Giáo trình Kỹ thuật cảm biến (Nghề: Điện công nghiệp - Trình độ: Cao đẳng) - Trường CĐ Cơ điện-Xây dựng và Nông lâm Trung bộ

Trang 1

GIÁO TRÌNH

KỸ THUẬT CẢM BIẾN

NGHỀ : ĐIỆN CƠNG NGHIỆP

TRÌNH ĐỘ : CAO ĐẲNG

Ban hành kèm theo Quyết định số 77/QĐ-CĐTB-ĐT ngày 19 tháng 01 năm 2021 của Hiệu trưởng Trường Cao đẳng Cơ điện – Xây dựng và Nông lâm Trung bộ

Trang 2

Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc hoặc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu

Trang 3

trong hầu hết các lĩnh vực điều khiển tự động Việc trang bị cho mình một kiến thức về các lọai cảm biến là nhu cầu cần thiết của các kỹ thuật viên, kỹ sư của ngành điện cũng như những ngành khác

Mô đun kỹ thuật cảm biến là một mô đun chuyên môn của học viên ngành sửa chữa thiết bị điện công nghiệp Mô đun này nhằm trang bị cho học viên các trường công nhân kỹ thuật và các trung tâm dạy nghề những kiến thức về nguyên lý, cấu tạo, các mạch ứng dụng trong thực tế của một số lọai cảm biến với các kiến thức này học viên có thể áp dụng trực tiếp vào lĩnh vực sản xuất cũng như đời sống Ngoài ra các kiến thức này dùng làm phương tiện để học tiếp các môn chuyên môn của ngành điện như trang bị điện, PLC Mô đun này cũng có thể làm tài liệu tham khảo cho các cán bộ kỹ thuật, các học viên của các ngành khác quan tâm đến lĩnh vực này

Giáo trình được biên soạn theo chương trình khung đào tạo trình độ cao đẳng Nghề Điện cơng nghiệp, giáo trình được chia làm 10 bài, sau khi kết thúc mô đun này, học viên có khả năng : Phân tích cấu tạo, nguyên lý hoạt động của các loại cảm biến ; Phân tích nguyên lý của mạch điện cảm biến ; Thực hiện một số ứng dụng của cảm biến trong điều khiển điện cơng nghiệp

Trong q trình biên soạn giáo trình, Tác giả đã có gắng tham khảo nhiều tài liệu chuyên ngành, tạp chí chào hàng, thiết bị chuyên dụng trong lĩnh vực cảm biến điện tử và đo lường, … với mong muốn cập nhật kịp thời tiến bộ khoa học trong lĩnh vực cung cấp điện năng Tuy nhiên do kinh nghiệm và thời gian có hạn, giáo trình khơng tránh khỏi những thiếu sót, chúng tơi rất mong được bạn đọc lượng thứ và đóng góp ý kiến nhận xét để giáo trình ngày càng được hồn thiện hơn

Mọi ý kiến xin gửi về địa chỉ khoa.dientu@gmail.com

Trang 4

1 Cảm biến là gì? 6

2 Các yếu tố ảnh hưởng tới cảm biến 7

3 Các chỉ tiêu đánh giá một bộ cảm biến 8

4 Phân loại cảm biến 11

Bài 2: Cảm biến nhiệt độ 13

1 Đại cương 13

2 Cảm biến nhiệt điện trở 15

3 Cặp nhiệt điện 20

4 Cài đặt bộ khống chế nhiệt thông dụng 23

Bài 3: Cảm biến quang 24

1 Đại cương 24

2 Các loại cảm biến quang 29

Bài 4: Cảm biến vị trí và dịch chuyển 35

1 Đại cương 35

2 Cảm biến kiểu biến trở 35

3 Cảm biến cảm ứng 37

4 Cảm biến điện dung 40

5 Cảm biến tiếp cận 43

5.1 Cảm biến tiếp cận điện cảm 43

5.2 Cảm biến tiếp cận điện dung 46

5.3 Cảm biến tiếp cận hiệu ứng Hall 49

5.4 Cảm biến tiếp cận quang học 51

Bài 5: Cảm biến áp suất chất lỏng 64

1 Đại cương 64

2 Đo áp suất bằng biến dạng 64

3 Chuyển đổi tín hiệu 65

4 Đo áp suất bằng biến thiên trở kháng 67

5 Đo áp suất bằng biến thiên điện dung 67

6 Đo áp suất bằng biến thiên độ từ cảm 68

7 Đo áp suất bằng biến thiên độ hỗ cảm 68

8 Đo áp suất bằng phần tử áp điện 69

9 Cài đặt bộ khống chế áp suất thông dụng 69

Bài 6: Cảm biến độ ẩm 70

1 Đại cương 70

2 Các phương pháp đo độ ẩm 70

3 Khảo sát một số cảm biến đo độ ẩm thông dụng 71

Bài 7: Cảm biến khói 72

Trang 5

Bài 9: Cảm biến hồng ngoại 78

1 Đại cương 78

2 Cảm biến hồng ngoại thụ động 79

3 Cảm biến hồng ngoại chủ động 79

Bài 10 Các hiệu ứng vật lý thƣờng đƣợc sử dụng ở cảm biến 81

1 Hiệu ứng Joule 81

2 Hiệu ứng hall 81

3 Hiệu ứng nhiệt điện 82

4 Hiệu ứng bức xạ điện tử 83

5 Hiệu ứng áp điện 83

6 Hiệu ứng Doppler 84

7 Hiện tượng từ giảo 85

8 Siêu âm 86

Trang 6

Học xong bài này người học có khả năng:

- Trình bày được khái niệm, đặc điểm, phạm vi ứng dụng của cảm biến - Rèn luyện tính cẩn thận, chính xác, logic khoa học

Nội dung của bài học :

1 Cảm biến là gì ?

1.1 Khái niệm

Trong các hệ thống đo lường – điều khiển mọi quá trình đều được đặc trưng bởi các biến trạng thái như nhiệt độ, áp suất, tốc độ, mômen, Các biến trạng thái này thường là các đại lượng không điện Nhằm mục đích điều chỉnh, điều khiển q trình ta cần thu thập thông tin, đo đạc, theo dõi sự biến thiên của các biến trạng thái của quá trình Các bộ cảm biến thực hiện chức năng này, chúng thu nhận và đáp ứng với các tín hiệu và kích thích, là tai mắt của các hoạt động khoa học và công nghệ của con người

Các bộ cảm biến thường được định nghĩa theo nghĩa rộng là thiết bị cảm nhận và đáp ứng với các tín hiệu và kích thích

