Cầu chì nhiệt là gì? Cấu tạo, nguyên lý hoạt động và Ứng dụng của cầu chì nhiệt

Nov 23, 2022 - 18:39 Updated: Mar 6, 2024 - 03:05
0

Nội dung chính [Hiện]

Cầu chì nhiệt là một linh kiện điện tử có vai trò quan trọng trong việc bảo vệ mạch điện khỏi các tác động của quá dòng điện. Được thiết kế để tự động ngắt kết nối trong trường hợp dòng điện vượt quá mức an toàn, cầu chì nhiệt đóng vai trò như một cơ chế bảo vệ đáng tin cậy. Trong bài viết này, chúng ta sẽ tìm hiểu về cấu tạo, nguyên lý hoạt động và các ứng dụng của cầu chì nhiệt trong các mạch điện.

Tổng quan về Cầu chì nhiệt

Cầu chì nhiệt, hay còn gọi là cầu chì tự phát nhiệt, là một loại thiết bị bảo vệ trong hệ thống điện và điện tử. Chúng được thiết kế để bảo vệ các linh kiện và mạch điện khác trước nguy cơ quá tải hoặc ngắn mạch bằng cách tự động ngắt dòng điện khi nhiệt độ xung quanh tăng cao đến mức độ nguy hiểm.

Cấu trúc cơ bản của cầu chì nhiệt bao gồm một ống thủy tinh chứa chất lỏng phân hủy (thường là paraffin) và một thanh chì bên trong. Khi nhiệt độ xung quanh tăng, chất lỏng trong ống sẽ phân hủy, tạo ra một áp suất lớn đủ để làm gãy thanh chì. Quá trình gãy này ngắt dòng điện và bảo vệ hệ thống khỏi nguy cơ nổ và cháy.

Cầu chì nhiệt được sử dụng rộng rãi trong các thiết bị điện tử như bộ nguồn máy tính, ổ cứng, và các thiết bị gia dụng như lò vi sóng và tủ lạnh. Chúng cũng thường được sử dụng trong các ứng dụng công nghiệp như trong hệ thống điện trung thế để bảo vệ các thiết bị trạm biến áp và dây dẫn khỏi nguy cơ quá tải và ngắn mạch. Điều này làm cho cầu chì nhiệt trở thành một thành phần quan trọng và không thể thiếu trong việc bảo vệ hệ thống điện và điện tử khỏi các sự cố nguy hiểm.

Cầu chì nhiệt là gì?

Cầu chì nhiệt, còn được gọi là cầu đo nhiệt độ, là một thiết bị được sử dụng để đo và kiểm soát nhiệt độ trong các hệ thống điện và điện tử. Nó thường bao gồm hai dây dẫn có chất liệu khác nhau được nối với nhau ở một đầu, tạo thành một liên kết nhiệt động. Khi nhiệt độ tăng lên, các dây dẫn này sẽ mở rộng hoặc co lại và tạo ra một hiệu ứng cơ học có thể được sử dụng để kiểm soát các thiết bị khác trong hệ thống.

Cơ chế hoạt động của cầu chì nhiệt dựa trên sự thay đổi trong độ dẫn điện của các dây dẫn khi nhiệt độ thay đổi. Hai dây dẫn khác loại này có hệ số nhiệt động khác nhau, nghĩa là chúng mở rộng hoặc co lại ở tốc độ khác nhau khi nhiệt độ biến đổi. Khi nhiệt độ tăng lên hoặc giảm xuống, sự thay đổi này trong kích thước của dây dẫn sẽ gây ra một sự biến đổi trong trở kháng điện của chúng.

Sự thay đổi này trong trở kháng điện của cầu chì nhiệt có thể đo bằng cách sử dụng một mạch đo hoặc thiết bị đo khác. Thông qua một quy trình phân tích, nhiệt độ của hệ thống có thể được xác định dựa trên sự biến đổi trong trở kháng này.

