Tìm hiểu về cảm biến đo độ ẩm và ứng dụng

Tìm hiểu về cảm biến đo độ ẩm và ứng dụng

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ BÀI TẬP LỚN Đề tài Tìm hiểu cảm biến đo độ ẩm ứng dụng GVHD: TS Nguyễn Ngọc Linh Nhóm sinh viên: Nhóm Khoa: Cơ học kỹ thuật & Tự động hóa Lớp: K57M Hà Nội, ngày 19/05/2015 Kỹ thuật đo lường & cảm biến Lời mở đầu Trong thời buổi công nghệ phát triển mạnh mẽ, ngày có nhiều sản phẩn đời với tính vượt bậc vô đa dạng, phong phú đặc biệt thông chứa đựng sản phẩm Khoa học phát triển làm cho ngành khác phát triển theo, kể đến điện tử, công nghệ thông tin, viễn thông, khí, chế tạo máy, … Các ngành khoa học có kết hợp chặt chẽ với từ khí, điện tử đến lập trình Ngành điện tử đời mà đỉnh cao loại rô bốt thông minh, máy móc thông minh, … Một hệ thống máy móc thông minh cấu thành từ nhiều phận, vi xử lý lập trình phức tạp, cấu chấp hành, xử lý phức tạp hoạt động ngày mềm mại Có phận vô quan trọng để tạo lên thông minh không kể đến loại cảm biến Nhờ có cảm biến, robot ngày phát triển để nhận biết hành động phức tạp ví dụ tay máy nắm lấy cốc thủy tinh cho không vỡ, hệ thống tự động đóng mở cửa có người vào siêu thị, … Có nhiều loại cảm biến chế tạo sử dụng theo mục đích khác đời sống cảm biến cảm nhận nhiệt độ, ánh sáng, âm thanh, lực, dòng chảy, … Tùy theo loại công việc mà loại cảm biến có cách chế tạo khác Có nhiều loại cảm biến thị trường nay, loại cảm biến thông dụng cảm biến đo độ ẩm Độ ẩm đặc trưng quan trọng khí hậu có ý nghĩa quan trọng số trình công nghệ Trong khí quyển, độ ẩm tồn phạm vi rộng (từ vài phần triệu ppm đến nước bão hòa 1000C), khoảng nhiệt độ lớn (từ -600 C đến 10000C), lẫn tạp chất hóa chất khác Độ ẩm chất lỏng hàm lượng nước chất lỏng nước thành phần cấu tạo bản, hàm lượng nước dầu mỏ, rượu,… Ứng dụng cảm biến độ ẩm vô đa dạng, dùng xác định độ ẩm đất, nhà máy, phòng thí nghiệm đơn để xác định độ ẩm không khí Vì lý vậy, nhóm em định thực đề tài tìm hiểu cảm biến đo độ ẩm ứng dụng Bài chúng em gồm có phần sau:  Giới thiệu chung  Nguyên lý đo cảm biến  Các loại cảm biến thông dụng  Cảm biến đo độ ẩm  Giới thiệu cảm biến HS1101 ứng dụng đo độ ẩm đất Các thành viên nhóm STT Họ tên Phạm Trần Hoàng Đỗ Văn Lực Lê Tuấn Anh Nguyễn Viết Bình Cảm biến đo độ ẩm Mã sinh viên 12020162 12020244 12020004 12020525 Ghi Trang Kỹ thuật đo lường & cảm biến Mục lục Lời mở đầu I Giới thiệu chung Khái niệm Phân loại cảm biến Đường cong chuẩn cảm biến Một số đặc trưng a Độ nhạy cảm biến b Độ tuyến tính c Sai số độ xác d Độ nhanh thời gian hồi đáp e Giới hạn sử dụng cảm biến 10 II Nguyên lý đo cảm biến 11 Với cảm biến tích cực 11 a Hiệu ứng nhiệt điện 11 b Hiệu ứng hỏa điện 11 c Hiệu ứng áp điện 11 d Hiệu ứng cảm ứng điện từ 12 e Hiệu ứng quang điện 12 f Hiệu ứng quang – điện – từ 12 g Hiệu ứng Hall 13 Với cảm biến thụ động 13 III Các loại cảm biến thông dụng 14 Cảm biến quang 14 Cảm biến đo nhiệt độ 14 Cảm biến đo độ ẩm 14 Cảm biến đo vị trí dịch chuyển 14 Cảm biến đo biến dạng 15 Cảm biến đo lực 15 Cảm biến đo vận tốc, gia tốc rung 16 Cảm biến đo áp suất chất lưu 17 Cảm biến đo độ ẩm Trang Kỹ thuật đo lường & cảm biến Cảm biến đo lưu lượng mức chất lưu 17 10 IV Cảm biến thông minh 18 Giới thiệu cảm biến đo độ ẩm 19 Các khái niệm chung 19 a Độ ẩm 19 b Một số định nghĩa 19 Phân loại cảm biến độ ẩm 20 Ẩm kế biến thiên trở kháng 20 a Ẩm kế điện trở 20 b Ẩm kế tụ điện 21 Ẩm kế hấp thụ 22 Ẩm kế quang 25 Cảm biến độ ẩm kiểu nhiệt dẫn 26 Lựa chọn đặc tính kỹ thuật cảm biến độ ẩm 27 a Các tiêu chí lựa chọn cảm biến độ ẩm 27 b Lựa chọn cảm biến RH kiểu điện dung 27 c Lựa chọn cảm biến độ ẩm kiểu điện trở 28 d Lựa chọn cảm biến kiểu nhiệt dẫn 29 V Giới thiệu cảm biến đo độ ẩm HS1101 ứng dụng đo độ ẩm đất 30 Giới thiệu cảm biến HS1101 30 Ứng dụng cảm biến HS1101 đo độ ẩm đất 32 Tài liệu tham khảo 34 Cảm biến đo độ ẩm Trang Kỹ thuật đo lường & cảm biến I Giới thiệu chung Khái niệm Cảm biến thiết bị dùng để cảm nhận, biến đổi đại lượng vật lý đại lượng tính chất điện cần đo thành đại lượng điện đo xử lý Các đại lượng cần đo (m) thường tính chất điện (nhiệt độ, áp suất, khoảng cách, ánh sáng, độ ẩm, …) tác động lên cảm biến xác định đặc trưng (s) mang tính chất điện (điện tích, điện áp, dòng điện, trở kháng) chứa đựng thông tin cho phép xác định giá trị đại lượng đo Đặc trưng (s) hàm đại lượng cần đo (m): s = f(m) Trong công thức, s đại lượng đầu phản ứng cảm biến, m đại lượng đầu vào hay kích thích (có nguồn gốc đại lượng cần đo), thông qua đo đạc (s) cho phép nhận biết giá trị kích thích (m) Phân loại cảm biến  Theo nguyên lý chuyển đối đáp ứng kích thích + Hiện tượng vật lý + Hiện tượng hóa học o Nhiệt điện o Biến đổi hóa học o Quang điện o Biến đổi điện hóa o Quang từ o Phân tích phổ o Điện từ + Hiện tượng sinh học o Quang đàn hồi o Biến đổi sinh hóa o Từ điện o Biển đổi vật lý o