CÁC BỘ CẢM BIẾN

ĐH Bách Khoa Hà Nội 18 Chng 2 – CÁC B CM BIN §1. Cm Bin Quang in Cm bin quang in là các linh kin quang in bin i trng thái in khi có ánh sáng thích hp tác ng vào b mt ca nó. Tín hiu vào là ánh sáng, tín hiu ra tín hiu in. 1. Tính cht c bn ca ánh sáng : - Ánh sáng có 2 tính cht c bn là tính sóng và tính ht. - Dng sóng ca ánh sáng là sóng in t c lan truyn trong chân không vi vn tc rt ln (3.10 8 m/s) + Ánh sáng có tính cht sóng nên khi dòng ánh sáng xuyên qua 1 cht nào ó có th b hp th hoc tán x làm cho cng  tia sáng gim. + Ánh sáng có tính cht ht : th hin qua s tng tác vi vt cht, ánh sáng gm các ht photon có nng lng rt nh. Do trong vt cht các in t có xu hng gii phóng khi phân t thành các in t t do nên cn cp cho nó mt nng lng  ln  thoát khi lc liên kt. Khi 1 photon c hp th s có 1 in t c gii phóng gây nên hin tng gii phóng in t. Hin tng gii phóng in tích di tác dng ca ánh sáng do hiu ng quang in gây nên. ó là ni dung c bn ca các nh lut quang in. 2. Ngun sáng : 3 dng - èn si t : là mt bóng thy tinh cha khí him và si t bng vonfram. + u im : thông lng ln, di ph tn rng và có th bin i c + Nhc im : quán tính ln, tui th thp - èn LED (iot phát quang) : ây là ngun sáng bán dn, nng lng c gii phóng do s tái hp in t, l trng  vùng chuyn tip p-n làm phát sinh các photon. + u im : quán tính nh, có kh nng iu bin tn s cao,  tin cy cao, tui th cao + Nhc im : thông lng nh, d nhy vi nhit . - Lazer : là ngun sáng n sc có  chói ln rt nh hng và tính liên kt mnh. Da trên hin tng khuch i ánh sáng bng bc x kích thích. + u im : Bc sóng n sc hoàn toàn xác nh. Thông lng ln, chùm tia mnh,  nh hng cao và truyn i xa. 3. T bào quang dn : - T bào quang in là mt quang in tr có cu to gm 1 khi bán dn c t trong mt ng thy tinh. ĐH Bách Khoa Hà Nội 19 Hình 3 - Nguyên lý làm vic : da vào hin tng gii phóng ht mang in trong vt liu bán dn di tác dng ca ánh sáng. Kh nng dn in ca vt liu bán dn tng. - Có  nhy cao. - Vt liu ch to là các bán dn a tinh th ng nht. 4. Photo diot : Hình 4 U d = 0 → I ht = 0 Khi U d  0 thì I ht ca ht c bn gim I ht ht dn không c bn tng chính I r = I o Khi chiu ánh sáng có bc sóng λ < λ o (bc sóng ngng) thì xut hin các cp in t - l trng di tác dng ca in trng u, di chuyn theo hng chuyn ng ca các ht không c bn làm cho dòng ngc I r tng, dn n U Rm tng. T ó xác nh c quang thông φ Φ I r R m U d ĐH Bách Khoa Hà Nội 20 5. Photo tranzitor : - tranzitor : có cc baz c chiu sáng và không có in áp dt trên ó. Hình 5a Hình 5b - Có th coi là mt t hp ca 1 photo diot và 1 tranzitor. §2. Cm Bin Phát X Cm bin phát x là s bin i tín hiu quang thành tín hiu in c thc hin nh hin tng phát x quang in. S in t phát x khi b mt không t l vi quang thông chiu vào nó. 1. T bào quang in chân không : Hình 1a - Cu to : gm 1 bóng thy tinh c hút chân không có t anot và catot. ( p = 10 -6 ÷ 10 -8 mmHg ) ĐH Bách Khoa Hà Nội 21 Hình 1b Hình 1c - Nguyên lý : di tác dng ca ánh sáng chiu vào b mt kim loi làm cho các in t t do ca kim loi c gii phóng to nên dòng I a. Dòng này ph thuc thông lng ánh sáng. 2. T bào quang in cht khí : - Cu to : ging t bào quang in chân không ch khác bên trong có khí tr (Acgông) - Nguyên lý : di tác dng ca U AC ln các in t chuyn ng mnh trong cht khí. Chúng va chm vào các phân t khí gây nên ion hóa cht khí làm cho