Cảm biến nhiệt độ được ứng dụng rất nhiều trong các lĩnh vực khác nhau. Vậy sensor nhiệt có cấu tạo như thế nào và nguyên lý hoạt động ra sao? Hãy cùng dientusangtaovn tìm hiểu chi tiết trong nội dung bài viết dưới đây nhé.
Cảm biến nhiệt là gì?
Cảm biến nhiệt là thiết bị được sử dụng để đo sự biến đổi về nhiệt độ của các đại lượng cần đo. Khi thay đổi nhiệt độ thì các cảm biến sẽ đưa ra một tín hiệu. Sau đó, tín hiệu này sẽ được các bộ đọc và xử lý để quy ra con số để hiển thị nhiệt độ. Cảm biến nhiệt còn được gọi là nhiệt kế điện trở meta.

Cảm biến đo nhiệt độ có khả năng thực hiện các phép đo với độ chính xác cao hơn nhiều so với việc thực hiện đo nhiệt độ bằng nhiệt điện hay nhiệt kế.
Cấu tạo của cảm biến nhiệt gồm những bộ phận nào?
Cảm biến nhiệt độ cấu tạo với 2 bộ phận chính là 2 dây kim loại khác nhau gắn vào đầu nóng và đầu lạnh.
Bên cạnh đó, cảm biến còn được hình thành nhờ các bộ phận khác như:

- Bộ phận cảm biến: Bộ phận này đóng vai trò rất quan trọng và quyết định đến độ chính xác của thiết bị. Nó được đặt bên trong lớp vỏ bảo vệ sau khi đã được nối với đầu nối.
- Dây kết nối: Có 2, 3 hoặc 4 dây kết nối để nối với bộ phận cảm biến. Điều kiện sử dụng đầu đo sẽ quyết định đến vật liệu làm dây nối.
- Gốm cách điện: Có nhiệm vụ chủ yếu là cách điện để ngăn ngừa đoản mạch và thực hiện cách điện giữa vỏ bảo vệ và các dây kết nối.
- Chất làm đầy: Sử dụng bột alumina mịn được sấy khô và rung. Chức năng chính là lấp đầy các khoảng trống giúp bảo vệ cảm biến khỏi các rung động.
- Lớp vỏ bảo vệ: Vỏ cảm biến có công dụng bảo vệ bộ phận cảm biến và các dây kết nối. Vỏ cảm biến nhiệt được làm bằng vật liệu sao cho phù hợp với kích thước phù hợp và có thể bọc thêm vỏ bọc bằng vỏ bổ sung trong trường hợp cần thiết.
- Đầu kết nối: Làm bằng vật liệu cách điện, phổ biến là gốm. Đầu kết nối chứa các bảng mạch, cho phép điện trở kết nối. Trong đó, bộ chuyển đổi 4-20mA có thể được cài đặt thay cho bảng đầu cuối khi cần thiết.
Nguyên lý hoạt động của cảm biến nhiệt
Nguyên lý hoạt động của cảm biến đo nhiệt độ là dựa trên sự thay đổi điện trở của kim loại so với sự thay đổi nhiệt độ vượt trội.
Chi tiết hơn, khi nhiệt độ giữa đầu nóng và đầu lạnh có sự thay đổi thì xuất hiện một sức điện động V tại đầu lạnh. Lưu ý, nhiệt độ ở đầu lạnh phải giữ ổn định và đo được, nó phụ thuộc vào chất liệu làm đầu lạnh. Từ đó, xuất hiện các loại cặp nhiệt độ và mỗi loại cho ra một sức điện động khác nhau như E, J, K, R, S, T.

Mối quan hệ giữa vật liệu kim loại và nhiệt độ chính là nguyên lý làm việc của cảm biến nhiệt độ. Khi nhiệt độ bằng 0 thì điện trở sẽ có giá trị 100Ω. Khi nhiệt độ tăng lên thì điện trở của kim loại cũng tăng lên và ngược lại.
Bộ chuyển đổi tín hiệu được tích hợp vào cảm biến sẽ giúp nâng cao hiệu suất làm việc và giúp cho việc vận hành, lắp đặt cảm biến trở nên dễ dàng hơn.
Các loại dây cảm biến nhiệt
Bộ phận cảm biến nhiệt có thể kết nối 2, 3 hoặc 4 dây tùy theo mỗi loại. Dưới đây là các loại dây cảm biến nhiệt.

Cảm biến nhiệt 2 dây
Loại cảm biến này có các đặc điểm như sau:
- Có độ chính xác thấp nhất
- Chỉ được dùng trong trường hợp kết nối độ bền nhiệt học được thực hiện với dây điện trở thấp và điện trở ngắn.
- Bên cạnh đó, nó cũng có thể dùng để kiểm tra mạch điện tương đương và điện trở tổng của các phần tử trong cảm biến, điện trở của dây dẫn kết nối.
Cảm biến đo nhiệt độ 3 dây
Đặc điểm của loại cảm biến này như sau:
- Có độ chính xác cao hơn cảm biến loại 2 dây.
- Sử dụng nhiều trong lĩnh vực công nghiệp.
- Có thể loại bỏ được các lỗi do điện trở của các dây dẫn gây ra.
- Ở đầu ra, điện áp sẽ thay đổi theo sự biến đổi điện trở của cảm biến nhiệt và sự điều chỉnh nhiệt độ hiển thị liên tục theo nhiệt độ đo được.
Cảm biến nhiệt độ 4 dây
Đặc điểm của sensor nhiệt 4 dây đó là:
- Có độ chính xác cao nhất.
- Chủ yếu được sử dụng trong phòng thí nghiệm.
- Điện áp đo được chỉ phụ thuộc vào điện trở của nhiệt.
- Độ chính xác của phép đo phụ thuộc vào độ ổn định của dòng đo và độ chính xác của số đọc điện áp trên nhiệt.
Phân loại cảm biến nhiệt độ

Hiện nay, có nhiều loại cảm biến nhiệt độ, trong đó có các loại được sử dụng phổ biến như sau:
Cặp nhiệt điện (Thermocouple)
Cảm biến cặp nhiệt điện là loại cảm biến nhiệt được sử dụng phổ biến nhất. Đặc điểm nổi bật của chúng là chắc chắn, tự cấp nguồn, có thể sử dụng cho khoảng cách xa và chi phí thấp.
Cặp nhiệt điện được sử dụng niêm phong bên trong tấm chắn gốm hoặc kim loại. Một số loại cặp nhiệt được sử dụng phổ biến như: B, E, K, J, T, N, R và S.
Đầu dò điện trở
Đầu dò điện trở cũng là một loại cảm biến nhiệt được dùng nhiều và cho kết quả đo chính xác. Cảm biến này được làm từ đồng, bạch kim, niken,… Đặc điểm nổi bật là phạm vi đo rộng trong khoảng 270 độ C đến + 850 độ C.
Nhiệt điện trở RTD (Resistance Temperature Detectors)
Nhiệt điện trở có giá tương đối rẻ và sử dụng dễ dàng. Chất liệu làm nhiệt điện trở là Mangan, oxit của niken nên có độ bền không được tốt. Tuy nhiên, nhiệt điện trở lại có độ nhạy cao, kết quả tương đối chính xác.
Nhiệt kế
Nhiệt kế được sử dụng để đo nhiệt độ chất khí, chất lỏng, chất rắn. Chúng có một ống thủy tinh chứa thủy ngân. Sự giãn nở của thủy ngân sẽ tỉ lệ thuận với nhiệt độ đo được. Khi nhiệt độ tăng thể tích cũng sẽ tăng theo và ngược lại.
Cảm biến bán dẫn
Cảm biến bán dẫn là loại cảm biến nhiệt độ được sử dụng nhiều nhất. Đặc điểm nổi bật là đem đến độ tuyến tính cao, kết quả nhiệt độ chính xác trong phạm vi 55 độ C đến +150 độ C.
Hiện nay, trên thị trường còn có thêm một số cảm biến nhiệt hồng ngoại, đo từ xa nhưng vẫn cho nhiệt độ chính xác cao.
Các ứng dụng của cảm biến nhiệt độ

Cảm biến nhiệt độ xuất hiện ở nhiều lĩnh vực, từ gia đình đến các doanh nghiệp hay phòng thí nghiệm. Một số ứng dụng nổi bật của thiết bị này đó là:
- Nhiệt kế điện tử, can nhiệt hay bán dẫn được sử dụng trong công nghiệp và nông nghiệp.
- Nhiệt kế điện tử dùng phổ biến để đo nhiệt độ trong xe hơi, các loại chất lỏng như nước, sữa,…
- Cảm biến nhiệt điện trở kim loại ứng dụng trong công nghiệp nhiệt lạnh.
- Cặp nhiệt điện K, T, R, S, B ứng dụng trong ngành gia công vật liệu và hóa chất.
- Nhiệt kế được sử dụng đo nhiệt độ cơ thể và vật nuôi rất phổ biến.
Trên đây là những thông tin về cấu tạo, nguyên lý hoạt động và phân loại cảm biến nhiệt độ. Mong rằng những thông tin mà chúng tôi cung cấp sẽ đem lại cho bạn những kiến thức thú vị và ứng dụng hiệu quả vào đời sống hàng ngày.