Nhiệt từ o Hiệu ứng thể sống  Theo dạng kích thích + Âm o Hệ số phát xạ, khúc xạ o Biên pha, phân cực o Hệ số hấp thụ, hệ số xạ o Phổ + Cơ o Tốc độ truyền ánh sáng o Vị trí + Điện o Lực, áp suất o Điện tích, dòng điện o Ứng suất, độ cứng o Điện thế, điện áp o Moment o Điện trường (biên, pha, phân cực, o Khối lượng, tỷ trọng phổ) o Vận tốc chất lưu, độ nhớt o Điện dẫn, số điện môi + Nhiệt + Từ o Nhiệt độ o Từ trường (biên, pha, phân cực, phổ) o Thông lượng o Từ thông, cường độ từ trường o Nhiệt dung, tỷ nhiệt o Độ từ thẩm + Bức xạ + Quang o Kiểu o Biên, pha, phân cực, phổ o Năng lượng o Tốc độ truyền o Cường độ  Theo tính cảm biến + Độ nhạy + Độ xác Cảm biến đo độ ẩm Trang Kỹ thuật đo lường & cảm biến + Độ phân giải + Khả tải + Độ chọn lọc + Tốc độ đáp ứng + Độ tuyến tính + Độ ổn định + Công suất tiêu thụ + Tuổi thọ + Dải tần + Điều kiện môi trường + Độ trễ + Kích thước, trọng lượng  Theo phạm vi sử dụng + Công nghiệp + Giao thông + Nông nghiệp + Nghiên cứu khoa học + Môi trường, khí tượng + Vũ trụ + Thông tin, viễn thông + Quân + Dân dụng  Theo thông số mô hình mạch thay + Cảm biến tích cực có đầu nguồn áp nguồn dòng + Cảm biến thụ động đặc trưng thông số R, L, C, … tuyến tính phi tuyến Đường cong chuẩn cảm biến Đường cong chuẩn cảm biến đường cong biểu diễn phụ thuộc đại lượng điện (s) đầu cảm biến vào giá trị đại lượng đo (m) đầu vào Đường cong chuẩn biểu diễn biểu thức đại số dạng s = f(m) Dựa vào đường cong chuẩn cảm biến, ta xác định giá trị mi chưa biết m thông qua giá trị đo si s Để dễ sử dụng người ta thường chế tạo cảm biến có phụ thuộc tuyến tính đại lượng đầu đại lượng đầu vào, phương trình s = f(m) có dạng s = am+b, a, b hệ số, đường cong chuẩn đường thẳng Hình Đường cong chuẩn cảm biến  Các phương pháp chuẩn cảm biến Chuẩn cảm biến phép đo nhằm mục đích xác lập mối quan hệ giá trị s đo đại lượng điện đầu giá trị m đại lượng đo có tính đến yếu tố ảnh hưởng, sở xây dựng đường cong chuẩn dạng tường (đồ thị biểu thức đại số) Khi chuẩn cảm biến, với loạt giá trị biết xác mi m, đo giá trị tương ứng si s dựng đường cong chuẩn Cảm biến đo độ ẩm Trang Kỹ thuật đo lường & cảm biến Hình Phương pháp chuẩn cảm biến - Chuẩn đơn giản: Trong trường hợp đại lượng đo có đại lượng vật lý tác động lên đại lượng đo xác định cảm biến sử dụng không nhạy với tác động đại lượng ảnh hưởng dùng phương pháp chuẩn đơn giản Thực chất chuẩn đơn giản đo giá trị đại lượng đầu ứng với giá trị xác định không đổi đại lượng đo đầu vào Việc chuẩn tiến hành theo hai cách: + Chuẩn trực tiếp: giá trị khác đại lượng đo lấy từ mẫu chuẩn phần tử so sánh có giá trị biết trước với độ xác cao + Chuẩn gián tiếp: kết hợp cảm biến cần chuẩn với cảm biến so sánh có sẵn đường cong chuẩn, hai đặt điều kiện làm việc Khi tác động lên hai cảm biến với giá trị đại lượng đo ta nhận giá trị tương ứng cảm biến so sánh cảm biến cần chuẩn Lặp lại tương tự với giá trị khác đại lượng đo cho phép ta xây dựng đường cong chuẩn cảm biến cần chuẩn - Chuẩn nhiều lần Khi cảm biến có phần tử bị trễ (trễ trễ từ), giá trị đo đầu phụ thuộc vào giá trị tức thời đại lượng cần đo đầu vào mà phụ thuộc vào giá trị trước đại lượng Trong trường hợp vậy, áp dụng phương pháp chuẩn nhiều lần tiến hành sau: + Đặt lại điểm cảm biến: đại lượng cần đo đại lượng đầu có giá trị tương uwgns với điểm gốc m = s = + Đo giá trị đầu theo loạt giá tị tăng dần đến giá trị cực đại đại lượng đo đầu vào + Lặp lại trình đo với giá trị giảm dần từ giá tri cực đại Khi chuẩn nhiều lần cho phép xác định đường cong chuẩn theo hai hướng đo tăng dần đo giảm dần Một số đặc trưng a Độ nhạy cảm biến Đối với cảm biến tuyến tính, biến thiên đầu Δs biến thiên đầu vào Δm có liên hệ tuyến tính với nhau: Δs = S.Δm Đại lượng S xác định biểu thức S  s gọi m độ nhạy cảm biến Cảm biến đo độ ẩm Trang Kỹ thuật đo lường & cảm biến Trường hợp tổng quát, biểu thức xác định độ nhạy S cảm biến xung quanh giá trị mi đại lượng đo xác định tỷ số biến thiên Δs đại lượng đầu biến thiên Δm tương ứng đại lượng đo đầu vào quanh giá trị đó:  s  S    m mmi Để phép đo đạt độ xác cao, thiết kế sử dụng cảm biến cần cho độ nhạy S không đổi, nghĩa phụ thuộc vào yếu tố sau: - Giá trị đại lượng cần đo m tần số thay đổi - Thời gian sử dụng - Ảnh hưởng đại lượng vật lý khác (không phải đại lượng đo) môi trường xung quanh Giá trị S thường cung cấp nhà sản xuất tương ứng với điều kiện làm việc định cảm biến  Độ nhạy chế độ tĩnh tỷ số chuyển đổi tĩnh Đường chuẩn cảm biến xây dựng sở đo giá trị si đầu tương ứng với giá trị không đổi mi đại lượng đo đại lượng đạt đến chế độ làm việc danh định gọi đặc trưng tĩnh cảm biến Một điểm Qi(mi, si) đặc trưng tĩnh xác định điểm làm việc cảm biến chế độ tĩnh Trong chế độ tĩnh, độ nhạy S độ dốc đặc trưng tĩnh điểm làm việc xét Như vậy, đặc trưng tĩnh tuyến tính độ nhạy chế độ tĩnh phụ thuộc vào điểm