Chương 1 Các khái niêm chung về cảm biến

Chương 1: Các Khái Ni m Chung Chương CÁC KHÁI NI M CHUNG 1.1 Gi i thi u C m bi n thi t b dùng ñ c m nh n bi n ñ i ñ i lư ng v t lý ñ i lư ng khơng có tính ch t đi!n c"n đo thành đ i lư ng đi!n có th đo x% lý đư c Trong q trình s n xu t có nhi-u đ i lư ng v t lý nhi!t ñ., áp su t, t1c ñ., t1c ñ quay, n4ng ñ pH, ñ nh6n c"n ñư c x% lý cho đo lư6ng, cho m7c đích đi-u n truy-n ñ.ng Các b c m bi n th8c hi!n ch9c này, chúng thu nh n, ñáp 9ng kích thích C m bi n đư c xem k> thu t ñ chuy n ñ i lư ng v t lý nhi!t ñ., áp su t, kho ng cách sang m.t ñ i lư ng khác đ có th đánh giá t1t Các đ i lư ng ph"n l@n tín hi!u đi!n Thí d7: ði!n áp, dịng đi!n, đi!n trD hoEc t"n s1 dao ñ.ng Các tên khác cGa khác cGa b c m bi n: Sensor, b c m bi n đo lư6ng, đ"u dị, van đo lư6ng, b nh n bi t hoEc b bi n ñ i Các đ i lư ng c"n đo (m) thư6ng khơng có tính ch t đi!n (nhi!t đ., áp su t…) tác ñ.ng lên c m bi n cho ta m.t đEc trưng (s) mang tính ch t đi!n (đi!n áp, dịng đi!n, trD kháng…) ch9a thơng tin cho phép ta có th xác đ nh giá tr cGa đ i lư ng đi!n đó, đEc trưng (s) hàm cGa ñ i lư ng c"n ño (m) s = F(m) (1.1) Ngư6i ta gQi (s) ñ i lư ng ñ"u ph n 9ng cGa c m bi n, (m) ñ i lư ng đ"u vào hay gQi kích thích Thơng qua ño ñ c (s) cho phép nh n bi t giá tr cGa (m) Hình nh cGa lo i c m bi n thư6ng dùng hi!n ñư c mơ t mơ hình 2.1 Trang Chương 1: Các Khái Ni m Chung Hình 1.1 Các lo i c m bi n thông d ng hi n Các b c m bi n ñư c s% d7ng nhi-u lĩnh v8c công nghi!p dân d7ng Các b c m bi n ñEc bi!t r t nh y c m ñư c s% d7ng thí nghi!m lĩnh v8c nghiên c9u khoa hQc Trong lĩnh v8c t8 đ.ng hố ngư6i ta s% d7ng sensor thông thư6ng hay c m bi n có ch9c đEc bi!t 1.2 ðư ng cong chu n c a c m bi#n 1.2.1 Khái ni m ðư6ng cong chuUn c m bi n ñư6ng cong bi u diVn s8 ph7 thu.c cGa ñ i lư ng ñi!n (s) D ñ"u cGa c m bi n vào giá tr cGa ñ i lư ng ño (m) D đ"u vào ðư6ng cong chuUn có th bi u diVn bWng bi u th9c ñ i s1 dư@i d ng s=F(m), hoEc bWng đ4 th Hình 1.2 (a) ðư ng cong chu"n b) ðư ng cong chu"n c#a c m bi n n tính hóa D8a vào ñư6ng cong chuUn cGa c m bi n, ta có th xác đ nh giá tr mi chưa bi t cGa m thơng qua giá tr đo đư c si cGa s ð dV s% d7ng, ngư6i ta thư6ng ch t o c m Trang Chương 1: Các Khái Ni m Chung bi n có s8 ph7 thu.c n tính giYa đ i lư ng đ"u đ i lư ng đ"u vào, phương trình s= F(m) sau phép bi n đ i n tính sZ có d ng: s = am +b (1.2) v@i a, b h! s1, đư6ng cong chuUn ñư6ng th[ng 1.2.2 Phương pháp chu n c m bi#n ChuUn c m bi n phép ño nhWm m7c đích xác l p m1i quan h! giYa giá tr s ño ñư c cGa ñ i lư ng ñi!n D ñ"u giá tr m cGa đ i lư ng đo có tính đ n y u t1 nh hưDng, sD xây d8ng ñư6ng cong chuUn dư@i d ng dV nh n bi t (ñ4 th hoEc bi u th9c ñ i s1) Khi chuUn c m bi n, v@i m.t lo t giá tr bi t xác mi cGa m, ño giá tr tương 9ng si cGa s d8ng ñư6ng cong chuUn a Chu n ñơn gi n Trong trư6ng h p ñ i lư ng ño ch^ có m.t đ i lư ng v t lý nh t tác ñ.ng lên m.t ñ i lư ng ño xác ñ nh c m bi n s% d7ng khơng nh y v@i tác đ.ng cGa ñ i lư ng nh hưDng, ngư6i ta dùng phương pháp chuUn ñơn gi n Th8c ch t cGa chuUn ñơn gi n ño giá tr cGa ñ i lư ng ñ"u 9ng v@i giá tr xác đ nh khơng đ i cGa đ i lư ng ño D ñ"u vào Vi!c chuUn ti n hành theo cách: ChuUn tr8c ti p: giá tr khác cGa ñ i lư ng ño l y t` mau chuUn hoEc ph"n t% so sánh có giá tr bi t trư@c v@i đ xác cao ChuUn gián ti p: k t h p c m bi n c"n chuUn v@i m.t c m bi n so sánh có sbn đư6ng cong chuUn, c hai ñư c ñEt ñi-u ki!n làm vi!c b Chu n nhi u l n Khi c m bi n có ph"n t% b trV (trV hoEc trV t`), giá tr ño ñư c D ñ"u ph7 thu.c không nhYng vào giá tr t9c th6i cGa ñ i lư ng c"n ño D ñ"u vào mà cịn ph7 thu.c vào giá tr trư@c cGa cGa ñ i lư ng Trong trư6ng h p v y, ngư6i ta áp d7ng phương pháp chuUn nhi-u l"n ti n hành sau: ðEt l i ñi m cGa c m bi n: ð i lư ng c"n ño ñ i lư ng ñ"u có giá tr tương 9ng v@i m g1c, m=0 s=0 Trang Chương 1: Các Khái Ni m Chung ðo giá tr ñ"u theo m.t lo t giá tr tăng d"n ñ n giá tr c8c ñ i cGa ñ i lư ng ño D ñ"u vào LEp l i q trình đo v@i giá tr gi m d"n t` giá tr c8c ñ i Khi chuUn nhi-u l"n cho phép xác ñ nh ñư6ng cong chuUn theo c hai hư@ng ño tăng d"n ño gi m d"n 1.3 Các ñ)c trưng b n c a c m bi#n 1.3.1 ð+ nh,y c a c m bi#n a Khái ni m ð1i v@i c m bi n n tính, giYa bi n thiên ñ"u ∆s bi n thiên ñ"u vào ∆m có s8 liên h! n tính: S = S m ⇒S= (1.3) S : gQi ñ nh y cGa c m bi n m (1.4) Trư6ng h p t ng quát, bi u th9c xác ñ nh ñ nh y S cGa c m bi n xung quanh giá tr mi cGa ñ i lư ng ño xác ñ nh bDi th s1 giYa bi n thiên ∆s cGa ñ i lư ng ñ"u bi n thiên ∆m tương 9ng cGa ñ i lư ng ño D ñ"u vào quanh giá tr ñó:  S S =   m  m=mi (1.5) b Lưu ý ð phép đo đ t đ xác cao, thi t k s% d7ng c m bi n c"n th8c hi!n cho ñ nh y S cGa khơng đ i, nghĩa ph7 thu.c nh t vào y u t1: Giá tr cGa ñ i lư ng c"n ño m t"n s1 thay ñ i cGa Th6i gian s% d7ng knh hưDng cGa ñ i lư ng v t lý khác (khơng ph i đ i lư ng đo) cGa môi trư6ng xung quanh Thông thư6ng nhà s n xu t cung c p giá tr cGa ñ nh y S tương 9ng v@i nhYng ñi-u ki!n làm vi!c nh t ñ nh cGa c m bi n Trang Chương 1: Các Khái Ni m Chung 1.3.2 ð+ tuy#n tính c a c m bi#n a Khái ni m M.t c m bi n ñư c gQi n tính m.t d i đo xác đ nh n u d i ch đ có đ nh y khơng ph7 thu.c