dây cảm biến thông qua dòng điện (Current Loop): Loại dây này sử dụng nguyên tắc biến đổi dòng điện đi qua cảm biến theo nhiệt độ. Dữ liệu nhiệt độ được truyền qua dòng điện và đọc bởi thiết bị đọc tương ứng.

Các loại dây cảm biến nhiệt độ này đa dạng và có ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như công nghiệp, y tế, môi trường, và vận tải.

Ứng dụng của cảm biến nhiệt 

Cảm biến nhiệt độ có rất nhiều ứng dụng quan trọng và đa dạng trong nhiều lĩnh vực khác nhau. Dưới đây là một số ví dụ về ứng dụng của cảm biến nhiệt độ như: 

• Công Nghiệp: Cảm biến nhiệt độ được sử dụng để giám sát và kiểm soát nhiệt độ trong các quá trình sản xuất, bảo quản, lưu trữ hay kiểm tra. Ví dụ: cảm biến nhiệt độ được dùng để theo dõi nhiệt độ của máy móc, thiết bị, nguyên liệu, sản phẩm; để điều chỉnh nhiệt độ của lò nướng, lò hơi, lò phản ứng; để kiểm tra chất lượng của thực phẩm, dược phẩm, hóa chất,…
• Khoa học và phòng thí nghiệm: Cảm biến nhiệt độ được sử dụng để thực hiện các phép đo và thí nghiệm liên quan đến nhiệt độ. Ví dụ: cảm biến nhiệt độ được dùng để đo nhiệt độ của các mẫu thử, dung dịch, khí; để xác định các thuộc tính vật lý hoặc hóa học của các chất; để theo dõi các hiện tượng sinh học hoặc hóa học,…
• Ô Tô và Vận Tải: Cảm biến nhiệt độ được sử dụng để bảo vệ và tối ưu hóa hiệu suất của các phương tiện vận tải. Ví dụ: cảm biến nhiệt độ được dùng để đo nhiệt độ của động cơ, dầu, không khí; để kiểm tra khí thải, tiêu hao nhiên liệu; để bảo quản hàng hóa trong các xe tải và xe tải lạnh,…
• Gia dụng: Cảm biến nhiệt độ được sử dụng để cải thiện chất lượng cuộc sống và tiết kiệm năng lượng trong các thiết bị gia dụng. Ví dụ: cảm biến nhiệt độ được dùng để điều chỉnh nhiệt độ trong các thiết bị nhà bếp như lò vi sóng, ấm siêu tốc, bếp từ; để duy trì nhiệt độ trong các thiết bị hàng trắng như tủ lạnh, máy giặt, máy sấy; để giám sát và điều khiển nhiệt độ trong các thiết bị HVAC như máy điều hòa không khí, máy sưởi,…
• Y Tế: Cảm biến nhiệt độ được sử dụng để theo dõi và điều trị sức khỏe của con người và các sinh vật khác. Ví dụ: cảm biến nhiệt độ được dùng để đo nhiệt độ cơ thể, máu, não; để phát hiện bệnh truyền nhiễm, viêm, ung thư; để điều chỉnh nhiệt độ trong các thiết bị y tế như máy làm ẩm, máy thông khí, máy lọc máu,…
• Môi Trường: Cảm biến nhiệt độ được sử dụng trong các ứng dụng môi trường để theo dõi biến đổi nhiệt độ của không gian tự nhiên, đất, nước và không khí. Điều này giúp trong nghiên cứu khí hậu, quản lý tài nguyên và dự báo thời tiết.
• Công Nghiệp Điện Tử: Trong các thiết bị điện tử và viễn thông, cảm biến nhiệt độ giúp kiểm soát và bảo vệ các linh kiện khỏi tình trạng quá nhiệt.

Như vậy, cảm biến nhiệt độ đóng góp quan trọng vào nhiều khía cạnh của cuộc sống và ngành công nghiệp, đảm bảo hoạt động an toàn, hiệu quả và bền vững trong các quy trình và ứng dụng khác nhau.

Lưu ý khi sử dụng và bảo quản

Có nhiều loại cảm biến nhiệt độ khác nhau, và mỗi loại có nguyên lý hoạt động, đặc điểm, ưu nhược điểm và ứng dụng riêng. Khi sử dụng và bảo quản cảm biến nhiệt độ, bạn cần lưu ý những điều sau:

• Chọn loại cảm biến nhiệt độ phù hợp với mục đích, điều kiện và yêu cầu của ứng dụng. Ví dụ: nếu bạn muốn đo nhiệt độ trong khoảng rộng và chịu được áp suất lớn, bạn có thể chọn cảm biến nhiệt độ thermocouple; nếu bạn muốn đo nhiệt độ với độ chính xác cao và ổn định tốt, bạn có thể chọn cảm biến nhiệt độ RTD; nếu bạn muốn đo nhiệt độ từ xa, bạn có thể chọn cảm biến nhiệt độ hồng ngoại,…
• Đảm bảo cách điện giữa các dây dẫn và vỏ bọc bên ngoài là đủ lớn, nhất là ở trường hợp nhiệt độ cao. Nếu không, có thể gây ra hiện tượng đoản mạch, làm hỏng cảm biến hoặc ảnh hưởng đến kết quả đo.
• Đặt cảm biến nhiệt độ sao cho có sự tiếp xúc tốt với vật hoặc môi trường cần đo. Nếu không, có thể gây ra sai số hoặc chậm trễ trong quá trình truyền tín hiệu.
• Kết nối cảm biến nhiệt độ với các thiết bị đọc và xử lý tín hiệu theo hướng dẫn của nhà sản xuất. Nếu không, có thể gây ra sai số hoặc không nhận được tín hiệu.
• Bảo quản cảm biến nhiệt độ ở nơi khô ráo, thoáng mát, tránh ánh nắng trực tiếp và tránh xa tầm tay trẻ em. Nếu không sử dụng thì các cảm biến nhiệt độ phải được để ở nơi an toàn và có nhãn dán rõ ràng.

Nhớ tuân theo các lưu ý này sẽ giúp bạn duy trì hiệu suất tốt và độ chính xác của cảm biến nhiệt độ trong suốt quá trình sử dụng và bảo quản.

Cảm biến nhiệt độ xe tải đông lạnh adsun

Cảm biến nhiệt độ xe tải đông lạnh AD – X3 Adsun là một giải pháp hiệu quả để giám sát và kiểm soát nhiệt độ cho các xe tải đông lạnh. Sản phẩm này được thiết kế đặc biệt kết nối trực tiếp được với thiết bị giám sát hành trình TMS – 4G02(mới nhất) cho xe tải từ đó bạn có thể vừa giám sát các hoạt động, nhiệt độ của xe trong quá trình di chuyển.

Cảm biến nhiệt độ Adsun còn có khả năng đo và ghi nhận nhiệt độ một cách chính xác lên tới 98% và liên tục trong khoang hàng hoá của xe tải đông lạnh. Dữ liệu nhiệt độ được truyền tải đến hệ thống giám sát, email, sms giúp người điều hành và lái xe có thể theo dõi, điều chỉnh nhiệt độ phù hợp với hàng hóa.

Với tính năng đáng tin cậy và khả năng tương thích với hệ thống giám sát hiện có, cảm biến nhiệt độ xe tải đông lạnh AD -X3 của Adsun là một công cụ quan trọng để tối ưu hóa quá trình vận chuyển hàng hóa đông lạnh và đảm bảo an toàn cho cả hàng hoá.