Giáo Trình Công Nghệ Vi Điện Tử

**************************************************************** Đại học đà nẵng Trường đại học bách khoa Th.S Hoàng Minh Cơng Giáo trình Cảm biến cơng nghiệp - Đà Nẵng 2004 - **************************************************************** CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Lời mở đầu Cảm biến định nghĩa thiết bị dùng để cảm nhận biến đổi đại lượng vật lý đại lượng khơng mang tính chất điện thành đại lượng điện đo Nó thành phần quan trọng thiết bị đo hay hệ điều khiển tự động Đã từ lâu cảm biến sử dụng phận để cảm nhận phát hiện, từ vài ba chục năm trở lại chúng thể vai trò quan trọng kỹ thuật cơng nghiệp đặc biệt lĩnh vực đo lường, kiểm tra điều khiển tự động Nhờ tiến khoa học công nghệ lĩnh vực vật liệu, thiết bị điện tử tin học, cảm biến giảm thiểu kích thước, cải thiện tính ngày mở rộng phạm vi ứng dụng Giờ khơng có lĩnh vực mà khơng sử dụng cảm biến Chúng có mặt hệ thống tự động phức tạp, người máy, kiểm tra chất lượng sản phẩm, tiết kiệm lượng, chống ô nhiễm môi trường Cảm biến ứng dụng rộng rãi lĩnh vực giao thông vận tải, sản xuất hàng tiêu dùng, bảo quản thực phẩm, sản xuất ô tô Bởi trang bị kiến thức cảm biến trở thành yêu cầu quan trọng cán kỹ thuật Đối với sinh viên ngành điện tử ngành tự động hoá trường đại học kỹ thuật, môn học cảm biến công nghiệp môn học bắt buộc chương trình đào tạo, nhằm trang bị kiến thức cảm biến để học tốt mơn học chun ngành Giáo trình cảm biến công nghiệp viết cho chuyên ngành điện tử gồm 10 chương, giới thiệu kiến thức cảm biến, cấu tạo, nguyên lý hoạt động, đặc trưng sơ đồ mạch đo cảm biến sử dụng phổ biến công nghiệp thí nghiệm, nghiên cứu xếp theo công dụng cảm biến Do nội dung giáo trình bao quát rộng, tài liệu tham khảo hạn chế trình độ có hạn người biên soạn nên chắn giáo trình khơng tránh khỏi sai sót Tác giả mong muốn nhận góp ý bạn đọc đồng nghiệp để giáo trình hồn thiện Các nhận xét, góp ý xin gửi Khoa Cơ khí Trường Đại học Bách Khoa, Đại học Đà Nẵng Tác giả CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Chương I Các Khái niệm đặc trưng 1.1 Khái niệm phân loại cảm biến 1.1.1 Khái niệm Cảm biến thiết bị dùng để cảm nhận biến đổi đại lượng vật lý đại lượng khơng có tính chất điện cần đo thành đại lượng điện đo xử lý Các đại lượng cần đo (m) thường khơng có tính chất điện (như nhiệt độ, áp suất ) tác động lên cảm biến cho ta đặc trưng (s) mang tính chất điện (như 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 ) (1.1) Người ta gọi (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 (m) 1.1.2 Phân loại cảm biến Các cảm biến phân loại theo đặc trưng sau đây: - Theo nguyên lý chuyển đổi đáp ứng kích thích (bảng 1.1) Bảng 1.1 Hiện tượng Chuyển đổi đáp ứng kích thích - Nhiệt điện - Quang điện - Quang từ Hiện tượng vật lý - Điện từ - Quang đàn hồi - Từ điện - Nhiệt từ - Biến đổi hoá học Hoá học - Biến đổi điện hố - Phân tích phổ - Biến đổi sinh hoá CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Sinh