dòng I a tng. 3. ng dng ca cm bin quang in : - Thng c s dng khi mt khóa chuyn mch dùng  óng ngt mch in 0,1lm 0,05lm 0,02 lm 1 2 4 I a U ac (mV) φ A I E R n Led Φ E ĐH Bách Khoa Hà Nội 22 - Trng thái làm vic ca m bin ph thuc quang thông èn LED gi ti. ĐH Bách Khoa Hà Nội 23 §3. Cm Bin Nhit  -  o nhit  trong h thng t ng có nhiu bin pháp khác nhau. Trên c s ó ngi ta s dng các b cm bin nhit  vi nguyên lý làm vic khác nhau. VD : nhit in tr, nhit ngu, quang… 1. Thang o nhit  : c xác nh t các nh lut nhit ng a. Thang nhit  nhit ng tuyt i : Thang Kenvin ( 0 K) là nhit  cân bng ca im cân bng 3 trng thái nc, nc á và hi. b. Thang Celcius : thang nhit  bách phân ( 0 C) 15.273)C(t)K(T 00 += c. Thang Farenheit : [ ] 32)C(T. 5 9 )F(T 2 5 .32)C(T)C(T 00 00 += −= 2. Cm bin nhit in tr : - Cm bin nhit in tr là cm bin có in tr bin i theo nhit  - Kim loi in tr bin i theo nhit , th hin qua  (h s nhit in tr) - Phân loi : 3 loi + Cm bin nhit in tr kim loi + Cm bin nhit in tr bán dn + Nhit in tr a. Cm bin nhit in tr kim loi Có 2 loi : - Dây kim loi : gm mt si dây kim loi c dán trên bìa cách in. Vt liu thng dùng là Pt, Ni, W, Cu. Khong nhit  o c : Pt (200 0 C ÷ 1200 0 C) Ni (-190 0 C ÷ 250 0 C) Cu (-50 0 C ÷ 180 0 C) )1(RR 0 αθ+= θ khi nhit   tng thì dn n R tng theo. Qua R o c ta xác nh c nhit  qua công thc trên.  cm bin có  nhy cao ta phi chn kim loi có in tr sut () ln q l .R ρ= khi R tng thì l tng, q gim in tr R càng ln thì  nhy càng cao và di o càng hp. - Màng mng : dùng  o nhit d trên b mt vt rn. Khi o ngi ta dán màng mng lên b mt vt cn o (mng c µm) ĐH Bách Khoa Hà Nội 24 b. Cm bin nhit in tr silic (bán dn) - Các vt liu bán dn rt nhy cm vi nhit . Do ó ngi ta dùng vt liu bán dn  ch to cm bin o nhit . - Silic tinh khit có h s nhit in tr  < 0, nhng khi c tác ng  mt di nhit  nào ó thì  > 0  < 200 0 C thì  > 0  > 200 0 C thì  < 0 [ ] 2 000T )TT(B)TT(A1RR −+−+= Trong ó : R 0 , T 0 là in tr, nhit   im chun (0 0 K) A = 0,007874 (K -1 ) B = 1,874.10 5 (K -2 ) c. Nhit in tr : - c ch to t các hn hp bán dn oxit dng tinh th. Các hn hp này  dng bt vi t l nht nh sau ó c nén nh dng thiêu kt  1000 0 C. - So vi các loi cm bin khác thì loi này có  nhy cao nht gp hàng chc ln so vi cm bin nhit in tr kim loi. - Gm 2 loi : + cm bin nhit in tr có  > 0 + cm bin nhit in tr có  < 0 3. Cm bin cp nhit ngu a. Cu to : gm 2 dây kim loi có bn cht hóa hc khác nhau c hàn kín vi nhau. b. Nguyên lý làm vic : da vào hiu ng nhit in, c hình thành t 2 c s là hiu ng Thomson và hiu ng Seebek. - Hiu ng Thomson : nu trong dây dn có 2 im nhit  khác nhau thì gia chúng có hiu in th hay sc in ng s, ch ph thuc bn cht vt dn và nhit  ca 2 im. - Hiu ng Seebek : nu mch in là 2 vt dn khác nhau c ni kín ti 2 im và gi  2 nhit  t 1 ,t 2 . Chúng to thành 1 cp nhit in, khi t 1  t 2 các in tích khuch tán sang nhau và to nên 1 sc in ng. Do ó trong mch có dòng in i. Khi t 1 = t 2 thì )t(e)t(e0)t(e)t(eE 2BA1AB2BA1ABAB −=⇒=+= Khi 21 tt ≠ thì )t(e)t(e)t(e)t(e)t(E 2AB1AB2BA1ABAB −=+= Nu consttt 02 == : )t(fC)t(e)t(E ABAB =−= vi )t(eC 0AB = Nh vy bng cách o sc in ng nhit E, ta xác nh c nhit  ca vt cn o. - S  u dây : 1 - Mi hàn làm vic ; 2-3 Mi hàn t do ; ĐH Bách Khoa Hà Nội 25 c – dây dn Hình 3a Hình 1b 1 - Mi hàn làm vic ; 2 Mi hàn t do ; 3 – 4 Mi hàn trung hòa ; c – dây