Cảm biến NTC/cảm biến nhiệt độ NTC/đầu dò NTC là một trong những giải pháp đo nhiệt độ được sử dụng phổ biến nhất trong thiết bị điện tử, hệ thống HVAC, thiết bị gia dụng (máy lạnh, tủ lạnh) và các ứng dụng điều khiển nhiệt độ công nghiệp.
Với ưu điểm thiết kế nhỏ gọn, độ nhạy cao, thời gian phản hồi nhanh và chi phí đầu tư hợp lý, cảm biến nhiệt độ NTC là sự lựa chọn lý tưởng cho các ứng dụng giám sát biến thiên nhiệt độ và cung cấp tín hiệu cho hệ thống điều khiển.
NTC VÀ CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ NTC LÀ GÌ?
NTC (Negative Temperature Coefficient) là điện trở nhiệt có hệ số nhiệt điện trở âm - tức là là giá trị điện trở giảm khi nhiệt độ tăng và ngược lại. Đây nhóm thermistor phổ biến hàng đầu hiện nay.
Cảm biến nhiệt độ NTC (điện trở nhiệt NTC) là thiết bị hoạt động dựa trên nguyên lý sự thay đổi điện trở theo nhiệt độ của vật liệu bán dẫn. Khi nhiệt độ của môi trường/vật thể mục tiêu thay đổi → điện trở của phần tử NTC biến thiên theo → tính toán và hiển thị nhiệt độ tương ứng.
Điện trở nhiệt NTC được cấu thành từ các oxit kim loại bán dẫn (oxit mangan, nickel, cobalt hoặc các hợp chất có đặc tính điện trở phụ thuộc mạnh vào nhiệt độ). Nhờ độ nhạy cao (ở mức nhiệt nhất định) mà cảm biến NTC có thể phát hiện nhanh chóng những thay đổi nhiệt độ nhỏ và cung cấp tín hiệu cho các hệ thống điều khiển.
Trong thực tế, cảm biến nhiệt độ NTC thường là dạng đầu dò có dây dẫn, cảm biến gắn trên bo mạch điện tử, cảm biến nhiệt độ gắn đường ống, cảm biến nhúng chất lỏng hoặc phần tử điện trở nhiệt kích thước nhỏ.
CẤU TẠO CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ NTC
Cấu tạo của cảm biến nhiệt độ NTC tương đối đơn giản, nhưng không cố định mà có thể tùy biến theo phương pháp lắp đặt và môi trường sử dụng. Một cảm biến NTC công nghiệp cơ bản thường được cấu thành từ: phần tử điện trở nhiệt, dây dẫn, lớp cách điện và vỏ bảo vệ.
Phần tử điện trở nhiệt NTC
Đây là bộ phận trực tiếp cảm nhận sự thay đổi nhiệt độ. Phần tử cảm biến NTC thường được làm từ hỗn hợp oxit kim loại bán dẫn (thông qua quá trình nung kết ở nhiệt độ cao). Khi nhiệt độ thay đổi, khả năng dẫn điện của vật liệu bán dẫn cũng thay đổi, từ đó điện trở của phần tử NTC biến thiên theo.
Phần tử NTC có thể là dạng hạt, đĩa, chip hoặc những cấu trúc nhỏ khác - tuỳ thuộc vào từng ứng dụng đo lường.
Dây dẫn và điểm kết nối
Dây dẫn của cảm biến nhiệt độ NTC có nhiệm vụ kết nối phần tử cảm biến với thiết bị đo/bộ điều khiển. Phần lớn cảm biến NTC hiện nay dùng cấu hình 2 dây. Dây dẫn có thể được bọc PVC, silicone, PTFE hoặc các vật liệu cách điện phù hợp (tùy thuộc vào yêu cầu lắp đặt/sử dụng).
Đối với những hệ thống yêu cầu đường truyền tín hiệu dài, điện trở dây dẫn của điện trở nhiệt cần được xem xét kỹ vì có thể tác động đến kết quả đo (đặc biệt là các dòng thiết bị có điện trở danh định thấp).
Vỏ bảo vệ và đầu dò cảm biến
Để tăng độ bền trong môi trường công nghiệp và bảo vệ phần tử NTC nhạy cảm khỏi độ ẩm, bụi bẩn, rung động hoặc các tác động cơ học, cảm biến nhiệt độ NTC thường có vỏ ngoài rất chắc chắn, với lớp phủ epoxy, thủy tinh hoặc vỏ đầu dò kim loại.