vào đ i lư ng ño N u c m bi n không n tính, ngư6i ta đưa vào m ch đo thi t b hi!u ch^nh cho tín hi!u đi!n nh n ñư c D ñ"u t^ l! v@i s8 thay ñ i cGa ñ i lư ng ño D ñ"u vào S8 hi!u ch^nh ñó ñư c gQi s8 n tính hố b ðư ng th ng t t nh t Khi chuUn c m bi n, t` k t qu th8c nghi!m ta nh n ñư c m.t lo t ñi m tương 9ng (si ,mi) cGa ñ i lư ng ñ"u ñ i lư ng ñ"u vào V- mEt lý thuy t, ñ1i v@i c m bi n n tính, đư6ng cong chuUn m.t ñư6ng th[ng Tuy nhiên, sai s1 ño, ñi m chuUn (mi, si) nh n đư c bWng th8c nghi!m thư6ng khơng nWm m.t ñư6ng th[ng ðư6ng th[ng ñư c xây d8ng sD s1 li!u th8c nghi!m cho sai s1 bé nh t, bi u diVn s8 n tính cGa c m bi n đư c gQi đư6ng th[ng t1t nh t Phương trình bi u diVn ñư6ng th[ng t1t nh t ñư c l p bWng phương pháp bình phương bé nh t Gi s% chuUn c m bi n ta ti n hành v@i N m đo, phương trình có d ng: S = a.m + b v@i a = (1.6) N ∑ si mi − ∑ si ∑ mi N ∑ m − (∑ mi ) i ; b= ∑ s m − ∑ m s ∑ m N ∑ m − (∑ m ) i i i i i i (1.7) i c ð l ch tuy"n tính ð1i v@i c m bi n khơng hồn tồn n tính, ngư6i ta đưa khái ni!m đ l!ch n tính, xác đ nh bDi ñ l!ch c8c ñ i giYa ñư6ng cong chuUn đư6ng th[ng t1t nh t, tính bWng % d i đo 1.3.3 Sai s1 đ+ xác c a c m bi#n a Sai s Trang Chương 1: Các Khái Ni m Chung Các b c m bi n d7ng c7 ño lư6ng khác, ngồi đ i lư ng c"n đo (c m nh n) cịn ch u tác đ.ng cGa nhi-u ñ i lư ng v t lý khác gây nên sai s1 giYa giá tr ño ñư c giá tr th8c cGa ñ i lư ng c"n ño GQi ∆x ñ l!ch tuy!t ñ1i giYa giá tr ño giá tr th8c x (sai s1 tuy!t ñ1i), sai s1 tương ñ1i cGa b c m bi n ñư c tính bWng: δ = x 100 [%] x (1.8) b Sai s c&a b c m bi"n mang tính ch t ư'c tính BDi khơng th bi t xác giá tr th8c cGa đ i lư ng c"n ño Khi ñánh giá sai s1 cGa c m bi n, ngư6i ta thư6ng phân chúng thành hai lo i: Sai s1 h! th1ng sai s1 ngau nhiên Sai s h th.ng: Là sai s1 không ph7 thu.c vào s1 l"n đo, có giá tr khơng đ i hoEc thay ñ i ch m theo th6i gian ño thêm vào m.t đ l!ch khơng đ i giYa giá tr th8c giá tr ño ñư c Sai s1 h! th1ng thư6ng s8 thi u hi u bi t v- h! ño, ñi-u ki!n s% d7ng không t1t gây Sai s ng0u nhiên: Là sai s1 xu t hi!n có đ l@n chi-u khơng xác đ nh Ta có th d8 đốn đư c m.t s1 nguyên nhân gây sai s1 ngau nhiên khơng th d8 đốn đư c đ l@n d u cGa NhYng nguyên nhân gây sai s1 ngau nhiên có th là: Do s8 thay đ i đEc tính cGa thi t b Do tín hi!u nhiVu ngau nhiên Do ñ i lư ng nh hưDng khơng đư c tính đ n chuUn c m bi n 1.3.4 ð+ nhanh th i gian ñáp 6ng c a c m bi#n a ð nhanh c&a c m bi"n ð2 nhanh: Là ñEc trưng cGa c m bi n cho phép ñánh giá kh theo k p vth6i gian cGa ñ i lư ng ñ"u ñ i lư ng ñ"u vào bi n thiên Th6i gian ñáp 9ng ñ i