Giáo trình kỹ thuật cảm biến (nghề Điện công nghiệp cao Đẳng)

Nái dung giáo trình đ°āc biên so¿n với dung l°āng thßi gian đào t¿o 60 giß gồm có: Bài 1: Bài má đÁu: CÁm biÁn và āng dăng Bài 2: CÁm biÁn nhiát đá Bài 3: CÁm biÁn tiám cÁn và mát sá lo¿

ĂY BAN NHÂN DÂN TàNH GIA LAI TR¯âNG CAO ĐÀNG GIA LAI

GIÁO TRÌNH

Mô đun: KĀ THUÀT CÀM BIÀN

NGHÂ: ĐIÞN CÔNG NGHIÞP

3

TUYÊN Bà BÀN QUYÂN

Tài liáu này thuác lo¿i sách giáo trình nên các nguồn thông tin có thể đ°āc phép dùng nguyên bÁn hoặc trích dùng cho các măc đích về đào t¿o và tham khÁo

Mọi măc đích khác mang tính lách l¿c hoặc sử dăng với măc đích kinh doanh thiÁu lành m¿nh s¿ bị nghiêm c¿m

4

LâI GIàI THIÞU

Để thực hián biên so¿n giáo trình đào t¿o nghề Đián công nghiáp á trình

đá Cao Đẳng và Trung C¿p, giáo trình cÁm biÁn là mát trong những giáo trình

mô đun đào t¿o chuyên ngành đ°āc biên so¿n theo nái dung ch°¢ng trình khung đ°āc Bá Lao đáng Th°¢ng binh Xã hái và Tổng căc D¿y Nghề phê duyát

Khi biên so¿n, nhóm biên so¿n đã cá gắng cÁp nhÁt những kiÁn thāc mới có liên quan đÁn nái dung ch°¢ng trình đào t¿o và phù hāp với măc tiêu đào t¿o, nái dung lý thuyÁt và thực hành đ°āc biên so¿n gắn với nhu cÁu thực tÁ trong sÁn xu¿t đồng thßi có tính thực tiển cao

Nái dung giáo trình đ°āc biên so¿n với dung l°āng thßi gian đào t¿o 60 giß gồm có:

Bài 1: Bài má đÁu: CÁm biÁn và āng dăng

Bài 2: CÁm biÁn nhiát đá

Bài 3: CÁm biÁn tiám cÁn và mát sá lo¿i cÁm biÁn xác định vị trí và khoÁng cách Bài 4: CÁm biÁn đo l°u l°āng

Bài 5: CÁm biÁn đo vÁn tác vòng quay và góc quay

Bài 6: CÁm biÁn quang đián

Trong quá trình sử dăng giáo trình, tuỳ theo yêu cÁu cũng nh° khoa học

và công nghá phát triển có thể điều chỉnh thßi gian và bổ sung những kiên thāc mới cho phù hāp Trong giáo trình, chúng tôi có đề ra nái dung thực tÁp cÿa từng bài để ng°ßi học cũng cá và áp dăng kiÁn thāc phù hāp với kā năng Tuy nhiên, tuy theo điều kián c¢ sá vÁt ch¿t và trang thiÁt bị, các tr°ßng có thề sử dăng cho phù hāp

Mặc dù đã cá gắng tổ chāc biên so¿n để đáp āng đ°āc măc tiêu đào t¿o nh°ng không tránh đ°āc những khiÁm khuyÁt R¿t mong nhÁn đ°āc đóng góp ý kiÁn cÿa các thÁy, cô giáo, b¿n đọc để nhóm biên so¿n s¿ hiáu chỉnh hoàn thián h¢n Các ý kiÁn đóng góp xin gửi về Tr°ßng Cao đẳng Gia Lai

Gia Lai, ngày 25 tháng 10 năm 2022

Tham gia biên so¿n

1 Huỳnh Thành Tài - Chÿ biên

2 Huỳnh Ngọc ThuÁn

3 Lý Quang Minh

5

BÀI Mà ĐÀU CÀM BIÀN VÀ ĀNG DĂNG 9

1 Khái niám c¢ bÁn về các bá cÁm biÁn: 9

2 Ph¿m vi sử dăng cÿa cÁm biÁn 11

BÀI 1 CÀM BIÀN NHIàT Đà 12

1.1 Đ¿i c°¢ng 12

1.1.1Thang đo nhiát đá 12

1.1.2 Nhiát đá cÁn đo và nhiát đá đ°āc đo 13

1.2 Nhiát đián trá Platin và Niken 13

1.2.1 Đián trá kim lo¿i thay đổi theo nhiát đá 13

1.2.2 Nhiát đián trá Platin 14

1.2.3 Nhiát đián trá Niken 16

1.3 CÁm biÁn nhiát đá với vÁt liáu Silic 19

1.4 IC cÁm biÁn nhiát đá 23

1.5 Nhiát đián trá NTC, PTC 25

1.5.1 Nhiát đián trá NTC 25

1.5.2 Nhiát đián trá PTC 28

Thực hành với cÁm biÁn nhiát đá Platin Pt 100, Pt1000 và ADT70 31

Thực hành với IC cÁm biÁn nhiát đá LM35 32

Thực hành với cÁm biÁn nhiát điántrá NTC PTC 34

BÀI 2 CÀM BIÀN TIàM CÀN 39

2.1 CÁm biÁn tiám cÁn (Proximity Sensor) 39

2.1.1 Đ¿i c°¢ng về cÁm biÁn tiám cÁn 39

2.1.2 CÁm biÁn tiám cÁn đián cÁm (Inductive Proximity Sensor) 43

2.1.3 CÁm biÁn tiám cÁn đián dung (Capacitive Proximity Sensor) 47

2.1.4 CÁm biÁn tiềm cÁn siêu âm 49

2.1.5 C¿u hình ngõ ra cÿa cÁm biÁn tiềm cÁn 50

2.1.6 Cách kÁt nái ngõ ra cÿa cÁm biÁn tiám cÁn đián cÁm: 52

2.2 Mát sá lo¿i cÁm biÁn xác định vị trí, khoÁng cách khác 53

2.2.1 Xác định vị trí và khoÁng cách dùng biÁn trá ( ResistanceTransducer )54 2.2.2 Xác định vị trí khoÁng cách bằng tự cÁm (Inductance Transducers) 57

2.2.3 Xác định vị trí khoÁng cách bằng cÁm biÁn đián dung (Capacitance Transducers ) 60

Thực hành với cÁm biÁn tiám cÁn đián cÁm 66

BÀI 3 PH¯¡NG PHÁP ĐO L¯U L¯ĀNG 71

3.1 Đ¿i c°¢ng 71

3.2 Ph°¢ng pháp đo l°u l°āng theo nguyên tắc chênh lách áp su¿t 74

3.3 Ph°¢ng pháp đo l°u l°āng bằng tÁn sá dòng xoáy 79

Thực hành với cÁm biÁn đo l°u l°āng 81

BÀI 4 ĐO VÀN TàC VÒNG QUAY VÀ GÓC QUAY 86

6

4.1 Mát sá ph°¢ng pháp đo vÁn tác vòng quay c¢ bÁn 86

4.2 Đo vÁn tác vòng quay bằng ph°¢ng pháp Analog 86

4.3 Đo vÁn tác vòng quay bằng ph°¢ng pháp quang đián tử 88

4.4 Đo vÁn tác vòng quay với nguyên tắc đián trá từ 91

Thực hành với cÁm biÁn đo góc KM110BH/2430, KM110BH/2470 98

BÀI 5 CÀM BIÀN QUANG ĐIàN 100

5.1 Đ¿i c°¢ng 100

5.1.1 Tính ch¿t ánh sáng 100

5.1.2 Các lo¿i nguồn sáng 101

5.1.3 Các cÁm biÁn quang 102

5.1.4 Mát sá cÁm biÁn quang thông dăng 108

5.2 CÁm biÁn quang lo¿i thu phát đác lÁp 109

5.3 CÁm biÁn quang lo¿i phÁn x¿ g°¢ng 111

5.4 CÁm biÁn quang lo¿i phÁn x¿ khuÁch tán 113

Thực hành với cÁm biến quang 119

V¿ s¢ đồ kÁt nái cÁm biÁn 121

TÀI LIàU THAM KHÀO 124

7

MÔ ĐUN KĀ THU¾T CÀM BIÀN

Mã môđun MĐ 27

Vã trí, ý nghĩa, vai trò căa môđun:

Trong nền công nghiáp sÁn xu¿t hián đ¿i ngày nay, r¿t nhiều nhà máy xí nghiáp đang trang bị cho mình những dây chuyền sÁn xu¿t tự đáng hoặc bán tự đáng Các lo¿i cÁm biÁn đã có mặt trong hÁu hÁt các lĩnh vực điều khiển tự đáng, nó đóng mát vai trò r¿t quan trọng, không mát thiÁt bị nào có thể thay thÁ đ°āc Viác trang bị cho mình những kiÁn thāc về các lo¿i cÁm biÁn là nhu cÁu bāc xúc cÿa các kā thuÁt viên, kā s° cÿa ngành Đián công nghiáp cũng nh° những ngành khác

Mô đun Kā thuÁt cÁm biÁn là mát mô đun chuyên môn cÿa học viên ngành Đián công nghiáp.Mô đun này nhằm trang bị cho học viên các tr°ßng cao đẳng, trung c¿p và những kiÁn thāc về nguyên lý, c¿u t¿o, các m¿ch āng dăng trong thực tÁ cÿa các lo¿i cÁm biÁn & với các kiÁn thāc này học viên có thể áp dăng trực tiÁp vào lĩnh vực sÁn xu¿t cũng nh° đßi sáng Ngoài ra các kiÁn thāc này dùng làm ph°¢ng tián để học tiÁp các môn chuyên môn cÿa nghề Đián công nghiáp nh° PLC, Điều khiển đián-khí nén,&

Māc tiêu căa môđun:

Sau khi học xong mô đun này học viên có năng lực

- ThiÁt kÁ đ°āc m¿ch cÁm biÁn đ¢n giÁn đ¿t yêu cÁu kā thuÁt

-Thực hành lắp ráp mát sá m¿ch điều khiển thiÁt bị cÁm biÁn đúng yêu cÁu

- Kiểm tra, vÁn hành và sửa chữa đ°āc m¿ch āng dăng các lo¿i cÁm biÁn đúng yêu cÁu kā thuÁt

Năng lực tự chÿ và tự chịu trách nhiám:

- Rèn luyán tính tÿ mỉ, chính xác, an toàn và vá sinh công nghiáp

Nßi dung chính căa môđun :

Sá

TT Tên các bài trong mô đun

Thßi gian Tổng sá Lý

thuyÁt

Thực hành Kiểm tra*

Đo vÁn tác vòng quay và góc quay

CÁm biÁn quang đián

Kiểm tra kÁt thúc mô đul

9

BÀI Mà ĐÀU CÀM BIÀN VÀ ĀNG DĂNG

Mã bài: MĐ27-00 GIàI THIÞU

Các bá cÁm biÁn đ°āc sử dăng nhiều trong các lĩnh vực kinh tÁ và kā thuÁt, các

bá cÁm biÁn đặc biát r¿t nh¿y cÁm đ°āc sử dăng trong các thí nghiám, các lĩnh vực nghiên cāu khoa học Trong lĩnh vực tự đáng hoá ng°ßi ta sử dăng các sensor bình th°ßng cũng nh° đặc biát CÁm biÁn có r¿t nhiều lo¿i, r¿t đa d¿ng và phong phú, do nhiều hãng sÁn xu¿t, giúp con ng°ßi nhÁn biÁt các quá trình làm viác tự đáng cÿa máy móc hoặc trong tự đáng hoá công nghiáp

MĀC TIÊU BÀI HäC

Sau khi học xong bài này học viên có đÿ khÁ năng :

- Phát biểu đ°āc khái niám về các bá cÁm biÁn

- Trình bày đ°āc các āng dăng và ph°¢ng pháp phân lo¿i các bá cÁm biÁn

- Rèn luyán tính t° duy và tác phong công nghiáp

1 Khái niám c¢ bÁn về các bá cÁm biÁn:

Măc tiêu :

- Phát biểu đ°āc khái niám về các bá cÁm biÁn

- Phát biểu đ°āc các đặc tr°ng c¢ bÁn cÿa cÁm biÁn

* Khái niám:

CÁm biÁn là thiÁt bị dùng để cÁm nhÁn và biÁn đổi các đ¿i l°āng vÁt lý và các đ¿i l°āng không có tính ch¿t về đián cÁn đo thành các đ¿i l°āng mang tính ch¿t về đián có thể đo và xử lý đ°āc

Các đ¿i l°āng cÁn đo (m) th°ßng không có tính ch¿t về đián nh° nhiát đá,áp su¿t,&tác đáng lên cÁm biÁn cho ta mát đặc tr°ng (s) mang tính ch¿t đián nh° đián áp, đián tích,dòng đián hoặc trá kháng chāa đựng thông tin cho phép xác định giá trị cÿa đ¿i l°āng đo Đặc tr°ng (s) là hàm cÿa đ¿i l°āng cÁn đo (m) :

- Đá nh¿y cÿa cÁm biÁn

Đái với cÁm biÁn tuyÁn tính,giữa biÁn thiên đÁu ra Δs và biÁn thiên đÁu

vào Δm có sự liên há tuyÁn tính: s = S m

10

Đ¿i l°āng S đ°āc xác định bái biểu thāc þ =∆ÿ∆Ā (3) đ°āc gọi là

đá nh¿y cÿa cÁm biÁn

- Đá nhanh và thßi gian hồi đáp

Đá nhanh là đặc tr°ng cÿa cÁm biÁn cho phép đánh giá khÁ năng theo kịp

về thßi gian cÿa đ¿i l°āng đÁu ra khi đ¿i l°āng đÁu vào biÁn thiên Thßi gian hồi đáp là đ¿i l°āng đ°āc sử dăng để xác định giá trị sá cÿa đá nhanh

Đá nhanh tr là khoÁng thßi gian từ khi đ¿i l°āng đo thay đổi đát ngát đÁn khi khi biÁn thiên cÿa đ¿i l°āng đÁu ra chỉ còn khác giá trị cuái cùng mát l°āng giới h¿n tính bằng % Thßi gian hồi đáp t°¢ng āng với (%) xác định khoÁng thßi gian cÁn thiÁt phÁi chß đāi sau khi có sự biÁn thiên đ¿i l°āng đo để l¿y giá trị cÿa đÁu ra với đá chính xác định tr°ớc thßi gian hồi đáp đặc tr°ng cho chÁ đá quá đá cÿa cÁm biÁn và là hàm cÿa các thông sá thßi gian xác định chÁ đá này

Trong tr°ßng hāp sự thay đổi cÿa đ¿i l°āng đo có d¿ng bÁc thang, các thông sá thßi gian gồm thßi gian trß khi tăng (tdm ) và thßi gian tăng (tm ) āng với

sự tăng đát ngát cÿa đ¿i l°āng đo hoặc thßi gian trß khi giÁm (tdc ) và thßi gian giÁm (tc ) āng v¢i sự giÁm đát ngát cÿa đ¿i l°āng đo KhoÁng thßi gian trß khi tăng (tdm ) là thßi gian cÁn thiÁt để đ¿i l°āng đÁu ra tăng từ giá trị ban đÁu cÿa nó đÁn 10% cÿa biÁn thiên tổng cáng cÿa đ¿i l°āng này và khoÁng thßi gian tăng (tm

) là thßi gian cÁn thiÁt để đ¿i l°āng đÁu ra tăng từ 10% đÁn 90% biÁn thiên tổng cáng cÿa nó

T°¢ng tự khi đ¿i l°āng đo giÁm, thßi gian trß khi giÁm (tdc ) là thßi gian cÁn thiÁt để đ¿i l°āng đÁu ra giÁm từ giá trị ban đÁu cÿa nó đÁn 10% biÁn thiên tổng cáng cÿa đ¿i l°āng này và khoÁng thßi gian giÁm (tc ) là thßi gian cÁn thiÁt