làm việc Đại lương ri xác định tỷ số giá trị si đầu giá trị mi đầu vào gọi tỷ số chuyển đổi tĩnh s ri     m Qi Từ phương trình trên: tỷ số chuyển đổi tĩnh ri không phụ thuộc vào điểm làm việc Qi S đặc trưng tĩnh đường thẳng qua gốc tọa độ  Độ nhạy chế độ động Độ nhạy chế độ động xác định đại lượng đo biến thiên tuần hoàn theo thời gian Giả sử biến thiên đại lượng đo m theo thời gian có dạng: m(t )  m0  m1 cos t Trong m0 giá trị không đổi, m1 biên độ, ω tần số góc biến thiên đại lượng đo Ở đầu cảm biến, hồi đáp s có dạng: s(t )  s0  s1 cos(t   ) + s0 giá trị không đổi tương ứng với m0 xác định điểm làm việc Q0 đường cong chuẩn chế độ tĩnh + s1 biên độ biến thiên đầu thành phần biến thiên đại lượng đo gây nên + φ độ lệch pha đại lượng đầu vào đại lượng đầu Trong chế độ động, độ nhạy S cảm biến xác định tỷ số biên độ biến thiên đầu s1 biên độ biến thiên đầu vào m1 ứng với điểm làm việc xét Q0, theo phương trình: Cảm biến đo độ ẩm Trang Kỹ thuật đo lường & cảm biến s  S    m1 Q0 Độ nhạy chế độ động phụ thuộc vào tần số đại lượng đo, S = S(f) Sự biến thiên độ nhạy theo tần số có nguồn gốc quán tính cơ, nhiệt điện đầu đo, tức cảm biến thiết bị phụ trợ, chúng cung cấp tức thời tín hiệu điện theo kịp biến thiên đại lượng đo Bởi xét hồi đáp có phụ thuộc vào tần số cần phải xem xét sơ đồ mạch đo cảm biến cách tổng thể b Độ tuyến tính Một cảm biến gọi tuyến tính dải đo xác định dải chế độ đó, độ nhạy không phụ thuộc vào đại lượng đo Trong chế độ tĩnh, độ tuyến tính không phụ thuộc độ nhạy cảm biến vào giá trị đại lượng đo, thể đoạn thẳng đặc trưng tĩnh cảm biến hoạt động cảm biến tuyến tính chừng đại lượng đo nằm vùng Trong chế độ động, độ tuyến tính bao gồm không phụ thuộc độ nhạy chế độ tĩnh S(0) vào đại lượng đo, đồng thời thông số định hồi đáp (tần số riêng f0 dao động không tắt, hệ số tắt dần ξ không phụ thuộc vào đại lượng đo Nếu cảm biến không tuyến tính, dựa vào mạch đo thiết bị hiệu chỉnh cho tín hiệu điện nhận đầu tỷ lệ với thay đổi đại lượng đo đầu vào Sự hiệu chỉnh gọi tuyến tính hóa  Đường thẳng tốt Khi chuẩn cảm biến, từ kết thực nghiệm ta nhận loại điểm tương ứng (si, mi) đại lượng đầu đại lượng đầu vào Về mặt lý thuyết, cảm biến tuyến tính, đường cong chuẩn đường thẳng, nhiên sai số đo, điểm chuẩn (mi, si) nhận thực nghiệm thường không nằm đường thẳng Đường thẳng xây dựng sở số liệu thực nghiệm cho sai số bé nhất, biểu diễn tuyến tính cảm biến gọi đường thẳng tốt Phương trình biểu diễn đường thẳng tốt lập phương pháp bình phương bé đa thức nội suy Giả sử tiến hành chuẩn cảm biến với N điểm đo, phương trình có dạng: s  am  b Trong đó, hệ số a, b xác định biểu thức sau: a N  si mi   si  mi N  m    mi  i ; b s m  m s m N  m   m  i i i i i i i  Độ lệch tuyến tính Đối với cảm biến không hoàn toàn tuyến tính, khái niệm độ lệch tuyến tính đưa xác định độ lệch cực đại đường cong chuẩn đường thẳng tốt nhất, tính % dải đo c Sai số độ xác Ngoài đại lượng cần đo, phận cảm biến chịu tác động nhiều đại lượng vật lý khác gây nên sai số giá trị đo giá trị thực đại lượng cần đo Gọi Δx Cảm biến đo độ ẩm Trang Kỹ thuật đo lường & cảm biến độ lệch tuyệt đối giá trị đo giá trị thực x (sai số tuyệt đối), sai số tương đối cảm biến tính sau:  x 100 x  % Sai số cảm biến mang tính chất ước tính biết xác giá trị thực đại lượng cần đo Khi đánh giá sai số cảm biến thường phân thành hai loại sai số hệ thống sai số ngẫu nhiên - Sai số hệ thống: sai số không phụ thuộc vào số lần đo, có giá trị không đổi thay đổi chậm theo thời gian đo thêm vào độ lệch không đổi giá trị thực giá trị đo Sai số hệ thống thường điều kiện sử dụng không tốt người đo không hiểu biết hệ đo gây Các nguyên nhân sai số kể đến là: + Do nguyên lý cảm biến + Do giá trị đại lượng chuẩn không + Do đặc tính cảm biến + Do điều kiện chế độ sử dụng + Do xử lý kết đo - Sai số ngẫu nhiên: sai số xuất có độ lớn chiều không xác định Nguyên nhân gây sai số hệ thống dự đoán được, dự đoán độ lớn dấu Các nguyên nhân gây sai số ngẫu nhiên là: + Do thay đổi đặc tính thiết bị + Do tín hiệu nhiễu ngẫu nhiên + Do đại lượng ảnh hưởng không tính đến chuẩn cảm biến Có thể giảm thiểu sai số ngẫu nhiên số biện pháp thực nghiệm thích hợp bảo vệ mạch đo tránh ảnh hưởng nhiễu, tự động điều chỉnh điện áp nguồn nuôi, bù ảnh hưởng nhiệt độ, tần số, vận hành chế độ thực phép đo lường thống kê d Độ nhanh thời gian hồi đáp Độ nhanh đặc trưng cảm biến cho phép đánh giá khả theo kịp thời gian đại lượng đầu đại lượng đầu vào biến thiên Thời gian hồi đáp đại lượng sử dụng để xác định giá trị số độ nhanh Độ nhanh tr khoảng thời gian từ đại lượng đo thay đổi đột ngột đến biến thiên đại lượng đầu khác giá trị cuối lượng giới hạn ε tính % Thời gian hồi đáp tương ứng với ε% xác định khoảng thời gian cần thiết phải chờ đợi sau có biến thiên đại lượng đo để lấy giá trị đầu với độ xác định trước