lư ng ñư c s% d7ng ñ xác ñ nh giá tr s1 cGa ñ nhanh Trang Chương 1: Các Khái Ni m Chung ð2 nhanh tr: Là kho ng th6i gian t` ñ i lư ng ño thay ñ i ñ.t ng.t ñ n bi n thiên cGa đ i lư ng đ"u ch^ cịn khác giá tr cu1i m.t lư ng gi@i h n ε tính bWng % b Th i gian đáp *ng tương *ng c&a c m bi"n Th6i gian ñáp 9ng tương 9ng v@i ε% xác ñ nh kho ng th6i gian c"n thi t ph i ch6 ñ i sau có s8 bi n thiên cGa đ i lư ng ño ñ l y giá tr cGa ñ"u v@i đ xác đ nh trư@c Th6i gian ñáp 9ng ñEc trưng cho ch ñ ñ cGa c m bi n hàm cGa thông s1 th6i gian xác ñ nh ch ñ Trong trư ng h5p s7 thay ñ9i c#a ñ i lư5ng ño: Trong trư6ng h p s8 thay ñ i cGa ñ i lư ng ño có d ng b c thang, thông s1 th6i gian g4m th6i gian trV tăng (tdm) th6i gian tăng (tm) 9ng v@i s8 tăng ñ.t ng.t cGa ñ i lư ng ño hoEc th6i gian trV gi m (tdc) th6i gian gi m (tc) 9ng v@i s8 gi m ñ.t ng.t cGa đ i lư ng đo Hình 1.3 Kho ng th i gian tr; tăng tdm: Là th6i gian c"n thi t ñ ñ i lư ng ñ"u tăng t` giá tr ban đ"u cGa đ n 10% cGa bi n thiên t ng c.ng cGa ñ i lư ng kho ng th6i gian tăng tm th6i gian c"n thi t ñ ñ i lư ng ñ"u tăng t` 10% ñ n 90% bi n thiên bi n thiên t ng c.ng cGa Th i gian tr; gi m tdc: Th6i gian trV gi m tdc th6i gian c"n thi t ñ ñ i lư ng ñ"u gi m t` 10% ñ n 90% bi n thiên bi n thiên t ng c ng cGa Hình 1.3 Các kho ng th i gian ñ?c trưng cho ch ñ2 ñ2 Trang Chương 1: Các Khái Ni m Chung 1.3.5 Gi i h,n s8 d:ng c a c m bi#n Trong trình s% d7ng, c m bi n ln ch u tác đ.ng cGa 9ng l8c hQc, tác ñ.ng nhi!t Khi tác ñ.ng vư t ngưxng cho phép, chúng sZ làm thay ñ i ñEc trưng làm vi!c cGa c m bi n BDi v y s% d7ng c m bi n, ngư6i s% d7ng c"n ph i bi t rõ gi@i h n Vùng làm vi c ñEnh danh: Vùng làm vi!c ñ nh danh tương 9ng v@i nhYng đi-u ki!n s% d7ng bình thư6ng cGa c m bi n Gi@i h n cGa vùng giá tr ngưxng mà ñ i lư ng ño, ñ i lư ng v t lý có liên quan đ n đ i lư ng đo hoEc đ i lư ng nh hưDng có th thư6ng xun đ t t@i mà khơng làm thay đ i ñEc trưng làm vi!c ñ nh danh cGa c m bi n Vùng không gây nên hư hGng: Vùng không gây nên hư hzng vùng mà ñ i lư ng ño hoEc ñ i lư ng v t lý có liên quan ñ i lư ng nh hưDng vư t qua ngưxng cGa vùng làm vi!c ñ nh danh van cịn nWm ph m vi khơng gây nên hư hzng Các đEc trưng cGa c m bi n có th b thay ñ i nhYng thay ñ i mang tính thu n ngh ch, t9c trD v- vùng làm vi!c ñ nh danh ñEc trưng cGa c m bi n l y l i giá tr ban đ"u cGa chúng Vùng khơng phá h#y: Vùng khơng phá hGy vùng mà đ i lư ng ño hoEc ñ i lư ng v t lý có liên quan đ i lư ng nh hưDng vư t qua ngưxng cGa vùng khơng gây nên hư hzng van cịn nWm ph m vi khơng b phá hGy, đEc trưng cGa c m bi n b thay ñ i nhYng thay đ i mang tính khơng thu n ngh ch, t9c trD v- vùng làm vi!c ñ nh danh ñEc trưng cGa c m bi n không th l y l i giá tr ban ñ"u cGa chúng Trong trư6ng h p c m bi n van cịn s% d7ng đư c, ph i ti n hành chuUn l i c m bi n 1.4 Nguyên lý ch# t,o c a c m bi#n Các c m bi n ñư c ch t o d8a sD hi!n tư ng v t lý ñư c phân làm hai lo i: Trang Chương 1: Các Khái Ni m Chung C m bi n tích c7c: Là c m bi n ho t ñ.ng m.t máy phát, ñáp 9ng (s) đi!n tích, đi!n áp hay dịng C m bi n th ñ2ng: Là c m bi n ho t đ.ng m.t trD kháng đáp 9ng (s) ñi!n trD, ñ t8 c m hoEc ñi!n dung Các c m bi n tích c8c ñư c ch t o d8a sD 9ng d7ng hi!u 9ng v t lý bi n ñ i m.t d ng lư ng (nhi!t, hoEc b9c x ) thành lư ng ñi!n Sau ñây mô t m.t cách khái quát 9ng d7ng m.t s1 hi!u 9ng v t lý ch t o c m bi n 1.4.1 Hi u 6ng nhi t ñi n Hi!u 9ng nhi!t 9ng d7ng ch t o c m bi n nhi!t ñ Hai dây dan (M1) (M2) có b n ch t hố hQc khác ñư c hàn l i v@i thành m.t m ch đi!n kín, n u nhi!t đ D hai m1i hàn T1 T2 khác nhau, m ch xu t hi!n m.t su t đi!n đ.ng e(T1, T2) mà đ l@n cGa ph7 thu.c vào s8 chênh l!ch nhi!t ñ giYa T1 T2 Hình 1.4 Hi u Ing nhi t n Hi!u 9ng nhi!t ñi!n ñư c 9ng d7ng ñ ño nhi!t ñ T1 bi t trư@c nhi!t ñ T2, thư6ng chQn T2 = 0oC 1.4.2 Hi u 6ng h>a nhi t M.t s1 tinh th gQi tinh th ho đi!n (ví d7 tinh th sulfate triglycine) có tính phân c8c đi!n t8 phát v@i đ phân c8c ph7 thu.c vào nhi!t ñ., làm xu t hi!n mEt đ1i di!n cGa chúng nhYng đi!n tích trái d u ð l@n cGa ñi!n áp giYa hai mEt ph7 thu.c vào ñ phân c8c cGa tinh th ho ñi!n Trang Chương 1: Các Khái Ni m Chung Hình 1.5 Hi u Ing hGa nhi t Hi!u 9ng ho đi!n đư c 9ng d7ng đ đo thơng lư ng cGa b9c x ánh sáng ðo ñi!n áp V ta có th xác đ nh đư c thơng lư ng ánh sáng Φ 1.4.3 Hi u 6ng áp ñi n M.t s1 v t li!u gQi chung v t li!u áp ñi!n (như th ch anh) b bi n d ng dư@i tác ñ.ng cGa l8c hQc, mEt ñ1i di!n cGa t m v t li!u xu t hi!n nhYng lư ng đi!n tích bWng trái d u, ñư c gQi hi!u 9ng áp đi!n ðo V ta có th xác ñ nh ñư c cư6ng ñ cGa l8c tác d7ng F Hình 1.6 Hi u Ing áp n 1.4.4 Hi u 6ng c m 6ng ñi n t? Khi m.t dây dan chuy n đ.ng t` trư6ng khơng ñ i, dây dan xu t hi!n m.t su t đi!n đ.ng th l! v@i t` thơng c}t ngang dây m.t ñơn v th6i gian, nghĩa th l! v@i t1c ñ d ch chuy n cGa dây Tương t8 v y, m.t khung dây ñEt t` trư6ng có t` thơng bi n thiên xu t hi!n m.t su t ñi!n ñ.ng th l! v@i t1c đ bi n thiên cGa t` thơng qua khung dây Hình 1.7 Hi u Ing c m Ing ñi n tM Trang 10 Chương 1: Các Khái Ni m Chung Hi!u 9ng c m 9ng ñi!n t` ñư c 9ng d7ng ñ xác ñ nh t1c ñ d ch chuy n cGa v t thơng qua vi!c đo su t ñi!n ñ.ng c m 9ng 1.4.5 Hi u 6ng