học - Biến đổi vật lý - Hiệu ứng thể sống - Phân loại theo dạng kích thích (bảng 1.2) Bảng 1.2 - Biên pha, phân cực Âm - Phổ - Tốc độ truyền sóng - Điện tích, dòng điện Điện - Điện thế, điện áp - Điện trường (biên, pha, phân cực, phổ) - Điện dẫn, số điện môi - Từ trường (biên, pha, phân cực, phổ) Từ - Từ thông, cường độ từ trường - Độ từ thẩm - Biên, pha, phân cực, phổ Quang - Tốc độ truyền - Hệ số phát xạ, khúc xạ - Hệ số hấp thụ, hệ số xạ - Vị trí - Lực, áp suất - Gia tốc, vận tốc Cơ - ứng suất, độ cứng - Mô men - Khối lượng, tỉ trọng - Vận tốc chất lưu, độ nhớt - Nhiệt độ Nhiệt - Thông lượng - Nhiệt dung, tỉ nhiệt - Kiểu Bức xạ - Năng lượng - Cường độ CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt - Theo tính cảm biến (bảng 1.3) Bảng 1.3 - Độ nhạy - Khả tải - Độ xác - Tốc độ đáp ứng - Độ phân giải - Độ ổn định - Độ chọn lọc - Tuổi thọ - Độ tuyến tính - Điều kiện môi trường - Công suất tiêu thụ - Kích thước, trọng lượng - Dải tần - Độ trễ - Phân loại theo phạm vi sử dụng ( bảng 1.4) Bảng 1.4 - Công nghiệp - Nghiên cứu khoa học - Mơi trường, khí tượng - Thơng tin, viễn thông - Nông nghiệp - Dân dụng - Giao thông - Vũ trụ - Quân - Phân loại theo thơng số mơ hình mạch thay : + Cảm biến tích cực có đầu nguồn áp nguồn dòng + Cảm biến thụ động đặc trưng thông số R, L, C, M tuyến tính phi tuyến 1.2 Đường cong chuẩn cảm biến 1.2.1 Khái niệm 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 ) , đồ thị hình 1.1a s s si CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt a) D ng Hình 1.1 ng cong chu n c m bi n ng cong chu n b) ng cong chu n c a c m bi n n tính 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 với a, b hệ số, đường cong chuẩn đường thẳng (hình 1.1b) 1.2.2 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 minh (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 s s2 s1 m1 m2 m Hình 1.2 Ph ng pháp chu n c m bi n a) 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, người ta dùng phương pháp chuẩn đơn giản Thực chất chuẩn đơn giản đo giá trị đại lượng đầu ứng với giá xác định không đổi đại lượng đo đầu vào Việc chuẩn tiến hành theo hai cách: CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt - 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 b) 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 của đại lượng Trong trường hợp vậy, người ta 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 ứng với điểm gốc, m=0 s=0 - Đo giá trị đầu theo loạt giá trị tăng dần đến giá trị cực đại đại lượng đo đầu vào - Lặp lại trình đo với giá trị giảm dần từ giá trị cực đại Khi chuẩn nhiều lần cho phép xác định đường cong chuẩn theo hai hướng đo tăng dần đo giảm dần 1.3 Các đặc trưng 1.3.1 Độ nhạy cảm biến a) Khái niệm Đối với cảm biến tuyến tính, biến thiên đầu Δs biến thiên đầu vào Δm có liên hệ tuyến tính: Δs = S.