Đang tải... (xem toàn văn)
CẢM BIẾN NHIỆT ĐIỆN TRỞ BÁN DẪN
GVHD: Ts. ĐÀO THÁI DIỆU NTH: Nhóm 9 CẢM BIẾN NHIỆT ĐIỆN TRỞ BÁN DẪN TIỂU LUẬN MÔN: THIẾT BỊ ĐO TRONG HÓA HỌC NỘI DUNG NTC-NHIỆT ĐIỆN TRỞ BÁN DẪN ÂM PTC- NHIỆT ĐIỆN TRỞ BÁN DẪN DƯƠNG 1 Giới thiệu cảm biến nhiệt độ 2 Giới thiệu cảm biến nhiệt điện trở bán dẫn 3 Ưu nhược điểm nhiệt điện trở bán dẫn Nhiệt độ: là số đo cường độ chuyển động hỗn độn của các phân tử cấu tạo nên vật thể. Nhiệt độ là một đại lượng vật lý thể khối như ánh sáng, nhưng có đặc trưng quán tính, do vậy chỉ có thể xác định gián tiếp thông qua tính chất trạng thái đã biết trước của sự vật có liên quan tới nhiệt độ. Thang nhiệt độ: là hệ thống định cỡ và tính nhiệt độ theo một quy tắc nào đó. Trong kĩ thuật, để có thể xác định giá trị nhiệt độ một vật người ta dựa vào các quá trình có thể tái tạo lại được làm cơ sở lập thang đo nhiệt độ. Giới thiệu tổng quan về cảm biến nhiệt độ: Các thang nhiệt độ tuân theo định luật nhiệt động học: • Thang nhiệt độ Fahrenheit: nước đá tan ở 32oF, sôi ở 212oF. oC= (oF-32) ; oF= oC + 32 • Thang nhiệt độ Celsius(thang bách phân): oC = oK – 273,15; 1oC = 1oK • Thang nhiệt độ Kelvin (thang nhiệt động tuyệt đối): 0oC = 273,15oK- nhiệt độ cân bằng ba trạng thái của nước. 0oK = - 273,15 oC - nhiệt độ không tuyệt đối. Giới thiệu tổng quan về cảm biến nhiệt độ: Giới thiệu tổng quan về cảm biến nhiệt độ: Nhiệt độ Kelvin(oK) Celsius(oC) Fahrenheit(oF) Điểm không tuyệt đối 0 -273,15 -459,67 Hòa hợp nước- nước đá 273,15 0 32 Cân bằng nước-nước đá-hơi nước 273,15 0,01 32,018 Nước sôi 373,15 100 212 Thang đo nhiệt độ và tương quan. Giới thiệu tổng quan về cảm biến nhiệt độ: Phân loại: Theo phương pháp cảm biến nhiệt độ cơ bản: • Phương pháp tiếp xúc nhiệt: đòi hỏi cảm biến phải tiếp xúc vật lý trực tiếp với môi trường hay đối tượng đo, có thể dùng kiểm tra nhiệt độ chất rắn, chất lỏng hay chất khí trong một phạm vi đo rất rộng. • Phương pháp đo không tiếp xúc: cảm nhận năng lượng bức xạ của nguồn nhiệt ở dạng năng lượng thu nhận được trong phần hồng ngoại của phổ điện từ. Giới thiệu tổng quan về cảm biến nhiệt độ: Theo phần tử cảm biến nhiệt: • Cảm biến tiếp xúc: o Nhiệt kế dãn nở( lưỡng kim) o Nhiệt kế áp suất( chất lỏng, chất khí) o Nhiệt ngẫu o Nhiệt điện trở: Điện trở nhiệt kim loại Nhiệt điện trở bán dẫn(silicon, diode, transitor) • Cảm biến bức xạ( không tiếp xúc) o Cảm biến quang( hỏa quang kế, hỏa kế quang điện) o Cảm biến siêu âm o Quang phổ Giới thiệu tổng quan về cảm biến nhiệt độ: Trong kỹ thuật đo lường và điều khiển nhiệt độ chủ yếu ứng dụng các phần tử cảm biến tiếp xúc nhiệt, như: Phần tử cảm biến kim loại: • Nhiệt kế dãn nở(lưỡng kim hay chất lỏng, chất khí) • Nhiệt điện trở kim loại • Nhiệt ngẫu Phần tử cảm biến bán dẫn • Nhiệt trở bán dẫn (thermo-diode, thermo-transistor); vi mạch cảm biến nhiệt IC. Giới thiệu cảm biến nhiệt điện trở bán dẫn Nhiêt điện trở bán dẫn Thermistor (thermal sensitive resistor – điện trở nhạy nhiệt), là linh kiện nhiệt điện trở bán dẫn, làm từ vật liệu bán dẫn có điện trở phụ thuộc vào nhiệt độ. Trong ứng dụng thermistor được coi như dụng cụ hai cửa, hoạt động theo nguyên lý thay đổi điện trở theo nhiệt độ. Giới thiệu cảm biến nhiệt điện trở bán dẫn Cấu tạo cảm biến nhiệt điện trở bán dẫn Bao gồm tổ hợp hai hoặc ba lớp oxide kim loại được dung kết thích hợp trong một vật liệu nền gốm và các dây dẫn ra được hàn vào chất liệu bán dẫn hoặc chíp vi mạch, có phủ lớp vỏ bọc epoxy hoặc thủy tinh. Phần lớn dạng cấu trúc các phần tử thermistor được định hướng tùy theo ứng dụng cụ thể, có dạng hạt (thủy tinh). Những phần tử thermistor làm việc với dòng lớn nên phải có kết cấu dạng đĩa. [...]...Giới thiệu cảm biến nhiệt điện trở bán dẫn Cấu tạo cảm biến nhiệt điện trở bán dẫn Hình dạng thermistor Giới thiệu cảm biến nhiệt điện trở bán dẫn Phân loại Các thermistor phân biệt theo hai loại hệ số nhiệt độ NTC-thermistor (phần tử dẫn nóng) có hệ số nhiệt độ âm PTC-thermistor (phần tử dẫn nguội) có hệ số nhiệt độ dương Giới thiệu cảm biến nhiệt điện trở bán dẫn Đặc điểm thermistor... trở bán dẫn (âm)- NTC Nhiệt điện trở bán dẫn (âm)- NTC • Với các chất NTC thì quan hệ giữa nhiệt độ và điện trở, trường hợp có dòng điện bé, có thể biểu diễn theo công thức : β : hằng số vật liệu phụ thuộc nhiệt điện trở RT: điện trở tại nhiệt độ cần đo T [°K] RO: điện trở tại nhiệt độ TO [°K] • Nhiệt điện trở dẫn nóng NTC có hệ số nhiệt độ âm từ -0.030 đến -0.055 [1/0K] Nhiệt điện trở bán dẫn. .. 1500C điện trở NTC giảm đi hơn 100 lần Nhiệt điện trở bán dẫn (âm)- NTC Nguyên lý hoạt động: • Các chất bán dẫn thường có hiệu ứng nhiệt âm • Trong chất bán dẫn không chỉ có vận tốc của hạt dẫn, mà quan trọng hơn, cả số lượng hạt dẫn cũng thay đổi theo nhiệt độ Bởi thế độ dẫn sẽ gia tăng cùng với nhiệt độ ⇒ Khi nhiệt độ tăng thì trở kháng của chất bán dẫn giảm Nhiệt điện trở bán dẫn (âm)- NTC Nhiệt điện. .. định nhiệt độ động cơ: Cấu tạo: Cảm biến nhiệt độ nước làm mát có cấu tạo dạng trụ rỗng có ren ngoài, bên trong có lắp một điện trở bán dẫn có hệ số nhiệt điện trở âm Nhiệt điện trở bán dẫn (âm)- NTC Nguyên lý: Sự thay đổi giá trị điện trở sẽ làm thay đổi giá trị điện áp được gửi đến ECU động cơ trên nền tảng cầu phân áp Nhiệt điện trở bán dẫn (âm)- NTC Khi nhiệt độ động cơ thấp, giá trị điện trở. .. nhạy rất cao, một sự thay đổi nhỏ nhiệt độ có thể tạo ra sự thay đổi lớn về điện trở Kí hiệu nhiệt điện trở: Mạch đo ứng dụng dùng điện trở nhiệt bán dẫn thermistor thường là mạch cầu hở Nhiệt điện trở bán dẫn (âm)- NTC •NTC – viết tắt từ Negative