dn c. o nhit  bng bán dn diode, tranzitor : - Dùng diode : mV C 3 B 2 A 1 t 0 t 0 mV A t 0 1 t 4 3 2 B C C ĐH Bách Khoa Hà Nội 26 Hình 2a Hình 2b - Dùng tranzitor Khi nhit  tng thì I tng, U tng. Qua U ta xác nh c nhit  - Di o : -50 0 C ÷ 150 0 C -  nhy : dt du s = (khong 2.5mV/ 0 C) 4. Cm bin quang o nhit  : - Ha k bc x (300 0 C ÷ 6000 0 C) o gián tip - Ha k quang hc (800 0 C ÷ 6000 0 C) - Ha k quang in (800 0 C ÷ 6000 0 C) 5. Nhit k áp sut (áp k nhit) : - Da vào s ph thuc ca áp sut làm vic ca các cht trong h thng vào nhit . Tùy theo trng thái làm vic ca các cht mà nhit k áp sut chia làm 2 loi : khí và lng - Di o : -150 0 C ÷ 600 0 C §4. Cm Bin V Trí Và Di Chuyn A – Khái nim chung : - Trong t ng iu kin làm vic xác nh v trí và di chuyn óng mt vai trò quan trng. Có 2 phng pháp c bn  xác nh v trí và di chuyn. - Phng pháp 1 : b cm bin cung cp tín hiu là 1 hàm ph thuc vào v trí ca vt (phn t ca c bn). Phn t này có liên quan n vt di chuyn cn xác nh. - Phng pháp 2 : ng vi 1 di chuyn c bn, b cm bin phát ra xung. Vic xác nh v trí ca vt c xác nh bng vic m s xung phát ra. - Các b cm bin có thông s là : R, L, C, M, E Ngoài 2 phng pháp trên còn có các phng pháp hin i hn : + phng pháp song àn hi t + phng pháp quang hc laser + phng pháp si quang I U I U ĐH Bách Khoa Hà Nội 27 B - Cm bin in tr : - nh ngha : cm bin in tr là cm bin mà ng lng u vào là các di chuyn c (thng hoc quay) còn ng lng u ra là s bin i in tr tng ng. - Phân loi : 3 loi + Cm bin in tr dây qun + Cm bin in tr tip xúc + Cm bin in tr bin dng 1.Cm bin in tr dây qun : - Cu to, nguyên lý làm vic ging nh mt bin tr iu chnh. ng lng u vào là ng lng vào tác ng trc tip vào tip im ng cm bin dn n tr s u ra cm bin bin i tng ng. Tip im ng cm bin có th chuyn ng thng hoc quay. Hình 1a Hình 1b - Cu to : gm 3 b phn chính + Khung qun dây : làm bng vt liu cách in chu nhit có tit din không i (tuyn tính) hoc thay i (phi tuyn) + Dây in tr : c s dng có in tr sut ln, ít b oxi hóa và h s nhit in tr  thp. Bên ngoài dây c ph mt lp sn cách in.  ln in tr dây ph thuc  chính xác ca cm bin. d = (0.03 ÷ 0.1)mm :  chính xác cao d = (0.1 ÷ 0.5)mm :  chính xác thp + Tip im ng : c làm bng vt liu dn in tt, chu mài mòn, có in tr bé x U v U r α U v U r [...]... +sự biến đổi điện trở cuộn dây cảm biến 5) cảm biến điện dung -nguyên lí :Dựa vào sự biến đổi của các thông số cần đo và sự biến đổi của điện dung tụ điện tơng ứng 47 H Bỏch Khoa H Ni c= s k 4 trong đó : là hệ số điện môi s: diện tích của điện cực :khoảng cách giữa hai cực Khi ta biến đổi một trong các thông số trên thì c cũng biến đổi tơng ứng +khi biến thiên cảm biến đo chuyển dịch thẳng +Khi s biến. .. trờng 4) Cảm biến cảm ứng - Dựa trên nguyên lí : cảm ứng điện từ là sự móc vòng của từ thông qua cuộn dây biến thiên nên suất điện động cảm ứng trên cuộn dây biến thiên tơng ứng s N s - phân loại : có 2 loại + cuộn dây dịch chuyển trong từ trờng +cuộn dây đứng yên , từ trờng biến thiên - ứng dụng :dùng làm cảm biến đo tốc độ chuyển động của phần tử - khi cuộn dây chuyển động nên x biến thiên... Ni 3) cảm biến điện cảm kiểu đàn hồi từ Dựa vào tính chất của vật liệu sắt từ khi bị một lực cơ học bên ngoài tác động thì độ từ thẩm à biến thiên Đó là hiện tợng h đàn hồi từ , ngời ta sử dụng hiện tợng này để chế tạo cảm biến