để đ¿i l°āng đÁu ra giÁm từ 10% đÁn 90% biÁn thiên tổng cáng cÿa nó

Các thông sá về thßi gian (tr ) ,(tdm ) ,(tm ) ,(tdc ) ,(tc ) cÿa cÁm biÁn cho phép

ta đánh giá về thßi gian hồi đáp cÿa nó

11

Hình 1 Xác định các khoÁng thời gian đặc trưng cho chế độ quá độ

2 Ph¿m vi sử dāng căa cÁm biÁn

Māc tiêu :

- Trình bày đ°āc ph¿m vi āng dăng cÿa các bá cÁm biÁn

Ngày nay các bá các biÁn đ°āc sử dăng nhiều trong các ngành kinh tÁ và kā thuÁt nh° trong các ngành công nghiáp, nông nghiáp, giao thông vÁn tÁi,&.Các

bá cÁm biÁn đặc biát r¿t nh¿y đ°āc sử dăng trong các thí nghiám và trong nghiên cāu khoa học Trong lĩnh vực tự đáng hóa, các bá cÁm biÁn đ°āc sử dăng nhiều nh¿t với nhiều lo¿i khác nhau kể cÁ các bá cÁm biÁn bình th°ßng cũng nh° đặc biát

YÊU CÀU VÂ ĐÁNH GIÁ KÀT QUÀ HäC T¾P BÀI Mä ĐÀU

12

BÀI 1 CÀM BIÀN NHIÞT ĐÞ

Mã bài: MĐ27-01 GIàI THIÞU

CÁm biÁn nhiát đá đ°āc sử dăng nhiều trong các lĩnh vực kinh tÁ và kā thuÁt, vì cÁm biÁn nhiát đá đóng vai trò quyÁt định đÁn tính ch¿t cÿa vÁt ch¿t, nhiát đá

có thể làm Ánh h°áng đÁn các đ¿i l°āng chịu tác dăng cÿa nó, ví dă nh° áp su¿t, thể tích ch¿t khí v.v

CÁm biÁn nhiát đá r¿t nh¿y cÁm đ°āc sử dăng trong các thí nghiám, các lĩnh vực nghiên cāu khoa Trong lĩnh vực tự đáng hoá ng°ßi ta sử dăng các sensor bình th°ßng cũng nh° đặc biát

MĀC TIÊU BÀI HäC

Sau khi học xong bài này học viên có đÿ khÁ năng:

- Trình bày đ°āc c¿u t¿o, đặc tính cÿa các lo¿i cÁm biÁn theo nái dung đã học

- Thực hián đ°āc các m¿ch cÁm biÁn đúng yêu cÁu kā thuÁt

- Rèn luyán tính tÿ mỉ, chính xác và an toàn vá sinh công nghiáp

1.1 Đ¿i c°¢ng

1.1.1 Thang đo nhißt đß

Nhiát đá có ba thang đo

Thang Kelvin : hay còn gọi là thang nhiát đá đáng học tuyát đái, đ¢n vị là

K Trong thang Kelvin này ng°ßi ta gán cho nhiát đá cÿa điểm cân bằng cÿa ba tr¿ng thái n°ớc đá-n°ớc-h¢i mát giá trị sá bằng 273,15K (th°ßng đ°āc sử dăng

là 273K).Từ thang Kelvin ng°ßi ta xác định thêm các thang mới là thang Celsius

và thang Fahrenheit bằng cách chuyển dịch các giá trị nhiát đá

Thang Celsius : đ¢n vị nhiát đá là o

C Quan há giữa nhiát đá Celsius và nhiát đá Kelvin đ°āc xác định theo biểu thāc :

F )

BÁng 1.1 Thông sß đặc trưng của các thang đo nhiệt độ khác nhau

1.1.2 Nhißt đß cÁn đo và nhißt đß đ°ÿc đo

Trong t¿t cÁ các đ¿i l°āng vÁt lý,nhiát đá là mát trong những đ¿i l°āng đ°āc quan tâm nhiều nh¿t Đó là vì nhiát đá có vai trò quyÁt định trong nhiều tính ch¿t cÿa vÁt ch¿t nh° làm thay đổi áp su¿t và thể tích cÿa ch¿t khí,làm thay đổi đián trá cÿa kim lo¿i,&hay nói cách khác nhiát đá làm thay đổi liên tăc các đ¿i l°āng chịu Ánh h°áng cÿa nó

Có nhiều cách đo nhiát đá, trong đó có thể liát kê các ph°¢ng pháp chính sau

- Ph°¢ng pháp quang dựa trên sự phân bá phổ bāc x¿ nhiát do dao đáng nhiát (hiáu āng Doppler)

- Ph°¢ng pháp c¢ dựa trên sự giãn ná cÿa vÁt rắn, cÿa ch¿t lßng hoặc ch¿t khí (với áp su¿t không đổi), hoặc dựa trên tác đá âm thanh

- Ph°¢ng pháp đián dựa trên sự phă thuác cÿa đián trá vào nhiát đá (hiáu āng Seebeck), hoặc dựa trên sự thay đổi tÁn sá dao đáng cÿa th¿ch anh

1.2 Nhißt đißn trå Platin và Niken

1.2.1 Đißn trå kim lo¿i thay đổi theo nhißt đß

- Nhiát đián trá là linh kián mà đián trá cÿa bÁn thân nó s¿ thay đổi khi nhiát đá tác đáng lên nó thay đổi

Nhiát đián trá th°ßng đ°āc chÁ t¿o từ các vÁt liáu có khÁ năng chịu nhiát nh° :

- Nhiát đián trá đồng với khÁ năng chịu nhiát : -50 o

Trong đó: n - là sá đián tử tự do trong mát đ¢n vị dián tích

e - là đián tích cÿa đián tử tự do

¼- là tính linh ho¿t cÿa đián tử, đ°āc đặc tr°ng bái tác đá cÿa đián tử trong từ tr°ßng)

14

Đián trá kim lo¿i thay đổi theo nhiát đá có °u điểm đ°āc sử dăng r¿t ráng rãi và đ°āc sử dăng nhiều Song nh°āc điểm cÿa đián trá kim lo¿i thay đổi theo nhiát đá là kích th°ớc lớn, cồng kềnh, có quán tính lớn

1.2.2 Nhißt đißn trå Platin

Platin là vÁt liáu cho nhiát đián trá đ°āc dùng ráng rãi trong công nghiáp

Có 2 tiêu chuẩn đái với nhiát đián trá platin, sự khác nhau giữa chúng nằm á māc đá tinh khiÁt cÿa vÁt liáu HÁu hÁt các quác gia sử dăng tiêu chuẩn quác tÁ DIN IEC 751 – 1983 (đ°āc sửa đổi lÁn thā nh¿t vào năm 1986, lÁn thā 2 vào năm 1995) USA v¿n tiÁp tăc sử dăng tiêu chuẩn riêng

à cÁ 2 tiêu chuẩn đều sử dăng ph°¢ng trình Callendar – VanDusen :

BÁng 1.2 Tiêu chuẩn qußc tế IEC-751 và SAMA RC-4

R0 cÿa nhiát đián trá Pt 100 là 100Ω, cÿa Pt 1.000 là 1.000Ω, các lo¿i Pt

500 , Pt 1.000 có há sá nhiát đá lớn h¢n, do đó đá nh¿y lớn h¢n (đián trá thay đổi m¿nh h¢n theo nhiát đá) Ngoài ra còn có lo¿i Pt 10 có đá nh¿y kém dùng để

đo nhiát đá trên 6000C

Tiêu chuẩn IEC 751 chỉ định nghĩa 2 đẳng c¿p dung sai A, B Trên thực tÁ xu¿t hián thêm lo¿i C và D (BÁng 1.3) Các tiêu chuẩn này cũng áp dăng cho các lo¿i nhiát đián trá khác