Thời gian hồi đáp đặc trưng cho chế độ độ cảm biến làm hàm thông số thời gian xác định chế độ Trong trường hợp thay đổi đại lượng đo có dạng bậc thang, thông số thời gian gồm thời gian trễ tăng tdm thời gian tăng tm ứng với tăng đột ngột đại lượng đo Khoảng thời gian trễ tăng tdm thời gian cần thiết để đại lượng đầu tăng từ giá trị ban đầu lên 10% biến thiên tổng cộng đại lượng khoảng thời gian tăng tm thời gian cần thiết để đại lượng đầu tăng từ 10% đến 90% biến thiên tổng cộng Cảm biến đo độ ẩm Trang Kỹ thuật đo lường & cảm biến Điểm sương nhiệt độ mà môi trường cần hạ đến để nước chứa trở thành bão hòa (điều kiện để đọng lại thành giọt sương) Khi không khí (hay bề mặt vật tiếp xúc với không khí) thấy nước ngưng tụ thành giọt sương nhỏ Biết điểm sương, ta xác định độ ẩm không khí Độ ẩm tương đối nhỏ (trời khô hanh), điểm sương thấp nhiệt độ có Khi độ ẩm tương đối 100% điểm sương trùng với nhiệt độ có Nhiệt độ ẩm Ta(0C) nhiệt độ cân khối lượng nước hóa không khí trường hợp nhiệt lượng cần thiết để hóa trích từ không khí Độ ẩm tuyệt đối không khí lượng nước có đơn vị thể thích không khí (tính g/m3) Độ ẩm tương đối RH% - tỷ số áp suất riêng nước pv áp suất bão hòa pbh(T) nhiệt độ T RH %  pv 100% pbh (T ) Phân loại cảm biến độ ẩm Cảm biến độ ẩm thường chia làm hai loại: Loại thứ dựa tượng vật lý cho phép xác định độ ẩm (ẩm kế ngưng tụ, ẩm kế điện ly) Loại thứ hai dựa tính chất vật có liên quan đến độ ẩm (ẩm kế trở kháng, cảm biến điện dung, nhiệt dẫn) Ẩm kế biến thiên trở kháng Ẩm kế biến thiên trở kháng cảm biến điện trở tụ điện mà phần tử nhạy chất hút ẩm Tính chất điện (điện trở, điện dung) cảm biến phụ thuộc vào độ ẩm môi trường Các cảm biến độ ẩm dựa nguyên lý biến thiên trở kháng phân thành ẩm kế điện trở ẩm kế tụ điện a Ẩm kế điện trở Ẩm kế điện trở thiết bị đo độ ẩm dựa cảm biến điện trở, chúng chia làm hai loại: Điện trở kim loại: đế có kích thước nhỏ cỡ vài mm2 phủ chất hút ẩm gắn hai điện cực kim loại không bị ăn mòn oxy hóa Giá trị điện trở đo hai cực phụ thuộc vào hàm lượng nước (tỷ số khối lượng nước hấp thụ với khối lượng chất khô) vào nhiệt độ chất hút ẩm Hàm lượng nước lại phụ thuộc vào độ ẩm tương đối nhiệt độ Chất điện phân: chất dẫn điện, điện trở chúng phụ thuộc vào thể tích thể thích bị thay đổi theo hàm lượng nước Do biến đổi độ ẩm tương đối thành tín hiệu điện Cảm biến đo độ ẩm Trang 20 Kỹ thuật đo lường & cảm biến Hình 19 Đường cong đặc trưng cho phụ thuộc điện trở với độ ẩm tương đối a Sự phụ thuộc điện trở vào độ ẩm; b Mạch đo Thực tế, điện trở Rm phụ thuộc đồng thời độ ẩm tương đối nhiệt độ Ảnh hưởng nhiệt độ sử dụng mạch bù hình trên, điện trở RA, RB có hệ số nhiệt αT giống Với cảm biến điện trở sử dụng với dải đo từ 5% đến 95% dải nhiệt độ từ 100C đến 500C 600C Thời gian hồi đáp cỡ 10 giây sai số ±2 ÷ 5% b Ẩm kế tụ điện Giả sử tụ điện hai cực không khí coi cảm biến đo độ ẩm ẩm không khí làm thay đổi số điện môi biểu diễn theo công thức:   1 48Pbh  6 211  U 10 P T  T  Trong T nhiệt độ tuyệt đối (0K); P áp suất khí ẩm (mmHg); Pbh: áp suất bão hòa nhiệt độ T (mmHg); U độ ẩm tương đối (%) Từ công thức trên, nhận thấy số điện môi khí ẩm tức điện dung tụ tỷ lệ với độ ẩm tương đối Nếu thay đổi không khí chất điện môi khác hai cực tụ điện tạo cảm biến đo độ ẩm  Ẩm kế tụ điện Polymer Hình 20 Ẩm kế tụ điện Polymer Cảm biến đo độ ẩm Trang 21 Kỹ thuật đo lường & cảm biến Hình mô tả cảm biến tụ điện Polymer gồm màng Polymer có độ dày ÷ 12 μm có khả hấp thụ nước Lớp Polymer phủ điện cực thứ tantan sau phủ tiếp lên Polymer lớp Crom dày 100 – 10000Å làm điện cực thứ hai Lớp Crom gây nên vết nứt làm tăng khả tiếp xúc lớp với không khí Thời gian hồi đáp tụ phụ thuộc vào độ dày lớp điện môi Với cảm biến tụ điện Polymer đo độ ẩm dải từ 0% ÷ 100%, dải nhiệt độ làm việc từ -400C ÷ 1000C, sai số từ 2% ÷ 3% Thời gian hồi đáp cỡ vài giây  Ẩm kế tụ điện Al2O3 Ẩm kế tụ điện Al2O3 tụ điện Al2O3 chất điện môi chế tạo phương pháp Anot hóa nhôm làm điện cực thứ tụ Hình 21 Sơ đồ cấu trúc mạch tương đương cảm biến a Ẩm kế tụ điện Al2O3, b Sơ đồ tương đương Điện cực thứ hai màng kim loại mỏng tạo thành mặt lớp điện môi Chiều dày lớp Al2O3 nhỏ 0,3μm Sự thay đổi trở kháng tụ phụ thuộc vào áp suất riêng phần nước không phụ thuộc vào nhiệt độ Quá trình Anot hóa thực phương pháp điện phân dung dịch H2SO4 với nhôm làm Anot Oxy hóa hình thành Al oxy hóa bề mặt tạo thành Al2O3 Lớp oxyt nhôm có cấu trúc xốp nên tiếp xúc tốt với không khí ẩm Điện cực thứ hai phủ lớp Al2O3 dùng đồng, vàng, platin, niken, crom nhôm Cảm biến tụ điện Al2O3 cho phép đo nhiệt độ hóa sương TS phạm vi thay đổi từ 800C đến 700C với dải áp suất từ ÷ 100 Pa Thời gian đáp ứng cỡ vài gây Cảm biến có nhược điểm không sử dụng môi trường chứa chất ăn mòn muối ăn, lưu huỳnh, … Ẩm kế hấp thụ  Nguyên lý làm việc Nguyên lý làm việc ẩm kế hấp thục