Ngoài việc đo nhiệt độ, cầu chì nhiệt cũng có thể được sử dụng để kiểm soát nhiệt độ bằng cách điều chỉnh các thiết bị khác trong hệ thống, như bật/tắt máy móc hoặc điều chỉnh công suất. Điều này làm cho cầu chì nhiệt trở thành một thành phần quan trọng trong việc duy trì và kiểm soát nhiệt độ ổn định trong các ứng dụng điện và điện tử.

Cấu tạo của cầu chì nhiệt

Cầu trì nhiệt, hay còn được gọi là thermistor, là một loại linh kiện điện tử được thiết kế để thay đổi điện trở của nó dựa trên nhiệt độ môi trường. Cấu tạo của cầu trì nhiệt thường bao gồm một vật liệu bán dẫn như ôxit kim loại hoặc sự kết hợp giữa các hợp chất kim loại oxit như mangan, đồng, hoặc niken.

Cấu trúc của cầu trì nhiệt thường bao gồm một thanh hay một viên hình cầu nhỏ được làm từ vật liệu bán dẫn, với hai đầu được kết nối với các dây dẫn điện. Sự thay đổi về nhiệt độ sẽ gây ra sự biến đổi trong cấu trúc tinh thể của vật liệu bán dẫn này, từ đó làm thay đổi điện trở của nó.

Một số loại cầu trì nhiệt được thiết kế với hai dạng cấu trúc chính:

  1. Cầu trì nhiệt dương nhiệt (PTC - Positive Temperature Coefficient): Trong loại cầu trì nhiệt này, điện trở tăng lên khi nhiệt độ tăng lên. Điều này là do cấu trúc của vật liệu bán dẫn thay đổi để làm tăng điện trở khi nhiệt độ tăng lên.
  2. Cầu trì nhiệt âm nhiệt (NTC - Negative Temperature Coefficient): Trong loại cầu trì nhiệt này, điện trở giảm đi khi nhiệt độ tăng lên. Điều này xảy ra do sự thay đổi trong cấu trúc tinh thể của vật liệu bán dẫn làm giảm điện trở khi nhiệt độ tăng lên.

Cả hai loại cầu trì nhiệt đều được sử dụng trong các ứng dụng khác nhau, từ điều khiển nhiệt độ đến việc giảm nhiễu điện trong mạch điện tử.

Xét về cấu tạo cơ bản thì cầu chì nhiệt được cấu tạo gồm 4 phần chính dưới đây

  • Đầu nối: Cầu chì nhiệt có hai đầu nối được sử dụng để kết nối với mạch điện. Thông thường, chúng được làm từ đồng hoặc đồng thau để tăng tính dẫn điện và độ bền.

  • Lõi cầu chì: Lõi cầu chì là phần chính của cầu chì nhiệt và thường được làm từ hợp kim chì và chì oxit hóa để tăng khả năng dẫn nhiệt. Lõi cầu chì được thiết kế để ngắt mạch khi có dòng điện quá tải hoặc ngắn mạch.

  • Bọc bảo vệ: Cầu chì nhiệt được bọc bởi một lớp vỏ bảo vệ để bảo vệ lõi cầu chì khỏi các yếu tố bên ngoài như bụi và ẩm. Thông thường, vỏ bảo vệ được làm từ vật liệu chịu nhiệt như sợi thủy tinh hoặc nhựa đặc biệt.

  • Đường dẫn nhiệt: Cầu chì nhiệt có đường dẫn nhiệt giúp truyền nhiệt từ mạch điện vào lõi cầu chì một cách nhanh chóng. Thường thì đường dẫn nhiệt được làm bằng đồng hoặc nhôm để tăng khả năng dẫn nhiệt và độ bền.

Với cấu tạo đơn giản và tính năng bảo vệ hiệu quả, cầu chì nhiệt đã trở thành một thành phần không thể thiếu trong các thiết bị điện tử và hệ thống điện hiện đại.