Trong thế giới tự nhiên các cơ thể sống thường đáp ứng với các tín hiệu bên ngồi có đặc tính điện hóa, dựa trên cơ sở trao đổi ion, ví dụ như hoạt động của hệ thần kinh, Trong các quá trình đo lường – điều khiển thông tin được truyền tải của các điện tử

1.2 Nguyên lý làm việc của cảm biến

Theo mơ hình mạch ta có thể coi bộ cảm biến như một mạng hai cửa, trong đó cửa vào là biến trạng thái cần đo x và cửa ra là đáp ứng y của bộ cảm biến với kích thích đầu vào x Bộ cảm biếnxyKích thíchĐáp ứngCơ cấuchấp hànhBộ cảmbiếnQ trình(Các biến trạng thái)Chương trình

Mơ hình mạch của bộ cảm biến

Phương trình mơ tả quan hệ giữa đáp ứng y và kích thích x của bộ cảm biến có

dạng:

y = f(x) (1)

Trang 7

Cơ cấuchấp hànhBộ cảmbiến(Các biến trạng thái)Chương trìnhBộ vi xử lý

Hệ thống điều khiển tự động quá trình

Trong sơ đồ hình trên quá trình được đặc trưng bằng các biến trạng thái và được các bộ cảm biến thu nhận Đầu ra của bộ cảm biến được phối ghép với cơ cấu chấp hành nhằm tác động q trình, trong bộ cảm biến đóng vai trị cảm nhận, đo đạc và đánh giá các thông số của hệ thống Bộ vi xử lý làm nhiệm vụ xử lý thơng tin và đưa ra tín hiệu điều khiển quá trình

2 Các yếu tố ảnh hƣởng tới cảm biến

2.1 Nhiễu

Khi dùng một CB để đo lường, ngoài các đại lượng cần đo tác động vào cảm biến, cịn có các yếu tố khác gọi làn nhiễu cũng có thể tác động tới CB, gây ra sai số đo Nhiễu có thể phân thành 2 dạng là nhiễu nội tại và nhiễu trên mạch truyền dẫn Nhiễu nội tại sinh ra trong q trình thiết kế, cơng nghệ chế tạo khơng hồn thiện, tính chất vật liệu chế tạo khơng đúng với u cầu do đó tín hiệu ra của CB khơng đảm bảo dộ chính xác

Nhiễu trên các mạch truyền dẫn từ CB đến thiết bị đo và thu thập số liệu cũng gây nên sai số

Các dạng nhiễu thường gặp là :

- Do nguồn cung cấp khơng ổn định, khơng chính xác - Do từ trường và điện trường ngồi

- Nhiệt độ mơi trường, độ ẩm, bức xạ ion, tác nhân hóa học v.v…

2.2 Biện pháp hạn chế nhiễu

Trang 8

3 Các chỉ tiêu đánh giá một bộ cảm biến

3.1 Sai số

Các bộ cảm biến cũng như các dụng cụ đo lường khác, ngoài đại lượng cần đo (cảm nhận) còn chịu tác động của nhiều đại lượng vật lý khác gây nên sai số giữa giá trị đo được và giá trị thực của đại lượng cần đo Gọi x là độ lệch tuyệt đối giữa giá trị đo và giá trị thực x (sai số tuyệt đối), sai số tương đối của bộ cảm biến được tính bằng:  Δx100 %x

Sai số của bộ cảm biến mang tính chất ước tính bởi vì khơng thể biết chính xác giá trị thực của đại lượng cần đo Khi đánh giá sai số của cảm biến, người ta thường phân chúng thành hai loại : sai số hệ thống và sai số ngẫu nhiên

- Sai số hệ thống: là sai số không phụ thuộc vào số lần đo, có giá trị không đổi

hoặc thay đổi chậm theo thời gian đo và thêm vào một độ lệch không đổi giữa giá trị thực và giá trị đo được Sai số hệ thống thường do sự thiếu hiểu biết về hệ đo, do điều kiện sử dụng không tốt gây ra Các nguyên nhân gây ra sai số hệ thống có thể là:

Do nguyên lý của cảm biến

+ Do giá trị của đại lượng chuẩn không đúng + Do đặc tính của bộ cảm biến

+ Do điều kiện và chế độ sử dụng + Do xử lý kết quả đo

- Sai số ngẫu nhiên: là sai số xuất hiện có độ lớn và chiều khơng xác định Ta có

thể dự đốn được một số nguyên nhân gây ra sai số ngẫu nhiên nhưng khơng thể dự đốn được độ lớn và dấu của nó Những nguyên nhân gây ra sai số ngẫu nhiên có thể là:

+ Do sự thay đổi đặc tính của thiết bị + Do tín hiệu nhiễu ngẫu nhiên

+ Do các đại lượng ảnh hưởng khơng được tính đến khi chuẩn cảm biến

Trang 9

Đối với cảm biến tuyến tính, giữa biến thiên đầu ra s và biến thiên đầu vào m có sự liên hệ tuyến tính:

s = S.m

Đại lượng S xác định bởi biểu thức Ssm



 được gọi là độ nhạy của cảm biến

Trường hợp tổng quát, biểu thức xác định độ nhạy S của cảm biến xung quanh giá trị m của đại lượng đo xác định bởi tỷ số giữa biến thiên s của đại lượng đầu ra và biến thiên m tương ứng của đại lượng đo ở đầu vào quanh giá trị đó:

* Độ nhạy trong chế độ tĩnh và tỷ số chuyển đổi tĩnh

Đường chuẩn cảm biến, xây dựng trên cơ sở đo các giá trị si ở đầu ra tương ứng với các giá trị không đổi mi của đại lượng đo khi đại lượng này đạt đến chế độ làm việc danh định được gọi là đặc trưng tĩnh của cảm biến

sSm

Độ nhạy chế độ tĩnh chính là độ dốc của đặc trưng tĩnh ở điểm làm việc đang xét

Như vậy, nếu đặc trưng tĩnh khơng phải là tuyến tính thì độ nhạy trong chế độ tĩnh phụ thuộc điểm làm việc

* Độ nhạy trong chế độ động

Độ nhạy trong chế độ động được xác định khi đại lượng đo biến thiên tuần hoàn theo thời gian

Độ nhạy trong chế độ động phụ thuộc vào tần số đại lượng đo, S = S(f) Sự biến thiên của độ nhạy theo tần số có nguồn gốc là do qn tính cơ, nhiệt hoặc điện của đầu đo, tức là của cảm biến và các thiết bị phụ trợ, chúng không thể cung cấp tức thời tín hiệu điện theo kịp biến thiên của đại lượng đo Bởi vậy khi xét sự hồi đáp có phụ thuộc vào tần số cần phải xem xét sơ đồ mạch đo của cảm biến một cách tổng thể