BÁng 1.3 Tiêu chuẩn về dung sai

Theo tiêu chuẩn DIN vÁt liáu Platin dùng làm nhiát đián trá có pha t¿p Do

đó khi bị các t¿p ch¿t khác thẩm th¿u trong quá trình sử dăng sự thay đổi trị sá đián cÿa nó ít h¢n so với các Platin ròng, nhß thÁ sự ổn định lâu dài theo thßi gian, thích hāp h¢n trong công nghiáp Trong công nghiáp nhiát đián trá Platin th°ßng dùng có đ°ßng kính 30 ¼m (so sánh với đ°ßng kính sāi tóc khoÁng 100

¼m )

* M¿ch ąng dāng vái nhißt đißn trå platin :

ADT70 là IC do hãng Analog Devices sÁn xu¿t, cung c¿p sự kÁt hāp lý t°áng với Pt1.000, ta s¿ có dÁi đo nhiát đá ráng, nó cũng có thể sử dăng với Pt100 Trong tr°ßng hāp có sự cách biát, với nhiát đián trá Platin kā thuÁt màng mßng, ADT70 có thể đo từ 500C đÁn 5000C, còn với nhiát đián trá

Platin tát, có thể đo đÁn 1.0000C Đá chính xác cÿa há tháng gồm ADT70 và nhiát đián trá Platin á thang đo -2000C đÁn 1.0000C phă thuác nhiều vào phẩm ch¿t cÿa nhiát đián trá Platin

Các thông sá thiÁt bị ADT70 :

- Sai sá :±10C

- Đián áp ho¿t đáng: 5 vôn hoặc ±5 vôn

- Nhiát đá ho¿t đáng: Từ – 400C đÁn 1250C (d¿ng 20 – lead DIP, SO

packages)

Āng dăng: ThiÁt bị di đáng, bá điều khiển nhiát đá

ADT70 có 2 thành phÁn chính : Nguồn dòng có thể điều chỉnh và bá phÁn khuyÁch đ¿i, nguồn dòng có thể điều chỉnh bá phÁn khuyÁch đ¿i Nguồn dòng đ°āc sử dăng để cung c¿p cho nhiát đián trá và đián trá tham chiÁu Bá phÁn khuyÁch đ¿i so sánh đián áp trên nhiát đián trá và đián áp trên đián trá tham chiÁu, sau đó đ°a tín hiáu đián áp t°¢ng āng với nhiát đá (ADT70 còn có 1 opamp, 1 nguồn áp 2,5 vôn)

DÁi đo cÿa ADT70 phă thuác vào đặc tính cÿa nhiát đián trá, vì vÁy điều quan trọng là phÁi chọn lựa nhiát đián trá thích hāp với āng dăng thực tÁ

16

Hình 1.1 Sơ đồ khối ADT70

1.2.3 Nhißt đißn trå Niken

Nhiát đián trá niken so sánh với Platin rẻ tiền h¢n và có há sá nhiát đá lớn gÁn g¿p 2 lÁn ( 6,18.10 -3 ,(o C) -1 ) Tuy nhiên dÁi đo chỉ từ -600C đÁn +2500C, vì trên

3500C niken có sự thay đổi về pha, cÁm biÁn niken 100 th°ßng dùng trong công nghiáp điều hoà nhiát đá phòng

ý(ā) = ýÿ(Ā + ý ā + þ āā+ Āă+ �㕭ą) (1-6)

A = 5,485 x 10-3 ; B = 6,650 x 10-6 ; D = 2,805 x 10-11 ; F = -2,000 x 10-17Với các tr°ßng hāp không đòi hßi sự chính xác cao, ta sử dăng ph°¢ng trình sau :

R(t) = R0 (1 + a.t) (1-7)

a = alpha = 0,00672(Ohms/Ohm/0C) Từ đó dß dàng chuyển đổi thành giá trị nhiát đá :

17

Hình 1.2 Đường đặc tính cÁm biến nhiệt độ ZNI 1000

CÁm biÁn nhiát đá ZNI 1.000 do hãng ZETEX Semiconductors sÁn xu¿t sử dăng nhiát đián trá Ni, đ°āc thiÁt kÁ có giá trị 1.000( t¿i 00C)

- M¿ch āng dăng với nhiát đián trá Ni :

Zni 1.000 với ZMR500 đ°āc dùng với DVM nh° là nhiát kÁ

* Cách nái dây đo :

Nhiát đián trá thay đổi đián trá theo nhiát đá, với mát dòng đián không đổi qua nhiát đián trá, ta có thể đo đ°āc U = R.I, để cÁm biÁn không bị nóng lên qua phép đo, dòng đián cÁn phÁi nhß khoÁng 1 mA Với Pt 100 á 00C ta có đián thÁ khoÁng 0,1 vôn, đián thÁ này cÁn đ°āc đ°a đÁn máy đo qua dây đo Ta có 3 kā thuÁt nái dây đo:

Hình 1.3 Cách nối dây nhiệt điện trở

Tiêu chuẩn IEC 751 yêu cÁu dây nái đÁn cùng đÁu nhiát đián trá phÁi có màu giáng nhau (đß hoặc trắng) và dây nái đÁn 2 đÁu phÁi khác màu

- Kā thuÁt 2 dây :

18

Hình 1.4 Kỹ thuật nßi 2 dây

Giữa nhiát đián trá và m¿ch đián tử đ°āc nái bái 2 dây, b¿t cā dây d¿n đián nào đều có đián trá,đián trá này nái nái tiÁp với đián trá cÿa 2 dây đo,m¿ch đián trá s¿ nhÁn đ°āc mát đián thÁ cao h¢n đián thÁ cÁn đo, kÁt quÁ ta có chỉ thị nhiát

kÁ cao h¢n nhiát đá cÁn đo, nÁu khoÁng cách quá xa, đián trá dây đo có thể lên đÁn vài ôm

Để đÁm tránh sai sá cÿa phép đo do đián trá cÿa dây đo gây ra,ng°ßi ta bù trừ đián trá cÿa dây đo bằng mát m¿ch đián nh° sau: Mát biÁn trá bù trừ đ°āc nái vào mát trong hai dây đo và nhiát đián trá đ°āc thay thÁ bằng mát đián trá 100Ω M¿ch đián tử đ°āc thiÁt kÁ với đián trá dự phòng cÿa dây đo là

10Ω Ta chỉnh biÁn trá sao có chỉ thị 00C BiÁn trá và đián trá cÿa dây đo là 10Ω

- Kā thuÁt 3 dây :

Hình 1.5 Kỹ thuật nßi 3 dây

Từ nhiát đián trá cÿa dây đo đ°āc nái thêm mát đián trá Với cách nái dây này

ta có 2 m¿ch đo đ°āc hình thành, mát trong hai m¿ch đ°āc dùng làm m¿ch chuẩn, với kā thuÁt 3 dây, sai sá cÿa phép đo do đián trá dây đo và sự thay đổi cÿa nó do nhiát đá không còn nữa Tuy nhiên 3 dây đo cÁn có cùng trị sá kā thuÁt và có cùng mát nhiát đá Kā thuÁt 3 dây r¿t phổ biÁn

19

- Kā thuÁt 4 dây :

Hình 1.6 Kỹ thuật nối 4 dây

Với kā thuÁt 4 dây ng°ßi ta đ¿t kÁt quÁ đo tát nh¿t, hai dây đ°āc dùng cho mát dòng đián không đổi qua nhiát đián trá Hai dây khác đ°āc dùng làm dây đo đián thÁ trên nhiát đián trá, tr°ßng hāp tổng trá ngõ vào cÿa m¿ch đo r¿t lớn so với đián trá dây đo, đián trá dây đo coi nh° không đáng kể, đián thÁ đo đ°āc không bị Ánh h°áng bái đián trá dây đo và sự thay đổi cÿa nó do nhiát

* Các c¿u trúc cÿa cÁm biÁn nhiát platin và nickel :

- Nhiát đián trá với vß gám: Sāi Platin đ°āc giữ chặt trong áng gám sā với bát áit nhôm, dÁi đo từ – 2000C đÁn 8000C