dựa hấp thụ nước số chất Clorua Liti Anhidrit Photphoric Các chất trạng thái khô điện trở chúng cao, lúc hút ẩm nước môi trường xung quanh, điện trở giảm cách đáng kể qua xác định độ ẩm môi trường cần đo Quá trình đo độ ẩm cách nung nóng dung dịch muối chứa ẩm kế áp suất bão hòa phía dung dịch áp suất môi trường không khí bình thường Từ nhiệt độ xác định áp suất nhiệt độ hóa sương Thường người ta chọn dung dịch muối bão hòa cho nhiệt độ cho trước, áp suất nhỏ tốt Cảm biến đo độ ẩm Trang 22 Kỹ thuật đo lường & cảm biến Hình 22 Đường cong áp suất nước phụ thuộc vào nhiệt độ số dung dịch bão hòa Độ ẩm tương đối Nhiệt độ dung dịch T: 0C Áp suất bề mặt nước PH2O (T, Pa) Áp suất mặt LiCl (T, Pa) 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 872,47 1227,94 1705,32 2338,54 3168,74 4245,20 5626,20 5626,45 7381,27 9589,84 12344,26 15752,26 25023,74 118,2 157,6 203,6 260,6 353,9 473,9 628,7 823,6 1066,1 1364,6 1727,5 2163,4 2681,1 U PH 2O (T ) PLiCl (T ) % 13,7 12,8 11,9 11,1 11,1 11,2 11,2 11,2 11,1 11,1 11,0 10,9 10,7 Bảng Giá trị áp suất bão hòa mặt nước dung dịch muối Clorua Liti bão hòa nhiệt độ khác Đường cong áp suất gần tương ứng với đướng cong độ ẩm tương đối 12% Ví dụ: Cùng giá trị áp suất tương ứng P = 2163Pa, nhiệt độ hóa sương nước 18,80C nhiệt độ cân dung dịch muối Clorua Liti bão hòa 600C  Ẩm kế Clorua Liti Cảm biến có cấu tạo gồm ống bao bọc lớp vải tẩm dung dịch Clorua Liti quấn hai điện cực kim loại không bị ăn mòn Các điện cực đốt nóng nguồn cung cấp để làm bay nước Cảm biến đo độ ẩm Trang 23 Kỹ thuật đo lường & cảm biến Hình 23 a Ẩm kế Clorua Liti, b Cấu tạo Khi nước bay hết, điện trở cảm biến tăng dòng điện cực giảm đáng kể Khi môi trường có không khí ẩm Clorua Liti hấp thụ nước môi trướng xung quanh nên độ ẩm tăng, điện trở giảm dòng điện tăng làm cho nhiệt độ cảm biến lại tăng Tại thời điểm đạt cân muối LiCl độ ẩm Sự cân xảy nhiệt độ liên quan đến áp suất đồng thời đến nhiệt độ hóa sương TS Qua xác định nhiệt đố hóa sương TS Đặc điểm cảm biến LiCl đo nhiệt độ hóa sương với độ xác cao Quá trình đo nhiệt độ cân thực đốt nóng nên đơn giản, có độ tin cậy cao giá thành hạ Độ xác đạt đến ±0,20C tùy thuộc vào cảm biến nhiệt độ, cấu tạo cảm biến điều kiện sử dung Thời gian hồi đáp cỡ chục phút, phạm vi đo nhiệt độ hóa sương chất từ -100C đến 600C Ví dụ: với nhiệt độ hóa sương -100C ≤ Ts ≤ 340C 410C ≤ Ts ≤ 650C, độ xác đạt ±10C với dải đo từ -340C ≤ Ts ≤ 410C độ xác đạt ±20C  Ẩm kế Anhidrit Photphoric Mô tả cảm biến hình dưới: Cảm biến đo độ ẩm Trang 24 Kỹ thuật đo lường & cảm biến Hình 24 Ẩm kế Anhidrit photphoric Cảm biến gồm ống cách điện với đường kính không lớn lắm, mặt đặt hai điện cực xoắn 3, chúng phủ lớp màng mỏng P2O5, màng mỏng có điện trở dạng khô điện trở bị giảm hút ẩm Không khí ẩm cần đo đưa qua ống với tốc độ không đổi Khi liên tục diễn hai trình: hút ẩm màng để tạo thành Anhidrit Photphoric điện phân nước để tái sinh Anhidrit Photphoric P2O5  H 2O  HPO3 HPO3  H  0,5O2  P2O5 Trong trình đo, dòng điện qua thị tỷ lệ với độ ẩm tuyệt đối không khí: I F Z q.P M Trong F số Faraday, Z độ kiềm, q lưu tốc chất khí (m3/s); M lượng phân tử nước; P độ ẩm tuyệt đối (g/m3) Cảm biến cho phép đo nước với dải đo từ 10-4 ÷ 1% theo khối lượng có sai số ±(5 ÷ 10)% Ngoài đo độ ẩm Nito, Hydro, Cacbon dioxit, metan, … Ẩm kế quang  Nguyên lý hoạt động Nhiệt độ hóa sương TS nhiệt độ cần phải làm lạnh không khí ẩm xuống tới để đạt trạng thái bão hòa Đó nhiệt độ để cho áp suất Ph áp suất bão hòa Pbh(T) Tại nhiệt độ độ ẩm tuyệt đối xác định từ nhiệt độ trình đo với áp suất biết trước Từ nguyên lý thấy nguyên lý hoạt động ẩm kế quang sử dụng gương phản chiếu mà nhiệt độ bề mặt điều chỉnh xác nhờ thiết bị điện cung cấp nhiệt độ Nhiệt độ gương điều chỉnh ngưỡng TS Không khí cần đo độ ẩm dẫn qua bề mặt gương hệ thống điều khiển làm lạnh gương (dựa hiệu ứng Peltier nito lỏng) xuất ngưng tụ Khi xuất lớp sương bề mặt gương, ánh sáng bị tán xạ đến đầu thu quang kích thích phát tín hiệu làm nóng gương thông qua hệ điều khiển Khi nhiệt độ gương tăng, lớp sương biến chấm dứt tượng tán xạ ánh sáng, chu kỳ sau làm lạnh lại bắt đầu Với hiệu chỉnh thích hợp nhận lớp ngưng tụ với độ dày xác định tạo trạng thái cân nước lớp ngưng tụ Cảm biến nhiệt độ đặt sau gương cho phép xác định điều chỉnh nhiệt độ gương Cảm biến đo độ ẩm Trang 25 Kỹ thuật đo lường & cảm biến Sơ đồ khối đơn giản ẩm kế gương loại nhỏ: Hình 25 Ẩm kế gương Cấu tạo bao gồm bơm nhiệt dựa vào hiệu ứng Peltier Bơm chuyển nhiệt đến bề mặt gương mỏng gắn cảm biến nhiệt độ Cảm biến phần cặp nhiệt số để nhiệt độ gương Mạch ẩm kế mắc kiểu vi sai Với hệ thống optocoupler phía gồm đèn LED photo transistor (bộ thu quang) dùng để bù trôi Hệ thống optocoupler phía để đo độ phản chiếu gương Cảm biến cân quang nhờ chắn ánh sáng hệ optocoupler phía Các đèn LED thu