3.3 Độ tuyến tính

Một cảm biến được gọi là tuyến tính trong một dải đo xác định nếu trong dải chế độ đó, độ nhạy không phụ thuộc vào đại lượng đo

Trang 10

Trong chế độ động, độ tuyến tính bao gồm sự không phụ thuộc của độ nhạy ở chế độ tĩnh S(0) vào đại lượng đo, đồng thời các thông số quyết định sự hồi đáp (như tần số riêng fo của dao động không tắt, hệ số tắt dần cũng không phụ thuộc vào đại lượng đo

Nếu cảm biến khơng tuyến tính, người ta đưa vào mạch đo các thiết bị hiệu chỉnh sao cho tín hiệu điện nhận được ở đầu ra tỉ lệ với sự thay đổi của đại lượng đo ở đầu vào Sự hiệu chỉnh đó được gọi là sự tuyến tính hố

3.4 Thời gian đáp ứng

Thời gian đáp ứng là thời gian kể từ lúc đại lượng cần đo ở đầu vào của cảm biến thay đổi đột ngột cho đến lúc đại lượng ra của cảm biến thay đổi theo và đạt xấp xỉ giá trị đo được tương ứng, thua kém ε%=10%

Trong trường hợp sự thay đổi của đại lượng đo có dạng bậc thang, các thông số thời gian gồm thời gian trễ khi tăng (tdm) và thời gian tăng (tm) ứng với sự tăng đột ngột của đại lượng đo hoặc thời gian trễ khi giảm (tdc) và thời gian giảm (tc) ứng với sự giảm đột ngột của đại lượng đo Khoảng thời gian trễ khi tăng tdm là thời gian cần thiết để đại lượng đầu ra tăng từ giá trị ban đầu của nó đến 10% của biến thiên tổng cộng của đại lượng này và khoảng thời gian tăng tm là thời gian cần thiết để đại lượng đầu ra tăng từ 10% đến 90% biến thiên biến thiên tổng cộng của nó Tương tự, khi đại lượng đo giảm, thời gian trễ khi giảm tdc là thời gian cần thiết để đại lượng đầu ra giảm từ giá trị ban đầu của nó đến 10% biến thiên tổng cộng của đại lượng này và khoảng thời gian giảm tc là thời gian cần thiết để đại lượng đầu ra giảm từ 10% đến 90% biến thiên biến thiên tổng cổng của nó

Các thơng số về thời gian tr, tdm, tm, tdc, tc của cảm biến cho phép ta đánh giá về thời gian hồi đáp của nó

3.5 Giới hạn hay điều kiện sử dụng

Trong q trình sử dụng, các cảm biến ln chịu tác động của ứng lực cơ học, tác động nhiệt Khi các tác động này vượt quá ngưỡng cho phép, chúng sẽ làm thay đổi đặc trưng làm việc của cảm biến Bởi vậy khi sử dụng cảm biến, người sử dụng cần phải biết rõ các giới hạn này

Trang 11

cảm biến

* Vùng không gây nên hƣ hỏng

Vùng không gây nên hư hỏng là vùng mà khi mà các đại lượng đo hoặc các đại lượng vật lý có liên quan và các đại lượng ảnh hưởng vượt qua ngưỡng của vùng làm việc danh định nhưng vẫn cịn nằm trong phạm vi khơng gây nên hư hỏng, các đặc trưng của cảm biến có thể bị thay đổi nhưng những thay đổi này mang tính thuận nghịch, tức là khi trở về vùng làm việc danh định các đặc trưng của cảm biến lấy lại giá trị ban đầu của chúng

* Vùng không phá huỷ

Vùng không phá hủy là vùng mà khi mà các đại lượng đo hoặc các đại lượng vật lý có liên quan và các đại lượng ảnh hưởng vượt qua ngưỡng của vùng không gây nên hư hỏng nhưng vẫn cịn nằm trong phạm vi khơng bị phá hủy, các đặc trưng của cảm biến bị thay đổi và những thay đổi này mang tính khơng thuận nghịch, tức là khi trở về vùng làm việc danh định các đặc trưng của cảm biến không thể lấy lại giá trị ban đầu của chúng Trong trường hợp này cảm biến vẫn còn sử dụng được, nhưng phải tiến hành chuẩn lại cảm biến

4 Phân loại cảm biến

4.1 Phân loại theo đại lượng vào – ra

- Cảm biến điện – điện: Các đại lượng vào và ra là thông số điện

- Cảm biến không điện – điện: Đại lượng vào là nhiệt độ, áp suất, lưu lượng… , đại lượng ra thành các thông số điện

4.2 Phân loại theo tính chất vật lý

- Cảm biến điện trở - Cảm biến điện từ - Cảm biến tĩnh điện - Cảm biến nhiệt điện - Cảm biến điện tử - ion - Cảm biến hóa điện - Cảm biến y – sinh

Trang 13

Học xong bài này người học có khả năng:

- Chuyển đổi được các thang đo nhiệt độ - Phân biệt được các loại cảm biến nhiệt độ

- Lựa chọn, cài đặt được cảm biến nhiệt độ phù hợp đối tượng đo

- Rèn luyện tính cẩn thận, chính xác, logic khoa học, tác phong cơng nghiệp

Nội dung của bài học :

1 Đại cƣơng

1.1 Các thang đo nhiệt độ

Thang Kelvin (Thomson Kelvin - 1852): Thang nhiệt độ động học tuyệt đối, đơn

vị nhiệt độ là K Trong thang đo này người ta gán cho nhiệt độ của điểm cân bằng ba trạng thái nước - nước đá - hơi một giá trị số bằng 273,15oK

Thang Celsius (Andreas Celsius - 1742): Thang nhiệt độ bách phân, đơn vị nhiệt

độ là o

C và một độ Celsius bằng một độ Kelvin

Nhiệt độ Celsius xác định qua nhiệt độ Kelvin theo biểu thức: T(oC) = T(oK) - 273,15

Thang Fahrenheit (Fahrenheit - 1706): Đơn vị nhiệt độ là oF Trong thang đo này, nhiệt độ của điểm nước đá tan là 32oF và điểm nước sôi là 212o

Trang 14

Điều kiện để đo đúng nhiệt độ là phải có sự cân bằng nhiệt giữa môi trường đo và cảm biến Tuy nhiên, do nhiều nguyên nhân, nhiệt độ cảm biến đo được không bao giờ đạt tới nhiệt độ mơi trường Tx, do đó tồn tại một chênh lệch nhiệt độ Tx - Tcnhất định Độ chính xác của phép đo phụ thuộc vào hiệu số Tx - Tc , hiệu số này càng bé thì độ chính xác của phép đo càng cao Muốn vậy khi đo cần phải:

