Cảm biến nhiệt độ NTC là loại nhiệt điện trở có điện trở giảm khi nhiệt độ tăng, nhờ đó chuyển sự thay đổi nhiệt độ thành tín hiệu điện mà bộ điều khiển có thể đọc được. Với kích thước nhỏ, phản hồi nhanh và độ nhạy cao trong dải nhiệt độ hẹp, nhiệt điện trở NTC xuất hiện trong nhiều thiết bị quen thuộc, từ hệ thống HVAC, tủ lạnh, máy pha cà phê đến thiết bị y tế và bộ quản lý pin.

Bài viết giải thích nguyên lý hoạt động, đặc điểm của đầu dò nhiệt độ NTC, những ứng dụng phổ biến và điểm khác biệt so với cảm biến PT100, giúp người đọc chọn đúng loại cho hệ thống của mình.

NTC VÀ CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ NTC LÀ GÌ? 

NTC là viết tắt của Negative Temperature Coefficient, nghĩa là hệ số nhiệt độ âm. Cảm biến nhiệt độ NTC (điện trở nhiệt NTC) là một loại cảm biến nhiệt độ hoạt động dựa trên sự thay đổi điện trở của vật liệu khi nhiệt độ thay đổi. Nói đơn giản, khi nhiệt độ tăng, điện trở của cảm biến NTC giảm; ngược lại, khi nhiệt độ giảm, điện trở tăng.

Trong thực tế, cảm biến nhiệt độ NTC có nhiều hình dạng khác nhau, tùy thuộc vào vị trí lắp đặt, môi trường đo và thiết bị sử dụng. Ví dụ như: 

• Cảm biến nhiệt độ NTC dạng đầu dò inox có dây 
• Cảm biến nhiệt độ NTC dạng hạt nhỏ phủ epoxy 
• Cảm biến nhiệt độ NTC dạng linh kiện nhỏ bằng thủy tinh hoặc đĩa 
• Cảm biến nhiệt độ NTC dạng đầu cảm biến có vỏ nhựa hoặc giá đỡ 

CẤU TẠO CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ NTC

Cảm biến nhiệt độ NTC thường có cấu tạo khá đơn giản, gồm phần tử nhiệt điện trở NTC, dây dẫn điện và lớp vỏ bảo vệ. Tùy theo ứng dụng, cảm biến có thể được bổ sung đầu dò kim loại, lớp cách điện, đầu nối hoặc vỏ nhựa để phù hợp với vị trí lắp đặt. 

1. Phần tử nhiệt điện trở NTC

Đây là bộ phận quan trọng nhất, thường được chế tạo từ vật liệu bán dẫn oxit kim loại. Điện trở của phần tử thay đổi theo nhiệt độ: nhiệt độ tăng thì điện trở giảm, nhiệt độ giảm thì điện trở tăng. Phần tử này quyết định đặc tính đo của cảm biến.

2. Dây dẫn điện

Dây dẫn kết nối phần tử NTC với mạch đo hoặc bộ điều khiển, cho phép thiết bị đọc giá trị điện trở để xác định nhiệt độ. Phần lớn NTC thông dụng sử dụng hai dây dẫn.

3. Vỏ bảo vệ

Tùy thiết kế, phần tử NTC có thể được bọc bằng epoxy, thủy tinh, nhựa hoặc đặt bên trong đầu dò inox. Lớp vỏ giúp bảo vệ phần tử khỏi tác động cơ học, độ ẩm và môi trường xung quanh. Vật liệu vỏ cũng ảnh hưởng đến tốc độ đáp ứng nhiệt.

4. Đầu nối và bộ phận lắp đặt (nếu có)

Một số cảm biến được trang bị giắc cắm, đầu nối, ren hoặc giá đỡ để thuận tiện cho việc kết nối và lắp đặt. Đây là những bộ phận phụ thuộc vào thiết kế sản phẩm, không phải cảm biến NTC nào cũng có.

NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ NTC

Quá trình hoạt động của cảm biến NTC diễn ra theo ba bước:

Bước 1: Tiếp nhận nhiệt độ từ môi trường.