- Nhiát đián trá với vß thuÿ tinh: Lo¿i này có đá bền c¢ học và đá nh¿y cao, dÁi đo từ – 2000C đÁn 4000C, đ°āc dùng trong môi tr°ßng hoá ch¿t có đá ăn mòn hoá học cao

- Nhiát đián trá với vß nhựa : Giữa 2 lớp nhựa polyamid dây platin có đ°ßng kính khoÁng 30 mm đ°āc dán kín Với c¿u trúc mÁng, cÁm biÁn này đ°āc dùng để đo nhiát đá bề mặt các áng hay cuán dây biÁn thÁ DÁi đo từ – 800C đÁn

2300C

- Nhiát đián trá với kā thuÁt màng mßng: Lo¿i này có c¿u trúc cÁm biÁn gồm mát lớp màng mßng (platin) đặt trên nền ceramic hoặc thuÿ tinh Tia lazer đ°āc sử dăng để chuẩn hoá giá trị đián trá cÿa nhiát đián trá

1.3 CÁm biÁn nhißt đß vái v¿t lißu Silic

* Nguyên tắc :

Hình v¿ 1.7 thể hián c¿u trúc c¢ bÁn cÿa mát cÁm biÁn, kích th°ớc cÿa mát cÁm biÁn là 500 x 500 x 200(mặt trên cÿa cÁm biÁn là mát lớp SiO2có mát vùng hình tròn đ°āc m¿ kim lo¿i có đ°ßng kính khoÁng 20 m, toàn bá mặt đáy đ°āc m¿ kim lo¿i

Hình 1.7 Cấu trúc cơ bản của cảm biến Silic

Hình v¿ 1.8 biểu dißn m¿ch đián t°¢ng đ°¢ng t°āng tr°ng thay thÁ cho cÁm biÁn silic (sÁn xu¿t theo nguyên tắc đián trá phân rÁi) Sự sắp xÁp này d¿n đÁn sự phân bá dòng qua tinh thể có d¿ng hình nón, đây là nguồn gác có tên gọi đián trá phân rÁi

21

Hình 1.8 M¿ch điện tương đương tượng trưng thay thế cÁm biến Silic

Đián trá cÁm biÁn nhiát R đ°āc xác định nh° sau :

ý = Ā/ÿþ (1-9)

Trong đó : R - là đián trá cÁm biÁn nhiát

ρ- là đián trá su¿t cÿa vÁt liáu silic ( lá thuác vào nhiát đá)

d - là đ°ßng kính cÿa hình tròn vùng m¿ kim lo¿i mặt trên

- Đặc tr°ng kā thuÁt c¢ bÁn cÿa dòng cÁm biÁn KTY(hãng Philips sÁn xu¿t) Với sự chính xác và ổn định lâu dài cÿa cÁm biÁn với vÁt liáu silic KYT sử dăng công nghá đián trá phân rÁi là mát sự thay thÁ tát cho các lo¿i cÁm biÁn nhiát đá truyền tháng

¯u điểm chính :

- Sự ổn định : GiÁ thiÁt cÁm biÁn làm viác á nhiát đá có giá trị bằng mát nửa giá trị nhiát đá ho¿t đáng cực đ¿i, sau thßi gian làm viác ít nh¿t là 45.000 giß (khoÁng 51 năm) hoặc sau 1.000 giß (1,14 năm), ho¿t đáng liên tăc với dòng định māc t¿i giá trị nhiát đá ho¿t đáng cực đ¿i cÁm biÁn silic s¿ cho kÁt quÁ đo với sai sá nh° bÁng d°ới đây

TYPE Sai sß tiêu biểu (K) Sai sß lớn nhất (K)

BÁng 1.4 Sai sß của cÁm biến silic (do thời gian sử dụng)

- Sử dăng công nghá silic : Do cÁm biÁn đ°āc sÁn xu¿t dựa trên nền tÁng công nghá silic nên gián tiÁp chúng ta đ°āc h°áng lāi ích từ những tiÁn bá trong lĩnh vực công nghá này đồng thßi điều này cũng gián tiÁp mang l¿i những Ánh h°áng tích cực cho công nghá đóng gói, n¢i mà luôn có xu h°ớng thu nhß

- Sự tuyÁn tính: CÁm biÁn với vÁt liáu silic có há sá gÁn nh° là hằng sá trên toàn bá thang đo, đặc tính này là mát điều lý t°áng để khai thác sử dăng (đặc tr°ng kā thuÁt cÿa KYT 81)

Nhiát đá ho¿t đáng cÿa các cÁm biÁn silic thông th°ßng bị giới h¿n á 1500C KYT 84 với vß bọc SOD68 và công nghá nái đặc biát giữa dây d¿n và chip có thể ho¿t đáng đÁn nhiát đá 3000C

KYT 82 – 1 1.000 1% tới 5% - 55 tới 150 SOT 23

KYT 82 – 2 2.000 1% tới 5% - 55 tới 150 SOT 23

KYT 83 – 1 1.000 1% tới 5% - 55 tới 175 SOD 68 (DO – 34)

(R100)

1% tới 5% - 40 tới 300 SOD 68 (DO – 34)

BÁng 1.5 Đặc điểm sÁn phẩm của cÁm biến KYT

Đái với lo¿i KYT 83, ta có ph°¢ng trình toán học biểu dißn mái quan há giữa

đián trá và nhiát đá nh° sau :

�㔑�㔓 = �㔑ÿþÿ[Ā + ý(�㔓 2 �㔓ÿþÿ) + þ(�㔓 2 �㔓ÿþÿ)ā] (1-10)

Trong đó : R T - là đián trá nhiát đá

Rref - là đián trá t¿i T ref (100 C với lo¿i KYT 84 và 25 C với các cÁm biÁn

BÁng 1.6 Các hệ sß của các lo¿i cÁm biến

Chú ý: Với lo¿i cÁm biÁn KYT 83/84 khi lắp đặt cÁn chú ý đÁn cực tính, đÁu có v¿ch màu cÁn nái vào cực âm, còn KYT 81/82 khi lắp đặt ta không cÁn quan tâm đÁn cực tính

* M¿ch đián tiêu biểu với KTY81 hoặc KTY82 :

Hình v¿ 1.10 cho ta mát m¿ch đián điển hình đ°āc thiÁt kÁ cho cÁm biÁn KYT 81 – 110 hoặc KYT 82 – 110 (nhiát đá từ00C đÁn 1000C) Đián trá R1 và

R2, cÁm biÁn và các nhánh đián trá R3, biÁn trá P1 và R4t¿o thành mát m¿ch cÁu Giá trị R1 và R2đ°āc chọn sao cho giá trị dòng đián qua cÁm biÁn gÁn bằng 1A và tuyÁn tính hoá cÁm biÁn trong dÁi nhiát đá cÁn đo Đián áp ngõ ra thay đổi tuyÁn tính từ 0,2VS đÁn 0,6 VS (VS = 5 vôn thì Vout thay đổi từ 1 vôn đÁn 3 vôn) Ta điều chỉnh P1để Vout = 1 vôn t¿i 0 C, t¿i 100 C điều chỉnh

PVout = 3 vôn, với m¿ch đián này viác điều chỉnh P2không Ánh h°áng đÁn viác chỉnh zero

Hình 1.10 M¿ch đo nhiệt độ sử dụng KYT81-110

1.4 IC cÁm biÁn nhißt đß

2

24

Māc tiêu :