- Tăng cường sự trao đổi nhiệt giữa bộ cảm biến và môi trường đo - Giảm sự trao đổi nhiệt giữa bộ cảm biến và môi trường bên ngồi

Để tăng cường trao đổi nhiệt giữa mơi trường có nhiệt độ cần đo và cảm biến ta phải dùng cảm biến có phần tử cảm nhận có tỉ nhiệt thấp, hệ số dẫn nhiệt cao, để hạn chế tổn thất nhiệt từ cảm biến ra ngồi thì các tiếp điểm dẫn từ phần tử cảm nhận ra mạch đo bên ngồi phải có hệ số dẫn nhiệt thấp

1.3 Truyền nhiệt khi đo

1.4 Các phương pháp đo nhiệt độ

- Phƣơng pháp nhiệt điện trở: Dựa vào tính chất: Điện trở của vật liệu làm cảm

Trang 15

quang phổ liên tục mà nó phát ra phụ thuộc vào nhiệt độ vật thể; đo được quang

phổ này sẽ đo được nhiệt độ vật thể

- Phƣơng pháp cơ: Dựa vào tính chất: Một dây dẫn đồng chất khi phát nóng sẽ

giản nở với chiều dài giản nở phụ thuộc vào nhiệt độ; đo được chiều dài giản nở

này sẽ đo được nhiệt độ vật thể 2 Cảm biến nhiệt điện trở

2.1 Cảm biến nhiệt điện trở kim loại

Nhiệt điện trở kim loại được chế tạo từ dây kim loại hoặc màng mỏng như: Platin (Pt), Niken (Ni), đồng (Cu), Vonfram (W)

Các nhiệt điện trở kim loại thường được gọi chung là cảm biến RTD (Resistance Temperature Detector: Đầu phát hiện nhiệt độ bằng điện trở)

* Nhiệt điện trở Platin

Platinum là vật liệu cho nhiệt điện trở được dùng rộng rãi trong cơng nghiệp Các tính chất của loại nhiệt điện trở này được quy định theo tiêu chuẩn quốc tế DIN IEC751 Theo tiêu chuẩn này dải đo nhiệt độ của nhiệt điện trở Platinum từ -200oC đến 850o

C

Cho dải đo đầu tiên từ -200 đến 0oC ta có đa thức cấp ba:

R(t) = Ro(1 + At + Bt2 + C[t-100 oC].t3) Cho dải đo từ 0 đến 850oC ta có đa thức cấp hai:

R(t) = Ro(1+At + Bt2) Các hệ số có giá trị như sau:

Trang 16

mạnh hơn theo nhiệt độ Loại Pt-100 có độ nhạy kém hơn dùng để đo nhiệt độ trên 600oC

Sự thay đổi của điện trở theo nhiệt độ: 0,4Ω/Kelvin với Pt-100

2,0Ω/Kelvin với Pt-300 4,0Ω/Kelvin với Pt-1000

Ngoài ra tiêu chuẩn DIN, IEC751 còn xác định một trị số đặc trưng nữa, đó là hệ số nhiệt độ trung bình giữa 0oC và 100oC Đó là tỉ lệ giữa sự thay đổi điện trở giữa 0oC và 100oC với điện trở định mức R0 3 01100 o 3,850.10oRRCR dt    

Với Platinum nguyên chất có α = 3,925.10-3 oC-1

Trị số quá nhiệt của nhiệt điện trở Platinum theo DIN có sự khác biệt với trị số này Theo tiêu chuẩn DIN vật liệu Platinum dùng làm nhiệt điện trở có pha tạp chất, Do đó khi bị các tạp chất khác thẩm thấu trong quá trình sử dụng, sự thay đổi trị số điện của nó ít hơn so với Platinum ngun chất Nhờ thế nó tự ổn định lâu đài theo thời gian, thích hợp trong cơng nghiệp

Đặc tuyến Pt-100

Trang 17

Nhiệt điện trở Nickel (Ni) so với Paltinum rẻ tiền hơn và có hệ số nhiệt độ lớn gần gấp hai lần (6,18.10-3 oC-1)

Tuy nhiên dải đo chỉ từ -60oC đến +250o

C Vì trên 250oC Nickel có sự thay đổi về pha Đặc trưng kỹ thuật của nhiệt điện trở Nickel được xác định theo tiêu chuẩn DIN 43760 R(t) = Ro(1 + At + Bt2 + Ct4 + Dt6) Ta có các hệ số: A = 0,5485.10-2 oC-1 B = 0,665.10-2 oC-2C = 2,805.10-4 oC-4D = 2,111.10-12 oC-6

Trị số đặc trưng ở 0oC là 100Ω, được viết tắt Ni100 Sai số của điện trở Nickel được xác định như sau:

t = ±(0,4 + 0,007t) từ 0oC đến 250o

C t = ±(0,4 + 0,028t) từ -60oC đến 0o

C

Đặc tuyến của cảm biến Ni -100

Với sự xác định chính xác sai số như trên Ni có một lợi điểm: bất cứ lúc nào đầu đo đều có thể được thay thế cái khác có cùng cấp dung sai, máy đo không cần phải chuẩn định lại Cảm biến loại Ni100 thường dùng trong công nghiệp, điều hòa nhiệt độ

2.2 Cảm biến nhiệt điện trở oxit kim loại

Trang 18

Ứng dụng:

- Đo nhiệt độ ở vùng không gian nhỏ nhờ kích thước cảm biến nhỏ (cỡ 1mm) - Phát hiện những biến thiên nhiệt độ rất nhỏ (tới phần nghìn độ)

2.3 Cảm biến nhiệt điện trở bán dẫn.(Thermistor)

Chất bán dẫn sử dụng ở đây thường là Silic tinh khiết hoặc đơn tinh thể Sự thay đổi điện trở suất theo nhiệt độ của Si phụ thuộc vào nồng độ chất pha tạp

2.3.1 Nhiệt trở bán dẫn có hệ số nhiệt âm (Th- - NTC)

NTC- viết tắt từ Negative Temperature Coefficient Theo tiêu chuẩn DIN 44070 và IEC Publ 539 đó là những điện trở bán dẫn có hệ số nhiệt độ âm: Trị số điện trở giảm khi nhiệt độ tăng Hệ số nhiệt độ có trị số từ 36% 1o

K lớn gấp 10 lần so với nhiệt điện trở kim loại Nickel hay Platinum

Như thế NTC dẫn điện trong tình trạng được nung nóng tốt hơn so với trong trường hợp để nguội

Điện trở của NTC giảm mạnh khi nhiệt độ gia tăng Từ 0oC đến 150oC điện trở NTC giảm đi hơn 100 lần

