Giáo trình Kỹ thuật cảm biến - Nghề: Điện dân dụng - Trình độ: Cao đẳng nghề (Tổng cục Dạy nghề)

(NB) Giáo trình Kỹ thuật cảm biến với mục tiêu chính là Trình bày được đặc tính cấu tạo và nguyên lý làm việc của các loại cảm biến. Thiết kế được mạch cảm biến đơn giản đạt yêu cầu kỹ thuật. Thực hành lắp ráp một số mạch điều khiển thiết bị cảm biến đúng yêu cầu.

BỘ LAO ĐỘNG - THƯƠNG BINH & XÃ HỘI

TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN

Tài liệu này thuộc loại sách giáo trình nên các nguồn thông tin có thể được phép dùng nguyên bản hoặc trích dùng cho các mục đích về đào tạo và tham khảo

Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc hoặc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu lành mạnh sẽ bị nghiêm cấm

LỜI GIỚI THIỆU

Trong các hệ thống đo lường và điều khiển dân dụng, thì mọi quá trình đều được đặc trưng bởi các trạng thái Các trạng thái này thường là các đại lượng không điện như: Nhiệt độ, độ ẩm, áp suất, lưu lượng, … Để thực hiện được tự động hóa trong các hệ thống thì phải có các cảm biến để đo đạc, theo dõi trạng thái của các quá trình đó Do đó việc hiểu và nắm bắt được các loại cảm biến trên thị trường hiện nay là rất quan trọng

Giáo trình kỹ thuật cảm biến được biên soạn dựa trên các giáo trình và tài liệu tham khảo đã có, và giáo trình này được dùng để giảng dạy và làm tài liệu tham khảo cho sinh viên nghề điện dân dụng

Nội dung của giáo trình gồm 10 bài

Bài 1 trình bày các khái niệm chung về cảm biến,

Bài 2 trình bày về các loại cảm biến nhiệt,

Bài 3 trình bày về cảm biến điện hóa,

Bài 4 trình bày về cảm biến áp suất,

Bài 5 trình bày về cảm biến quang,

Bài 6 trình bày về cảm biến vị trí,

Bài 7 trình bày về cảm biến tiệm cận,

Bài 8 trình bày về cảm biến từ trường,

Bài 9 trình bày về cảm biến ẩm,

Bài 10 trình bày về cảm biến rung

Trong quá trình biên soạn, nhóm tác giả đã tham khảo các tài liệu và giáo trình khác như ở phần cuối giáo trình đã thống kê

Chúng tôi rất cảm ơn các cơ quan hữu quan của TCDN, BGH và các thày

cô giáo trường CĐN Bách nghệ Hải Phòng và một số giáo viên có kinh nghiệm,

cơ quan ban ngành khác đã tạo điều kiện giúp đỡ cho nhóm tác giả hoàn thành giáo trình này

Lần đầu được biên soạn và ban hành, giáo trình chắc chắn sẽ còn khiếm khuyết; rất mong các thày cô giáo và những cá nhân, tập thể của các trường đào tạo nghề và các cơ sở doanh nghiệp quan tâm đóng góp để giáo trình ngày càng hoàn thiện hơn, đáp ứng được mục tiêu đào tạo của Mô đun nói riêng và ngành điện dân dụng cũng như các chuyên ngành kỹ thuật nói chung

Mọi ý kiến đóng góp xin gửi về địa chỉ:

Trường Cao đẳng nghề Bách Nghệ Hải Phòng

Khoa Điện – Điện tử

Số 196/143 Đường Trường Chinh - Quận Kiến An - TP Hải Phòng

MỤC LỤC NỘI DUNG TRANG

LỜI GIỚI THIỆU 1

MỤC LỤC 2

BÀI 1: KHÁI NIỆM CHUNG VỀ CẢM BIẾN 5

1 Mục đích yêu cầu của môn học kỹ thuật cảm biến 5

2 Khái niệm chung về kỹ thuật cảm biến 5

3 Nhận biết các loại cảm biến 11

4 Ứng dụng kỹ thuật cảm biến 12

BÀI 2: CẢM BIẾN NHIỆT 15

1 Cảm biến nhiệt điện trở 15

2 Cảm biến cặp nhiệt điện 22

3 Nhận dạng, phân biệt các loại cảm biến nhiệt 25

BÀI 3: CẢM BIẾN ĐIỆN HÓA 26

1 Khái niệm cảm biến điện hoá 26

2 Phạm vi ứng dụng 26

3 Cấu tạo, nguyên lý làm việc 26

4 Nhân dạng, phân biệt các loại cảm biến điện hóa 31

5 Kiểm tra, hiệu chỉnh, thay thế 31

BÀI 4: CẢM BIẾN ÁP SUẤT 32

1 Khái niệm cảm biến áp suất 32

2 Phạm vi ứng dụng 32

3 Cấu tạo, nguyên lý làm việc 32

4 Nhân dạng, phân biệt các loại cảm biến áp suất 35

5 Kiểm tra, hiệu chỉnh, thay thế 36

BÀI 5: CẢM BIẾN QUANG 37

1 Cảm biến quang dẫn 37

2 Cảm biến Diode quang 39

3 Cảm biến Transistor quang 40

4 Cảm biến quang phát xạ 46

5 Nhân dạng, phân biệt các loại cảm biến quang 48

6 Kiểm tra, hiệu chỉnh, thay thế các loại cảm biến quang 48

Bài 6: CẢM BIẾN VỊ TRÍ 49

1 Khái niệm cảm biến vị trí 49

2 Cấu tạo, nguyên lý làm việc 49

3 Nhân dạng, phân biệt các loại cảm biến vị trí 57

4 Kiểm tra, hiệu chỉnh, thay thế 57

Bài 7: CẢM BIẾN TIỆM CẬN 59

1 Khái niệm cảm biến tiệm cận .59

2 Cấu tạo, nguyên lý làm việc 60

3 Nhân dạng, phân biệt các loại cảm biến tiệm cận 64

4 Kiểm tra, hiệu chỉnh, thay thế 68

Bài 8: CẢM BIẾN TỪ TRƯỜNG 69

1 Khái niệm cảm biến từ trường .69

2 Các loại cảm biến từ trường 69

3 Nhân dạng, phân biệt các loại cảm biến từ trường 75

4 Kiểm tra, hiệu chỉnh, thay thế 76

Bài 9: CẢM BIẾN ẨM 77

1 Khái niệm cảm biến ẩm 77

2 Các loại cảm biến ẩm 78

3 Nhận dạng, phân biệt các loại cảm biến ẩm 80

4 Kiểm tra, hiệu chỉnh, thay thế 81

Bài 10: CẢM BIẾN RUNG 82

1 Khái niệm cảm biến rung 82

2 Vi âm tụ điện .83

3 Vi âm áp điện .83

4 Vi âm động lực 83

5 Nhận dạng, phân biệt các loại cảm biến rung 83

6 Kiểm tra, thay thế các loại cảm biến rung 84

TÊN MÔ ĐUN: KỸ THUẬT CẢM BIẾN

Mã mô đun: MĐ27

Vị trí, tính chất, ý nghĩa và vai trò của mô đun:

- Vị trí mô đun: Mô đun được bố trí sau khi sinh viên học xong các môn học chung, các môn học/ mô đun: An toàn lao động; Mạch điện; Vẽ điện; Vật liệu điện; Kỹ thuật điện tử cơ bản; Khí cụ điện hạ thế; Đo lường điện và không điện; Kỹ thuật xung; Kỹ thuật số

- Tính chất của mô đun: Là mô đun chuyên môn nghề

Mục tiêu của mô đun:

* Về kiến thức: Trình bày được đặc tính cấu tạo và nguyên lý làm việc của các loại cảm biến

* Về kỹ năng:

- Thiết kế được mạch cảm biến đơn giản đạt yêu cầu kỹ thuật

- Thực hành lắp ráp một số mạch điều khiển thiết bị cảm biến đúng yêu cầu

- Kiểm tra, vận hành và sửa chữa được mạch ứng dụng các loại cảm biến đúng yêu cầu kỹ thuật

* Về thái độ: Có tính tỉ mỉ, tuân thủ các quy tắc an toàn điện khi sử dụng các loại cảm biến

Nội dung của mô đun:

BÀI 1 KHÁI NIỆM CHUNG VỀ CẢM BIẾN

Mã bài: MĐ 27.01 Giới thiệu:

Trong các hệ thống điện nối chung và trong hệ thống điện dân dụng nói riêng thì việc sử dụng các loại cảm biến ngày càng trở nên phổ biến và thông dụng Các cảm biến đó giúp cho các thiết bị tự động hay các hệ thống tự động luôn luôn giám sát được các thông số cần thiết trong hệ thống để đưa ra quyết định điều khiển tiếp theo Do đó đối với một người thợ điện thì kiến thức về các loại cảm biến thông dụng là không thể thiếu, và để nắm bắt được các loại cảm biến đó thì trước tiên phải hiểu được các khái niệm chung và cơ bản về cảm biến

Mục tiêu:

- Trình bày được các khái niệm về cảm biến

- Trình bày được phạm vi ứng dụng của các linh kiện cảm biến dùng trong các mạch tự động điều khiển dân dụng

- Nhận dạng, phân biệt được các loại cảm biến

Nội dung chính:

1 Mục đích yêu cầu của môn học kỹ thuật cảm biến

Mục tiêu: Trình bày được mục đích và yêu cầu của môn học kỹ thuật cảm biến

1.1 Mục đích

Mục đích của môn học kỹ thuật cảm biến là trang bị cho sinh viên những kiến thức cơ bản về đặc điểm cấu tạo, nguyên lý hoạt động, các tham số kỹ thuật, ứng dụng, cách kiểm tra chỉnh định của các loại cảm biến thông dụng 1.2 Yêu cầu

Để học và hiểu được các kiến thức trong phạm vi môn học này, yêu cầu người học đã hoàn thành các học phần cơ sở như: Điện tử cở bản, Kỹ thuật xung

số, Đo lường các đại lượng điện và không điện, vật liệu điện,

2 Khái niệm chung về kỹ thuật cảm biến

Mục tiêu: Trình bày được khái niệm chung về kỹ thuật cảm biến

2.1 Khái niệm về kỹ thuật cảm biến

Kỹ thuật cảm biến là một ngành kỹ thuật nghiên cứu về các hiệu ứng vật lý như hỏa điện, áp điện, quang điện, nhiệt điện,…từ đó chế tạo ra các loại cảm biến đo các đại lượng vật lý khác nhau thông qua các việc đo kết quả của các hiệu ứng vật lý này, và thông thương kết quả đầu ra là tín hiệu điện

- Hiệu ứng hỏa điện:

Một số tinh thể gọi là tinh thể hoả điện (ví dụ

tinh thể sulfate triglycine) có tính phân cực điện tự

phát với độ phân cực phụ thuộc vào nhiệt độ, làm

xuất hiện trên các mặt đối diện của chúng những

điện tích trái dấu Độ lớn của điện áp giữa hai mặt

phụ thuộc vào độ phân cực của tinh thể hoả điện

Hình: Hiệu ứng hỏa điện

Hiệu ứng hoả điện được ứng dụng để đo thông lượng của bức xạ ánh sáng Khi

ta chiếu một chùm ánh sáng vào tinh thể hoả điện, tinh thể hấp thụ ánh sáng và nhiệt độ của nó tăng lên, làm thay đổi sự phân cực điện của tinh thể Đo điện áp

V ta có thể xác định được thông lượng ánh sáng F

- Hiệu ứng áp điện:

Một số vật liệu gọi chung là vật liệu áp

điện (như thạch anh chẳng hạn) khi bị biến

dạng dước tác động của lực cơ học, trên các

mặt đối diện của tấm vật liệu xuất hiện những

lượng điện tích bằng nhau nhưng trái dấu,

được gọi là hiệu ứng áp điện Đo V ta có thể

xác định được cường độ của lực tác dụng F Hình: Hiệu ứng áp điện

- Hiệu ứng cảm ứng điện từ:

Khi một dây dẫn chuyển động trong từ trường

không đổi, trong dây dẫn xuất hiện một suất điện

động tỷ lệ với từ thông cắt ngang dây trong một

đơn vị thời gian, nghĩa là tỷ lệ với tốc độ dịch

chuyển của dây Tương tự như vậy, trong một Hình: Hiệu ứng điện từ khung dây đặt trong từ trường có từ thông biến thiên cũng xuất hiện một suất điện động tỷ lệ với tốc độ biến thiên của từ thông qua khung dây Hiệu ứng cảm ứng điện từ được ứng dụng để xác định tốc độ dịch chuyển của vật thông qua việc đo suất điện động cảm ứng

- Hiệu ứng quang điện:

+ Hiệu ứng quang dẫn: (hay

còn gọi là hiệu ứng quang điện

nội) là hiện tượng giải phóng ra

các hạt dẫn tự do trong vật liệu

(thường là bán dẫn) khi chiếu vào

chúng một bức xạ ánh sáng (hoặc

bức xạ điện từ nói chung) có bước

Hình: Hiệu ứng quang điện

sóng nhỏ hơn một ngưỡng nhất định

+ Hiệu ứng quang phát xạ điện tử: (hay còn gọi là hiệu ứng quang điện ngoài) là hiện tượng các điện tử được giải phóng và thoát khỏi bề mặt vật liệu tạo thành dòng có thể thu lại nhờ tác dụng của điện trường

- Hiệu ứng quang điện trong chất bán dẫn:

Khi một chuyển tiếp P-N được chiếu sáng sẽ phát sinh ra các cặp điện tử và

lỗ chống, chúng chuyển động đưới tác động của chuyển tiếp này làm thay đổi hiệu điện thế giữa hai đầu chuyển tiếp Hiệu ứng này thường được dùng để chế tạo cảm biến quang

- Hiệu ứng nhiệt điện:

Khi hai dây dẫn có bản chất hóa học

khác nhau được hàn kín sẽ xuất hiện

một suất điện động tỉ lệ với nhiệt độ

mối hàn Hiệu ứng này thường dùng

để chế tạo cảm biến nhiệt độ

2.2 Khái niệm về cảm biến

2.2.1 Khái niệm cảm biến Hình: Hiệu ứng nhiệt điện

Cảm biến là các thiết bị dùng để cảm nhận và biến đổi các đại lượng vật lý

và các đại lượng không có tính chất điện cần đo thành các đại lượng điện có thể

đo và xử lý được

Các đại lượng cần đo (m) thường không có tích chất điện (như nhiệt độ, áp suất, …) tác động lên cảm biến cho ta một đặc trưng (s) có tính chất điện (như dòng điện, điện áp, trở kháng, …) chứa đựng thông tin cho phép xác định giá trị của đại lượng cần đo Đặc trưng s là hàm của đại lượng cần đo m

s=F(m)

Người ta gọi s là đại lượng đầu ra hay là phản ứng của cảm biến, m là đại lượng đầu vào hay kích thích (có nguồn gốc là đại lượng cần đo) Thông qua đo đạc s cho phép nhận biết giá trị của m

2.2.2 Phần tử nhạy

Là khâu đầu tiên của thiết bị đo chịu tác động trục tiếp của đại lượng đo Phần tử nhạy không có đặc tính riêng Sai số được hạn chế bởi thiết bị mà nó tham gia

2.2.3 Chuyển đổi đo lường

Là một khâu của thiết bị đo, tín hiệu vào là hàm số của tín hiệu ra Cơ sở vật lý của chuyển đổi đo lường là biến đổi và truyền đạt năng lượng (biến đổi từ dạng năg lượng này sang dạng năng lượng khác)

2.2.4 Cảm biến đo lường

Là phương tiện đo thực hiện biến đổi tín hiệu ở đầu vào thành tín hiệu ra thuận lợi cho việc biến đổi tiếp theo hoặc truyền đạt, gia công bằng thiết bị bằng thiết bị tính hoặc lưu giữ số liệu (nhưng không quan sát được)

2.2.5 Mạch đo

Đáp ứng ngõ ra của các loại cảm biến thường là không phù hợp với cơ cấu chỉ thị hoặc các thiết bị đọc tín hiệu hồi tiếp trong các hệ thống điều khiển vì vậy cần có mạch xử lý tín hiệu (chuyển đổi tín hiệu) cho phù hợp với cơ cấu này Sơ đồ khối Minh họa việc kết hợp giữa cảm biến và mạch xử lý tín hiệu như sau:

Hình: Mạch đo và cảm biến Tuy nhiên tín hiệu ngõ ra của các cảm biến là nhỏ nên thường phải kèm theo mạch khuếch đại ngay bên trong cảm biến

- Mạch khuếch đại đảo:

Điện áp đầu ra tính theo biểu

thức:

V0 là điện áp đầu ra

Vi là điện áp đầu vào

Hình: Mạch khuếch đại đảo

- Mạch khuếch đại không đảo:

Điện áp đầu ra tính theo biểu thức:

V0 là điện áp đầu ra

Vi là điện áp đầu vào

Hình: Mạch khuếch đại không đảo

Hình: Mạch khuếch đại vi sai

- Ngoài ra trong cảm biến cũng thường sử dụng mạch cầu so sánh:Mạch cầu

so sánh hay còn gọi là mạch cầu Wheastone Thường dùng để chuyển đổi sự thay đổi của điện trở thành sự thay đổi của điện áp trên đường chéo của cầu

Trong sơ đồ bên: Rx=R0+ ΔR

ΔU=V+ - V-

Nếu ΔR << R0 thì biểu thức có thể viết lại là:

Hình: Mạch cầu Wheastone 2.3 Phân loại cảm biến

2.3.1 Phân loại theo đại lượng vào và ra

- Cảm biến điện-điện: Trong đó các đại lượng vào và ra là thông số điện

- Cảm biến không điện-điện: Là các cảm biến thực hiện chức năng biến đổi các đại lượng không điện như nhiệt độ, áp suất, lưu lượng, … thành các thông

số như điện trở, điện cảm, điện dung, điện áp, dòng điện, sức điện động, …

- Cảm biến khí nén-điện: Được ứng dụng nhiều trong các nhà máy hóa chất, các hệ thống đo và điều khiển cần chống cháy, chống nổ Các cảm biến này thực hiện nhiệm vụ biến đổi các đại lượng không điện thành khí nén, sau đó

từ tín hiệu khí nén mới biến đổi thành tín hiệu điện

2.3.2 Phân loại theo tính chất vật lý

- Cảm biến điện trở

- Cảm biến điện từ

- Cảm biến tĩnh điện

- Cảm biến nhiệt điện

- Cảm biến điện tử-ion

- Cảm biến hóa điện

- Cảm biến y - sinh

2.3.3 Phân loại theo phương pháp đo

- Cảm biến biến đổi trực tiếp

2.4.1 Ở chế độ tĩnh

a, Sai số

*Theo phương pháp hiển thị có thể phân thành:

- Sai số tuyệt đối

- Sai số tương đối

- Sai số tương đối quy đổi

*Theo mức độ không xác định có thể chia thành:

2.4.2 Ơ chế độ động

Đặc tính động là đặc tính được xác định ở chế độ động, đó là các đại lượng biến thiên theo thời gian Và nó là phương trình vi phân biểu diễn mối quan hệ giữa đại lượng vào x(t) và đại lượng ra y(t)

2.5 Nhiễu trong các bộ cảm biến

Nhiễu trong các bộ cảm biến và mạch đo là nguyên nhân gây ra sai số Nhiễu có thể phân thành hai dạng là nhiễu nội tại và nhiễu trên các mạch truyền dẫn

- Nhiễu nội tại sinh ra do quá trình thiết kế, do công nghệ chế tạo không hoàn thiện, tính chất vật liệu không đúng với yêu cầu do tín hiệu ra của cảm biến không đảm bảo chính xác

- Nhiễu trên các bộ truyền dẫn từ cảm biến đến các thiết bị đo và thu thập

số liệu cũng gây ra sai số

+ Nguồn cung cấp cho cảm biến không ổn định và chính xác

+ Do ảnh hưởng của từ trường bên ngoài, nhiệt độ môi trường, bức xạ, độ

ẩm, …tác động lên cảm biến

=> Để chống nhiễu, ta có thể thực hiện một số biện pháp như: Tăng độ lớn của tín hiệu đo, dùng màn chắn từ trường và điện trường, lọc các tần số gây nhiễu, sử dụng các cảm biến mắc vi sai (cảm biến kép),…Tất cả các biện pháp trên sẽ được thực hiện cho từng loại cảm biến cụ thể

