Đang tải... (xem toàn văn)
trường ĐHHH VN Câu1: Trình bày và phân loại cảm biến: CB là thiết bị dùng để cảm nhận, biến đổi các đại lượng vật lý thành đại lượng điện có thể đo và xử lý được. Câu 2 :Trình bày các đặc trưng cơ bản của cảm biến: a)độ nhạy b)độ tuyến tính c)độ chính xác 3 Nguyên lý chế tạo cảm biến tích cực
NGÂN HÀNG CÂU HỎI HỌC PHẦN KỸ THUẬT SENSOR Câu Trình bày khái niệm phân loại cảm biến: 1) Khái niệm: Các đại lượng vật lý đối tượng đo lường nhiệt độ, áp suất gọi đại lượng cần đo Sau tiến hành công đoạn thực nghiệm để đo ta nhận đại lượng điện tương ứng đầu Đại lượng điện chứa tất thông tín để nhận biết đại lượng cần đo Việc đo đạc thực nhờ cảm biến Vậy 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 Khi đại lượng đầu hàm đại lượng cần đo: Trong đó: x(m): đại lượng cần đo, đầu vào hay tín hiệu kích thích y(s): đại lượng đầu hay gọi đáp ứng 2) Phân loại: − Theo nguyên lý chuyển đổi đáp ứng với kích thích: + Cảm biến nhiệt điện + Cảm biến quang điện + Cảm biến quang từ − Theo dạng kích thích: Cảm biến âm thanh, cảm biến quang, cảm biến cơ, cảm biến nhiệt − Theo tính cảm biến: Theo độ nhạy, theo độ xác, theo độ phân giải − Theo phạm vi sử dụng: Cảm biến dùng công nghiệp, giao trông, y học − Theo thông số mô hình mạch thay thế: + Cảm biến tích cực: tín hiệu nguồn dòng nguồn áp + Cam biến thụ động: tín hiệu giá trj điện trở, điện cảm, điện dung Câu Trình bày đặc trưng cảm biến • Độ nhạy: Là đại lượng cho thấy chênh lệch đại lượng cần đo đại lượng đo : Độ nhạy cảm biến phụ thuộc vào điều kiện môi trường làm việc thời gian sử dụng • Độ tuyến tính: Cảm biến gọi tuyền tính dải đo xác định dải chế độ đó, độ nhạy cảm biến không phụ thuộc vào đại lượng đo • Sai số độ xác: Khi tính toán người ta có sai số tuyệt đối tương đối Khi nghiên cứu ta có sai số ngẫu nhiên sai số hệ thống • 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 vào biến thiên Thời gián hồi đáp đại lượng sử dụng để xác định giá số độ nhanh • Giới hạn sử dụng cảm biến: - Vùng làm việc danh định vùng mà đạo lượng đo đại lượng ảnh hưởng không làm thay đổi đặc trưng làm việc cảm biến - Vùng không gây hư hỏng vùng mà đại lượng cần đo đại lượng ảnh hưởng vượt ngưỡng làm việc danh định cảm biến, làm thay đổi đặc trưng cảm biến trở vùng làm việc danh định đặc trưng cảm biến trở lại giá trị ban đầu - Vùng không phá hủy vùng mà đại lượng đo đại lượng có ảnh hưởng vượt vùng không gây hư hỏng, làm thay đổi đặc trưng cảm biến lấy lại giá trị ban đầu chúng không gây phá hủy cảm biến Câu Nêu nguyên lý chung chế tạo cảm biến tích cực: Cảm biến tích cực chế tạo dựa sở ứng dụng hiệu ứng biến đổi dạng lượng thành lượng điện Nguyên lý để chế tạo cảm biến tích cực: a) Hiệu ứng nhiệt ngẫu: Hai kim loại có chất hóa học khác nhau, nối với mối hàn T1 T2 Khi có chênh lệch nhiệt độ T1 T2 đầu kim loại xuất hện suất điện động tỉ lệ với chênh lệch T1 T2 Hiệu ứng ứng dụng để chế tạo cảm biến đo nhiệt độ T1 biết trược nhiệt độ T2 b) Hiệu ứng hoả điện Khi có ánh sáng chiếu vào bề mặt tinh thể hỏa điện, nhiệt độ tăng lên, mặt đối diện tinh thể xuất điện tích trái dấu có độ lớn phụ thuộc vào nhiệt độ tức phụ thuộc vào thông lượng ánh sáng Φ Hiệu ứng ứng dụng để chế tạo cảm biến đo thông lượng xạ ánh sáng cách đo hiệu điện (v) c) Hiêu ứng áp điện Khi tác dụng lực học lên vật liệu áp điện gây lên biến dạng làm xuất lượng điện tính trái dấu Hiệu ứng ứng dụng để chế tạo cảm ứng đo lực cách đo điện áp cảm cực tụ điện chế tạo lớp thạch anh d) Hiệu ứng cảm ứng điện từ Nếu dây dẫn chuyển động từ trường không đổi dây dẫn đứng yên từ trường biến thiên hai đầu dây dẫn sinh sức điện động cảm ứng tỉ lệ với tốc độ dịch chuyển dây dẫn Hiêu ứng ứng dụng để xác định tốc độ dịch chuyển vật cách đo sức điện động cảm ứng e) Hiệu ứng quang điện Đó tượng giải phóng hạt dẫn tự vật liệu tác động xạ ánh sáng Hiệu ứng ứng dụng để chế tạo cảm biến quang f) Hiệu ứng quang phát xạ điện