NTC là 1 hỗn hợp đa tinh thể của nhiều oxit đã được nung chảy ở nhiệt độ cao (1000oC 1400oC) như Fe2O3, Zn2TiO4, MgCr2O4, TiO2 hay NiO và CO với LiO2 Công tắc hình thành với kẽm bạc được nung nóng Để NTC có nhứng đặc trưng kỹ thuật ổn định với thời gian dài, nó được làm lão hóa với những phương pháp đặc biệt sau khi chế tạo

Thermistor chỉ tuyến tính trong khoảng nhiệt độ nhất định 50oC 150o

C do vậy người ta ít dùng để dùng làm cảm biến đo nhiệt Chỉ sử dụng trong các mục đích bảo vệ, ngắt nhiệt, ta thường gọi là Tẹt-mít Ở các Block lạnh nào thường cũng có một vài bộ gắn chặt vào cuộn dây động cơ

Nhiệt điện trở NTC được dùng để đo, hiệu chỉnh và bù trừ nhiệt độ Các loại NTC dùng trong việc này hoạt động từ -55oC gần +125oC, công suất định mức cao nhất từ 150mW đến 450mW NTC còn được dùng để hạn chế đỉnh cường độ dòng điện khi đóng điện Các loại NTC dùng trong trường hợp này có cơng suất định mức khoảng 2W và chịu đựng được dòng điện đến 5A

Trang 19

và sắt điện trong gốm, than Vật liệu chế tạo PTC gồm hỗn hợp Bariumcarbonat, oxit Stronium và Oxit -Titan được ép và nung từ 1000oC đến 1400o

C Ở khoảng trên 110oC điện trở của PTC gia tăng một cách đột ngột

Đặc tuyến của PTC

Các loại PTC bằng gốm bảo vệ động cơ điện, biến thế và các mạch điện tử Không như với PTC loại nhựa, PTC loại gốm trở lại trị số điện trở ban đầu sau nhiều lần nguội lại PTC phản ứng nhanh với các dòng điện quá lớn làm nhiệt độ của nó tăng lên và do vậy điện trở của PTC gia tăng, bằng cách này nó hạn chế cường độ dịng điện có thể làm hư hỏng các thiết bị mạch điện

* PTC được ứng dụng như linh kiện để bảo vệ mô tơ điện rất hữu hiệu Người ta nối tiếp PTC với động cơ

Trang 20

được dùng để ổn định nhiệt độ thạch anh, đi ốt, IC, LCD, dụng cụ y khoa, một số bộ phận trong xe hơi, dụng cụ trong nhà với nguyên tắc:

* Người ta còn dùng PTC để làm chậm lại việc ngắt dòng điện Sau 1 thời gian tskhi có điện áp, PTC với 1 điện trở hạn dòng gia tăng trị số điện trở đến 100 lần và do đó dịng điện cùng giảm đi 100 lần ứng dụng làm mạch trễ cho việc làm giảm độ từ hóa trong kỹ thuật truyền hình,

*PTC được dùng để phát hiện sự tăng nhiệt bất thường trong động cơ bằng cách đo trực tiếp Cảm biến nhiệt được gắn chìm trong cuộn stator (cho động cơ hạ áp), tín hiệu được xử lí nhờ một thiết bị điều khiển dẫn đến tác động CB

3 Cặp nhiệt điện (Thermo – Couple)

3.1 Cấu tạo,nguyên lý làm việc

Trang 21

Việc đo nhiệt độ bằng cặp nhiệt điện có nhiều khác biệt so với đo cảm biến nhiệt điện trở, đó là:

*Ưu điểm:

- Kích thước cặp nhiệt điện nhỏ nên có thể đo nhiệt độ ở từng điểm - Nhiệt dung nhỏ nên đáp ứng nhanh

- Đo qua sđđ nhiệt nên tránh được hiệu ứng Joule

- Khi cần sđđ nhiệt lớn có thể đấu nối tiếp nhiều cặp nhiệt điện

*Nhược điểm:

- Sđđ ở dải nhiệt độ rộng là nhỏ hoặc khơng tuyến tính

- Quan hệ sđđ nhiệt theo nhiệt độ tùy thuộc từng cặp nhiệt điện và cần bảng chuẩn riêng

- Sai số nhiệt độ cần đo phụ thuộc việc duy trì nhiệt độ chuẩn lúc đo

3.2 Các phương pháp đo

Trang 23

4 Cài đặt bộ khống chế nhiệt thông dụng

4.1 Cách nối dây đo cảm biến nhiệt độ

Tiêu chuẩn IEC-751 yêu cầu dây nối đến cùng đầu nhiệt điện trở phải có màu giống nhau (đỏ hoặc trắng) và dây nối đến 2 đầu phải khác màu Ta có 4 kỹ thuật nối dây đo sau:

- Kỹ thuật hai dây

Giữa nhiệt điện trở và mạch đo được nối bằng hai dây Dây dẫn nối từ mạch đo đến điện trở nhiệt có một điện trở nhất định, điện trở này nối tiếp với nhiệt điện trở và nối tiếp với 2 điện trở của dây đo Mạch đo sẽ nhận được một điện thế cao hơn so với điện thế cần đo

Kỹ thuật nối 2 dây đo

- Kỹ thuật nối 3 dây

Kỹ thuật nối dây đo loại 3 dây

Với cách nối này hai mạch đo được hình thành, một trong hai được dùng làm chuẩn Kỹ thuật 3 dây sai số của phép đo do điện trở dây đo và sự thay đổi của nó

Trang 24

do nhiệt độ khơng cịn nữa, 3 dây đo u cầu phải có cùng trị số kỹ thuật và cùng nhiệt độ

- Kỹ thuật nối 4 dây

Kỹ thuật này có kết quả đo tốt nhất, hai dây dùng để để dịng điện khơng đổi đi qua nhiệt điện trở, hai dây còn lại dùng để làm dây đo Điện thế đo được không bị ảnh hưởng bởi điện trở của dây đo và sự thay đổi của nó do nhiệt độ

Kỹ thuật nối 4 dây

*Chú ý: Để cảm biến khơng bị nóng lên qua phép đo, dòng điện cần phải nhỏ hơn

1mA, với Pt-100 ở 100oC ta có U = 0,1V Điện thế này được đưa tới máy đo với sai số thấp nhất