Nguyên lý làm việc của cầu chì nhiệt

Nguyên lý hoạt động của cầu chì nhiệt dựa trên sự thay đổi trong đặc tính điện trở của các dây dẫn khi nhiệt độ thay đổi. Dưới đây là cách cầu chì nhiệt hoạt động:

  1. Cấu trúc cầu chì nhiệt: Cầu chì nhiệt bao gồm hai dây dẫn khác loại được kết nối với nhau ở một đầu. Hai dây này có hệ số nhiệt động khác nhau, có nghĩa là chúng mở rộng hoặc co lại ở tốc độ khác nhau khi nhiệt độ biến đổi. Dây dẫn này thường được làm từ các vật liệu như đồng, niken, hoặc hợp kim niken.

  2. Tác động của nhiệt độ: Khi nhiệt độ của môi trường xung quanh cầu chì nhiệt tăng lên, dây dẫn của cầu chì nhiệt sẽ mở rộng. Điều này dẫn đến sự thay đổi trong kích thước và hình dạng của cầu chì nhiệt.

  3. Sự thay đổi trong trở kháng điện: Sự thay đổi trong kích thước của dây dẫn dẫn đến sự thay đổi trong trở kháng điện của cầu chì nhiệt. Trở kháng này có thể tăng lên hoặc giảm xuống tùy thuộc vào cách mà nhiệt độ biến đổi. Điều này tạo ra sự biến đổi trong dòng điện chảy qua cầu chì nhiệt.

  4. Bảo vệ mạch điện: Cầu chì nhiệt được tích hợp trong mạch điện và được thiết kế để giữ cho dòng điện bình thường chảy qua mạch mà không làm kích thích cầu chì nhiệt. Tuy nhiên, khi nhiệt độ tăng lên đến mức quá nhiệt độ hoạt động của nó, trở kháng của cầu chì nhiệt thay đổi đột ngột, dẫn đến sự gián đoạn trong dòng điện. Điều này giúp bảo vệ mạch điện khỏi quá tải hoặc quá nhiệt, ngăn chặn các tình huống nguy hiểm.

Tóm lại, cầu chì nhiệt hoạt động dựa trên sự thay đổi trong trở kháng điện của nó khi nhiệt độ biến đổi, và nó được sử dụng để bảo vệ mạch điện khỏi quá tải hoặc quá nhiệt.

Ứng dụng của cầu chì nhiệt là gì?

Cầu chì nhiệt( thermal fuse), là một thiết bị bảo vệ quan trọng trong các hệ thống điện và điện tử và là một phần không thể thiếu trong các mạch điện tử và các thiết bị quản lý nhiệt độ. Có thể liệt kê ra đây một số ứng dụng của Cầu chì Nhiệt trong một số lĩnh vực phổ biến hiện nay

  • Ứng dụng trong thiết bị gia dụng: Cầu chì nhiệt thường được sử dụng trong các thiết bị gia dụng như máy lọc không khí, lò vi sóng, ấm đun nước, máy sấy tóc, máy ủi và máy rửa chén để bảo vệ chúng khỏi quá nhiệt hoặc quá tải.

  • Ứng dụng trong thiết bị y tế: Trong các thiết bị y tế như máy hút đàm, máy làm lạnh y khoa, hoặc các thiết bị đo nhiệt độ, cầu chì nhiệt được sử dụng để bảo vệ mạch điện và người sử dụng khỏi nguy cơ nhiệt độ quá cao.

  • Ứng dụng trong thiết bị viễn thông: Trong các thiết bị viễn thông như đầu phát tín hiệu, bộ định tuyến, hoặc thiết bị thu sóng, cầu chì nhiệt được sử dụng để bảo vệ mạch điện và phần cứng khỏi nhiệt độ quá cao do quá tải hoặc điều kiện môi trường khắc nghiệt.