Δm (1.2) Đại lượng S xác định biểu thức S = Δs gọi độ nhạy cảm biến Δm 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: CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt ⎛ Δs ⎞ S=⎜ ⎟ ⎝ Δm ⎠ m = m i (1.3) Để phép đo đạt độ xác cao, thiết kế sử dụng cảm biến cần cho độ nhạy S khơng 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 Thông thường nhà sản xuất cung cấp giá trị độ nhạy S tương ứng với điều kiện làm việc định cảm biến b) 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 xác định theo công thức (1.3) độ đốc đặc trưng tĩnh điểm làm việc xét Như vậy, đặc trưng tĩnh khơng phải tuyến tính độ nhạy chế độ tĩnh phụ thuộc điểm làm việc Đại lượng ri xác định tỷ số giá trị si đầu giá trị mi đầu vào gọi tỷ số chuyển đổi tĩnh: ⎛s⎞ ri = ⎜ ⎟ ⎝ m ⎠Q i (1.4) Từ (1.4), ta nhận thấy tỷ số chuyển đổi tĩnh ri không phụ thuộc vào điểm làm việc Qi S đặc trưng tĩnh đường thẳng qua gốc toạ độ c) 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 ) = m + m cos ωt (1.5) Trong m0 giá trị không đổi, m1 biên độ ω tần số góc biến thiên đại lượng đo đầu cảm biến, hồi đáp s có dạng: CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt s(t ) = s + s1 cos(ωt + ϕ) Trong đó: - s0 giá trị khơng 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 tỉ số biên độ biến thiên đầu s1 biên độ biến thiên đầu vào m1 ứng với điểm làm việc xét Q0, theo công thức: ⎛s ⎞ S = ⎜⎜ ⎟⎟ ⎝ m1 ⎠Q 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 1.3.2 Độ tuyến tính a) Khái niệm Một cảm biến gọi tuyến tính dải đo xác định dải chế độ đó, độ nhạy khơng phụ thuộc vào đại lượng đo Trong chế độ tĩnh, độ tuyến tính khơng 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 khơng phụ thuộc độ nhạy chế độ tĩnh S(0) vào đại lượng đo, đồng thời thông số định hồi đáp (như tần số riêng f0 dao động không tắt, hệ số tắt dần ξ không phụ thuộc vào đại lượng đo Nếu cảm biến khơng tuyến tính, người ta đưa vào mạch đo thiết bị hiệu chỉnh cho tín hiệu điện nhận đầu tỉ lệ với thay đổi đại lượng đo đầu vào Sự hiệu chỉnh gọi tuyến tính hố b) Đường thẳng tốt CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Khi chuẩn cảm biến, từ kết thực nghiệm ta nhận loạt 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 Tuy 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 Giả sử chuẩn cảm biến ta tiến hành với N điểm đo, phương trình có dạng: s = am + b Trong đó: a= b= N.∑ s i m i −∑ s i ∑ m i N.∑ m 2i − (∑ m i ) ∑ s i ∑ m 2i − ∑ m i s i ∑ m i N.∑ m 2i − (∑ m i ) c) Độ lệch tuyến tính Đối với cảm biến khơng hồn tồn tuyến tính, người ta đưa khái niệm độ lệch tuyến tính, xác định độ lệch cực đại đường cong chuẩn đường thẳng tốt nhất, tính % dải đo 1.3.3 Sai số độ xác Các cảm biến dụng cụ đo lường khác, đại lượng cần đo (cảm nhận) 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 độ lệch tuyệt đối giá trị đo giá trị thực x (sai số tuyệt đối), sai số tương đối cảm biến tính bằng: δ= Δx 100 [%] x Sai số cảm biến mang tính chất ước tính khơng thể biết xác giá trị thực đại lượng cần đo Khi đánh giá sai số cảm biến, người ta thường phân chúng thành hai loại: sai số hệ thống sai số ngẫu nhiên - Sai số hệ thống: sai số khơng 