- Kỹ thuật 2 dây với bộ biên đổi tín hiệu đo

Người ta có thể vẫn chỉ dùng hai dây đo mà không bị sai số trong phép đo với bộ biến đổi tín hiệu đo Bộ biến đổi này biến đổi tín hiệu của cảm biến thành

một dòng điện định chuẩn, tuyến tính với nhiệt độ và có cường độ từ 4 mA -

20mA Dòng điện nuôi cho bộ biến đổi được tải qua hai dây đo với cường độ khoảng 4mA Với kỹ thuật này tín hiệu được khuếch đại trước khi chuyển tải do đó khơng bị nhiễu nhiều

4.2 Cài đặt bộ khống chế nhiệt

4.2.1 Bộ khống chế nhiệt Eliweli 4.2.2 Bộ khống chế nhiệt Autonic

Trang 25

BÀI 3

CẢM BIẾN QUANG

Mục tiêu của bài:

Học xong bài này người học có khả năng:

- Trình bày được nguyên lý cấu tạo, nguyên lý làm việc các cảm biến quang điện - Phân biệt được các loại cảm biến quang

- Rèn luyện tính cẩn thận, chính xác, tích cực, chủ động, sáng tạo

Nội dung của bài học :

1 Đại cƣơng

1.1 Một số tính chất cơ bản của ánh sáng

Các cảm biến quang được sử dụng để chuyển thơng tin từ ánh sáng nhìn thấy hoặc tia hồng ngoại (IR: Infared) và tia tử ngoại (UV: Ultra Violed) thành tín hiệu điện Ánh sáng có hai tính chất cơ bản là sóng và hạt Dạng sóng của ánh sáng là sóng điện từ phát ra khi có sự chuyển điện tử giữa các mức năng lượng nguyên tử của nguồn sáng Các dạng sóng này di chuyển trong chân không với tốc độ c = 299.792 km/s (khoảng 300.000 km/s) Trong vật chất ánh sáng có vận tốc V = c/n (n là chiết suất của môi trường)

Tần số n và bước sóng l liên hệ với nhau bằng biểu thức:

ν

λv



Trong chân khơng

νλ c

Trên hình biểu diễn phổ ánh sáng và sự phân chia thành các dải màu của phổ Đơn vị độ dài sóng thường dùng là mm (1mm = 1*10-6m)

Trang 26

Tia đỏ (tia hồng ngoại), và tím (tia tử ngoại) cũng được phân loại là bức xạ sóng ánh sáng, nhưng là ánh sáng khơng nhìn thấy được bằng mắt thường của người Ta thấy màu ánh sáng phụ thuộc độ dài sóng

Tia đỏ (IR) có độ dài l từ 780nm đến 106nm, sóng này giáp cận dưới của sóng dài vơ tuyến (LW)

Tia cực tím (UV) có độ dài l từ 10 nm đến 380nm, sóng này giáp cận trên của sóng có độ dài l ngắn hơn và có màu như cầu vồng

Nguồn sáng tự nhiên, hay nhân tạo là tổng hợp nhiều dao động điện từ nói khác đi có nhiều độ dài sóng khác nhau, qua lăng kính ta thấy được phổ ánh sáng này Nguồn sáng nhân tạo cho phép ta dịch chuyển phần lớn các bức xạ này theo ý, bằng các vật liệu, và các tính chất vật lý, chẳng hạn nguồn sáng chủ yếu chỉ sinh ra tia đỏ, tím hay vàng

Tính chất hạt của ánh sáng thể hiện qua sự tương tác của nó và vật chất

Một số đại lượng đặc trưng của ánh sáng

Đại lƣợng Đơn vị thị giác Đơn vị năng lƣợng

Luồng (thông lượng) Lumen (lm) Oat (W) Cường độ Canđela (cd) Oat/sr (W/Sr)

Độ chói Canđela/m2

(cd/m2) Oat/sr m2 (W/Sr m2)

Độ rọi Lumen/ m2 hay lux (lx)

W/ m2

Năng lượng Lumen.s (lm.s) Jun (J)

1.2 Các đơn vị đo quang

1.2.1 Năng lượng bức xạ

Năng lượng bức xạ Q là năng lượng phát xạ, lan truyền hoặc hấp thụ dưới dạng bức xạ và được đo bằng Jun (J)

1.2.2 Quang thông (Luminous Flux)

Trang 27

Bảng quang thông của một số nguồn sáng thông dụng

Nguồn sáng Quang thơng (lm)

Bóng đèn cao áp sodium 250W 27.000lm Bóng đèn cao áp sodium 400W 47.000lm Chipleds Cree XT-E LEDs Ra>70

CCT~4000K

168lm @(Tj=85°C, IF=350mA, VF=2,85V)

Chipleds Philips Luxeon 3030/2D Ra>70

CCT~4000K 99lm @(Tj=25°C, IF=100mA)

1.2.3 Cường độ sáng (Luminous Intensity)

Cường độ sáng là đại lượng quang học cơ bản dùng trong việc đo thông số nguồn sáng, là một trong 7 đơn vị cơ bản của hệ thống đo lường quốc tế (m: mét, kg: kilogam, s: giây, A: Ampe, K: kelvin, mol, cd: candela) Khái niệm cường độ sáng thể hiện mật độ năng lượng phát ra từ một nguồn sáng trong một hướng cụ thể, hay có thể được định nghĩa là quang thơng theo một hướng nhất định phát ra trên một đơn vị góc khối (1cd = 1 lumen/steradian) Từ tháng 10-1979 CIE đưa ra định nghĩa mới của candela: candela là cường độ sáng theo một phương của nguồn sáng đơn sắc có bước sóng = 555nm và có cường độ năng lượng theo phương này là 1/683 w/steradian

Đơn vị đo cường độ sáng là candela (cd), chữ candela trong tiếng Latinh có nghĩa là "ngọn nến" Một ngọn nến thông thường phát ra ánh sáng với cường độ ánh sáng khoảng một candela, nếu một số hướng bị che khuất thì nguồn sáng này vẫn có cường độ khoảng một candela trong các hướng mà không bị che khuất

Trang 28

cách vẽ đường cong cắt bề mặt này bởi một số mặt phẳng kinh tuyến xác định Với các nguồn đối xứng trịn xoay thì chỉ cần cắt bởi một mặt phẳng kinh tuyến Các phép đo cường độ sáng phải thực hiện trong phòng đo được thiết kế chuyên biệt và sử dụng thiết bị đo gọi là goniophotometers

Bảng cường độ sáng của một số nguồn sáng

Nguồn sáng Cƣờng độ sáng (cd)

Ngọn nến 0,8cd theo mọi phương

Đèn sợi đốt 40w 35cd theo mọi phương Đèn halogen kim loại có bộ

phản xạ

14.800cd theo mọi phương, 250.000cd ở tâm chùm tia

1.2.4 Độ chói (Luminance)