  • Ứng dụng trong xe hơi: Trong xe hơi, cầu chì nhiệt thường được sử dụng để bảo vệ các hệ thống điện như hệ thống làm mát, hệ thống đèn chiếu sáng, hệ thống điều khiển động cơ, và hệ thống điện tử khác khỏi quá nhiệt hoặc quá tải.

  • Ứng dụng trong các thiết bị điện tử khác: Cầu chì nhiệt cũng được sử dụng trong nhiều thiết bị điện tử khác như ổ cứng, bộ nguồn, máy tính, tivi, loa và các thiết bị âm thanh khác để bảo vệ chúng khỏi nguy cơ cháy nổ do quá nhiệt.

Trên đây là một số ứng dụng phổ biến của cầu chì nhiệt. Cầu chì nhiệt được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau nhờ vào tính năng bảo vệ quá dòng và quá nhiệt nhanh chóng, giúp đảm bảo an toàn thiết bị và bảo vệ linh kiện điện tử khác khỏi các nguy cơ hư hỏng do điện áp hay nhiệt độ không mong muốn.

Xem thêm: IC CD4001 là gì? Cấu tạo và thông số kỹ thuật

Phân loại cầu chì nhiệt?

Việc phân loại cầu chì nhiệt có thể dựa trên nhiều tiêu chí khác nhau và có thể phân loại theo một số tiêu chí sau đây:

Hình dáng:

  • Cầu chì nhiệt đĩa: Loại cầu chì này có hình dạng giống một đĩa và được làm từ chất liệu cách nhiệt. Thường được sử dụng trong các mạch điện nhỏ.

  • Cầu chì nhiệt tròn: Đây là loại cầu chì phổ biến nhất và được làm từ hợp kim chì và chì oxit. Cầu chì nhiệt tròn có độ bền cao và có thể chịu được nhiệt độ cao.

  • Cầu chì nhiệt thanh: Loại cầu chì này có hình dạng của một thanh dài và cũng được chế tạo từ hợp kim chì và chì oxit. Thường được sử dụng trong các mạch điện nhỏ và đòi hỏi độ chính xác cao.

Dạng kết nối:

  • Cầu chì nhiệt nối vít (Threaded thermal fuse): Được thiết kế để gắn vào mạch điện bằng cách vặn vào đầu nối vít.
  • Cầu chì nhiệt nối hàn (Soldered thermal fuse): Được thiết kế để được hàn trực tiếp vào mạch điện.

Dải nhiệt độ hoạt động:

  • Cầu chì nhiệt thường (Standard thermal fuse): Có dải nhiệt độ hoạt động từ khoảng 65°C đến 200°C, phù hợp với các ứng dụng thông thường.
  • Cầu chì nhiệt cao (High-temperature thermal fuse): Có dải nhiệt độ hoạt động từ khoảng 200°C đến 300°C, thường được sử dụng trong các ứng dụng đòi hỏi nhiệt độ cao hơn.

Cơ chế bảo vệ:

  • Cầu chì nhiệt bảo vệ quá dòng (Current-limiting thermal fuse): Được thiết kế để bảo vệ mạch điện khỏi quá dòng điện.
  • Cầu chì nhiệt bảo vệ quá nhiệt (Temperature-limiting thermal fuse): Được thiết kế để bảo vệ mạch điện khỏi quá nhiệt.

Đặc tính kích thích:

  • Cầu chì nhiệt tự động đặc tính (Self-hold thermal fuse): Khi cầu chì nhiệt bị kích thích bởi nhiệt độ cao, nó sẽ tự giữ lại trong trạng thái bảo vệ sau khi nhiệt độ giảm xuống, giúp duy trì tính ổn định của mạch điện.
  • Cầu chì nhiệt không tự động đặc tính (Non-self-hold thermal fuse): Khi cầu chì nhiệt bị kích thích bởi nhiệt độ cao, nó chỉ hoạt động một lần và sau đó phải được thay thế.

