Chương 3: Cảm biến đo nhiệt độ (2b)

3 Bài giảng Kỹ Thuật Cảm Biến (sensors) Hoang Si Hong 2011 -Faculty of Electrical Eng., Hanoi Univ of Science and Technology (HUST), Hanoi, VietNam Hoang Si Hong-HUST Nguồn tham khảo Note: Bài giảng môn học tham khảo, trích dẫn lược dịch từ nguồn sau:   - Sách Kĩ thuật đo lường đại lượng điện tập 1, 2- Phạm Thượng Hàn, Nguyễn Trọng Quế… Các cảm biến đo lường-Lê Văn Doanh… Các cảm biến-Nguyễn Tăng Phô Đo lường điện cảm biến: Ng.V.Hoà Hoàng Sĩ Hồng Sensor technology handbook (edited by JON WILSON) Elements of Electronic Instrumentation and Measurement (Prentice-Hall Company) Sách giải thích đơn vị đo lường hợp pháp Việt Nam Bài giảng website: Bài giảng kĩ thuật cảm biến-Hoàng Sĩ Hồng-BKHN(2005) Bài giảng Cảm biến kỹ thuật đo:P.T.N.Yến, Ng.T.L.Hương –BKHN (2010) Bài giảng MEMs ITIMS – BKHN Một số giảng cảm biến đo lường từ trường đại học KT khác Việt Nam Website: sciendirect/sensors and actuators A and B Hoang Si Hong-HUST Nội dung môn học mục đích Nội dung ● Chapter 1: Khái niệm chung Cảm biến (2b) ● Chapter 2: Cảm biến điện trở (2b) ● Chương 3: Cảm biến đo nhiệt độ (2b) ● Chương 4: Cảm biến quang (2b) ● Chương 5: Cảm biến tĩnh điện (2b) ● Chương 6: Cảm biến Hall hoá điện ● Chương 6: Cảm biến PLC(1b) Mục đích: nắm cấu tạo, nguyên lý hoạt động ứng dụng loại cảm biến thông dụng công nghiệp đời sồng Nắm xu phát triển chung công nghệ cảm biến giới Hoang Si Hong-HUST Chương 3: Cảm biến đo nhiệt độ Nội dung ● Khái niệm chung ● Nhiệt kế giản nở ● Cảm biến cặp nhiệt điện (Thermocouple) ● Cảm biến nhiệt điện trở (RTD) ● Cảm biến nhiệt độ dựa tính chất diot tranzito ● Hoả kế ● Surface acoustic wave (SAW) dao động thạch anh Bao nhiêu độ ? Hoang Si Hong-HUST Khái niệm Hoang Si Hong-HUST Khái niệm Hoang Si Hong-HUST Nhiệt kế giản nở dùng chất rắn Hoang Si Hong-HUST Nhiệt kế giản nở dùng chất lỏng Hoang Si Hong-HUST Cảm biến cặp nhiệt điện Nguyên lý: - Hiệu ứng thomson: với vật liệu đồng A, có hai điểm phân biệt khác M N có nhiệt độ tương ứng t1 t2, chúng sẻ xuất suất điện động emn = tích phân (từ t1->t2) δdt, δ hệ số vât liệu thomson cho trước M (t1) - A N (t2) Hiệu ứng Peltier: hai vật liệu Avà B khác tiếp xúc với điểm xuất suất điện động eAB(t) A t B Hoang Si Hong-HUST Cảm biến cặp nhiệt điện Nguyên lý: - Hiệu ứng seebeck: kết hợp hai hiệu ứng nói -> xuất suất điện động nhiệt điện eT(t) = tích phân từ t1 đến t2 (δA – δB) dt + eKM(t)– eJN(t) - Trong δA , δB hệ số vật liệu thomson hai vật liệu A, B tương ứng t1 < t2 nhiệt độ tương ứng hai điểm khác - Nếu giữ nhiệt độ đầu không đổi không độ C (0oC) (nhiệt độ đầu tự do) xuất suất điện động chiều đầu lại (đầu làm việc, t1 nhiệt độ t) tỉ lệ với nhiệt độ : ET (t) = f(t) M K N Hoang Si Hong-HUST J t2 10 AD590 (Tham khảo: bai giang N.N Tan Ng.V.Ky) Hoang Si Hong-HUST 46 Hoả quang kế xạ toàn phần Hoang Si Hong-HUST 47 Hoả quang kế xạ toàn phần Hoang Si Hong-HUST 48 Hoả quang kế xạ toàn phần Hoang Si Hong-HUST 49 Hoả quang kế xạ toàn phần Hoang Si Hong-HUST 50 Hoả kế quang điện Hoang Si Hong-HUST 51 Hoả kế quang điện Hoang Si Hong-HUST 52 Hoả kế quang điện Hoang Si Hong-HUST 53 Hoả kế màu sắc Hoang Si Hong-HUST 54 Đo nhiệt độ với cảm biến sóng âm bề mặt (SAW-surface acoustic wave) • • • • Content Piezoelectric behavior can be manifested in two distinct ways ‘Direct’ piezoelectric effect occurs when a piezoelectric material becomes electrically charged when subjected to a mechanical stress and conversion of mechanical energy to electrical energy ‘Converse’ piezoelectric effect occurs when the piezoelectric material becomes strained when placed in an electric field and conversion of electrical energy to mechanical energy Hoang Si Hong-HUST 55 Đo nhiệt độ với cảm biến sóng âm bề mặt (SAW-surface acoustic wave) dB insertion loss 3dB M Hz BWnull BW3dB center frequency (f0) Fig Temperature dependence of the center frequency of two-port SAW resonators using AlN/3C-SiC and AlN/Si structures Frequency Response Hoang Si Hong-HUST 56 Đo nhiệt độ với cảm biến sóng âm bề mặt (SAW-surface acoustic wave) dB insertion loss 3dB M Hz BWnull BW3dB center frequency (f0) Fig Temperature dependence of the center frequency of two-port SAW resonators using AlN/3C-SiC and AlN/Si structures Frequency Response Hoang Si Hong-HUST 57 Wireless SAW temperature sensor • Principle - Depending on changes in temperature, the shifts (time position and phase angle) of the reflection peaks were modulated - The phase angle shift was used to evaluate the sensitivity because it provides a much higher resolution than the time shift of the reflection peak - All three reflectors showed the same sign of the phase shifts because the temperature effects are equal on all the reflectors Ф2-1 time Relation between phase different (Ф) and temperature (T) TDC: the temperature coefficient of delay of piezoelectric material T: measurement temperature Tref: reference temperature Hoang Si Hong-HUST 58 Cảm biến nhiệt độ thạch anh Hoang Si Hong-HUST 59 Câu hỏi Lưu ý -Nguyên lý? - Ứng dụng? - Bù sai số? - Tính toán thiết kế mạch đo? Hoang Si Hong-HUST 60