quang n Hi!u 9ng quang dan: (hay cịn gQi hi!u 9ng quang ñi!n n.i) hi!n tư ng gi i phóng h t dan t8 v t li!u (thư6ng bán dan) chi u vào chúng m.t b9c x ánh sáng (hoEc b9c x đi!n t` nói chung) có bư@c sóng nhz m.t ngưxng nh t ñ nh Hi!u 9ng quang phát x đi!n t%: (hay cịn gQi hi!u 9ng quang đi!n ngồi) hi!n tư ng đi!n t% đư c gi i phóng khzi b- mEt v t li!u t o thành dịng có th thu l i nh6 tác d7ng cGa ñi!n trư6ng 1.4.6 Hi u 6ng quangBñi nBt? Khi tác d7ng m.t t` trư6ng B vng góc v@i b9c x ánh sáng, v t li!u bán dan ñư c chi u sáng sZ xu t hi!n m.t hi!u đi!n th theo hư@ng vng góc v@i t` trư6ng B hư@ng b9c x ánh sáng Hình 1.8 Hi u Ing quangO n tM 1.4.7 Hi u 6ng Hall Hi!u 9ng Hall ñư c 9ng d7ng đ xác đ nh v trí cGa m.t v t chuy n ñ.ng V t c"n xác ñ nh v trí liên k t hQc v@i nam châm, D mQi th6i m, v trí nam châm xác ñ nh giá tr cGa t` trư6ng B góc tương 9ng v@i t m bán dan mzng làm v t trung gian Vì v y, hi!u ñi!n th VH ño ñư c giYa hai c nh t m bán dan hàm ph7 thu.c vào v trí cGa v t khơng gian Trang 11 Chương 1: Các Khái Ni m Chung Hình 1.9 Hi u Ing Hall Nguyên ch t o c m bi n th ñ2ng: C m bi n th7 ñ.ng thư6ng ñư c ch t o t` m.t trD kháng có thơng s1 chG y u nh y v@i đ i lư ng c"n ño Giá tr cGa trD kháng ph7 thu.c kích thư@c hình hQc, tính ch t đi!n cGa v t li!u ch t o (như ñi!n trD su t ρ, đ t` thUm •, hWng s1 đi!n mơi ε) Vì v y tác đ.ng cGa đ i lư ng đo có th nh hưDng riêng bi!t đ n kích thư@c hình hQc, tính ch t đi!n hoEc đ4ng th6i c hai S7 thay đ9i thơng s hình hQc: S8 thay đ i thơng s1 hình hQc cGa trD kháng gây chuy n ñ.ng cGa ph"n t% chuy n ñ.ng hoEc ph"n t% bi n d ng cGa c m bi n Trong c m bi n có ph"n t% chuy n đ.ng, m€i v trí cGa ph"n t% đ.ng sZ 9ng v@i m.t giá tr xác ñ nh cGa trD kháng, ño trD kháng có th xác đ nh đư c v trí cGa đ1i tư ng PhSn tT bi n d ng c#a c m bi n: Trong c m bi n có ph"n t% bi n d ng, s8 bi n d ng cGa ph"n t% bi n d ng dư@i tác ñ.ng cGa ñ i lư ng ño (l8c hoEc ñ i lư ng gây l8c) gây s8 thay ñ i cGa trD kháng cGa c m bi n S8 thay ñ i trD kháng bi n d ng liên quan ñ n l8c tác ñ.ng, ñó liên quan ñ n ñ i lư ng c"n đo Xác đ nh trD kháng ta có th xác ñ nh ñư c ñ i lư ng c"n đo Các đ i lư ng c"n đo có kh làm thay đ i tính ch t đi!n cGa v t li!u s% d7ng ch t o c m bi n: ð i lư ng c"n ño Nhi!t ñ ðEc trưng nh y c m ρ Trang 12 Lo i v t li!u s% d7ng Kim lo i (Pt, Ni, Cu) Chương 1: Các Khái Ni m Chung Bán dan B9c x ánh sáng Bi n d ng V trí (nam châm) ρ Bán dan ρ H p kim Ni, Si pha t p T` thUm ( ) ρ H p kim s}t t` V t li!u t` ñi!n trD: Bi, InSb Hình 1.10 Sơ ñW chuyXn ñ9i giYa ñ i lư5ng c#a c m bi n 1.5 Phân lo,i c