Để đặc trưng cho khả năng bức xạ ánh sáng của nguồn hoặc bề mặt phản xạ gây nên cảm giác chói sáng đối với mắt, người ta đưa ra định nghĩa độ chói là đại lượng xác định cường độ ánh sáng phát ra trên một đơn vị diện tích của một bề mặt theo một hướng cụ thể nó ước lượng ánh sáng mà mắt người có thể cảm nhận và phụ thuộc vào hướng quan sát Độ chói đóng vai trị cơ bản trong kỹ thuật chiếu sáng, nó là cơ sở của các khái niệm về tri giác và tiện nghi thị giác Đơn vị đo độ chói là candela/m2 (cd/m2)

Bảng độ chói của một số nguồn sáng thơng dụng

Nguồn sáng Độ chói (cd/m2)

Bề mặt mặt trời 165.107 cd/m2

Bề mặt mặt trăng 1500 cd/m2

Bầu trời xanh 1500 cd/m2

Trang 29

Giấy trắng khi độ rọi 400 lux 80 cd/m2 Bề mặt đường nhựa chiếu sáng với độ rọi 30lux 1,2~2 cd/m2

1.2.4 Độ rọi (Illuminance)

Độ rọi là đại lượng đặc trưng cho bề mặt được chiếu sáng, biểu thị mật độ quang thơng trên bề mặt có diện tích S Đơn vị đo độ rọi là Lux, một lux là mật độ quang thông của một nguồn sáng 1 lummen trên diện tích 1 m2 (1 lux = 1 lm/m2) Khi mặt được chiếu sáng khơng đều độ rọi được tính bằng trung bình đại số của độ rọi các điểm

Khái niệm của độ rọi, ngồi nguồn sáng ra cịn liên quan đến vị trí của mặt được chiếu sáng sáng Khi xét nguồn sáng là một điểm O cường độ sáng I bức xạ tới một mặt nguyên tố dS ở cách O một khoảng R thì độ rọi trên bề mặt nguyên tố dS sẽ thay đổi với độ nghiêng tương đối của bề mặt (góc giữa pháp tuyến dS và phương R) và tỷ lệ nghịch với bình phương khoảng cách R

Bảng độ rọi trên một số bề mặt thường gặp

Địa điểm đƣợc chiếu sáng Độ rọi (lux)

Ngoài trời giữa trưa nắng 100.000 lux

Ngồi trời giữa trưa đầy mây 10.000 lux

Phịng làm việc 300~500 lux

Đường phố được chiếu sáng về đêm 20~50 lux

2 Các loại cảm biến quang

2.1 Cám biến quang dẫn

Quang dẫn là một hiện tượng vật lý có yếu tố điện và quang thường xuyên xảy ra trong đời sống của chúng ta Hiện tượng này xảy ra khi một vật liệu có sự thay đổi về khả năng dẫn điện sau khi hấp thụ bức xạ điện từ đến từ các loại tia Các loại tia có thể gây ra hiện tượng quang dẫn bao gồm ánh sáng thông thường ta có thể nhìn thấy, tia hồng ngoại, tia cực tím và bức xạ gamma

Trang 30

Quang điện trở là một loại linh kiện có bản chất là một điện trở được làm bằng vật liệu là chất quang dẫn Cấu tạo cơ bản của linh kiện này là một sợi dây được làm bằng chất quang dẫn được gắn trên một phần đế không dẫn điện

Quang điện trở được ứng dụng khá nhiều hiện nay nhờ khả năng thay đổi trị số rất lớn, có thể từng mức MΩ khi không chiếu sáng và giảm chỉ còn vài Ω sau khi được chiếu sáng bằng loại tia thích hợp

Cảm biến LDR – tế bào quang dẫn 2.2 Cảm biến photo diode

Photodiodes chủ yếu được làm từ vật liệu silicon và gecmani và bao gồm các bộ lọc quang học, ống kính tích hợp và diện tích bề mặt

Photodiodes hoạt động trên nguyên lý làm việc được gọi là hiệu ứng quang điện bên trong Nói một cách đơn giản, khi một chùm ánh sáng chiếu vào, các electron bị nới lỏng, gây ra các lỗ electron dẫn đến dòng điện chạy qua, ánh sáng càng lớn, dòng điện sẽ càng mạnh

Ứ

Ứnnggddụụnnggccảảmmbbiiếếnnáánnhhssáánnggpphhoottooddiiooddee

- Các thiết bị điện tử tiêu dùng đầu đĩa compact, thiết bị điều khiển từ xa - Các ứng dụng y tế như thiết bị / dụng cụ dùng để đo lường và phân tích - Các hệ thống năng lượng mặt trời như tấm pin mặt trời

2.3 Cảm biến photo transistor

Transistor quang (Phototransistor) là một linh kiện bán dẫn ba lớp có vùng cực gốc

(B) nhạy cảm với ánh sáng Phần cực nền (cực B – Base) cảm nhận ánh sáng và chuyển nó thành dịng điện chạy giữa vùng thu (cực C – Collector) và vùng phát (Cực E -Emiter)

Cấu tạo của phototransistor tương tự như transistor thông thường , ngoại trừ cực

B Trong phototransistor, cực B không được nối với mạch điện, và thay vì dịng

Trang 31

Cấu tạo của phototransistor khá giống với transistor thông thường Đầu tiên Gecmani và Silicon được sử dụng để chế tạo Transistor quang Những lỗ nhỏ được tạo trên bề mặt của mối nối B-C có tác dụng như một thấu kính Thấu kính hội tụ ánh sáng trên bề mặt

Cấu tạo phototransistor

Cấu tạo chung của Transistor quang

Ngày nay Transistor được làm bằng vật liệu có hiệu suất hấp thụ ánh sáng cao

(như Gali và Arsenides) Điểm nối B-C được giữ ở phân cực thuận và đường giao nhau B-C được giữ ở phân cực ngược

Trang 32

Cường độ dòng điện thay đổi theo ánh sáng

Transistor quang được sử dụng rộng rãi trong các thiết bị điện tử như máy dị khói, máy thu hồng ngoại, đầu đĩa CD, laser, v.v để cảm nhận ánh sáng

Ký hiệu của Transistor quang (Phototransistor)

Ký hiệu của phototransistor tương tự như ký hiệu của transistor thông thường Sự khác biệt duy nhất là của hai mũi tên cho thấy ánh sáng tới trên cực B của phototransistor