temperature Coefficient, đó là những điện trở có hệ số nhiệt âm: trị số điện trở giảm khi nhiệt độ tăng, như thế NTC dẫn điện trong tình trạng được đun... phạm vi biến thiên nhiệt độ rộng hơn thì ít nhiều sẽ có sai lệch ⇒ B là biến thiên theo nhiệt độ B(ρ) = B [1+ β(ρ - 100) ] β = 2,5.10-4/K cho ρ > 1000C β = 5.10-4/K cho ρ < 1000C ρ là nhiệt độ với 0C Nhiệt điện trở bán dẫn (âm)- NTC Đối với nhiệt độ lớn hơn thì ta phải dùng phương trình Steinhart- Hart: Nhiệt điện trở bán dẫn (âm)- NTC Quan hệ giữa nhiệt độ và điện trở: Nhiệt độ tăng điện trở giảm... thế của lớp chặn tùy thuộc vào hằng số điện môi của vật liệu quanh nó Sự hình thành lớp chặn quyết định sự gia tăng điện trở Ở miền điện trở thấp, hằng số điện môi cao, lớp chặn yếu, nhiệt độ làm việc của PTC thấp nên điện trở tăng chậm Khi nhiệt độ tăng lên, hằng số điện môi giảm, lớp chặn mạnh lên làm điện trở tăng dốc đứng NHIỆT ĐIỆN TRỞ PTC NHIỆT ĐIỆN TRỞ PTC ỨNG DỤNG PTC được ứng dụng như... điện trở cảm biến cao và điện áp gửi đến bộ biến đổi ADC lớn Tín hiệu điện áp được chuyển đổi thành một dãy xung vuông và được giải mã nhờ bộ vi xử lý để thông báo cho ECU động cơ biết động cơ đang lạnh Khi động cơ nóng, giá trị điện trở cảm biến giảm kéo theo điện áp đặt giảm, báo cho ECU động cơ biết là động cơ đang nóng Đường đặc tính tuyến của cảm biến nhiệt độ nước Nhiệt điện trở bán dẫn (âm)-... đến 1400oC NHIỆT ĐIỆN TRỞ PTC NGUYÊN TẮC HOẠT ĐỘNG PTC hoạt động dựa trên nguyên lý thay đổi điện trở theo nhiệt độ Đối với PTC, khi nhiệt độ tăng thì điện trở tăng NHIỆT ĐIỆN TRỞ PTC NGUYÊN TẮC HOẠT ĐỘNG Trong một khoảng nhiệt độ đặc trưng, PTC có hệ số nhiệt độ dương rất lớn Sự gia tăng nhiệt độ là do hình thành một lớp chặn ở vùng lân cận hạt nhân tinh thể bán dẫn Độ lớn mức điện thế của... lại Nhiệt điện trở bán dẫn (âm)- NTC Một số lưu ý: Không được để phần tử thermistor NTC bị làm nóng lên do dòng điện chạy qua (hiện tượng phát nhiệt tự thân) Phải chú ý bản chất của vật liệu khi dùng dòng điện xoay chiều vì tổng trở R của NTC giảm khi tần số của dòng điện xoay chiều tăng Nhiệt điện trở bán dẫn (âm)- NTC Khi dòng điện hay điện áp của thermistor NTC lớn hơn bình thường sẽ làm nhiệt . khí) • Nhiệt điện trở kim loại • Nhiệt ngẫu Phần tử cảm biến bán dẫn • Nhiệt trở bán dẫn (thermo-diode, thermo-transistor); vi mạch cảm biến nhiệt IC. Giới thiệu cảm biến nhiệt điện trở bán dẫn Nhiêt. 9 CẢM BIẾN NHIỆT ĐIỆN TRỞ BÁN DẪN TIỂU LUẬN MÔN: THIẾT BỊ ĐO TRONG HÓA HỌC NỘI DUNG NTC-NHIỆT ĐIỆN TRỞ BÁN DẪN ÂM PTC- NHIỆT ĐIỆN TRỞ BÁN DẪN DƯƠNG 1 Giới thiệu cảm biến nhiệt độ 2 Giới thiệu cảm. kết cấu dạng đĩa. Giới thiệu cảm biến nhiệt điện trở bán dẫn Cấu tạo cảm biến nhiệt điện trở bán dẫn Hình dạng thermistor Giới thiệu cảm biến nhiệt điện trở bán dẫn Phân loại Các thermistor phân