Phần tử nhiệt điện trở NTC tiếp xúc với môi trường cần đo, chẳng hạn như không khí trong phòng, nước trong đường ống hoặc bề mặt dàn lạnh. Khi nhiệt độ môi trường thay đổi, nhiệt độ của phần tử cảm biến cũng thay đổi theo.

Bước 2: Điện trở của phần tử NTC thay đổi.

Phần tử NTC được chế tạo từ vật liệu bán dẫn oxit kim loại. Khi nhiệt độ tăng, số hạt tải điện có khả năng tham gia dẫn điện tăng lên, khiến điện trở giảm. Ngược lại, khi nhiệt độ giảm, điện trở tăng.

Ví dụ, với một cảm biến NTC 10K có điện trở danh định 10 kΩ tại 25°C, điện trở có thể biến đổi như sau:

• Nhiệt độ 0°C: khoảng 33,6 kΩ 
• Nhiệt độ 25°C: 10 kΩ 
• Nhiệt độ 50°C: khoảng 3,6 kΩ 

Bước 3: Bộ điều khiển chuyển đổi điện trở thành nhiệt độ.

Bộ điều khiển cấp một điện áp đo hoặc dòng điện đo phù hợp để xác định điện trở của cảm biến. Sau đó, thiết bị sử dụng đặc tuyến điện trở theo nhiệt độ của NTC để tính toán và hiển thị nhiệt độ tương ứng.

ỨNG DỤNG CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ NTC TRONG THỰC TẾ

Cảm biến nhiệt độ NTC được ứng dụng rất phổ biến trong điều hòa không khí, thiết bị làm lạnh, đồ gia dụng, ô tô và các thiết bị điện tử. Sở dĩ NTC được sử dụng rộng rãi là vì có độ nhạy nhiệt cao, kích thước nhỏ, giá thành tương đối thấp và dễ tích hợp vào mạch điều khiển. 

Trong hệ thống điều hòa không khí, cảm biến NTC thường được lắp tại vị trí cần giám sát nhiệt độ, chẳng hạn như cửa hút gió, dàn lạnh hoặc dàn nóng. Ví dụ, khi nhiệt độ phòng tăng, điện trở của cảm biến NTC giảm. Bo mạch điều khiển nhận biết sự thay đổi này, xác định nhiệt độ phòng và điều chỉnh hoạt động của máy điều hòa theo chế độ cài đặt.

Tương tự, cảm biến NTC tại dàn lạnh có thể cung cấp thông tin nhiệt độ để bộ điều khiển điều chỉnh quạt, quản lý chu kỳ làm lạnh hoặc thực hiện chức năng bảo vệ theo thiết kế của thiết bị.

Cảm biến NTC đo nhiệt độ nước hoặc bộ phận gia nhiệt, giúp bộ điều khiển duy trì nhiệt độ cài đặt và hỗ trợ phát hiện tình trạng quá nhiệt khi được tích hợp với mạch bảo vệ phù hợp. 

Điện trở nhiệt NTC có thể được sử dụng để đo nhiệt độ nước làm mát, không khí trong cabin, pin và các linh kiện điện tử. Giá trị đo hỗ trợ hệ thống điều khiển vận hành và quản lý nhiệt độ. 

Trong các hệ thống điều hòa dân dụng, NTC thường được kết nối trực tiếp với bo mạch điều khiển. Điều hòa không khí, tủ lạnh và thiết bị gia dụng là các ứng dụng phổ biến của cảm biến nhiệt độ NTC. 

KHI NÀO NÊN SỬ DỤNG CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ NTC? 

Cảm biến nhiệt độ NTC có ưu điểm nổi bật bao gồm:

• Độ nhạy nhiệt cao khi điện trở của NTC thay đổi đáng kể khi nhiệt độ biến đổi trong dải hoạt động phù hợp 
• Kích thước nhỏ, phù hợp với các thiết bị điện tử, bo mạch điều khiển hoặc những vị trí có không gian lắp đặt hạn chế. 
• Chi phí thấp, đặc biệt khi sản xuất số lượng lớn nên cảm biến nhiệt NTC được sử dụng rộng rãi trong điều hòa không khí, tủ lạnh và các thiết bị gia dụng.