Ký hiệu Transistor quang

Nguyên lý hoạt động của Transistor quang

Trang 33

vùng cơ bản Cực gốc (Base) của phototransistor sẽ chỉ được sử dụng để phân cực transistor Trong trường hợp Transistor NPN , dòng điện chạy từ C về E, và

trong Transistor PNP, dòng điện chạy từ E về C

Ánh sáng đi vào vùng cực gốc của phototransistor tạo ra các cặp electron-lỗ trống Sự tạo cặp electron-lỗ trống chủ yếu xảy ra theo xu hướng ngược nhau Hiểu đơn giản là lớp nào nhiều electron thì đẩy bớt đi và ngược lại Sự chuyển động của các electron dưới tác dụng của điện trường gây ra dòng điện trong vùng cực gốc Khi có dịng IB thì làm Phototransistor thông và xuất hiện dịng IC Hạn chế chính của phototransistor là chúng có đáp ứng tần số thấp

So sánh Photodiode và Phototransistor

Điốt quang (Photodiode) và Phototransistor (Transistor quang) đều chuyển đổi năng lượng ánh sáng thành năng lượng điện Nhưng phototransistor chủ yếu được ưu tiên hơn so với photodiode vì những ưu điểm sau của chúng

- Mức tăng hiện tại trong phototransistor nhiều hơn phototransistor ngay cả khi cùng một lượng ánh sáng chiếu vào nó

- Độ nhạy của phototransistor cao hơn photodiode

- Transistor quang có thể được chuyển đổi thành Điốt quang bằng cách loại bỏ các cực phát của chúng

Thời gian đáp ứng của photodiode cao hơn nhiều so với phototransistor Dòng điện đầu ra của diode quang tính bằng microampe và nó có thể bật hoặc tắt tính bằng nano giây Trong khi thời gian đáp ứng của phototransistor tính bằng micro giây và nó cung cấp dịng điện tính bằng miliampe

2.4 Cáp quang

Cảm biến cáp quang (sợi quang) là cảm biến có cấu tạo gồm 1 bộ khuếch đại và 1

sợi quang Sợi quang này được tùy chọn khác nhau tùy theo từng ứng dụng cụ thể * Các chế độ hoạt động của cảm biến quang điện

Có 2 chế độ hoạt động: DO: chế độ “tối”(dark operate) và LO: chế độ “sáng” (light operate)

Trang 34

Chế độ DO

Chế độ LO: Ngõ ra ở trạng thái tích cực (tải được cung cấp năng lượng) khi có sóng ánh sáng đi được từ bộ phận phát đến bộ phận nhận

Chế độ LO

Mối quan hệ giữa trạng ngõ ra cảm biến với trạng thái hoạt động của các loại cảm biến Chế độ hoạt động Đƣờng đi của ánh sáng

Trạng thái ngõ ra của cảm biến

Loại thu phát riêng

Loại phản xạ Loại khuếch tán DO Không bị cản trở Khơng tích cực Tích cực

Bị cản trở Tích cực Khơng tích cực LO Khơng bị cản trở Tích cực Khơng tích cực

Trang 35

BÀI 4

CẢM BIẾN VỊ TRÍ VÀ DỊCH CHUYỂN

Mục tiêu của bài:

Học xong bài này người học có khả năng:

- Trình bày được nguyên lý cấu tạo, nguyên lý làm việc các cảm biến vị trí và dịch chuyển

- Lựa chọn, đấu nối cảm biến vị trí và dịch chuyển đúng yêu cầu kỹ thuật - Rèn luyện tính cẩn thận, chính xác, tích cực, chủ động, sáng tạo

Nội dung của bài học :

1 Đại cƣơng

1.1 Ứng dụng cảm biến vị trí và dịch chuyển

Cảm biến vị trí và dịch chuyển có ứng dụng rộng rãi để :

- Kiểm tra vị trí của các đối tượng cần quan sát

- Theo dõi dịch chuyển của các phần động trong các máy nhằm chuẩn vị trí và kích

thước

1.2 Các phương pháp đo vị trí và dịch chuyển

- Có bộ phận của CB liên kết cơ học với vật chuyển động Khi vật chuyển động thì tín hiệu từ CB sẽ thay đổi (điện trở, điện dung…) và dịch chuyển được xác định - Lấy một dịch chuyển làm dịch chuyển cơ bản và ứng với dịch chuyển này CB phát ra một xung Đếm số xung phát ra sẽ xác định được vị trí và tồn bộ dịch chuyển

- Thông qua môi trường trung gian như điện trường, từ trường, điện từ trường (ánh sáng) để tạo mối liên kết giữa đối tượng chuyển dịch với CB (CB tiệm cận)

2 Cảm biến kiểu biến trở

Trang 36

Cảm biến dạng thẳng

Cảm biến dạng quay

Cảm biến dạng xoắn

2.2 Đặc điểm

- Phạm vi di chuyển phụ thuộc vào kích thước chiết áp - Khoảng tuyến tính nhỏ

- Nhiều sai số do mòn cơ học, tiếp xúc kém…

2.3 Mạch đo

Trang 37

2.3.2 Kiểu cầu phân áp

2.4 Cảm biến kiểu biến trở khơng có tiếp xúc cơ học

- Băng điện trở được chế tạo từ vật liệu quang dẫn (Si, Ge, PbTe, CdSe ) Khi có ánh sáng chiếu vào, điện trở vật liệu thay đổi

- Con chạy được thay bằng con trỏ quang là một đi ốt phát quang

3 Cảm biến cảm ứng

3.1 Nguyên lý chung

Thường dùng các cuộn dây có lõi sắt từ (Fe, Ni, Co hoặc các hợp kim của chúng) với phần tử động liên kết cơ khí hoặc khơng cơ khí cới vật chuyển động nhằm thay đổi mạch từ Từ đó thay đổi các thơng số mạch điện hoặc mạch từ

Trang 38

- Thay đổi khoảng cách giữa lõi sắt động và lõi sắt tĩnh

- Lõi sắt động gắn với vật di chuyển lướt qua lõi sắt tĩnh

- Kết hợp hai mạch từ đối nhau

Trang 39

- Dịch chuyển lõi từ trong hai cuộn dây

- Quay giữa hai cuộn dây một lõi từ hình đĩa

Trang 40

- Dịch chuyển lõi sắt biến áp theo đường thẳng hay quay với một cuộn sơ cấp S và 2 cuộn thứ cấp T1, T2 mắc ngược nhau Từ đó thay đổi hỗ cảm M giữa các cuộn dây và điện áp đầu ra 2 cuộn thứ cấp sẽ thay đổi theo mức độ dịch chuyển

4 Cảm biến điện dung

4.1 Nguyên lý chung

Cảm biến điện dung là những tụ điện dạng phẳng hay hình trụ có một bản cực cố định và một bản cực có thể di chuyển Phần di chuyển được nối dính với vật thể cần đo sự dịch chuyển Khi vật thể di chuyển kéo theo sự di chuyển của bản cực làm thay đổi điện dung của tụ