3 Nhận biết các loại cảm biến

Mục tiêu: Trình bày được cách nhận biết và nhận biết được các loại cảm biến

3.1 Cách nhận biết các loại cảm biến

3.2 Thực hành nhận biết cảm biến

4 Ứng dụng kỹ thuật cảm biến

Mục tiêu: Trình bày được ứng dụng của cảm biến

4.1 Ứng dụng trong công nghiệp

Trong công nghiệp và đặc biệt là trong các hệ thống tự động thì cảm biến đóng vai trò hết sức quan trọng, vì nó là thiết bị cung cấp thông tin của quá trình điều khiển cho bộ điều khiển, để bộ điều khiển đưa ra những quyết định phù hợp nhằm năng cao chất lượng của quá trình điều khiển Có thể so sánh nhưng cảm biến trong các quá trình tự động giống như những giác quan của con người Ngoài ra các cảm biến còn làm việc trong những môi trường mà con người không thể tiếp xúc trực tiếp như môi trường nhiệt độ cao, môi trường chất hóa học độc hại,… Có thể kể ra một vài ví dụ cụ thể ứng dụng của cảm biến trong công nghiệp như sau:

- Ứng dụng cảm biến tiệm cận trong dây truyền phân loại sản phẩm

Hình: Ứng dụng cảm biến để phân loại sản phẩm

- Ứng dụng cảm biến lân cận để phát hiện mức chất lỏng trong bể chứa

Trong các thiết bị điện dân dụng hiện nay thì cảm biến ngày càng được ứng dụng rộng rãi và biến như:

- Trong các thiết bị điện như tivi, đèn, quạt,…hiện nay hầu hết đều sử dụng các bộ điều khiển từ xa mà trong đó có các cảm biến quang như photo transistor, photo diode,…dùng để thu và phát sóng hồng ngoại từ xa Loại này thường bị hạn chế về khoảng cách do sử dụng sóng hồng ngoại

- Trong các thiết bị điện như điều hòa, tủ lạnh, bình nóng lạnh, bếp từ, bếp điện, lò vi sóng, đồng hồ vạn niên,…thường sử dụng các loại cảm biến nhiệt độ

để đo nhiệt độ môi trường, đo nhiệt độ làm lạnh, đo nhiệt độ đốt nóng,…

Hình: Cảm biến nhiệt độ dạng công

và tự động chạy máy tạo hơi ẩm,

Hình: Cảm biến áng sáng tự động bật đèn khi trời tối

Hình: Cảm biến độ ẩm và mạch điều khiển

BÀI 2 CẢM BIẾN NHIỆT

Mã bài: MĐ 27.02 Giới thiệu:

Cảm biến nhiệt hiểu theo nghĩa đen tức là thiết bị cảm biến để cảm nhận giá trị nhiệt độ Trên thực tế cảm biến nhiệt rất đa dạng và phong phú và được ứng dụng rất nhiều trong các thiết bị điện gia dụng như: Trong máy nóng lạnh, điều hòa, bếp từ,…

Mục tiêu:

- Trình bày được cấu tạo, nguyên lý làm việc, tham số kỹ thuật, phạm vi ứng dụng của các loại cảm biến nhiệt

- Nhận dạng, phân biệt được các loại cảm biến nhiệt

- Kiếm tra, hiệu chỉnh, thay thế được các loại cảm biến nhiệt

Nội dung chính:

1 Cảm biến nhiệt điện trở

Mục tiêu: Trình bày được cấu tạo, phương trình chuyển đổi, sơ đò ứng

dụng, của các loại cảm biến nhiệt điện trở thường gặp

1.1 Cảm biến nhiệt điện trở kim loại

1.1.1.Cấu tạo, tham số kỹ thuật, phạm vi ứng dụng

Để đo những nhiệt độ từ -500C đến 6000C người ta thường dùng cảm biến nhiệt điện trở kim loại như: PT-100, Cu-100, Ni-100 Cảm biến nhiệt điện trở kim loại thường gồm một dây dẫn bằng kim loại như: Platin, Niken, Đồng quấn trên một lõi cách điện như hình dưới đây:

Hình: cấu tạo bên ngoài nhiệt điện trở kim loại

Hình: Cấu tạo bên trong nhiệt điện

trở kim loại

Hình: Một số loại cảm biến nhiệt điện

trở và phụ kiện đi kèm của hãng omron

Hình: Bộ điều khiển nhiệt độ đi kèm

1.1.2 Hoạt động và phương trình chuyển đổi

Trong khoảng nhiệt độ thấp, khi nhiệt độ của cảm biến thay đổi thì điện trở của cảm biến thay đổi theo, và có thể coi phương trình chuyển đổi của cảm biến

Tầm đo (0C) -200÷100 <100 <300

1.1.3 Sơ đồ ứng dụng

Để chuyển sự thay đổi của

cảm biến theo nhiệt độ thành sự

thay đổi điện áp, thường kết nối

cảm biến với mạch đo như hình

bên:

Trong đó RX = R+ΔR là

điện trở của cảm biến Với R là

điện trở của cảm biến ở 00C

Chọn R1 = R3, R2 = R4 thì điện

áp đầu ra của mạch đo là:

Hình: Mạch đo dùng cảm biến nhiệt điện trở

1.1.4 Kiểm tra, hiệu chỉnh và thay thế

* Cách kiểm tra nhiệt điện trở kim loại:

Đầu ra nhiệt điện trở kim loại thường có 3 dây hoặc 2 dây, nếu là loại 3 dây thì đầu ra trong đó có 2 dây chung Ví dụ như loại PT100Ω như sau:

Hình: Loại PT100 có 3 dây đầu ra Hình: Loại PT100 có 2 dây đầu ra

Từ hình vẽ ta có thấy loại PT100Ω 3 dây hay loại PT100Ω 2 dây thì không khác nhau là mấy vì với loại 3 dây thì chân số 2 và chân số 3 là một Như vậy cách kiểm tra 2 loại này là như nhau và ta tiến hành kiểm tra như sau:

Bước 1: Nhúng điện trở vào một cốc nước đá đang tan và chờ khoảng từ 10

đến 15 phút sao cho nhiệt độ trên than điện trở bằng nhiệt độ cốc nước (Khoảng

00c)

Bước 2: Dùng đồng hồ vạn năng để ở thang đo điện trở (X1Ω), tra chỉnh 0

đồng hồ cho chính xác

Bước 3: Một que đồng hồ đặt vào chân số 1 và que còn lại đặt vào chân số 2,

sau đó đọc kết quả trên thang đo Ω Do đây là loại PT100Ω nên khi ở 00c thì điện trở của nó phải là 100Ω Vậy khi đọc kết quả trên thang đo Ω nếu thấy kim đồng hồ chỉ khoang 100Ω thì khả năng điện trở vẫn còn tôt, còn mội hiện tượng khác thường thì là điện trưor đã bị hỏng

Bước 4: Nếu thấy kim đồng hồ chỉ 100Ω thì thực hiện bước tiếp theo Bỏ

điện trở ra môi trường bên ngoài (ra khỏi cốc nước đá) Khi đó nhiệt độ của điện trở sẽ tăng dần cho đến khi bằng nhiệt độ môi trường Lúc này nếu quan sát kim đồng hồ thì sẽ thây kim tăng dần nhưng với khoảng giá trị nhỏ và với tốc độ chậm Vi khi đó giá trị điện trở của PT100Ω sẽ tăng dần với tỉ lệ là 0,384Ω/10c Đến một thời điểm nào đó sẽ thấy kim đồng hồ dừng vì khi đó nhiệt độ điện trở