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 thiếu hiểu biết hệ đo, điều kiện sử dụng không tốt gây Các nguyên nhân gây sai số hệ thống là: CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt bảng 10.2 trình bày biểu thức tính sai số tuyệt đối sai số tương đối số hàm Y thường gặp phép đo gián tiếp Bảng 10.2 Sai số tuyệt đối ΔY Hàm Y X1 + X2 (ΔX )2 + (ΔX )2 ± ± [(ΔX ) X1 X2 ± [X (ΔX ) 2 ] + X (ΔX ) X 2 2 ⎛ ΔX ⎞ ⎛ ΔX ⎟⎟ + ⎜⎜ ± ⎜⎜ ⎝ X1 ⎠ ⎝ X ⎞ ⎟⎟ ⎠ ± n(ΔX / X ) ± nX n −1 ΔX Xn 2 2 ] + (ΔX ) / (X + X ) ⎛ ΔX ⎞ ⎛ ΔX ⎞ ⎟⎟ + ⎜⎜ ⎟⎟ ± ⎜⎜ X X ⎝ ⎠ ⎝ ⎠ ± X (ΔX ) + X (ΔX ) X1.X2 2 ΔY Y Sai số tương đối γ Y = 10.4.5 Bù sai số a) Bù sai số cộng tính Trong cảm biến có sai số cộng tính, ta có: YX = K X X + ΔYa KX = Với (10.24) Yi +1 − Yi X i +1 − X i Giá trị ΔYa không thay đổi theo X sai số cộng tính (hình 10.11) Loại trừ sai số loại trừ (hình 10.12) X X CB Y CB YX = KXX + ΔYa Yi Xi Hình 10.12 Lo i tr sai s c ng tính Hình 10.11 S nguyên lý c m bi n có sai s c ng tính Ta có: Yi = K i X i + ΔYa (10.25) Thực phép trừ theo vế (10.24) (10.25) biến đổi ta có: ⎛ X − Xi X − X i = (YX − Yi )⎜⎜ i +1 ⎝ Yi +1 − Yi ⎞ ⎟⎟ ⎠ (10.26) Bằng cách ta loại trừ sai số cộng tính ΔYa b) Bù sai số nhân tính CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 2 Trong c m bi n có sai s nhân tính, ta có: X YX = XK X (1 − γ k ) YX CB (10.27) Y0 X0 Trong ó γ k sai s nhân tính Hình 10.12 Lo i tr sai s nhân tính Mu n bù sai s nhân tính ta dùng Nếu đại lượng vào Xo, ta có: Y0 = X K (1 − γ k ) (10.28) Thực phép chia theo vế (10.27) (10.28) ta có: YX X K X (1 − γ k ) X K X = = Y0 X K (1 − γ k ) X K X= Nhận Y K0 X0 Y0 K X (10.29) c) Bù sai số yếu tố ảnh hưởng Một sai số khó loại trừ cảm biến sai số yếu tố ảnh hưởng (hay yếu tố không mang thông tin) Khi nghiên cứu cảm biến, người ta đưa vào biện pháp để loại trừ yếu tố đơn nhiều cảm biến ảnh hưởng khó loại trừ Không cảm biến khác công nghệ chế tạo, ảnh hưởng khác nhau, cảm biến thơng minh người ta thường bù ảnh hưởng yếu tố không mang thông tin cảm biến sử dụng Từ phương trình biến đổi cảm biến ta viết sai số: ΔY = Trong ∂F ∂F ∂F Δb + ΔX + Δa + ∂b ∂X ∂a (10.30) ∂F Δa ảnh hưởng yếu tố a đến kết đo Y Nhờ khả xử lý ∂a máy tính ta sai phân hố nội suy tuyến tính Bằng thực nghiệm ta lập bảng yếu tố ảnh hưởng (bảng 10.3) Bảng 10.3 A X CuuDuongThanCong.com X1 X2 Xj https://fb.com/tailieudientucntt Xn A1 Δ11 Δ12 Δ1j Δ1n A2 Δ21 Δ22 Δ2j Δ2n Ai Δi1 Δi2 Δij Δin Am Δm1 Δm2 Δmj Δmn Từ giá trị Ai nhận cảm biến đo phụ giá trị đại lượng đo Xj, tra bảng nhận giá trị Δij, sau nội suy giá trị phải bù để loại trừ sai số ảnh hưởng yếu tố A Tài liệu tham khảo Lê Văn Doanh, Phạm Thượng Hàn, Nguyễn Văn Hoà, Võ Thạch Sơn, Đào Văn Tân Các cảm biến kỹ thuật đo lường & điều khiển NXB Khoa học Kỹ thuật - 2001 Phan Quang Phô, Nguyễn Đức Chiến Giáo trình Cảm biến Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật - 2000 Tạ Duy Liêm Hệ thống điều khiển số cho máy công cụ Trường Đại học Bách khoa Hà Nội - 1998 Đỗ Xuân Thụ (chủ biên) Kỹ thuật điện tử Nhà xuất Giáo dục - 2002 S.C Jomathon Lin Computer Nummerical Control Pelmar Publishers Inc CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Mục lục Lời mở đầu Chương I Các khái niệm đặc trưng 1.1 Khái niệm phân loại cảm biến 1.1.1 Khái niệm cảm biến 1.1.2 Phân loại cảm biến 1.2 Đường cong chuẩn 1.2.1 Khái niệm 1.2.2 Phương pháp chuẩn cảm biến 1.3 Các đặc trưng 1.3.1 Độ nhạy 1.3.2 Độ tuyến tính 11 1.3.3 Sai số độ xác 12 1.3.4 Độ nhanh thời gian hồi đáp 13 1.3.5 Giới hạn sử dụng cảm biến 14 1.4 Nguyên lý chế tạo cảm biến 15 1.4.1 Nguyên lý chế tạo cảm biến tích cực 15 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 1.4.2 Nguyên lý chế tạo cảm biến thụ động 19 1.5 Mạch đo 20 1.5.1 Sơ đồ mạch đo 20 1.5.2 Một số phần tử mạch đo 21 Chương II Cảm biến quang 2.1 Tính chất đơn vị đo ánh sáng 24 2.1.1 Tính chất ánh sáng 24 2.1.2 Các đơn vị đo quang 25 2.2 Cảm biến quang dẫn 26 2.2.1 Hiệu ứng quang dẫn 26 2.2.2 Tế bào quang dẫn 29 2.2.3 Photodiot 33 2.2.4 Phototranzito 40 2.2.5 Phototranzito hiệu ứng trường 43 2.3 Cảm biến quang điện phát xạ 44 2.3.1 Hiệu ứng quang điện pháp xạ 44 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 2.3.2 Tế bào quang điện chân không 45 2.3.3 Tế bào quang điện dạng khí 46 2.3.4 Thiết bị nhân quang 46 Chương III Cảm biến đo nhiệt độ 3.1 Khái niệm 48 3.1.1 Nhiệt độ thang đo nhiệt độ 48 3.1.2 Nhiệt độ đo nhiệt độ cần đo 49 3.1.3 Phân loại cảm biến đo nhiệt độ 50 3.2 Nhiệt kế giản nở 51 3.2.1 Nhiệt kế giản nở dùng chất rắn 51 3.2.2 Nhiệt kế giản nở dùng chất lỏng 51 3.3 Nhiệt kế điện trở 52 3.3.1 Nguyên lý chung 52 3.3.2 Nhiệt kế điện trở kim loại 53 3.3.3 Nhiệt kế điện trở silic 56 3.3.4 Nhiệt kế điện trở oxyt bán dẫn 56 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 3.4 Cảm biến nhiệt ngẫu 57 3.4.1 Hiệu ứng nhiệt điện 57 3.4.2 Cấu tạo cặp nhiệt 59 3.4.3 Mạch đo dụng cụ thứ cấp 62 3.5 Hoả kế 67 3.5.1 Hoả kế xạ toàm phần 67 3.5.2 Hoả kế quang điện 68 Chương IV Cảm biến đo vị trí dịch chuyển 4.1 Nguyên lý đo vị trí dịch chuyển 71 4.2 Điện kế điện trở 71 4.2.1 Điện kế điện trở dùng chạy học 71 4.2.2 Điện kế điện trở không dùng chạy học 73 4.3 Cảm biến điện cảm 75 4.3.1 Cảm biến tự cảm 75 4.3.2 Cảm biến hỗ cảm 78 4.4 Cảm biến điện dung 81 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 4.4.1 Cảm biến tụ đơn 81 4.4.2 Cảm biến tụ kép vi sai 83 4.4.3 Mạch đo 84 4.5 Cảm biến quang 84 4.5.1 Cảm biến quang phản xạ 84 4.5.2 Cảm biến quang soi thấu 85 4.6 Cảm biến đo dịch chuyển sóng đàn hồi 86 4.6.1 Nguyên lý đo dịch chuyển sóng đàn hồi 86 4.6.2 Cảm biến sử dụng phần tử áp điện 87 4.6.3 Cảm biến âm từ 88 Chương V Cảm biến đo biến dạng 5.1 Biến dạng phương pháp đo 90 5.1.1 Định nghĩa số đại lượng co học 90 5.1.2 Phương pháp đo biến dạng 91 5.2 Đầu đo điện trở kim loại 91 5.2.1 Cấu tạo nguyên lý hoạt động 91 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 5.2.2 Các đặc trưng chủ yếu 93 5.3 Cảm biến áp trở silic 94 5.3.1 Cấu tạo nguyên lý hoạt động 94 5.3.2 Các đặc