- Trình bày đ°āc c¿u t¿o và đặc tính cÿa IC cÁm biÁn nhiát đá

R¿t nhiều công ty, các hãng chÁ t¿o và sÁn xu¿t IC bán d¿n để đo và hiáu chỉnh

nhiát đá IC cÁm biÁn nhiát đá là m¿ch tích hāp nhÁn tín hiáu nhiát đá chuyển

thành tín hiáu d°ới d¿ng đián áp hoặc tín hiáu dòng đián Dựa vào các đặc tính

r¿t nh¿y cÁm cÿa các bán d¿n với nhiát đá, t¿o ra đián áp hoặc dòng đián tỉ lá

thuÁn với nhiát đá tuyát đái C, F, K hay tuỳ lo¿i Đo tín hiáu đián ta cÁn biÁt

đ°āc nhiát đá cÁn đo TÁm đo giới h¿n từ -550C đÁn 1500C, đá chính xác từ 1%

đÁn 2% tuỳ theo từng lo¿i

Sự tác đáng cÿa nhiát đá s¿ t¿o ra đián tích tự do và các lß tráng trong ch¿t bán

d¿n bằng sự phá vÿ các phân tử, bāt các electron thành d¿ng tự do di chuyển qua

các vùng c¿u trúc m¿ng tinh thể, t¿o sự xu¿t hián các lß tráng nhiát làm cho tỉ lá

đián tử tự do và các lß tráng tăng lên theo quy luÁt hàm sá mũ với nhiát đá KÁt

quÁ cÿa hián t°āng này là d°ới māc đián áp thuÁn, dòng thuÁn cÿa mái nái p – n

trong diode hay transistor s¿ tăng theo hàm sá mũ theo nhiát đá

Trong m¿ch tổ hāp, cÁm biÁn nhiát th°ßng là đián áp cÿa lớp chuyển tiÁp p – n

trong mát transistor lo¿i bipolar, Texinstruments có STP 35 A/B/C; National

Semiconductor LM 35/4.5/50&vv

* CÁm biÁn nhiát LM 35/ 34 cÿa National Semiconductor :

HÁu hÁt các cÁm biÁn nhiát đá phổ biÁn đều sử dăng có phÁn phāc t¿p, chẳng

h¿n cặp nhiát đá ng¿u có māc ngõ ra th¿p và yêu cÁu bù nhiát, thermistor thì

không tuyÁn tính, thêm vào đó ngõ ra cÿa các lo¿i cÁm biÁn này không tuyÁn

tính t°¢ng āng b¿t kỳ thang chia nhiát đá nào Các khái cÁm biÁn tích hāp đ°āc

chÁ t¿o khắc phăc đ°āc những đặc điểm đó, nh°ng ngõ ra cÿa chúng quan há với

thang đo Kelvin h¢n là đá Celsius và Fahrenheit

Thang đo : +20C đÁn 1500C VS= 4Volt tới 30Volt

25

Lo¿i LM35: Precision Centigrade Temperature Sensor: Với lo¿i này ta có đián

áp ngõ ra tỉ lá trực tiÁp với thang nhiát đá Celsius (thang bách phân) Nh° thÁ mát m¿ch đián bù trừ điểm zero cÿa thang Kelvin (thang nhiát đá tuyát đái) không còn cÁn thiÁt nh° mát sá IC cÁm biÁn nhiát khác

- Đặc điểm: Đián áp ho¿t đáng: Vs= 4 vôn đÁn 30 vôn; Đián áp ngõ ra tuyÁn tính: 10 mV/0C

- Thang đo: - 550C đÁn 1500+C với LM 35/35A;

- 400C đÁn 1100C với LM 35C/35CA; 00C đÁn 1000C với LM 35D;

- Sự tự nung nóng r¿t nhß: 0,080C (trong môi tr°ßng không khí)

- Māc đá không tuyÁn tính chỉ ±1/4(0C) Lo¿i LM 34:

- Giáng nh° LM 35 nh°ng đ°āc thiÁt kÁ cho thang đo Fahrenheit từ -50 đÁn +

3000F

- Đá chính xác ±0,4(0F)

- LM 34 có ngõ ra 10mV/0F

- Đián áp ho¿t đáng: Từ 5 vôn DC đÁn 20 vôn DC

Trá kháng ngõ ra LM 34 th¿p và đặc điểm ngõ ra tuyÁn tính làm cho giá trị đọc

ra hay điều khiển m¿ch đián dß dàng

* CÁm biÁn nhiát đá AD 590 cÿa Analog Devices :

CÁm biÁn AD 590 (Analog Devices) đ°āc thiÁt kÁ làm cÁm biÁn nhiát có tổng trá ngõ ra khá lớn (10 MΩ), vi m¿ch đã đ°āc cân bằng bái nhà sÁn xu¿t, khiÁn cho dòng mA ra t°¢ng āng với chuẩn nhiát đá K Đián áp làm viác càng nhß càng tát để tránh hián t°āng tự gia nhiát, khi c¿p đián áp thay đổi, dòng đián thay đổi r¿t ít

Trình bày đ°āc c¿u t¿o và đặc tính cÿa nhiát đián trá NTC

NTC (Negative Temperature Conficient) là nhiát đián trá có há sá nhiát đián trá

âm nghĩa là giá trị đián trá giÁm khi nhiát đá tăng, giÁm từ 3% đÁn 5% trên 1 đá

26

* C¿u t¿o :

NTC là hßn hāp đa tinh thể cÿa nhiều ôxit gám đã đ°āc nung chÁy á nhiát

đá cao (1.0000C đÁn 1.4000C) nh° Fe2O3; Zn2TiO4 ; MgCr2O4 ; TiO2 hay NiO

và CO với Li2O Để có các NTC có những đặc tr°ng kā thuÁt ổn định với thßi gian dài, nó còn đ°āc xử lý với những ph°¢ng pháp đặc biát sau khi chÁ t¿o

R N – đián trá thermistor NTC á nhiát đá d¿n xu¿t T = 293K = 20 C

B – hằng sá vÁt liáu, xác định sự phă thuác nhiát đá d¿n nóng

�㔶ÿ�㕵– há sá nhiát cÿa phÁn tử thermistor NTC

Các biểu thāc trên mô tÁ sự phă thuác nhiát đá cÿa nhiát đián trá thermistor NTC á d¿ng gÁn đúng Đái với những phép đo chính xác h¢n trong mát ph¿m vi biÁn thiên nhiát đá ráng h¢n thì ít nhiều s¿ có sai lách Cho nên phÁi coi hằng sá

B là hàm biÁn thiên theo nhiát đá Hình 1.12 v¿ các đặc tuyÁn biÁn trá phă thuác

nhiát đá đái với các trị sá đián trá d¿n xu¿t và giá trị B khác nhau

tĩnh cÿa phÁn tử Hình 1.13 v¿ đặc tuyÁn nh° vÁy cÿa mát thermistor NTC d¿n nóng

Vị trí điểm cực đ¿i trên đặc tuyÁn volt-ampere tùy thuác đián trá nguái cÿa

thermistor NTC, nhiát đá môi tr°ßng và cÁ dián tích bề mặt cÿa phÁn tử d¿n nóng PhÁn tử có dián tích bề mặt lớn h¢n,do đó tÁn nhiát tát h¢n, s¿ phát tán công su¿t ra môi tr°ßng nhiều h¢n so với phÁn tử có dián tíchbề mặt nhß Trong tr°ßng hāp đó điểm cực đ¿i s¿ xê dịch về phía trị sá dòng và áp lớn h¢n Các phÁn tử nhiát đián trá d¿n nóng dùng trong đo l°ßng và m¿ch điều khiển bù cân bằng chỉ nên chịu tÁi nhẹ, sao cho không bị phát nhiát tự thân, nh° vÁy trị sá đián trá cÿa chúng mới thÁt sự chỉ tùy thuác nhiát đá môi tr°ßng.Do đián trá nguái và há sá nhiát có thể khác nhau cho những phÁn tử cùng lo¿i, đÁn māc th°ßng phÁi chỉnh định cân bằng trị sá phÁn tử bằng cách mắc nái tiÁp hay song song mát đián trá không phă thuác nhiát đá Để tuyÁn tính hoá đặc tuyÁn,ng°ßi

ta dùng s¢ đồ mắc phÁn tử d¿n nóng vào mát bá phân áp (hình 1.14) Đián trá

R1 có trị sá sao cho phÁn tử nhiát đián trá NTC chỉ thị vào khoÁng giữa ph¿m vi nhiát đá làm viác Trị sá đián trá R2 lớn g¿p 10 lÁn đián trá R1