đã bằng nhiệt độ môi trường Vậy nếu thỏa mãn các hiện tượng trên thì kế luận điện trở vẫn còn tốt

Chú ý: Với các loại nhiệt điện trở khác cũng kiểm tra tương tự, nhưng giá trị

ban đầu ở 00c sẽ khác nhau và tỉ lệ tăng theo nhiệt độ sẽ khác nhau tùy theo catalog của từng loại do nhà sản xuất cung cấp

* Cách thay thế nhiệt điện trở kim loại:

Trên thực tế thường có 2 cách để bắt nhiệt điện trở kim loại Tùy vào từng cách bắt cụ thể như 2 hình vẽ dưới đây mà ta có cách thay thế khác nhau cho phù hợp

Hình: Kiểm bắt xiên góc α0

Hình: Kiểu bắt thẳng đứng 1.2 Cảm biến nhiệt điện trở oxyt kim loại

1.2.1.Cấu tạo, tham số kỹ thuật, phạm vi ứng dụng

Cảm biến nhiệt điện trở oxyt kim loại được chế tạo từ các hỗn hợp oxyt bán dẫn như: MgO, MgAl2O4, Mn2O3, Fe3O4, Co2O3, NiO, ZnTiO4 dướ dạng bột và trộn với nhau theo một tỉ lệ nhất định Sua đó nén định dạng hỗn hợp thành nhiều phiến và nung ở nhiệt độ 10000C Trên bề mặt của phiến sua khi nung, người ta hàn các dây nối và phủ lên mặt phiến một lớp kim loại

Hình: Cấu tạo nhiệt điện trở bán dẫn 1.2.2 Hoạt động và phương trình chuyển đổi

Khi nhiệt độ của cảm biến thay đổi thì điện trở của nó thay đổi theo phương trình sau:

Trong đó R(T) và R0 là điện trở ở nhiệt độ T và T0 được đo theo thang 0K β

là hằng số có giá trị từ 3000 đến 5000 tùy thuộc vào cách chế tạo

Cảm biến nhiệt điện trở oxyt kim loại hoạt động trong khoảng nhiệt độ từ 50 đến 1500C Tuy nhiên do tính phi tuyến của nó nên người ta không dung trong các mạch cảnh báo quá nhiệt hay mạch bù nhiệt

1.2.3 Sơ đồ ứng dụng

Mạch cảnh báo quá nhiệt dung cảm biến nhiệt điện trở oxyt kim loại:

Hình: Sơ đồ ứng dụng cảm biến nhiệt điện trở oxyt kim loại

1.2.4 Kiểm tra, hiệu chỉnh và thay thế

1.3 Cảm biến nhiệt điện trở bán dẫn

1.3.1.Cấu tạo, tham số kỹ thuật, phạm vi ứng dụng

Cảm biến nhiệt điện trở bán dẫn được chế tạo gồm các tiếp giáp P-N, kết hợp với mạch đo, rồi tích hợp thành các vi mạch Sau đây giới thiệu một số vi mạch đo nhiệt độ thông dụng:

 Vi mạch LM35:

Là cảm biến nhiệt độ bán dẫn thường dùng để đo nhiệt độ

môi trường có các thông số kỹ thuật như sau:

- Dải điện áp đầu vào từ 4VDC đến 20VDC

- Độ phân dải điện áp đầu ra là 10mV/10c

- Độ chính xác ở 250c là 0,50c

- Trở kháng đầu ra thấp 0,1Ω cho 1mA tải Hình: LM35

- Dải đo từ -550c đến 1500c với các mức điện áp đầu ra khác nhau như:

+ Khi nhiệt độ là -550c thì điện áp đầu ra là -550mV

+ Khi nhiệt độ là 250c thì điện áp đầu ra là 250mV

+ Khi nhiệt độ là 1500c thì điện áp đầu ra là 1500mV

Loại Cảm biến này thường có một số hình dạng và sơ đồ chân như sau:

Hình: Các cảm biến nhiệt độ LM35

 Vi mạch LM34: Vi mạch LM34 thường được ứng dụng để đo nhiệt độ với đơn vị là 0F, các thông số kỹ thuật của nó như sau:

- Dải điện áp đầu vào từ 5VDC đến 20VDC

- Độ phân dải điện áp đầu ra là 10mV/10F

- Độ chính xác ở 770F là 10F

- Trở kháng đầu ra thấp 0,4Ω cho 1mA tải

- Dải đo từ -500F đến 3000F với các mức điện áp đầu

ra khác nhau như:

+ Khi nhiệt độ là -500F thì điện áp đầu ra là -500mV

+ Khi nhiệt độ là 250F thì điện áp đầu ra là 250mV

+ Khi nhiệt độ là 1500F thì điện áp đầu ra là 1500mV Hình: LM34 Loại Cảm biến này thường có một số hình dạng và sơ đồ chân như sau:

Cảm biến nhiệt điện trở bán dẫn hoạt động trên nguyên tắc của lớp tiếp giáp P-N

Hình: Lớp tiếp giáp P-N Phương trình chuyển đổi của tiếp giáp P-N:

Trong đó: q là điện tích của 1 điện tử, K là hằng số Brizman, T là nhiệt độ tuyệt đối 0K, I0 là dòng điện ngược

Phương trình trên ta có thể viết lại là:

Với một tiếp giáp cụ thể thì I0

là hằng số Nếu ta cho một dòng

điện không đổi chạy qua tiếp giáp

P-N thì VAK phụ thuộc tuyến tính

vào nhiệt độ của lớp tiếp giáp

Phương trình chuyển đổi của cảm biến:

1.3.3 Sơ đồ ứng dụng

Hình: Sơ đồ ứng dụng vi mạch LM335 1.3.4 Kiểm tra, hiệu chỉnh và thay thế

2 Cảm biến cặp nhiệt điện

Mục tiêu: Trình bày được cấu tạo, phương trình chuyển đổi, sơ đồ ứng

dụng, của cảm biến cặp nhiệt điện

2.1.Cấu tạo, tham số kỹ thuật, phạm vi ứng dụng

Cấu tạo của cảm biến cặp nhiệt điện là gồm hai kim loại ghép sát nhua ở một đầu gọi là đầu nóng hay đầu làm việc, hai đầu còn lại không hàn chung gọi

là hai đầu lạnh hay hai đầu tự do

Hình: Cặp nhiệt điện xoắn trần và

được hàn Hình: Cặp nhiệt điện, một dây được đặt

trong ống nhựa cách điện và được hàn

Hình: Cặp nhiệt điện, hai dây được

bọc vỏ nhựa cách điện và được hàn Hình: Cặp nhiệt điện, hai dây được lồng

sứ cách điện và được hàn

Hình: Cấu tạo cặp nhiệt điện

Hình: Cấu tạo cặp nhiệt điện Hình: Hình ảnh thực tế cặp nhiệt điện

Tùy thuộc vào vật liệu dùng để chế tạo mà cặp nhiệt ngẫu có các loại sau:

2.2 Hoạt động và phương trình chuyển đổi

Nguyên lý hoạt động của cặp nhiệt ngẫu là dựa vào hiệu ứng Seebeck Theo hiệu ứng này, khi có chênh lệch nhiệt độ giữa đầu nóng và đầu lạnh của cặp nhiệt ngẫu thì ở hai đầu tự do sẽ xuất hiện một suất điện động e Suất điện động này phụ thuộc vào sự chênh lệch nhiệt độ và bản chất của vật liệu dung chế tạo cặp nhiệt ngẫu

Phương trình chuyển đổi:

Trong đó K là hệ số có thể xác định bằng thực nghiệm bằng cách đo suất điện động của cảm biến ở nhiệt độ đã biết, dựa vào phương trình trên ta xác định được K

Đặc tuyến vào ra của cặp nhiệt ngẫu như hình dưới đây:

Hình: Đặc tuyến vào ra của cặp nhiệt ngẫu Suất điện động nhiệt điện sinh ra trên cặp nhiệt ngẫu phụ thuộc vào hiệu số của nhiệt độ đầu nóng T1 và nhiệt độ đầu lạnh T2, vì vậy khi đo nhiệt độ dung cặp nhiệt ngẫu thì phải giữ nhiệt độ đầu lạnh không đổi Tuy nhiên nhiệt độ đầu lạnh chính là nhiệt độ môi trường nên việc giữ cố định là rất khó Vì vậy người

ta thường dung biện pháp lọa bỏ sự ảnh hưởng của nhiệt độ đầu lạnh bằng cách

bù nhiệt

Hình: Bù nhiệt cho cặp nhiệt điện

2.3 Sơ đồ ứng dụng

Hình: Sơ đồ ứng dụng của cặp nhiệt điện 2.4 Kiểm tra, hiệu chỉnh và thay thế

3 Nhận dạng, phân biệt các loại cảm biến nhiệt

Mục tiêu: Trình bày được cách nhận dạng, phân biệt và nhận dạng, phân biệt

được các loại cảm biến nhiệt

3.1 Cách nhận dạng, phân biệt các loại cảm biến nhiệt

3.2 Thực hành nhận dạng, phân biệt các loại cảm biến nhiệt

BÀI 3 CẢM BIẾN ĐIỆN HÓA

Mã bài: MĐ 27.03 Giới thiệu:

Mục tiêu:

- Trình bày được cấu tạo, nguyên lý làm việc, tham số kỹ thuật, phạm vi ứng dụng của các loại cảm biến điện hoá

- Nhận dạng, phân biệt được các loại cảm biến điện hoá

- Kiếm tra, hiệu chỉnh, thay thế được các loại cảm biến điện hóa

Nội dung chính:

1 Khái niệm cảm biến điện hoá

Mục tiêu: Trình bày được khái niệm về cảm biến điện hóa

Cảm biến điện hóa là các cảm biến dựa trên các hiện tượng hóa điện xảy ra khi cho dòng điện đi qua bình điện phân hoặc do quá trình ôxy hóa khử các điện cực, các hiện tượng trên phụ thuộc vào tích chất của các điện cực, bản chất, nồng độ của các dung dịch

Cảm biến điện hóa cũng là một vật dẫn đặt trong môi trường nghiên cứu nơi sẽ xảy ra quá trình trao đổi điện tích giữa các hạt tích điện có mặt trong môi trường và cảm biến, kết quả được chuyển thành tín hiệu điện

2 Phạm vi ứng dụng

Mục tiêu: Trình bày được phạm vi ứng dụng của cảm biến điện hóa

Cảm biến điện hóa thường được ứng dụng rộng rãi trong lĩnh vực y học, hóa học, môi trường,…

3 Cấu tạo, nguyên lý làm việc

Mục tiêu: Trình bày được cấu tạo và nguyên lý làm việc của các loại cảm biến

Trong ống thủy tinh đặt phần tử so sánh và thủy ngân tiếp xúc với clorua thủy ngân Hg/hg2Cl2/KCl bão hòa

Sự cân bằng ở điện cực Calomel dựa trên phản ứng:

2Hg↓2Cl = Hg2Cl2↓ + e

Và điện thế của nó phụ thuộc vào hoạt độ của các ion Clo

E = E0 – 0,058log|Cl-|

Khi điện cực được điền đầy clorua kali, điện thế của nó bằng 244,4mV ở

250C so với điện cực chuẩn hydrô

Hình: Ảnh thực tế điện thế

cực so sánh Hình: Điện thế cực so sánh Calomel

3.1.2 Điện cực đo thế ôxy hoá khử

Để đo điện thế ôxy hoá khử người ta

sử dụng loại điện cực không bị ăn mòn

Khi điện cực này đặt trong dung dịch chứa

hệ ôxy hóa khử cần nghiên cứu thì nó sẽ

có một điện thế E xác định Nếu nồng độ

chất ôxy hóa khử thay đổi thì việc đo điện

thế cực sẽ cho phép theo dõi sự diễn biến

của phản ứng có kèm theo sự thay đổi

nồng độ của một trong các thành phần

tham gia phản ứng Để đo hiệu điện thế

giữa điện cực đo và điện cực so sánh

(chuẩn) được thực hiện bằng milivônmét

có trở kháng vào lớn

Các điện thế cực thường bằng kim

loại không bị ăn mòn như vàng, platin,

Cấu ạo điện cực đo gồm một que bằng platin (vàng hoặc graphit) đặt trong một ống thủy tinh bảo vệ sao cho pần dưới có thể tiếp xúc với dung dịch Điện cực được nối ra ngoài bằng cáp điện như hình vẽ trên

Điện cực platin sử dụng đo điện thế từ -0,1÷0,9V, điện cực vàng có điện thế -1÷+0,3V Điện cực bạc chỉ được sử dụng ở trong dung dịch mà bạc không tham gia phản ứng điện hóa(dung dịch không chứa Ag+)

Trong đó E0 là điện thế chuẩn; aH+ hoạt độ theo ion H+ của dung dịch nghiên cứu

Hình bên vẽ cấu tạo của điện

cực thủy tinh Trong đó gồm một

bầu thủy tinh có thành phần đặc

biệt bên trong chứa dung dịch có

độ pH xác định(pH=7) và đặt một

phần tử so sánh nội (AgCl) Khi

đo độ pH của dung dịch, điện cực

thủy tinh được đặt vào dung dịch

và đo điện thế suất hiện giữa phần

tử so sánh nội của nó với điện cực

của điện cực thủy tinh Hình: Điện cực thủy tinh

3.2 Cảm biến dòng điện

3.2.1 Cảm biến dòng điện đo chất khí

Cảm biến dòng điện đo chất khí thường được sử dụng để phát hiện ôxy Cảm biến đo ô xy được cấu tạo từ hai điện cực có khả năng phân cực: Catot làm bằng platin và anot làm bằng bạc phủ clorua bạc Cả hai điện cực được đặt vào dung dịch clorua kali (KCl) Hệ thống điện cực này được ngăn cahcs với môi trường bằng một màng cho ô xy thấm qua Dưới tác dụng của điện áp phân cực 650mV đặt vào giữa hai điện cực, ô xy khuêch tán qua màng sẽ bị khử tại catot theo phản ứng:

O2+2H2O+2e- → H2O2 + 2OH

H2O2 + 2e- → 2OH

Hình: Cấu tạo cảm biến dòng điện đo chất khí Dòng điện chạy giữa hai điện cực do phản ứng điện hóa tỷ lệ với hàm lường ô xy trong dung dịch

I =

m

m m X

P D

Trong đó:

A- Diện tích bề mặt điện cực; α-Độ hòa tan của ô xy trong màng;

F- Hằng số Fara đây; Dm – Hằng số khuêch tán;

Xm – Độ dày của màng; P0- Áp suất riêng phần của ô xy

Độ nhạy của cảm biến được biểu diễn bằng biểu thức:

S =

0

P I

3.2.2 Cảm biến có điện cực Enzim

Các điện cực Enzin được chế tạo dưới dạng màng mỏng enzin Một mặt của màng tiếp xúc với môi trường nghiên cứu, mặt kia tiếp xúc với buồng đo

Màng của điện cực enzin dùng để đo hàm lượng glucoza và vật chất chứa hàm lượng glucoza oxydaza Sự có mặt của glucoza oxydaza làm cho glucoza cần đo bị ô xy hóa

Hình: Cảm biến có điện cực Enzyme biến có điện cực Enzyme Hình: Ảnh thực tế cảm Buồng đo dòng điện gồm 2 điện cực có khả năng phân cực, catot làm bằng bạc phủ clorua bạc và anot là platin tiếp xúc với màng Cả hai đều được nhúng vào chất điện phân đệm có pha thêm clorua kali Điện áp phân cực được đặt giữa hai điện cực Dưới tác dụng của điện áp phân cực, nước ô xy già được giả phóng

sẽ bị ô xy hóa ở mặt phân cách giữa anot và màng theo phản ứng:

H2O → O2 + 2H+ + 2e Dòng điện thu được tỉ lệ với nước ô xy già bị ô xy hóa tức là tỉ lệ với hàm lượng glucoza cần đo

Dải đo của thiết bị từ 10-3 ÷ 10-7M Trong dải này cảm biến có đặc tuyến tuyến tính và độ nhạy cỡ 1,5μA/milimet/lit glucoza Thời gian hồi đáp cỡ 30÷45s

Trong đó G - điện dẫn; l - là khoảng cách giữa 2 điện cực; γ - hệ số đặc trưng cho chất điện phân; S - diện tích mặt cắt của điện cực

Tùy thuộc vào mục đích sử dụng, môi trường hoạt động ta có thể dung các loại cảm biến khác nhau

- Cảm biến dung trong phòng thí nghiệm gồm một ống thủy tinh trong đó chứa hai tấm platin được phủ lớp platin dạng xốp để tránh phân cực, đầu ra làm bằng chất cách điện có cáp dẫn điện

- Các cảm biến điện dẫn khác nhau chủ yếu ở kích thước các than điện cực, kích thước các tấm hoặc các vòng platin

- Khi đo các dung dịch có độ dẫn nhỏ thì cần sử dụng các loại cmar biến

có hệ số k lớn và ngược lại Khi đo độ dẫn của các dung dịch kiềm hoặc a xít đậm đặc các điện cực được chế tạo từ các vật liệu không bị ăn mòn như vàng, bạc, platin, than, …

Hình: Cảm biến điện dẫn và bộ điều khiển đi kèm

4 Nhân dạng, phân biệt các loại cảm biến điện hóa

Mục tiêu: Trình bày được và nhận dạng phân biệt được các loại cảm biến điện hóa

4.1 Cách nhận dạng, phân biệt các loại cảm biến điện hóa

4.2 Thực hành nhận dạng, phân biệt các loại cảm biến điện hóa

5 Kiểm tra, hiệu chỉnh, thay thế

Mục tiêu: Kiểm tra, hiệu chỉnh, thay thế được các loại cảm biến điện hóa

5.1 Kiểm tra, hiệu chỉnh, thay thế cảm biến điện thế cực

5.2 Kiểm tra, hiệu chỉnh, thay thế cảm biến dòng điện

5.3 Kiểm tra, hiệu chỉnh, thay thế cảm biến điện dẫn

BÀI 4 CẢM BIẾN ÁP SUẤT

Mã bài: MĐ 27.04 Giới thiệu:

Mục tiêu:

- Trình bày được cấu tạo, nguyên lý làm việc, tham số kỹ thuật, phạm vi ứng dụng của các loại cảm biến áp suất

- Nhận dạng, phân biệt được các loại cảm biến áp suất

- Kiếm tra, hiệu chỉnh, thay thế được các loại cảm biến áp suất

Nội dung chính:

1 Khái niệm cảm biến áp suất

Mục tiêu: Trình bày được khái niệm về cảm biến áp suất

Áp suất là một trong những đại lượng vật lý rất quan trong, về trị số thì nó là lực tác dụng vuông góc lên một đơn vị diện tích Kỹ thuật đo áp suất nói chung

và áp suất chất lưu nói riêng rất cần đến các cảm biến áp suất Trên thực tế cảm biến áp suất rất đa dạng và phong phú, và chúng được phân loại theo nguyên lý làm việc, dải đo cũng như loại áp suất đo (áp suất dư, áp suất tuyệt đối, độ chân không)

2 Phạm vi ứng dụng

Mục tiêu: Trình bày được phạm vi ứng dụng của cảm biến áp suất

Đo áp suất là một trong những chức năng đo cơ bản nhất trong bất cứ ngành công nghiệp nào Từ một nhà máy lọc dầu đến một chiếc xe ủi đất, việc

đo áp suất khí nén, lưu chất thủy lực, chất lỏng trong các quy trình, hơi nước hoặc vô số các môi trường trung gian khác là chuyện xảy ra hàng ngày và đóng vai trò then chốt đối với tất cả các cách thức điều khiển Kết quả là, ở đâu ta cũng bắt gặp các thiết bị đo áp suất Các thiết bị này theo dõi áp suất một cách liên tục, nếu áp suất vượt ngưỡng sẽ gây hậu quả nghiêm trọng đến cơ sở vật chất và tính mạng con người vì vậy cảm biến áp suất là rất quan trọng trong đời sống