Trong các ứng dụng đo nhiệt độ nước, dầu, gắn trên đường ống, đầu dò điện trở nhiệt NTC có thể làm bằng thép không gỉ, đồng hoặc vật liệu đặc thù phù hợp với môi chất.
CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ NTC HOẠT ĐỘNG NHƯ THẾ NÀO?
Nguyên lý hoạt động cảm biến NTC/cảm biến nhiệt độ NTC/điện trở nhiệt NTC dựa trên nguyên lý sự biến thiên điện trở của vật liệu bán dẫn theo nhiệt độ - điện trở của NTC giảm khi nhiệt độ tăng và ngược lại. Cụ thể:
Ở nhiệt độ thấp, số lượng hạt tải điện tham gia dẫn điện trong vật liệu bán dẫn thấp → điện trở của phần tử NTC ở mức cao.
Khi nhiệt độ tăng lên, hạt tải điện cũng tăng lên, khả năng dẫn điện của vật liệu tăng → điện trở của phần tử NTC giảm xuống.
Khi nhiệt độ giảm, hạt tải điện cũng giảm xuống, khả năng dẫn điện của vật liệu bán dẫn giảm → điện trở NTC tăng trở lại.
ỨNG DỤNG CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ NTC TRONG THỰC TẾ
Ứng dụng cảm biến NTC phổ biến nhất bao gồm:
- Các thiết bị di động (bộ khuếch đại, màn hình, pin), máy tính (CPU, ổ cứng, mainboard), đồ gia dụng (máy sấy tóc, tủ lạnh, bếp, máy giặt), hệ thống sưởi và điều hòa…
- Trong ngành điện tử công nghiệp, cảm biến nhiệt độ NTC được dùng để ổn định nhiệt độ diode laser và bảo vệ quá nhiệt cho LED, bán dẫn.
- Trong lĩnh vực ô tô, cảm biến NTC thực hiện chức năng theo dõi nhiệt độ khí nạp, dầu hộp số, động cơ, hệ thống điều hòa và pin.
- Trong mảng tự động hóa và HVAC, điện trở nhiệt NTC thường được tích hợp trong cảm biến nhiệt độ phòng, cảm biến nhiệt độ ống gió, cảm biến nhiệt độ nước cấp/hồi hoặc cảm biến đầu dò dạng ống cho tủ điều khiển AHU, FCU. Trong lĩnh vực này, cảm biến nhiệt độ NTC 10k Ω là phổ biến nhất.
THÔNG SỐ KỸ THUẬT CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ NTC
Khi chọn mua cảm biến nhiệt độ NTC, cần đặc biệt chú ý đến những thông số đặc trưng sau đây:
Điện trở danh định R25
R25 là giá trị điện trở danh định của cảm biến nhiệt độ NTC tại nhiệt độ tham chiếu chuẩn 25°C.
Một số giá trị điện trở danh định của điện trở nhiệt NTC thường gặp trên thị trường bao gồm 1kΩ, 5kΩ, 10kΩ, 20kΩ, 50kΩ và 100kΩ. Trong đó, NTC 10kΩ và 20kΩ là hai loại phổ biến nhất trong các ứng dụng đo nhiệt độ điện tử và HVAC.
Hệ số Beta (B-value)
Hệ số Beta thể hiện đặc tính thay đổi điện trở theo nhiệt độ của cảm biến NTC trong khoảng nhiệt độ nhất định và có tác động trực tiếp đến quá trình quy đổi điện trở thành nhiệt độ. Thông số kỹ thuật cảm biến nhiệt độ NTC này thường ký hiệu là B25/50, B25/85 hay B25/100 (tùy theo hai điểm nhiệt độ được sử dụng)
Dải nhiệt độ hoạt động
Dải nhiệt độ hoạt động của cảm biến nhiệt độ NTC phụ thuộc rất lớn vào vật liệu làm nên phần tử đo, cấu trúc đầu dò và lớp cách điện.
Một số dòng cảm biến NTC dạng đầu dò phổ biến thường hoạt động trong khoảng từ -40°C đến 125°C. Trong khi đó, các thiết kế cảm biến NTC chuyên dụng lại được thiết kế với giới hạn khác.