điện cảm đàn hồi từ - loại này đợc sử dụng để đo các tải trọng động hoặc tĩnh hoặc đo áp lực F F u u1 + Loại 1 : khi F biến thiên thì à cũng biến thiên khi đó X2 cũng biến. .. chuyển biến bằng nhau về trị số nhng ngợc dấu triệt tiêu nhau s 2 -tại s= thì It=0 - Dấu của It phụ thuộc chiều chuyển động của nắp so với vị trí trung gian -Độ lớn của It thể hiện đợc sự chuyển đổi của x tơng ứng *u điểm : Độ nhậy cao , giới hạn đo lớn -ít bị ảnh hởng do nhiệt độ - S biến đổi đo đợc :0.01ữ5 mm - S biến đổi đo đợc :0.5ữ15 mm 2/ Cảm biến điện cảm kiểu biến áp (cảm biến hỗ cảm) -Cấu... từ Do đó độ tuyến tính của cảm biến cũng tăng lên Ưu điểm : giữa mạch vào ra của cảm biến không có sự nối với nhau về điện Công suất của cảm biến lớn nên không cần mạch khuyếch đại Giới hạn đợc độ rộng Nhợc điểm : Sai số do ảnh hởng của lực điện động và momen điện động Sai số do sự biến thiên của thông số và sự dao động của diện áp nguồn Để giảm nhỏ kích thớc của cảm biến thờng sử dụng tần số lớn... -Cấu tạo :máy biến áp bình thờng -W1 đợc nối với nguồn -W0 đợc nối với dụng cụ đo Khác nhau là nắp mạch từ hoặc cuộn dây đợc gắn vào phần tử cần đo do đó khi phần tử chuyển động Ura biến đổi dựa vào Ura ta có thể xác định đợc vị trí của phần tử -Phân loại :theo kết cấu chia làm hai loại +cảm biến nắp chuyển dịch , cuộn dây sơ cấp đứng yên + Cuộn dây chuyển động a) Cảm biến điện cảm nắp chuyển... điện cảm nắp chuyển dịch , cuộn dây sơ cấp đứng yên 42 H Bỏch Khoa H Ni u1 zt w 1 w 2 d x u2 -tín hiệu đầu vào là các dịch chuyển thẳng , quay hoặc đo áp lực biến dạng kích thớc -tín hiệu ra là sự biến thiên U2 khi S biến thiên từ đó Z1 cũng biến đổi làm U1 cũng biến đổi dẫn tới U2 cũng biến đổi Z1=jwL1= w1à s 2 (2S hai khe hở ) Khi S thay đổi thì z cũng thay đổi Mà U = U1 + U r Với U U1 = Z1... bị ảnh hởng của từ trờng ngoài Khắc phục : sử dụng cảm biến điện dung kiểu vi sai ảnh Phần hai : rơle tơng tự Đ1: khái niệm chung 1) Định nghĩa : là thiết bị tơng tự động mà tín hiệu đầu ra biến đổi nhảy cấp khi biến đổi đầu vào đạt những giá trị xác định 2) cấu tạo : gồm ba bộ phận chính + Cơ cấu thu: tiếp nhận tín hiệu vào và biến đổi nó thành các đại lợng vật lý cần thiết để rơle tác động (Rơle... :khoảng cách giữa hai cực Khi ta biến đổi một trong các thông số trên thì c cũng biến đổi tơng ứng +khi biến thiên cảm biến đo chuyển dịch thẳng +Khi s biến thiên thì cảm biến đo chuyển dịch của góc quay +khi biến thiên thì cảm biến đo chuyển dịch mức độ chất lỏng r R c= o ( H h) 2 ln(r n / rt ) c= + h 2 ln(rn / rt ) 0 H + ( 0 ) h 2 ln(rn / r t ) Nên suy ra c phụ thuộc vào h hay c= f(h) Qua... này với từ trờng dòng điện chạy trong cuộn dây khác +Rơle cảm ứng : dựa vào sự tác dụng tơng hỗ giữa từ trờng cuộn dây đứng yên với dòng điện cảm ứng trong phần động của rơle do một từ trờng tạo nên +Rơle nhịêt : Dựa vào sự biến đổi kích thớc , thể tích áp suất của các vật liệu khi nhiệt độ tăng + Rơle từ bán dẫn : dựa vào nguyên lý của các phần tử từ , điện từ , bán dẫn c) Theo nguyên lý tác động . vt cht, ánh sáng gm các ht photon có nng lng rt nh. Do trong vt cht các in t có xu hng gii phóng khi phân t thành các in t t do nên. t các hn hp bán dn oxit dng tinh th. Các hn hp này  dng bt vi t l nht nh sau ó c nén nh dng thiêu kt  1000 0 C. - So vi các