tử Là tượng điện tử giải phóng thoát khỏi bề mặt vật liệu tạo thành dòng , thu lại tác động điện trường g) Hiệu ứng quang điện chất bán dẫn Khi chất bán dẫn chiếu sáng phát sinh cặp điện tử, lỗ trống chúng chuyển động tác động điện trường làm thay đổi hiệu điện hai đầu chuyển tiếp h) Hiệu ứng quang- điện- từ Khi tác dụng từ trường vuông góc với xạ ánh sáng vật liệu bán dẫn chiếu sáng xuất hiệu điện theo hướng vuông góc với B hướng xạ ánh sáng Hiệu ứng ứng dụng để chế tạo cảm biến đo đại lượng quang i) Hiệu ứng Hall Trong vật liệu bán dẫn mỏng có dòng điện I chạy qua đặt từ trường nam châm vĩnh cửu Thì bán dẫn xuất hiệu điện : Hiêu ứng ứng dụng để chế tạo cảm biến đo vị trí vật vật gắn vào nam châm Câu Trình bày cấu tạo, nguyên lý hoạt động ứng dụng cảm biến quang dẫn loại photodiot: • Cấu tạo: Cấu tạo gồm bán dẫn, thuộc loại N tấp thuộc loại P, ghép tiếp xúc với Tại mặt tiếp xúc hình thành vùng nghèo hạt dẫn tồn điện trường hình thành hàng rào điện Nguyên lý hoạt động: Khi chiếu sáng điôt xạ có bước sóng nhỏ bước sóng ngưỡng, xuất thêm cặp điện tử - lỗ trống Để hạt dẫn tham gia dẫn điện làm tăng dòng I cần phải ngăn cản tái hợp chúng, tức nhanh chóng tách rời cặp điện tử - lỗ trống Sự tách cặp điện tử - lỗ trống xẩy vùng nghèo nhờ tác dụng điện trường kéo theo gia tăng dòng ngược Mà số hạt dẫn giải phóng phụ thuộc vào thông lượng ánh sáng tới vùng nghèo khả hấp thụ vùng Thông lượng ánh sáng đến vùng phụ thuộc đáng kể vào bề dày lớp bán dẫn mà qua: Vì để tăng thông lượng ánh sáng ta thường chế tạo điot với phiến bán dẫn với bề dày bé Ví dụ loại PIN: • Ứng dụng: Được dùng kỹ thuật điện tử, làm thiết bị đo đạc, truyền dẫn thông tin, thiết bị giám sát, điều khiển Câu Trình bày cấu tạo, nguyên lý hoạt động ứng dụng cảm biến quang dẫn loại phototranzitor: ∗ Cấu tạo: Phototranzitor tranzitor silic loại NPN, mà vùng bazo chiếu sáng , không đặt điện áp lên bazo, đặt điện áp lên colector Đồng thời chuyển tiếp BC phân cực ngược ∗ Nguyên lý hoạt động: Khi chiếu sáng chuyển tiếp B-C chiếu sáng hoạt động giống photodiot chế độ quang dẫn với dòng ngược: Trong đó:: dòng ngược: dòng ngược tối : dòng quang điện tác dụng ánh sáng Lúc dòng ngược đóng vai trò dòng bazo, gây nên dòng : β: hệ số khuếch đại dòng tranzitor đấu chung emito ∗ Ứng dụng: + chế độ chuyển mạch: phototranzitor sử dụng thông tin nhị phân: có hay ánh sáng phototranzitor khóa thông Cho phép điều khiển trực tiếp sau khuếch đại role, cổng logic thyristor Tốc độ chuyển mạch bị giới hạn điện trở phototranzitor + Trong chế độ tuyến tính: Dùng đển đo ánh sáng không đổi sử dụng làm lux met Câu Nêu cấu tạo, nguyên lý hoạt động ứng dụng nhiệt kế điện trở kim loại: • Cấu tạo: Dựa vào dải nhiệt độ cần đo tính chất đặc biệt người ta thường làm điện trở platin, niken, dùng Cu, wonfram Nhiệt điện trở kim loại có loại: + Nhiệt kế công nhiệp dùng điện trở platin: Để sử dụng cho mục đích công nghiệp, nhiệt kế phải có vỏ bọc tốt chống va chạm mạnh rung động, điện trở kim loại bao bọc thuỷ tinh gốm đặt vỏ bảo vệ thép + Nhiệt kế bề mặt: dùng để đo nhiệt độ bề mặt vật rắn, dán lên bề mặt cần đo nhiệt độ chúng thường chế tạo phương pháp quang hoá sử dụng vật liệu làm điện trở Ni, Fe-Ni Pt Dải đo từ vài độ đến hàng nghìn độ • Nguyên lý hoạt động: Hoạt động dựa vào thay đổi điện trở vật liệu nhiệt độ thay đổi, với điện trở kim loại ta có biểu thực sau: Trong đó: A,B,C hệ số thực nghiệm • Ứng dụng: giá trị điện trở cảm biến 0°C Được dùng công nghiệp vùng có nhiệt độ khắc nghiệt Câu Nêu cấu tạo, nguyên lý hoạt động ứng dụng cảm biến nhiệt ngẫu : • Cấu tạo: Cấu tạo gồm loại dây dẫn A B nối với mối hàn có nhiệt độ: Suất điện động e phụ thuộc vào chất vật liệu làm dây dẫn A B nhiệt độ () Thông thường nhiệt độ mối hàn giữ giá trị không đổi biết trước gọi nhiệt độ chuẩn Nhiệt độ mối hàn đặt mối trường đo Một số loại cặp nhiệu ngẫu sau: - cặp platin rodi/platin: nhiệt độ làm việc dài hạn