quang optocoupler phía bố trí lệch góc 450 Bơm nhiệt điều khiển nhiệt độ gương phía dưới, thời điểm nước ngưng tụ, đặc tính gương giảm bất ngờ tạo nên thay đổi dòng ánh sáng thu quang Tín hiệu thu quang qua điều khiển điều chỉnh dòng điện qua bơm nhiệt để trì theo nhiệt độ bề mặt gương mức điểm sương trạng thái ổn định Ưu điểm ẩm kế quang có phạm vi đo rộng từ -700C đến 1000C, độ xác cao ±0,2% làm việc môi trường ăn mòn Nhược điểm thiết bị cấu tạo phức tạp, giá thành đắt phải hiệu chỉnh thường xuyên Cảm biến độ ẩm kiểu nhiệt dẫn Cảm biến độ ẩm kiểu nhiệt dẫn thermal conductiviti (còn gọi cảm biến độ ẩm tuyệt đối) đo độ ẩm tuyệt đối cách tính toán sai biệt độ dẫn nhiệt không khí khô không khí có chứa nước Trong thực tế, cảm biến thường sử dụng hệ có hai phần tử thermistors mạch cầu đo, có khả làm việc môi trường nhiệt độ cao, trí ngập nước Cảm biến cấu trúc cách dùng hai phần tử thermistors có hệ số nhiệt độ âm (NTC) mạch cầu đo Một phần tử nhúng chất nito khô, phần tử đưa môi trường cần đo(hình 6.25) Sự sai biệt hai thermistors độ ẩm tuyệt đối Cảm biến đo độ ẩm Trang 26 Kỹ thuật đo lường & cảm biến Hình 26 Cảm biến độ ẩm kiểu nhiệt dẫn Lựa chọn đặc tính kỹ thuật cảm biến độ ẩm Sự khác biệt loại cảm biến độ xác, khả thay lấp lẫn, ưu nhược điểm loại a Các tiêu chí lựa chọn cảm biến độ ẩm Những tiêu chí quan trọng lựa chọn cảm biến độ ẩm bao gồm: + Độ xác + Tính thay lấp lẫn + Tính lặp lại đặc tính kỹ thuật + Tính ổn định + Khả phục hồi sau ngưng tụ nước + Tính kháng nhiễm tạp chất, chất bẩn + Kích cỡ bao gói + Tính hiệu giá thành + Giá thành thay bảo dưỡng có hỏng hóc + Hiểu chuẩn + Tính phức hợp thực hóa trình chuẩn hóa tín hiệu mạch thu thập liệu b Lựa chọn cảm biến RH kiểu điện dung Các ứng dụng cảm biến độ RH kiểu điện dung chiếm phạm vi rộng, bao gồm: + Các thiết bị bên ô tô phận chống đóng băng kính chắn gió + Các máy in, máy tính + Các thiết bị y tế quạt thông gió lò ấp + Những ứng dụng dân dụng lò vi sóng, tủ lạnh, máy sấy quần áo + HVAC (Nhiệt, thông gió điều hòa không khí) + Các máy thu ghi liệu + Bộ phận phát rò rỉ + Các trạm khí tượng + Thiết bị công nghiệp xử lý thực phẩm + Buồng thử môi trường Tiếp nhận tiến nguyên lý cutting-edge lĩnh vực thiết kế chế tạo chất bãn dẫn, nhiều cảm biến điện dung có đặc tính độ trôi độ trễ tối thiểu lâu bền Việc Cảm biến đo độ ẩm Trang 27 Kỹ thuật đo lường & cảm biến ứng dụng công nghệ CMOS phát xung định thời giúp cho cảm biến tạo tính hiệu điện áp gần tuyến tính Hình 27 Điện áp cảm biến có định thời CMOS Độ bất định cảm biến điển hình ±2% RH phạm vi độ RH từ 5% đến 95% sử dụng hiệu chuẩn hai điểm Hiệu ứng điện dung đường cáp nối liên quan với thay đổi điện dung nhỏ cảm biến hạn chế khoảng cách lắp đặt phần tử cảm biến tới mạch chuẩn hóa tín hiệu phạm vi thực tế ngắn 100 feet Việc điều hưởng tinh giảm thiểu độ biến động ±2% làm tăng khả thay lấp lẫn cách trực tiếp Các chương trình máy tính hiệu chuẩn lại có khả bù lại cho điện dung cảm biến từ 100 đến 500pF Các cảm biến RH kiểu điện dung không tuyến tính vài phần trăm độ RH, lý nhiều cảm biến hệ đo lường điểm sương lại dùng mạch vi xử lý để lưu giữ liệu hiệu chuẩn Phát triển giúp làm giảm giá thành máy đo độ ẩm máy truyền phát điều hòa không khí ứng dụng thám báo khí tượng viễn thông Về ưu điểm nhược điểm: với ưu điểm điện áp gần tuyến tính, pham vị đo độ RH dung sai ngưng tụ nước rộng; tính thay lấp lẫn dùng điều hưởng tinh laser, tính ổn định thời gian dài sử dụng Về nhược điểm khoảng cách từ phần tử cảm biến tới mạch chuẩn hóa tín hiệu bị giới hạn ưu điểm lớn loại c Lựa chọn cảm biến độ ẩm kiểu điện trở Các cảm biến kiểu điện trở cảm biến độ ẩm loại nhỏ, giá thấp mà lại có độ ổn định lâu bền tính thay lấp lẫn cao Chúng phù hợp cho nhiều ứng dụng công nghiệp, thương mại dân dụng, đặc biệt kiểm tra thị chất lượng sản phẩm Các cảm biến điện trở có đáp ứng phi tuyến thay đổi độ ẩm, tuyến tính hóa phương pháp tương tự hay phương pháp số Phạm vi biến thiên điện trở điển hình từ vài kΩ tới hàng trăm MΩ Tần số kích thích định mức từ 30Hz đến 10kHz Các cảm biến độ RH có tính thay lấp lẫn cao (trong phạm vi ±2% RH) Mạch điện tử chuẩn hóa tín hiệu hiệu chuẩn điểm RH cố định, hạn chế cần thiết Cảm biến đo độ ẩm Trang 28 Kỹ thuật đo lường & cảm biến chuẩn độ ẩm Độ xác kiểm nghiệm buồng hiệu chuẩn RH hệ tiêu chuẩn dùng máy tính tham chiếu tới môi trường tiêu chuẩn Các cảm biến kiểu điện trở có nhiệt độ làm việc định mức phạm vi từ -40 tới 1000C Tuổi thọ cảm biến mong đợi năm ứng dụng thương mại dân dụng, sử dụng điều kiện bám bẩn gây hỏng hóc vĩnh viễn Các cảm biến kiểu điện trở có xu hướng suy dời số chị trình bộc lộ cho nước ngưng tụ sử dụng lớp phủ hòa tan nước Ưu điểm + Không cần chuẩn hiệu chỉnh, có tính thay lấp lẫn cao khả thay chỗ + Có tính ổn định lâu bền + Có khả sử dụng vị trí lắp đặt xa + Kích thước