28

Hình 1.14 Tuyến tính hóa đặc tuyến phần tử biến trở NTC

* Các thông sá cÿa biÁn trá NTC :

- Tmin; Tmax là giới h¿n nhiát đá ho¿t đáng cÿa NTC

- Pmax là công su¿t lớn nh¿t cho phép chuyển đổi ra nhiát trong NTC

* Āng dăng :

NTC có r¿t nhiều āng dăng, đ°āc chia ra làm 2 lo¿i đó là lo¿i dùng làm đo l°ßng và lo¿i làm bá trß

- Lo¿i dùng làm đo l°ßng: trong đo l°ßng và tác đáng bù, cÁn tránh hián t°āng

tự sinh nhiát do dòng NTC lớn, nh° vÁy NTC ho¿t đáng chÿ yÁu trong vùng tuyÁn tính, nh° đã mô tÁ tr°ớc đây, trong vùng này đián trá cÿa NTC đ°āc xác định bằng nhiát đá môi tr°ßng, ph¿m vi chÿ yÁu cÿa NTC trong lĩnh vực này là

đo nhiát đá, kiểm tra, điều khiển Tuy nhiên NTC cũng đ°āc dùng để bù tính phă thuác nhiát đá cÿa đián trá, làm ổn định nhiát đá cho các m¿ch đián tử dùng bán d¿n

- Lo¿i dùng làm bá trß: NTC có tính ch¿t trß, khi dòng đián qua nó lớn đÁn nßi đián trá giÁm nhiều do quá trình tự toÁ nhiát, tÁi càng lớn thì đián trá NTC càng giÁm m¿nh Nhiát đián trá NTC t¿o tác dăng trß nhằm triát dòng đỉnh trong m¿ch đèn chiÁu sáng lo¿i có tim, m¿ch đáng c¢ công su¿t nhß, m¿ch đát tim các bóng đián tử, m¿ch có tính dung kháng (tă)

1.5.2 Nhißt đißn trå PTC

Māc tiêu :

- Trình bày đ°āc c¿u t¿o và đặc tính cÿa nhiát đián trá PTC

Nhiát đián trá PTC (Positive Temperature Coefficent) là lo¿i nhiát đián trá có

há sá nhiát đián trá d°¢ng (giá trị đián trá tăng khi nhiát đá tăng) Trong mát khoÁng nhiát đá nh¿t định PTC có há sá nhiát đá �㔶ý r¿t cao

C¿u t¿o :

VÁt liáu chÁ t¿o PTC gồm hßn hāp barium carbonate và mát vài ôxit kim lo¿i khác đ°āc ép và nung, nhiều tính ch¿t về đián khác nhau có thể đ¿t đ°āc bằng cách gia giÁm các hāp ch¿t trán khác nhau về nguyên vÁt liáu bằng cách gia

29

nhiát theo nhiều ph°¢ng pháp khác nhau, sau khi gia nhiát nung kÁt các mái nái

đã đ°āc hình thành á trong thermistors sau đó trong quá trình sÁn xu¿t các dây nái d¿n ra ngoài đ°āc thêm vào, nhiát đián trá PTC thông th°ßng đ°āc phÿ bên ngoài mát lớp vß có c¿u t¿o nh° vecni để cháng l¿i Ánh h°áng cÿa môi tr°ßng không khí

* Đặc tính nhißt đß - đißn trå căa nhißt đißn trå PTC :

PhÁn tử nhiát đián trá PTC d¿n nguái có há sá nhiát đá d°¢ng PTC r¿t lớn trong mát ph¿m vi nhiát đá đặc tr°ng Trong khoÁng nhiát đá này đián trá thermistor gia tăng h¢n m°ßi phÁn trăm Sự gia tăng đián trá là do tác đáng ch¿t bán d¿n và hiáu āng sắt-đián à vùng lân cÁn h¿t nhân tinh thể có mát lớp chặn

mà đá lớn māc đián thÁ cÿa nó tùy thuác hằng sá đián môi cÿa vÁt liáu quanh nó

Sự hình thành lớp chặn quyÁt định māc gia tăng đián trá à miền đián trá th¿p, lớp chặn dàn ra t°¢ng đái yÁu, hằng sá đián môi lớn, nhiát đá làm viác cÿa phÁn

tử th¿p h¢n nhiát đá chuyển pha, đ°āc coi nh° trị sá giới h¿n hay còn gọi là nhiát đá Curie Trên māc ng°ÿng nhiát đá chuyển pha thì hằng sá đián môi giÁm xuáng, lớp chặn m¿nh lên, và nh° vÁy đián trá phÁn tử tăng lên có d¿ng dác đāng Sự ho¿t hoá nhiát cÿa tÁi gây ra sự săt giÁm đián trá á ch¿t bán d¿n, s¿ đ°āc bù hoàn, mặc dù v¿n còn có thể nhÁn th¿y á miền nhiát đá th¿p h¢n nhiát

đá Curie

Điểm đÁu ph¿m vi làm viác gọi là nhiát đá ban đÁu TA , đián trá t°¢ng āng với nhiát đá đó là đián trá ban đÁu R A – là trị sá đián trá nhß nh¿t cÿa phÁn tử nhiát đián trá PTC Đián trá t°¢ng āng điểm đÁu đo¿n tăng tr°áng dác đāng đ°āc coi

là trị sá danh định R N á nhiát đá danh định T N.Nhiát đá danh định gÁn nh° t°¢ng āng nhiát đá Curie cÿa vÁt liáu phÁn tử nhiát đián trá d¿n nguái Để trị danh định trá thành giá trị có thể tái lặp l¿i, ng°ßi ta tháng nh¿t rằng trị sá đián trá danh định R N có đá lớn g¿p đôi trị đián trá ban đÁu R A

ý�㕵 = āýý (2-15) Nhiát đá T E là cuái điểm cuái đo¿n tăng tr°áng đián trá dác đāng Nh° th¿y từ

sự biÁn thiên đián trá cÿa phÁn tử d¿n nguái phă thuác vào nhiát đá, các giá trị nhiát đá cuái T E và đián trá cuái R E không phÁi là những thông sá đặc tr°ng cÿa phÁn tử cÁm biÁn nhiát đián trá

30

Hình 1.15 Đặc tính nhiệt độ - điện trở

* Các thông sá cÿa cÁm biÁn nhiát PTC :

- TN: Nhiát đá danh định, t¿i giá trị nhiát đá RN = 2.RA

- α N: Há sá nhiát đá nhiát đián trá PTC

- TE: Nhiát đá giới h¿n vùng làm viác

V0lên māc cao (hình 1.17)

31

- PTC đ°āc dùng để phát hián sự tăng nhiát b¿t th°ßng trong đáng c¢ bằng cách đo trực tiÁp, cÁm biÁn nhiát đ°āc gắn chìm trong cuán Stato, tín hiáu đ°āc

xử lý nhß mát thiÁt bị điều khiển d¿n đÁn tác đáng (Hình 1.18)

NÁu nhiát đá trong cuán dây đáng c¢ á tr¿ng thái bình th°ßng thì đián trá cÁm biÁn giÁm xuáng đÁn māc th¿p cÁn thiÁt Reset, thiÁt bị tự đáng reset nÁu thiÁt bị không cài đặt reset bằng tay

* Rèn luyán tính tÿ mỉ, chính xác và an toàn vá sinh công nghiáp

* Măc đích : KhÁo sát cÁm biÁn nhiát đá Pt 100, Pt 1.000

* ThiÁt bị : CÁm biÁn Pt 100 và Pt 1000, IC ADT70

* Thực hián :

- Lắp đặt m¿ch đo nhiát đá sử dăng nhiát đá trá Pt1000 với IC ADT 70 nh° hình 1.19

+ Đo giá trị đián áp ngõ ra (VOUT IA và điểm nái mass) : VOUT =

+ Tính giá trị nhiát đá môi tr°ßng cÿa phòng thí nghiám: t =

- Lắp m¿ch nh° hình 1.19, nh°ng cÁn l°u ý thay giá trị đián trá RG= 4,98kΩ nh° hình 1.20 (Viác thay RG giúp giữ tỉ lá đián áp ngõ ra và nhiát đá nh° khi dùng Pt1.000)