m bi#n C m bi n ñư c phân lo i theo nhi-u tiêu chí khác Tùy theo cách chQn mà ngư6i ta có th phân lo i c m bi n theo cách sau: a Theo nguyên lý chuy.n ñ/i gi0a ñáp *ng kích thích Hi!n tư ng Chuy n đ i giYa đáp 9ng kích thích Trang 13 Chương 1: Các Khái Ni m Chung Nhi!t ñi!n Quang ñi!n V t lý Quang t` ði!n t` T` ñi!n… Bi n ñ i hóa hQc Hóa hQc Bi n ñ i đi!n hóa Phân tích ph … Bi n đ i sinh hóa Sinh hQc Bi n đ i v t lý Hi!u 9ng th s1ng… b Theo d5ng kích thích Kích thích Các đEc tính cGa kích thích Biên pha, phân c8c Âm Ph T1c ñ truy-n sóng… ði!n tích, dịng đi!n ði!n ði!n th , đi!n áp ði!n trư6ng ði!n dan, hWng s1 đi!n mơi… T` trư6ng T` T` thơng, cư6ng đ t` trư6ng ð t` thUm… V trí L8c, áp su t Cơ Gia t1c, v n t1c, 9ng su t, đ c9ng Mơ men Kh1i lư ng, t^ trQng ð nh@t… Trang 14 Chương 1: Các Khái Ni m Chung Ph Quang T1c ñ truy-n H! s1 phát x , khúc x … Nhi!t ñ Nhi!t Thông lư ng Th nhi!t… B9c x Ki u: Năng lư ng Ki u: Cư6ng ñ.… c Theo tính ð nh y ð xác ð phân gi i ð n tính Cơng su t tiêu th7 d Theo ph5m vi s7 d8ng C m bi n công nghi!p C m bi n nghiên c9u khoa hQc C m bi n mơi trư6ng, khí tư ng C m bi n thông tin, viVn thông C m bi n nông nghi!p C m bi n dân d7ng C m bi n giao thông v n t i… e Theo thơng s c&a mơ hình m5ch n thay th" C m bi n tích c8c (có ngu4n): ð"u ngu4n áp hoEc ngu4n dòng Trang 15 Chương 1: Các Khái Ni m Chung C m bi n th7 đ.ng đ (khơng có ngu4n): C m bi n gQi làà th7 th đ.ng chúng c"n có thêm ngu4n ngu lư ng ph7 đ hồn t t nhi!m !m v7 đo ki m, cịn lo i tích c8c thìì khơng c"n thêm ngu4n lư ng C m bi n th7 ñ.ng ñư c ñEc trưng bWng thơng th s1: R, L, C…tuy n tính hoEc phi hi n f Các lo5i c m bi"n thư ng s7 d8ng công nghi p dân ân d8ng d C m bi n ti!m i!m c n C m bi n quang uang C m bi n màu àu s}c s C m bi n thông hông minh m C m bi n s i quang qua C m bi n l8c 8c căng áp su t C m bi n nhi!t hi!t C m bi n v trí v d ch chuy n C m bi n lưu ưu lư ng C m bi n siêu âm… âm g Ký hi u lo5i c m bi"n b Hình 1.1 1.11 Ký hi u lo i c m bi n thư ng dùng ùng Trang 16 Chương 1: Các Khái Ni m Chung C m bi n ñư c ký hi!u hình 1.11, tùy theo lo i c m bi n mà ký hi!u sZ kèm thêm ký hi!u riêng ñEc trưng cho lo i c m bi n cu.n dây cho c m bi n ñi!n c m, t7 cho c m bi n đi!n dung… Ví d7: Hình 1.12 ký hi!u cGa c m bi n ñi!n dung, ngõ d ng ON/OFF lo i thư6ng hD, chuy n m ch dương Hình 1.12 Ký hi u c m bi n n dung 1.6 M,ch ño c m bi#n 1.6.1 Sơ ñE m,ch ño M ch ño bao g4m toàn b thi t b đo (trong có c m bi n) cho phép xác đ nh xác giá tr cGa ñ i lư ng c"n ño nhYng ñi-u ki!n t1t nh t ‰ ñ"u vào cGa m ch, c m bi n ch u tác ñ.ng cGa ñ i lư ng c"n