Tuy nhiên, loại cảm biến này cũng có những hạn chế như:

• Đặc tuyến điện trở phi tuyến nên cần sử dụng bảng tra, phương trình hoặc dữ liệu hiệu chuẩn phù hợp để chuyển đổi điện trở thành nhiệt độ.
• NTC có thể hoạt động trong nhiều dải nhiệt độ khác nhau, nhưng mỗi phần tử có giới hạn riêng. 
• Cần mạch đo tương thích vì NTC là phần tử thay đổi điện trở, không tự tạo ra tín hiệu đầu ra tiêu chuẩn như 0-10 V hoặc 4-20 mA

Vì vậy, NTC là lựa chọn hiệu quả về chi phí và độ nhạy cho các ứng dụng như điều hòa dân dụng, tủ lạnh, thiết bị điện tử hoặc các ứng dụng có dải nhiệt độ tương đối xác định và bộ điều khiển hỗ trợ NTC. Hạn chế chính của nó là đặc tuyến phi tuyến và yêu cầu mạch đo tương thích, vì vậy cần xác định rõ dải đo, độ chính xác và phương thức tích hợp trước khi lựa chọn. 

CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ NTC VÀ CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ PT100 - LOẠI NÀO TỐT HƠN?

NTC và PT100 đều là cảm biến nhiệt độ hoạt động dựa trên sự thay đổi điện trở khi nhiệt độ thay đổi. Tuy nhiên, NTC sử dụng vật liệu bán dẫn có điện trở giảm khi nhiệt độ tăng, trong khi PT100 sử dụng bạch kim có điện trở tăng khi nhiệt độ tăng. Sự khác biệt này ảnh hưởng đến đặc tính đo, dải nhiệt độ, cách kết nối và ứng dụng thực tế của từng loại.

Bảng so sánh giữa cảm biến nhiệt độ NTC với PT100: 

NTC thường nổi bật trong các thiết bị điều hòa và điện tử nhờ chi phí thấp, độ nhạy cao. PT100 phù hợp với nhiều ứng dụng đo lường công nghiệp nhờ độ ổn định và đặc tính điện trở được tiêu chuẩn hóa. Không có loại nào tốt hơn trong mọi trường hợp; lựa chọn đúng phụ thuộc vào dải nhiệt độ, độ chính xác yêu cầu và khả năng tương thích của hệ thống. 

GIẢI PHÁP CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ TẠI SENSORS VIỆT NAM  

Sensors Việt Nam là đơn vị phân phối cảm biến công nghiệp, thiết bị đo lường và các sản phẩm phục vụ hệ thống HVAC, tự động hóa tòa nhà. Danh mục sản phẩm bao gồm cảm biến nhiệt độ, đầu dò nhiệt độ, cảm biến PT100, PT1000, NTC, cảm biến nhiệt độ và độ ẩm, cùng nhiều thiết bị đo lường phục vụ nhu cầu giám sát và điều khiển nhiệt độ trong các ứng dụng công nghiệp. 

Với dòng sản phẩm cảm biến nhiệt độ NTC, chúng tôi có cảm biến nhiệt độ NTC 10K, cảm biến nhiệt độ NTC 20K, đến từ các 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.

Nếu bạn đang tìm kiếm cảm biến nhiệt độ HVAC, cảm biến nhiệt độ công nghiệp hoặc giải pháp đo và kiểm soát nhiệt độ phù hợp với hệ thống, hãy liên hệ với Sensors Việt Nam để được tư vấn lựa chọn sản phẩm theo yêu cầu kỹ thuật và nhu cầu sử dụng. Để biết thêm thông tin chi tiết về sản phẩm và nhận tư vấn, vui lòng truy cập website: https://cambien.com.vn/ | https://www.sensors.vn/. Sensors Việt Nam sẵn sàng hỗ trợ bạn tìm kiếm giải pháp cảm biến nhiệt độ và thiết bị đo lường phù hợp.