Đây là một số phân loại phổ biến của cầu chì nhiệt dựa trên các tiêu chí khác nhau. Việc lựa chọn loại cầu chì nhiệt phù hợp phụ thuộc vào yêu cầu cụ thể của ứng dụng và dải nhiệt độ hoạt động mong muốn.

Kiểm tra hoạt động của cầu chì nhiệt

Để kiểm tra hoạt động của cầu chì nhiệt chúng ta có thể thực hiện một số thao tác sau đây

  1. Đo độ điện trở: Sử dụng đồng hồ đo điện trở để đo điện trở của cầu chì nhiệt. Nếu cầu chì nhiệt đã hoạt động, điện trở sẽ rất cao hoặc vô hạn, đồng nghĩa với việc cầu chì nhiệt đã mở mạch để ngắt dòng điện.

  2. Kiểm tra dải nhiệt độ hoạt động: Nếu bạn biết dải nhiệt độ hoạt động của cầu chì nhiệt, bạn có thể sử dụng bộ kiểm tra nhiệt độ hoặc bộ đo nhiệt kế để kiểm tra xem cầu chì nhiệt có hoạt động đúng dải nhiệt độ hoạt động hay không. Bạn cần phải đặt nhiệt kế hoặc bộ kiểm tra nhiệt độ gần cầu chì nhiệt để đo nhiệt độ và xem liệu nó có kích hoạt và ngắt mạch ở đúng nhiệt độ mong muốn hay không.

  3. Kiểm tra tính tự động đặc tính: Nếu cầu chì nhiệt là loại tự động đặc tính, bạn có thể kiểm tra xem sau khi nhiệt độ giảm xuống, cầu chì nhiệt có giữ lại trạng thái hoạt động hay không. Bạn có thể làm điều này bằng cách kích thích nhiệt độ cao lên cầu chì nhiệt, sau đó đợi cho nhiệt độ giảm xuống và kiểm tra xem cầu chì nhiệt có giữ lại trạng thái hoạt động hay không.

  4. Kiểm tra lại mạch điện: Nếu cầu chì nhiệt không hoạt động như mong đợi, bạn cần kiểm tra lại mạch điện xung quanh cầu chì nhiệt để đảm bảo không có sự cắt đứt hoặc hỏng hóc nào khác trong mạch điện.

Chú ý: Trước khi kiểm tra hoạt động của cầu chì nhiệt, hãy đảm bảo nguồn điện đã được ngắt và cầu chì nhiệt đã nguội đi để đảm bảo an toàn trong quá trình kiểm tra. Nếu không chắc chắn hoặc không có kinh nghiệm, nên nhờ sự giúp đỡ của một kỹ thuật

Lời kết

Như vậy, thông qua bài viết này, chúng ta đã tìm hiểu về cầu chì nhiệt - một loại thiết bị bảo vệ quan trọng trong hệ thống điện. Cầu chì nhiệt có ứng dụng rộng rãi trong việc bảo vệ các thiết bị điện khỏi nguy cơ quá tải hoặc ngắn mạch. Chúng hoạt động dựa trên nguyên tắc nhiệt độ, tự động đóng và ngắt mạch khi nhiệt độ đạt mức quy định.

Chúng ta đã tìm hiểu về cấu tạo, nguyên lý hoạt động, phân loại và ứng dụng của cầu chì nhiệt. Bên cạnh đó, chúng ta cũng đã điểm qua quá trình kiểm tra hoạt động của cầu chì nhiệt để đảm bảo tính đúng đắn và an toàn trong việc sử dụng.

Mong rằng thông tin trong bài viết đã cung cấp cho bạn những kiến thức cơ bản về cầu chì nhiệt và giúp bạn hiểu thêm về ứng dụng của nó trong hệ thống điện. Nếu bạn có bất kỳ câu hỏi hay cần thêm thông tin, vui lòng tham khảo các nguồn tin cậy hoặc tìm kiếm sự hỗ trợ từ các chuyên gia trong lĩnh vực này.