nhỏ + Giá thành thấp Nhược điểm + Việc phản ứng với hóa chất bám bẩn gây nên hỏng hóc vĩnh viễn + Trị số đo bị suy dời sử dụng lớp phủ hòa tan nước d Lựa chọn cảm biến kiểu nhiệt dẫn Các cảm biến độ ẩm kiểu nhiệt dẫn nói chung sử dụng thiết bị máy móc, kể máy sấy quần áo lò vi sóng Chúng sử dụng nhiều ứng dụng công nghiệp, kể lò sấy gỗ, máy sấy, bào chế dược phẩm, nấu ăn khử nước thực phẩm Được cấu trúc từ thủy tinh, vật liệu bán dẫn, chất dẻo nhiệt độ cao nhôm, cảm biến nhiệt dẫn loại lâu bền có tính chịu hóa chất Chúng cho độ phân giải cao so với cảm biến kiểu điện dung kiểu điện trở nhiệt độ lớn 2000F Độ xác điển hình 3(g/m3), chuyển đổi thành gần ±5% RH 400C ±0,5% RH 1000C Ưu điểm + Rất lâu bền + Hoạt động tốt môi trường ăn mòn nhiệt độ cao tới 5750F + Có độ phân giải tốt cảm biến kiểu điện dung điện trở Nhược điểm + Đáp ứng với chất khí có tính chất nhiệt khác với nito lỏng, điều ảnh hưởng tới phép đo Cảm biến đo độ ẩm Trang 29 Kỹ thuật đo lường & cảm biến V Giới thiệu cảm biến đo độ ẩm HS1101 ứng dụng đo độ ẩm đất Giới thiệu cảm biến HS1101  Cảm biến HS1101 HS1101 loại cảm biến đo độ ẩm có độ xác ±2% Dải nhiệt độ hoạt động từ -400C ÷ 100 C Cảm biến HS1101 sử dụng phổ biến sống, dùng kết hợp với cảm biến DS18B20 dùng đo nhiệt độ Hình 28 Cảm biến HS1101  Đặc điểm Bảng Các đặc điểm cảm biến HS1101 (Xét Ta = 25°C, tần số đo lường cỡ 10kHz)  Nguyên lý làm việc: Cảm biến HS1101 cảm biến điện dung Khi độ ẩm thay đổi, điện dung HS1101 thay đổi Do vậy, để đo độ ẩm người ta thiết kế mạch đo điện dung HS1101 Trong thực tế, người ta thường ghép nối HS1101 IC NE555 Khi giá trị điện dung HS1101 thay đổi làm thay đổi tần số đầu IC555 Như cần đo tần số đầu đo điện dung HS1101 Cảm biến đo độ ẩm Trang 30 Kỹ thuật đo lường & cảm biến Hình 29 Sơ đồ ghép nối cảm biến HS1101 với IC555  Cách đo độ ẩm dùng cảm biến HS1101 Ghép nối mạch hình 29, tần số dao động mạch tính công thức: F 1  th  tl C @% RH  R  R  ln 2 Trong công thức trên: F tần số, C@%RH độ ẩm, R2 = 576kΩ, R4 = 49,9kΩ Bảng Đặc tính tần số đầu mạch: (điểm tham chiếu f = 6660Hz cho 55%RH / 250C) 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 RH Tần số (Hz) 7351 7224 7100 6976 6853 6728 6600 6468 6330 6186 6033 Công thức liên hệ độ ẩm điện dung: C ( pF )  C @55%(1.25107 RH3  1.36105 RH2  2.19103 RH 9.0101 )  RH %RH  Trong công thức: C@55% = 180pF (datasheet HS1101); C(pF) điện dung đo Ảnh hưởng tần số đo lường: C @ fkHz  C @10kHz(1.027  0.01185ln( fkHz ) Điện áp tỉ lệ lối mạch: Vout  Vcc  0,00474  %RH  0,2354 Khoảng độ ẩm tương đối xét từ 5% đến 99%RH, hệ số nhiệt điển hình +0,1%RH/0C từ 100C đến 600C Bảng Đặc tính điện áp đầu mạch (ở Vcc = 5V, 250C) 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 RH 1,41 1,65 1,89 2,12 2,36 2,60 2,83 3,07 3,31 3,55 Điện áp (V) Cảm biến đo độ ẩm Trang 31 Kỹ thuật đo lường & cảm biến Ứng dụng cảm biến HS1101 đo độ ẩm đất Cảm biến phát độ ẩm đất, bình thường đầu mức thấp, đất thiếu nước đầu mức cao, độ nhạy điều chỉnh biến trở Mạch sử dụng tưới hoa tự động người quản lý khu vườn gia đình tự động tưới đất có dấu hiệu thiếu nước… Độ nhạy cảm biến độ ẩm đất điều chỉnh Phần đầu dò cắm vào đất để phát độ ẩm, độ ầm đất đạt ngưỡng thiết lập, đầu DO chuyển trạng thái từ mức thấp lên mức cao Hình 30 Module chứa cảm biến HS1101 đo độ ẩm đất  Thông số kỹ thuật module: + Điện áp hoạt động: 3.3V - 5V + Kích thước mạch in: 3cm × 1.6cm + Led đỏ báo nguồn, led xanh báo độ ẩm vượt ngưỡng + IC so sánh : LM393 + Điện áp cung cấp VCC: 3.3V - 5V + GND: Đất + DO: Đầu số (0 1) + AO: Đầu tương tự  Đặc điểm module + Module độ ẩm đất nhạy cảm với độ ẩm môi trường xung quanh thường sử dụng để phát độ ẩm đất + Khi độ ẩm đất vượt giá trị ngưỡng thiết lập, đầu module DO mức thấp + Đầu DO kết nối trực tiếp với vi điều khiển, để phát cao thấp, để phát độ ẩm đất + Đầu tương tự AO kết nối với chuyển đổi ADC, qua nhận giá trị xác độ ẩm đất + Biến trở gắn module có tác dụng hiệu chỉnh độ nhạy cảm biến  Nguyên lý hoạt động Theo sơ đồ mạch nguyên lý dưới: Khi modulee cảm biến độ ẩm kích hoạt, có thay đổi điện áp đầu vào IC LM393 IC nhận biết có thay đổi đưa tín hiệu thấp để báo hiệu, thay đổi tính toán để đọc độ ẩm đất Cảm biến đo độ ẩm Trang 32 Kỹ thuật đo lường & cảm biến Hình 31 Sơ đồ mạch nguyên lý đo độ ẩm đất  Một số mô hình mạch khác ứng dụng cảm biến đo độ ẩm đất Hình 32 Đo độ ẩm đất, kết hiển thị LCD Hình 33 Đo độ ẩm đất cách ghim giá trị độ ẩm xác định, độ ẩm thấp giá trị còi kêu, đèn sáng Cảm biến đo độ ẩm Trang 33 Kỹ thuật đo lường & cảm biến Tài liệu tham khảo Tài liệu - Giáo trình Đo lường điện Cảm biến đo lường – Nguyễn Văn Hòa - Giáo trình Cảm biến công nghiệp – Hoàng Minh Công - Kỹ thuật Đo lường cảm biến – ĐH SPKT TPHCM - Giáo trình Đo lường Cảm biến Trang web - http://mcu.banlinhkien.vn/threads/cam-bien-do-am-hs1101.125/ - http://mcu.banlinhkien.vn/threads/cam-bien-do-am-dat.786/ http://arduino360.com/san-pham/cam-bien/cam-bien-do-am-cua-dat/ Cảm biến đo độ ẩm Trang 34 [...]