Bạn đã bao giờ tự hỏi làm thế nào xe hơi của bạn biết khi nào động cơ quá nóng, hay làm thế nào máy in 3D duy trì nhiệt độ vòi phun hoàn hảo? Trong nhiều trường hợp, câu trả lời nằm ở một linh kiện nhỏ bé nhưng mạnh mẽ được gọi là Cảm biến nhiệt độ NTC .
Hướng dẫn này sẽ phân tích những kiến thức cơ bản về cảm biến NTC và nguyên lý hoạt động đơn giản nhưng thông minh của nó.
Cảm biến nhiệt độ NTC là gì?
NTC là viết tắt của Negative Temperature Coefficient (Hệ số nhiệt độ âm) . Nhiệt điện trở NTC là một loại điện trở đặc biệt có chức năng thay đổi điện trở một cách có thể dự đoán được dựa trên nhiệt độ.
Chữ "Negative" trong tên gọi chính là chìa khóa:
Tiêu cực : Có nghĩa là sức đề kháng giảm .
Hệ số nhiệt độ : Có nghĩa là sự thay đổi là phản ứng với nhiệt độ.
Vì vậy, điện trở của nhiệt điện trở NTC sẽ GIẢM khi nhiệt độ của nó TĂNG .
Hãy tưởng tượng nó giống như một đám đông trong hành lang. Khi trời lạnh, họ tụm lại và chắn đường, khiến việc đi qua trở nên khó khăn (điện trở cao). Khi trời nóng, họ tản ra và di chuyển xung quanh, giúp việc đi lại dễ dàng hơn (điện trở thấp). Nhiệt điện trở NTC hoạt động theo nguyên lý điện tử tương tự.
Cảm biến nhiệt độ NTC hoạt động như thế nào?
Nguyên lý hoạt động cơ bản dựa trên hành vi của vật liệu bán dẫn (như oxit kim loại) bên trong cảm biến. Sau đây là sơ đồ hoạt động từng bước đơn giản:
Vật liệu: Cảm biến được làm từ vật liệu bán dẫn gốm hoặc polymer.
Sự thay đổi nhiệt độ: Khi môi trường cảm biến nóng hơn, các nguyên tử trong vật liệu rung động mạnh hơn. Quan trọng hơn, năng lượng nhiệt này "kích thích" các electron, giải phóng chúng để dẫn điện.
Giảm điện trở: Với nhiều electron tự do hơn để dẫn dòng điện, vật liệu trở nên dẫn điện tốt hơn. Về mặt điện học, điều này có nghĩa là điện trở của nó giảm .
Đo lường: Nhiệt điện trở NTC thường được kết nối với mạch điện có điện trở "tham chiếu" cố định, tạo thành bộ chia điện áp . Bằng cách đo điện áp trên nhiệt điện trở NTC, thiết bị điện tử được kết nối (như vi điều khiển) có thể tính toán chính xác điện trở của nó.
Chuyển đổi sang nhiệt độ: Vì mối quan hệ giữa điện trở và nhiệt độ của NTC là rõ ràng và có thể dự đoán được (theo một đường cong cụ thể), nên thiết bị có thể sử dụng công thức toán học hoặc bảng tra cứu để chuyển đổi điện trở được đo thành giá trị nhiệt độ chính xác.
Tóm lại: Nhiệt → Nhiều electron tự do hơn → Điện trở thấp hơn → Thay đổi điện áp có thể đo được → Nhiệt độ tính toán được.
Tại sao điều này hữu ích?
Hành vi có thể dự đoán này khiến nhiệt điện trở NTC trở nên cực kỳ hữu ích. Chúng là một giải pháp giá rẻ, độ nhạy cao và đáng tin cậy để các hệ thống điện tử theo dõi và phản ứng với những thay đổi nhiệt độ, cho phép thực hiện mọi thứ, từ việc ngắt an toàn đến kiểm soát khí hậu chính xác.
Bằng cách hiểu khái niệm đơn giản này "điện trở giảm theo nhiệt độ", bạn đã khám phá ra nguyên lý cơ bản đằng sau một trong những cảm biến nhiệt độ phổ biến nhất thế giới!