3 Cấu tạo, nguyên lý làm việc

Mục tiêu: Trình bày được cấu tạo và nguyên lý làm việc của các loại cảm biến

áp suất

3.1 Cảm biến áp suất thuỷ ngân

Hình vẽ bên là sơ đồ cảm biến áp suất thủy ngân đo áp suất chất khí Gồn một ống thủy tinh hoặc một ống cách điện hình chũ U, bên trong đặt một sợi dây điện trở trong thủy ngân Chiều cao của cột thủy ngân sẽ làm ngắn mạch

dây điện trở Với cách mắc như hình vẽ thì sợi dây sẽ tạo thành 2 điện trở, chúng được mắc với 2 điện trở R tạo thành mạch cầu 4 nhánh và được cấp bới nguồn V Bình thường khi chưa có áp suất, chiều cao hai cột thủy ngân bằng nhau nên hai điện trở đặt trong ống chữ U là bằng nhau hay cầu cân bằng Khi

có áp suất khí nén đưa vào ống dẫn,

chúng ép thủy ngân làm cho hai cột

thủy ngân bị chênh lệch 1 đoạn và tạo

nên độ chênh lệch điện trở ΔR giữa hai

cột, cầu mất cân bằng Điện áp ra tỉ lệ

với ΔR và cũng tỉ lệ với độ chênh lệch

áp suất giữa 2 ống chữ U

Ura = V.ΔR/2R = V.β.Δp

Với β à hệ số

Cảm biến trên có thể khắc độ trực tiếp,

chế tạo đơn giản nhưng có nhược điểm

là không chịu được rung lắc, làm bẩn

khí đo do thủy ngân bốc hơi, dải đo bị

hạn chế với chiều cao của ống chữ U Hình: Cảm biến áp suất thủy ngân

3.2 Cảm biến áp điện đo áp suất

Bộ chuyển đổi kiểu áp điện, dùng phần tử biến đổi là phần tử áp điện như tinh thể thạch anh, Titan, Bari,… Khi áp suất của chất lưu tác động vào cảm biến

sẽ làm các tinh thể áp điện bị biến dạng (bị nén), làm cho trên bề mặt các chất áp điện xuất hiện điện tích Q phụ thuộc vào áp suất nén

Q = k.P

Với K là hệ số phụ thuộc vào kích thước và bản chất của chất áp điện

Hình: Cấu tạo cảm biến áp điện đo áp

suất

Hình: Ảnh thực tế cảm biến áp điện đo

áp suất

3.3 Cảm biến áp trở đo áp suất

Cấu tạo của phần tử biến đổi áp trở biểu diễn trên hình vẽ Cảm biến áp trở gồm đế silic loại N (1) trên đó có khuếch tán tạp chất tạo thành lớp bán dẫn loại P (2) , mặt trên được bọc cách điện và có hai tiếp xúc kim loại để nối dây dẫn (3)

Hình: Cảm biến áp suất kiểu áp trở Trên hình là trường hợp màng định hướng (100) có gắn 4 cảm biến áp trở, trong đó có hai cảm biến đặt ở tâm theo hướng (110) và hai cảm biến đặt ở biên tạo thành với hướng (100) một góc 60o Với cách đặt như vậy, biến thiên điện trở của hai cặp cảm biến khi có ứng suất nội sẽ bằng nhau nhưng trái dấu:

4 Nhân dạng, phân biệt các loại cảm biến áp suất

Mục tiêu: Trình bày được cách nhận dạng, phân biệt và nhận dạng phân biệt

được các loại cảm biến áp suất

4.1 Cách nhận dạng, phân biệt các loại cảm biến áp suất

Để nhận dạng các loại cảm biến áp suất hầu hết phải dựa vào tem mác trên cảm biến Trên tem mác của các loại cảm biến áp suất thường ghi các thông số sau:

- Tên cảm biến: Thường ghi bằng tiếng anh là:PRESSURE SENSOR hoặc PRESSURE SWITCH thì đó là cảm biến áp suất hoặc rơle áp suất với đầu ra tiếp điểm Hoặc trên thị trường hiện nay có loại cảm biến áp suất ghi PRESSURE TRANSMITTER

- Dải áp suất đầu vào với đơn vị là mbar, kPa, Vậy dựa vào đơn vị ta cũng

có thể biết được đây có phải là cảm biến áp suất hay không

- Độ chính xác thường cho ở dạng %

- Tín hiệu đầu ra thường là tín hiệu điện và là tín hiệu tương tự dưới dạng áp hoặc dòng Ví dụ: 4 ÷ 20mA; 0÷5V,

4.2 Thực hành nhận dạng, phân biệt các loại cảm biến áp suất

Sau đây là một vài loại cảm biến áp suất của một số hãng khác nhau:

- Môi chất: nước, dầu, khí

- Xuất xứ: Korea Hình: Cảm biến áp suất M5156

- Kiểu nối dây cáp

- Loại reset: Automatic

- Đầu ra: Tiếp điểm AC 125/250V 15A

- Kiểu nối dây cáp

- Loại reset: Automatic

- Đầu ra: Tiếp điểm AC 125/250V 15A

DC 125V 0.5A

- Dùng cho môi chất nước, dầu, khí

- Hãng sản xuất: Wise-eye-wse

Hình: Rơle áp suất P940

5 Kiểm tra, hiệu chỉnh, thay thế

Mục tiêu: Kiểm tra, hiệu chỉnh và thay thế được các loại cảm biến áp suất

5.1 Kiểm tra, hiệu chỉnh, thay thế cảm biến áp suất thuỷ ngân

5.2 Kiểm tra, hiệu chỉnh, thay thế cảm biến áp điện đo áp suất

5.3 Kiểm tra, hiệu chỉnh, thay thế cảm biến áp trở đo áp suất

BÀI 5 CẢM BIẾN QUANG

Mã bài: MĐ 27.05 Giới thiệu:

Cản biến quang là loại cảm biến được sử dụng rất nhiều trong ngành điện dân dụng, điện tử dân dụng hiện nay Ví dụ như trong các bộ điều khiển từ xa của các thiết bị gia dụng có sử dụng các photo diode hoặc photo transistor để thu, phat ánh sáng hồng ngoại; trong các hệ thống tự động bật đèn khi trời tối trog các tòa nhà thông minh hoặc hệ thống đèn công cộng có thể sử dụng các tế bào quang điện;…Đối với một người thợ điện thì việc nắm bắt và sử dụng được các loại cảm biến quang này là rất cần thiết

Mục tiêu:

- Trình bày được cấu tạo, nguyên lý làm việc, tham số kỹ thuật, phạm vi ứng dụng của các loại cảm biến quang

- Nhận dạng, phân biệt được các loại cảm biến quang

- Lắp đặt, thay thế được các mạch điện có sử dụng cảm biến quang

Tế bào quang điện là một loại cảm biến quang

dẫn do kết quả của hiệu ứng quang điện bên trong

Đó là hiện tượng giải phóng các hạt tải điện trong

vật liệu bán dẫn dưới tác dụng của ánh sáng

Tế bào quang dẫn thường được chế tạo từ các

bán dẫn đa tinh thể đồng nhất hoặc đơn tinh thể, Hình: Tế bào quang điện bán dẫn riêng hoặc pha tạp

- Đa tinh thể: CdS, CdSe, CdTe, PbS,

PbSe, PbTe

- Đơn tinh thể: Ge, Si tinh tinh khiết

hoặc pha tạp Au, Cu, Sb, In, SbIn, AsIn,

CdHgTe

Hình: Hình ảnh thực tế của tế bào quang dẫn (quang trở) 1.2 Nguyên lý làm việc