Không nên áp dụng một dải nhiệt độ chung cho tất cả cảm biến nhiệt độ NTC. Khi chọn mua thiết bị, người dùng cần kiểm tra giới hạn nhiệt độ liên tục, điểm đo cực đại cho phép, khả năng chịu nhiệt của dây dẫn và vỏ bảo vệ.
Độ tin cậy và dung sai điện trở
Độ chính xác của cảm biến NTC phụ thuộc vào điện trở danh định R25, hệ số Beta, độ chính xác mạch đo và phương pháp chuyển đổi điện trở thành nhiệt độ.
Tuy nhiên, dung sai điện trở ±1% không phải cảm biến có sai số phép đo ±1°C. Thực tế, sai số phép đo cần được xác định dựa trên đặc tuyến NTC và các thành phần sai số trên toàn hệ thống.
Thời gian đáp ứng
Thời gian đáp ứng của điện trở nhiệt NTC đại diện cho tốc độ phản ứng khi nhiệt độ môi trường thay đổi.
NTC có phần tử cảm nhận nhỏ và khối lượng nhiệt thấp thường có đáp ứng nhanh và ngược lại. Tuy nhiên, khi phần tử đo được đặt trong đầu dò bằng kim loại hoặc có lớp vỏ bảo vệ dày thì thời gian đáp ứng có thể tăng lên.
Ngoài ra, thông số này còn phụ thuộc vào các yếu tố khác, điển hình như môi trường đo, tốc độ dòng chảy và cách thức lắp đặt.
Hiện tượng tự gia nhiệt
Khi dòng điện chạy qua cảm biến nhiệt độ NTC sẽ tạo ra nhiệt theo hiệu ứng Joule. Nếu dòng kích thích quá lớn, nhiệt sinh ra có thể khiến phần tử cảm biến NTC nóng hơn môi trường thực tế. Hiện tượng này gọi là tự gia nhiệt - nó là một trong những nguyên nhân gây sai số phép đo.
Vì vậy, để đảm bảo độ chính xác thì mạch đo cảm biến NTC cần sử dụng dòng kích thích phù hợp để hạn chế hiện tượng tự gia nhiệt. Điều này đặc biệt cần thiết khi cảm biến hoạt động trong môi trường không khí tĩnh.
Bảng tóm tắt thông số kỹ thuật cảm biến NTC:
| THÔNG SỐ | Ý NGHĨA | GIÁ TRỊ |
| Điện trở danh định R25 | Điện trở tại 25°C | 1kΩ, 5kΩ, 10kΩ, 20kΩ, 50kΩ, 100kΩ |
| Hằng số B (B25/50, B25/85) | Độ nhạy theo nhiệt độ | 3380 K, 3435 K, 3950 K… |
| Dải nhiệt độ làm việc | Giới hạn đo an toàn | -50°C đến +150°C (epoxy); đến khoảng +300°C (bọc thuỷ tinh) |
| Sai số | Độ lệch so với giá trị danh định | ±1% hoặc ±5% về điện trở, tương đương ±0,5°C đến ±1°C quanh 25°C |
| Hằng số thời gian nhiệt | Thời gian đạt khoảng 63% giá trị cuối | Vài giây đến vài chục giây tuỳ model |
| Hằng số tiêu tán | Công suất làm nóng cảm biến thêm 1°C | Khoảng 1-10 mW/°C |
ƯU ĐIỂM VÀ NHƯỢC ĐIỂM CỦA CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ NTC
Cảm biến nhiệt độ NTC/đầu dò NTC/cảm biến NTC sở hữu những ưu điểm và nhược điểm điển hình như:
Ưu điểm của cảm biến NTC
Ưu điểm nổi bật nhất của điện trở nhiệt NTC là độ nhạy rất cao, giúp mạch đo dễ dàng nhận biết sớm những thay đổi nhỏ.
Kế tiếp, cảm biến NTC tương đối nhỏ gọn, dễ tích hợp vào bo mạch điện tử, đầu dò hoặc ứng dụng có không gian lắp đặt hạn chế.
Ngoài ra, chi phí triển khai cảm biến nhiệt NTC cũng tương đối thấp so với các giải pháp đo nhiệt độ công nghiệp chuyên dụng khác, nhờ đó mà dòng sản phẩm này dễ dàng trở thành lựa chọn kinh tế cho hệ thống/thiết bị có nhiều điểm đo nhiệt độ.