+ Thay đián trá tham chiÁu 1000Ω bằng đián trá 100Ω

+ Đo giá trị đián áp ngõ ra (VOUT IA và điểm nái mass) : VOUT =

+ Tính giá trị nhiát đá môi tr°ßng cÿa phòng thí nghiám : t =

Thực hián đ°āc các m¿ch cÁm biÁn LM35 đúng yêu cÁu kā thuÁt

Rèn luyán tính tÿ mỉ, chính xác và an toàn vá sinh công nghiáp

+ Đ°a cÁm biÁn đÁn gÁn nguồn nhiát theo dõi sự thay đổi cÿa VOUT

- Lắp m¿ch nh° á hình v¿ 1.23 thang đo - 550C đÁn 1500C Giá trị R1đ°āc chọn tuỳ thuác vào –VS ; R1 = - VS/50 ¼A

+ Sử dăng milivôn kÁ đo giá trị đián áp VOUT : VOUT =

34

Thực hành vái cÁm biÁn nhißt đißntrå NTC PTC

Thực hành vái cÁm biÁn nhißt đißntrå NTC

sự thay đổi đián trá do nhiát đá cÿa môi tr°ßng vì trong phòng thí nghiám, nhiát

đá coi nh° không đổi

Lắp thí nghiám theo m¿ch hình 1.26, đo dòng đián qua đián trá NTC theo các đián áp đã cho trong bÁng d°ới đây, để chỉnh đ°āc tr¿ng thái nhiát đá ổn định khi thay đổi đián áp, các phép đo đ°āc thực hián lÁn l°āt theo khoÁng cách về thßi gian là 30s

35

Hình 1.26

Để xây dựng đặc tính cÿa R = f(t ) cÁn đồi hßi các giá trị đián trá cÿa đián trá NTC đ°āc xác định từ các giá trị dòng đián đã đo và các đián áp cho tr°ớc á bÁng sau đây:

I(mA)

R(kΩ)

I (mA)

sự thay đổi đián trá do nhiát đá cÿa môi tr°ßng vì trong phòng thí nghiám, nhiát

đá coi nh° không đổi

Lắp thí nghiám theo m¿ch hình 1.27, đo dòng đián qua đián trá PTC theo các

37

đián áp đã cho trong bÁng d°ới đây, để chỉnh đ°āc tr¿ng thái nhiát đá ổn định khi thay đổi đián áp, các phép đo đ°āc thực hián lÁn l°āt theo khoÁng cách về thßi gian là 30s

Hình 1.27

Để xây dựng đặc tính cÿa R = f(t ) cÁn đồi hßi các giá trị đián trá cÿa đián trá NTC đ°āc xác định từ các giá trị dòng đián đã đo và các đián áp cho tr°ớc á bÁng sau đây :

+ Về kỹ năng: Đánh giá kỹ năng thực hành lắp ráp mạch điện, các thông

số tính toán và đường đặc tính của cảm biến theo yêu cầu của bài

+ Thái độ: Tỉ mỉ, cẩn thận, chinh xác, ngăn nắp trong công việc

39

BÀI 2 CÀM BIÀN TIÞM C¾N

VÀ CÁC LO¾I CÀM BIÀN XÁC ĐâNH Vâ TRÍ, KHOÀNG CÁCH

Mã bài: MĐ27-02 GIàI THIÞU

CÁm biÁn tiám cÁn đ°āc sử dăng nhiều trong các lĩnh vực tự đáng hoá quá trình sÁn xu¿t, trong các dây chuyền tự đáng hoá sÁn xu¿t, trong các n¢i làm viác khó khăn, đác h¿i, vì cÁm biÁn tiám cÁn dùng để nhÁn biÁt có hoặc không các vÁt thể

MĀC TIÊU BÀI HäC

Sau khi học xong bài này học viên có đÿ khÁ năng:

- Phát biểu đ°āc đặc tính cÿa cÁm biÁn tiám cÁn theo nái dung đã học

- Trình bày đ°āc c¿u t¿o, nguyên lý ho¿t đáng, ph¿m vi āng dăng cÿa các lo¿i cÁm biÁn tiám cÁn, đo vị trí và khoÁng cách theo nái dung đã học

- Trình bày đ°āc cách phân lo¿i các lo¿i cÁm biÁn theo nái dung đã học

- Thực hián đ°āc các m¿ch cÁm biÁn đián cÁm và đián dung đ¿t các yêu cÁu về

kā thuÁt

- Rèn luyán tính t° duy, sáng t¿o, chÿ đáng trong quá trình học tÁp

2.1 CÁm biÁn tißm c¿n (Proximity Sensor)

Māc tiêu :

- Phát biểu đ°āc đặc tính cÿa cÁm biÁn tiám cÁn

- Trình bày đ°āc c¿u t¿o, nguyên lý ho¿t đáng, ph¿m vi āng dăng cÿa các lo¿i cÁm biÁn tiám cÁn

- Trình bày đ°āc cách phân lo¿i các lo¿i cÁm biÁn tiám cÁn

2.1.1 Đ¿i c°¢ng và cÁm biÁn tißm c¿n

CÁm biÁn tiám cÁn là tên th°ßng gọi để chỉ các cÁm biÁn chuyên dùng để đo l°ßng, phát hián vÁt á mát khoÁng cách gÁn, mà không cÁn phÁi tiÁp xúc trực tiÁp lên vÁt đo l°ßng CÁm biÁn tiám cÁn có các đặc điểm sau :

- Phát hián vÁt không cÁn tiÁp xúc

- Tác đá đáp āng cao

- ĐÁu sensor nhß, có thể lắp đặt nhiều n¢i

- Có thể sử dăng trong môi tr°ßng khắc nghiát

Đái với cÁm biÁn tiám cÁn th°ßng đ°āc chia thành hai lo¿i, đó là :

- CÁm biÁn đián cÁm

- CÁm biÁn đián dung

* Các thuÁt ngữ th°ßng sử dăng :

- V¿t chuẩn, v¿t cÁm biÁn :

40

+ VÁt chuẩn (Standard Object) : Mát vÁt đ°āc là vÁt chuẩn nÁu hình d¿ng, vÁt liáu kích cÿ& cÿa vÁt liáu phÁi phù hāp với yêu cÁu cÿa nhà sÁn xu¿t để có thể phát huy hÁt đặc tính kā thuÁt cÿa sensor

Hình 2.1 Cách đo lường không tiếp xúc của cảm biến tiệm cận

+ VÁt cÁm biÁn (Target Object) : là vÁt đ°āc đ°a vào để cho cÁm biÁn đo l°ßng, phát hián, hay nói cách khác đây chính là vÁt cÁn đo l°ßng do đó, để có thể phát huy đ°āc các tính năng kā thuÁt cÿa cÁm biÁn, yêu cÁu ng°ßi thiÁt kÁ phÁi biÁt rõ các tính ch¿t cÿa vÁt cÁm biÁn để có thể lựa chọn cÁm biÁn phù hāp

- KhoÁng cách phát hián, khoÁng cách cài đặt :

+ KhoÁng cách phát hián (Detecting Distance) : là khoÁng cách từ bề mặt cÁm biÁn á đÁu sensor tới vị trí vÁt chuẩn xa nh¿t mà sensor có thể phát hián đ°āc + KhoÁng cách cài đặt (Setting Distance) : là khoÁng cách từ bề mặt cÁm biÁn

á đÁu sensor tới vị trí vÁt cÁm biÁn để sensor có thể phát hián vÁt ổn định

(th°ßng khoÁng cách này bằng 70-80% khoÁng cách phát hián)

41

Hình 2.2 KhoÁng cách phát hiện vật chuẩn của cÁm biến

Hình 2.3 KhoÁng cách cài đặt đßi với vật cÁm biến

- Thßi gian đáp āng, tÁn sá đáp āng :

+ Thßi gian đáp āng (Response Time) :