đo gây nên tín hi!u đi!n mang theo thơng tin v- đ i c"n đo ‰ ñ"u cGa m ch, tín hi!u ñi!n ñã qua x% lý ñư c chuy n ñ i sang d ng có th đQc đư c tr8c ti p giá tr c"n tìm cGa đ i lư ng đo Vi!c chuUn h! ño ñ m b o cho m€i giá tr cGa ch^ th ñ"u tương 9ng v@i m.t giá tr cGa ñ i lư ng ño tác ñ.ng D đ"u vào cGa m ch Hình 1.13 Sơ đW m ch ño nhi t ñ2 b[ng c?p nhi t Trang 17 Chương 1: Các Khái Ni m Chung Trên th8c t , yêu c"u khác ño, m ch ño thư6ng g4m nhi-u thành ph"n có kh1i đ t1i ưu hố vi!c thu th p x% lý dY li!u, ch[ng h n m ch n tính hố tín hi!u nh n t` c m bi n, m ch kh% ñi!n dung ký sinh, b chuy n ñ i nhi-u kênh, b khu ch ñ i, b so pha lQc nhiVu, b chuy n ñ i tương t8 Š s1, b vi x% lý, thi t b h€ tr Hình 1.14 bi u diVn sơ đ4 kh1i m.t m ch ñi!n ño ñi!n th b- mEt màng nh y quang ñư c l}p ráp t` nhi-u ph"n t% 1) Máy phát chIc 2) C m bi n ñi n tích 3) Ti]n khu ch ñ i 4) So pha lQc nhi;u 5) Khu ch ñ i 6) ChuyXn đ9i tương t7 s 7) Máy tính Hình 1.14 M ch ño ñi n th b] m?t 1.6.2 M t s ph n t7 b n c&a m5ch ño a B khu"ch ñ5i thuCt toán (KðTT) B khu ch đ i thu t tốn m ch tích h p b khu ch đ i dịng m.t chi-u có hai đ"u vào m.t đ"u chung, thư6ng g4m nhi-u transistor ñi!n trD, t7 ñi!n ghép n1i v@i ‰ ñ"u vào cGa m ch, c m bi n ch u tác ñ.ng cGa ñ i lư ng c"n đo gây nên tín hi!u đi!n mang theo thơng tin v- đ i c"n đo Hình 1.15 Sơ đW m ch khu ch đ i thu^t tốn Trang 18 Chương 1: Các Khái Ni m Chung b B khu"ch ñ5i ño lư ng IA B khu ch ñ i ño lư6ng IA có hai ñ"u vào m.t đ"u Tín hi!u đ"u th l! v@i hi!u cGa hai ñi!n áp ñ"u vào: U = A(U + − U − ) = A U (1.9) Hình 1.16 Sơ đW m ch khu ch đ i ño lư ng gWm b2 KðTT ghép ñi n trb c Kh7 ñi n áp l ch ð1i v@i m.t b khu ch KðTT lý tưDng hD m ch ph i có đi!n áp bWng khơng hai đ"u vào n1i mass Th8c t đi!n áp bên nên t o m.t ñi!n áp nhz (ñi!n áp phân c8c) D ñ"u vào KðTT cx vài mV, s% d7ng m ch kín đi!n áp ñư c khu ch ñ i t o nên ñi!n áp l@n D ñ"u ð kh% đi!n áp l!ch có th s% d7ng sơ đ4 sau, bWng cách đi-u ch^nh bi n trD R3 Trang 19 Chương 1: Các Khái Ni m Chung Hình 1.17 Sơ đW m ch khT n áp l ch d M5ch c u C"u Wheatstone thư6ng ñư c s% d7ng m ch ño nhi!t ñ., l8c, áp su t, t` trư6ng C"u g4m b1n ñi!n trD R1, R2, R3 c1 ñ nh R4 thay đ i (m}c hình 1.18) ho t đ.ng c"u không cân bWng d8a vi!c phát hi!n ñi!n áp qua ñư6ng chéo cGa c"u ‰ ñ"u cGa m ch, tín hi!u đi!n qua x% lý ñư c chuy n ñ i sang d ng có th ñQc ñư c tr8c ti p giá tr c"n tìm cGa đ i lư ng đo Vi!c chuUn h! ño ñ m b o cho m€i giá tr cGa ch^ th ñ"u tương 9ng v@i m.t giá tr cGa ñ i lư ng ño tác ñ.ng D ñ"u vào cGa m ch Hình 1.18 Sơ đW m ch cSu Wheatstone Trang 20