Đặc biệt, cấu tạo đơn giản và thời gian đáp ứng nhanh của NTC cũng tạo ra lợi thế cạnh tranh rất lớn trong các ứng dụng yêu cầu điều khiển nhiệt độ linh hoạt, theo thời gian thực.
Hạn chế của cảm biến NTC
Hạn chế đáng chú ý nhất của dòng cảm biến nhiệt độ NTC nguyên lý vận hành phi tuyến giữa điện trở và nhiệt độ. Để sử dụng điện trở nhiệt NTC thì thiết bị nhận phải có khả năng chuyển đổi hoặc bảng tra phù hợp để xác định nhiệt độ một cách chính xác. Đồng thời, nhiệt độ hoạt động của các dòng NTC cũng khó cạnh tranh với các loại cảm biến công nghiệp như PT100 hay thermocouple chuyên dụng.
Bên cạnh đó, điện trở nhiệt NTC có thể xảy ra hiện tượng tự gia nhiệt, dẫn đến sai số dây dẫn. Đặc biệt, cảm biến NTC không có một đặc tuyến điện trở - nhiệt độ chung áp dụng cho mọi sản phẩm. Vì vậy mà khả năng thay thế giữa các dòng NTC cần được xem xét kỹ lưỡng dựa trên thông số kỹ thuật của datasheet.
CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ NTC VÀ CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ PT100 - LOẠI NÀO TỐT HƠN?
Nếu bạn đang phân vân giữa cảm biến nhiệt độ NTC và cảm biến nhiệt độ PT100 thì hãy cùng theo dõi bảng so sánh dưới đây để xác định đâu là thiết bị phù hợp cho ứng dụng của mình nhé!
| TIÊU CHÍ SO SÁNH | CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ NTC | CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ PT100 |
| Nguyên lý | Vật liệu bán dẫn, điện trở giảm khi nóng | Bạch kim, điện trở tăng khi nóng |
| Độ nhạy | Cao, khoảng 4-5%/°C | Thấp, khoảng 0,385%/°C |
| Tuyến tính | Phi tuyến tính | Gần như tuyến tính |
| Dải đo | Khoảng -50 đến 150 °C | Rộng hơn (tới 500/600 °C) |
| Chi phí đầu tư | Thấp | Cao hơn |
MUA CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ NTC CHÍNH HÃNG Ở ĐÂU?
Sensors Việt Nam là đơn vị có kinh nghiệm hoạt động trong lĩnh vực cảm biến công nghiệp, thiết bị đo lường và giải pháp tự động hóa, chúng tôi hiện sở hữu danh mục cảm biến nhiệt độ NTC cực kỳ đa dạng, đến từ nhiều thương hiệu nổi tiếng toàn cầu và phù hợp với hầu hết các nhu cầu sử dụng thực tế từ dân dụng đến công nghiệp.
Khi có nhu cầu tìm mua cảm biến NTC cho hệ thống mới hoặc thay thế thiết bị cũ, khách hàng hãy liên hệ cho Sensors Việt Nam và cung cấp thông tin về điện trở danh định, hệ số Beta/mã cảm biến cũ, dải nhiệt độ thực tế, kiểu đầu dò và thiết bị điều khiển đang sử dụng. Dựa trên những thông số này, các kỹ thuật viên sẽ tư vấn chính xác cấu hình cảm biến nhiệt độ NTC phù hợp, hạn chế tối đa tình trạng lựa chọn sai model và phát sinh chi phí thay thế không đáng có.
→ Tham khảo các dòng cảm biến nhiệt độ NTC chính hãng tại Sensors Việt Nam:
Cảm biến nhiệt độ NTC 10K: https://cambien.com.vn/cam-bien-nhiet-do-ntc-10k
Cảm biến nhiệt độ NTC 20K: https://cambien.com.vn/cam-bien-nhiet-do-ntc-20k
Nếu bạn đang tìm kiếm cảm biến NTC hoặc giải pháp đo nhiệt độ cho hệ thống HVAC/máy móc/các ứng dụng tự động hóa, hãy liên hệ Sensors Việt Nam qua hotline 0911 660 660 hoặc truy cập website https://cambien.com.vn/ | https://www.sensors.vn/ để được hỗ trợ tư vấn, báo giá và lựa chọn sản phẩm phù hợp.