... Trang 29 Kỹ thuật đo lường & cảm biến V Giới thiệu cảm biến đo độ ẩm HS1101 và ứng dụng trong đo độ ẩm của đất 1 Giới thiệu cảm biến HS1101  Cảm biến HS1101 HS1101 là loại cảm biến đo độ ẩm có độ chính xác ±2% Dải nhiệt độ hoạt động từ -400C 0 ÷ 100 C Cảm biến HS1101 được sử dụng phổ biến trong cuộc sống, ngoài ra nó còn dùng kết hợp với cảm biến DS18B20 dùng đo nhiệt độ Hình 28 Cảm biến HS1101  Đặc... cảm biến Hình 31 Sơ đồ mạch nguyên lý đo độ ẩm của đất  Một số mô hình mạch khác cũng ứng dụng cảm biến đo độ ẩm của đất Hình 32 Đo độ ẩm đất, kết quả hiển thị trên LCD Hình 33 Đo độ ẩm đất bằng cách ghim một giá trị độ ẩm xác định, nếu độ ẩm thấp hơn giá trị này thì còi kêu, đèn sáng Cảm biến đo độ ẩm Trang 33 Kỹ thuật đo lường & cảm biến Tài liệu tham khảo 1 Tài liệu - Giáo trình Đo lường điện và. .. cảm biến dùng sóng đàn hồi Hình 12 Mạch đo thường dùng với cảm biến tụ điện 5 Cảm biến đo biến dạng Tác động của ứng lực gây ra sự biến dạng trong kết cấu chịu ứng lực Giữa biến dạng và ứng lực có quan hệ chặt chẽ với nhau, bằng cách đo biến dạng ta có thể tính được ứng lực tác động lên kết cấu Để đo biến dạng, người ta sử dụng cảm biến biến sạng hay còn gọi là đầu đo biến dạng Hai loại cảm biến biến... đại lượng cần đo và giá trị trở kháng của cảm biến Cảm biến đo độ ẩm Trang 13 Kỹ thuật đo lường & cảm biến III Các loại cảm biến thông dụng 1 Cảm biến quang Trong cảm biến quang có cảm biến quang dẫn và cảm biến quang điện phát xạ Với cảm biến quang dẫn thì có photodiot, phototransistor, phototransistor hiệu ứng trường các loại này có nguyên lý hoạt động chính đó là khi ánh sáng chiếu vào sẽ làm thay... thuộc vào biến dạng Các cảm biến lực thông dụng hiện nay như cảm biến áp điện, cảm biến từ giảo, cảm biến dựa trên phép đo dịch chuyển, cảm biến xúc giác Hình 14 Sơ đồ tương đương của cảm biến áp điện 7 Cảm biến đo vận tốc, gia tốc và rung Để đo vận tốc ta sử dụng tốc độ kế vòng kiểu điện từ hoạt động dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ hoặc tốc độ kế vòng loại xung hoạt động theo nguyên tắc đo tần... 3 Ẩm kế biến thiên trở kháng Ẩm kế biến thiên trở kháng là các cảm biến điện trở và tụ điện mà các phần tử nhạy là các chất hút ẩm Tính chất điện (điện trở, điện dung) của các cảm biến phụ thuộc vào độ ẩm của môi trường Các cảm biến độ ẩm dựa trên nguyên lý biến thiên trở kháng được phân thành ẩm kế điện trở và ẩm kế tụ điện a Ẩm kế điện trở Ẩm kế điện trở là các thiết bị đo độ ẩm dựa trên các cảm biến. .. môi trường cần đo( hình 6.25) Sự sai biệt giữa hai thermistors chính là độ ẩm tuyệt đối Cảm biến đo độ ẩm Trang 26 Kỹ thuật đo lường & cảm biến Hình 26 Cảm biến độ ẩm kiểu nhiệt dẫn 7 Lựa chọn và đặc tính kỹ thuật của các cảm biến độ ẩm Sự khác biệt giữa các loại cảm biến về độ chính xác, khả năng thay thế lấp lẫn, những ưu nhược điểm của mỗi loại a Các tiêu chí trong lựa chọn cảm biến độ ẩm Những tiêu... cộng và moment tổng cộng của chúng bằng 0 Trong các cảm biến đo lực thường có một vật trung gian chịu tác động của lực cần đo và biến dạng Biến dạng của vật trung gian là nguyên nhân gây ra lực đối kháng và trong giới hạn đàn hồi biến dạng tỉ lệ với lực đối Cảm biến đo độ ẩm Trang 15 Kỹ thuật đo lường & cảm biến kháng Biến dạng và lực gây ra biến dạng có thể đo trực tiếp bằng cảm biến biến dạng, hoặc đo. .. Fahrenheit) Hình 11 Sơ đồ đơn giản về cặp nhiệt điện 3 Cảm biến đo độ ẩm Cảm biến đo độ ẩm hoạt động dựa trên nguyên lý là sự hấp thụ độ ẩm (hơi nước) làm biến đổi tính chất của thành phần cảm nhận trong cảm biến (chất hóa học cấu tạo như LiCl, P2O5) làm thay đổi điện trở của cảm biến qua đó xác định được độ ẩm 4 Cảm biến đo vị trí và dịch chuyển Việc xác định vị trí và dịch chuyển đóng vai trò rất quan... cảm biến vẫn còn sử dụng được, nhưng phải chuẩn lại Cảm biến đo độ ẩm Trang 10 Kỹ thuật đo lường & cảm biến II Nguyên lý đo của cảm biến 1 Với các cảm biến tích cực Cảm biến tích cực là các cảm biến hoạt động như một máy phát, đáp ứng (s) là điện tích, điện áp hay dòng Các cảm biến tích cực được chế tạo dựa trên cơ sở ứng dụng các hiệu ứng vật lý biến đổi một dạng năng lượng nào đó (nhiệt, cơ, bức ... thuật đo lường & cảm biến V Giới thiệu cảm biến đo độ ẩm HS1101 ứng dụng đo độ ẩm đất Giới thiệu cảm biến HS1101  Cảm biến HS1101 HS1101 loại cảm biến đo độ ẩm có độ xác ±2% Dải nhiệt độ hoạt động... kháng cảm biến Cảm biến đo độ ẩm Trang 13 Kỹ thuật đo lường & cảm biến III Các loại cảm biến thông dụng Cảm biến quang Trong cảm biến quang có cảm biến quang dẫn cảm biến quang điện phát xạ Với cảm. .. loại cảm biến thông dụng 14 Cảm biến quang 14 Cảm biến đo nhiệt độ 14 Cảm biến đo độ ẩm 14 Cảm biến đo vị trí dịch chuyển 14 Cảm biến đo