trưng chủ yếu 95 5.4 Đầu đo chế độ động 96 5.4.1 Tần số sử dụng tối đa 96 5.4.2 Giới hạn mỏi 97 5.5 ứng suất kế dây rung 97 Chương VI Cảm biến đo lực 6.1 Nguyên lý đo lực 99 6.2 Cảm biến áp điện 100 6.2.1 Cấu tạo nguyên lý hoạt động 100 6.2.2 Cảm biến thạch anh kiểu vòng đệm 101 6.2.3 Cảm biến thạch anh nhiều thành phần 102 6.2.4 Sơ đồ mạch đo 102 6.3 Cảm biến từ giảo 104 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 6.3.1 Hiệu ứng từ giảo 104 6.3.2 Cảm biến từ thẩm biến thiên 105 6.3.3 Cảm biến từ dư biến thiên 106 6.4 Cảm biến dựa phép đo dịch chuyển 106 6.5 Cảm biến xúc giác 107 Chương VII Cảm biến đo vận tốc, gia tốc rung 7.1 Cảm biến đo vận tốc 108 7.1.1 Nguyên lý đo vận tốc 108 7.1.2 Tốc độ kế điện từ 108 7.1.3 Tốc độ kế xung 113 7.1.4 Máy đo góc tuyệt đối 115 7.1.5 Đổi hướng kế 116 7.2 Cảm biến đo rung gia tốc 118 7.2.1 Khái niệm 118 7.2.2 Cảm biến đo tốc độ rung 121 7.2.3 Gia tốc kế áp điện 122 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 7.2.4 Gia tốc kế áp trở 123 Chương VIII Cảm biến đo áp suất chất lưu 8.1 áp suất nguyên lý đo áp suất 126 8.1.1 áp suất đơn vị đo 126 8.1.2 Nguyên lý đo áp suất 127 8.2 áp kế vi sai dựa nguyên tắc cân thuỷ tĩnh 128 8.2.1 áp kế vi sai kiểu phao 128 8.2.2 áp kế vi sai kiểu chuông 129 8.3 Cảm biến áp suất dựa phép đo biến dạng 130 8.3.1 Phần tử biến dạng 131 8.3.2 Các chuyển đổi điện 135 Chương IX Cảm biến đo lưu lượng mức chất lưu 9.1 Cảm biến đo lưu lượng 142 9.1.1 Lưu lượng đơn vị đo 142 9.1.2 Cơng tơ thể tích 142 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 9.1.3 Công tơ tốc độ 144 9.1.4 Lưu lượng kế màng chắn 146 9.1.5 Lưu lượng kế điện từ 149 9.2 Cảm biến đo phát mức chất lưu 150 9.2.1 Mục đích phương pháp đo 150 9.2.2 Phương pháp thuỷ tỉnh 151 9.2.3 Phương pháp điện 152 9.2.4 Phương pháp xạ 153 Chương X Cảm biến thông minh 10.1 Khái niệm cảm biến thông minh 155 10.2 Cấu trúc cảm biến thông minh 156 10.3 Các khâu chức cảm biến thông minh 157 10.3.1 Bộ chuyển đổi chuẩn hoá 157 10.3.2 Bộ dồn kênh MUX 159 10.3.3 Bộ chuyển đổi tương tự - số A/D 160 10.4 Các thuật toán xử lý cảm biến thông minh 10.4.1 Tự động khắc độ 163 10.4.2 Xử lý tuyến tính hố đoạn 163 10.4.3 Gia công kết đo 166 10.4.4 Sai số kết phép đo gián tiếp 171 CuuDuongThanCong.com 163 https://fb.com/tailieudientucntt Tài liệu tham khảo 174 Mục lục 175 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt ... pha, phân cực Âm - Phổ - Tốc độ truyền sóng - Điện tích, dòng điện Điện - Điện thế, điện áp - Điện trường (biên, pha, phân cực, phổ) - Điện dẫn, số điện môi - Từ trường (biên, pha, phân cực, phổ)... n i i n tr Đầu vào vi sai đóng vai trò quan trọng vi c khử nhiễu chế độ chung tăng điện trở vào KĐTT Điện áp Ra phải điện áp vi sai đầu vào ΔU tạo nên dòng điện i = ΔU Các điện áp từ KĐTT U1... tuyệt đối điện tích điện tử, T nhiệt độ tuyệt đối khối vật liệu, k số Số điện tử tái hợp với nguyên tử bị ion hoá đơn vị thời gian tỉ lệ với nguyên tử bị ion hoá n0 nồng độ điện tử n0 r n 02 , r