Kỹ thuật Cảm biến và đo lường

Trong trường hợp ñại lượng ño chỉ có một ñại lượng vật lý duy nhất tác ñộng lên một ñại lượng ño xác ñịnh và cảm biến sử dụng không nhạy với tác ñộng của các ñại lượng ảnh hưởng, ng[r]

G

GIIÁÁOO TTRRÌÌNNHH LLÝÝ TTHHUUYYẾẾTT K

KỸỸ TTHHUUẬẬTT CCẢẢMM BBIIẾẾNN VVÀÀ

Đ

ĐOO LLƯƯỜỜNNGG

L

LƯƯUU HHÀÀNNHH NNỘỘII BBỘỘ 2

2001122 Đ

ĐẠẠII HHỌỌCC CCÔÔNNGG NNGGHHIIỆỆPPTTPP..HHCCMM

K

KHHOOA ACÔCÔNNGG NNGGHHỆỆ ĐĐIIỆNỆN TỬTỬ

- -

Chương 1

CÁC KHÁI NIỆM CHUNG

1.1 Giới thiệu

Cảm biến thiết bị dùng ñể cảm nhận biến ñổi ñại lượng vật lý đại lượng khơng có tính chất điện cần đo thành đại lượng điện đo xử lý

Trong q trình sản xuất có nhiều đại lượng vật lý nhiệt độ, áp suất, tốc ñộ, tốc ñộ quay, nồng ñộ pH, ñộ nhờn cần ñược xử lý cho ño lường, cho mục đích điều khiển truyền động Các cảm biến thực chức này, chúng thu nhận, ñáp ứng kích thích

Cảm biến xem kỹ thuật ñể chuyển ñổi lượng vật lý nhiệt ñộ, áp suất, khoảng cách sang ñại lượng khác ñể ñánh giá tốt Các đại lượng phần lớn tín hiệu điện

Thí dụ: ðiện áp, dịng điện, điện trở tần số dao ñộng Các tên khác khác cảm biến: Sensor, cảm biến ño lường, ñầu dị, van đo lường, nhận biết biến ñổi

Các ñại lượng cần ño (m) thường tính chất điện (nhiệt độ, áp suất…) tác ñộng lên cảm biến cho ta ñặc trưng (s) mang tính chất điện (điện áp, dịng điện, trở kháng…) chứa thơng tin cho phép ta xác ñịnh giá trị ñại lượng ñiện ñó, ñặc trưng (s) hàm đại lượng cần đo (m)

s = F(m) (1.1)

Người ta gọi (s) ñại lượng ñầu phản ứng cảm biến, (m) ñại lượng ñầu vào hay gọi kích thích Thơng qua đo đạc (s) cho phép nhận biết giá trị (m)

Hình 1.1 Các loại cảm biến thơng dụng

Các cảm biến ñược sử dụng nhiều lĩnh vực công nghiệp dân dụng Các cảm biến ñặc biệt nhạy cảm ñược sử dụng thí nghiệm lĩnh vực nghiên cứu khoa học Trong lĩnh vực tự động hố người ta sử dụng sensor thông thường hay cảm biến có chức đặc biệt

1.2 ðường cong chuẩn cảm biến

1.2.1Khái niệm

ðường cong chuẩn cảm biến ñường cong biểu diễn phụ thuộc ñại lượng ñiện (s) ñầu cảm biến vào giá trị ñại lượng ño (m) ñầu vào ðường cong chuẩn biểu diễn biểu thức ñại số dạng s=F(m), ñồ thị

Hình 1.2 (a) ðường cong chuẩn b) ðường cong chuẩn cảm biến tuyến tính hóa

biến có phụ thuộc tuyến tính ñại lượng ñầu ñại lượng ñầu vào, phương trình s= F(m) sau phép biến đổi tuyến tính có dạng:

s = am +b (1.2)

với a, b hệ số, đường cong chuẩn ñường thẳng

1.2.2 Phương pháp chuẩn cảm biến

Chuẩn cảm biến phép ño nhằm mục đích xác lập mối quan hệ giá trị s ño ñược ñại lượng ñiện ñầu giá trị m đại lượng đo có tính ñến yếu tố ảnh hưởng, sở ñó xây dựng ñường cong chuẩn dạng dễ nhận biết (ñồ thị biểu thức ñại số) Khi chuẩn cảm biến, với loạt giá trị biết xác mi m, ño giá trị tương ứng si s dựng ñường cong chuẩn

a Chuẩn ñơn giản

Trong trường hợp ñại lượng ño có đại lượng vật lý tác động lên ñại lượng ño xác ñịnh cảm biến sử dụng khơng nhạy với tác động đại lượng ảnh hưởng, người ta dùng phương pháp chuẩn ñơn giản Thực chất chuẩn ñơn giản ño giá trị ñại lượng ñầu ứng với giá trị xác định khơng đổi đại lượng đo ñầu vào Việc chuẩn tiến hành theo cách:

o Chuẩn trực tiếp: giá trị khác ñại lượng ño lấy từ mẫu chuẩn phần tử so sánh có giá trị biết trước với độ xác cao

o Chuẩn gián tiếp: kết hợp cảm biến cần chuẩn với cảm biến so sánh có sẵn đường cong chuẩn, hai ñược ñặt ñiều kiện làm việc

b Chuẩn nhiều lần

Khi cảm biến có phần tử bị trễ (trễ trễ từ), giá trị đo đầu phụ thuộc khơng vào giá trị tức thời ñại lượng cần ño ñầu 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:

o ðo giá trị ñầu theo loạt giá trị tăng dần ñến giá trị cực ñại ñại lượng ño ñầu vào

o Lặp lại q trình đo với giá trị giảm dần từ giá trị cực ñại

Khi chuẩn nhiều lần cho phép xác ñịnh ñường cong chuẩn theo hai hướng ño tăng dần ño giảm dần

1.3 Các ñặc trưng cảm biến

1.3.1ðộ nhạy cảm biến

a Khái niệm

ðối với cảm biến tuyến tính, biến thiên đầu ∆s biến thiên đầu vào ∆m có liên hệ tuyến tính:

m S

S = ∆

∆ (1.3)

m S S ∆ ∆ =

⇒ : gọi ñộ nhạy cảm biến (1.4) Trường hợp tổng quát, biểu thức xác ñịnh ñộ nhạy S cảm biến xung quanh giá trị mi ñại lượng ño xác ñịnh tỷ số biến thiên ∆s ñại lượng ñầu biến thiên ∆m tương ứng ñại lượng ño đầu vào quanh giá trị đó:

i m m m S S =       ∆ ∆ = (1.5)

b Lưu ý

ðể phép đo đạt độ xác cao, thiết kế sử dụng cảm biến cần thực cho độ nhạy S khơng đổi, nghĩa phụ thuộc vào yếu tố:

o Giá trị ñại lượng cần ño m tần số thay đổi o Thời gian sử dụng

o Ảnh hưởng ñại lượng vật lý khác (khơng phải đại lượng đo) mơi trường xung quanh