- Trình bày cấu tạo, đặc tính của các loại cảm biến theo nội dung đã học - Phân tích được nguyên lý hoạt động của một số mạch điều khiển theo nhiệt độ.. - Lắp ráp, cân chỉnh được các m[r]
(1)1
1 BỘ LAO ĐỘNG THƯƠNG BINH VÀ XÃ HỘI
TRƯỜNG CAO ĐẲNG KỸ NGHỆ II KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
ĐỀ CƯƠNG BÀI GIẢNG MÔN:
KỸ THUẬT CẢM BIẾN VÀ ỨNG DỤNG
(Dùng cho trình độ Cao đẳng, Trung cấp liên thơng)
GVBS: MAI THỊ BÍCH VÂN
(2)2 Tên môn học: KỸ THUẬT CẢM BIẾN VÀ ỨNG DỤNG
I VỊ TRÍ, TÍNH CHẤT CỦA MƠ ĐUN: * Vị trí:
Mơ đun bố trí dạy sau học song mơ đun An tồn lao động, Kỹ thuật điện tử, kỹ thuật số Có thể học song song với mơ đun điều khiển khí nén thủy lực, điện tử cơng suất, * Tính chất:
- Rèn luyện kỹ phân tích mạch, phân biệt dạng mạch, dạng tín hiệu ngõ phạm vi ứng dụng loại cảm biến
- Rèn luyện kỹ phán đoán xử lý, sửa chữa hư hỏng thường gặp mạch cảm biến
- Rèn luyện lắp ráp cân chỉnh, sửa chữa dạng mạch điều khiển cảm biến
- Rèn luyện tác phong, thái độ làm việc, biện pháp an toàn điện thiết bị thực thao tác lắp ráp cân chỉnh mạch điều khiển cảm biến
Là mô đun chuyên môn chương trình đào tạo cao đẳng nghề điện tử cơng nghiệp, nhằm trang bị cho sinh viên kiến thức, kỹ chuyên sâu lắp ráp cân chỉnh, sửa chữa hư hỏng mạch cảm biến
II MỤC TIÊU CỦA MÔ ĐUN:
Sau học xong mơn học học viên có lực * Về kiến thức:
Được đánh giá hình thức kiểm tra viết, trắc nghiệm theo nội dung sau: - Phân tích nguyên lý cấu tao, đặc điểm, ứng dụng loại cảm biến thông dụng - Phân tích nguyên lý hoạt động mạch điều khiển cảm biến - Các qui tình thực cơng việc
- Phân tích, phán đốn linh kiện hư hỏng theo tình giả định * Về kỹ năng:
- Kiểm tra xác định thông số, hư hỏng loại cảm biến - Thiết kế mạch cảm biến đơn giản đạt yêu cầu kỹ thuật
- Thực hành lắp ráp số mạch điều khiển theo tiêu chuẩn điện VN - Kiểm tra, thử mạch lắp đặt mạch cảm biến
- Lắp ráp, cân chỉnh, kiểm tra, sửa chữa hư hỏng mạch cảm biến công nghiệp yêu cầu kỹ thuật
* Về lực tự chủ trách nhiệm:
Có khả làm việc độc lập, tự thiết kế lắp đặt, sửa chữa mạch ứng dụng cảm biến Đánh giá phong cách học tập thể ở: Tỉ mỉ, cẩn thận, xác
(3)3 BÀI MỞ ĐẦU:KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ CÁC BỘ CẢM BIẾN
Mục tiêu bài:
- Phân tích tổng thể cấu tạo, nguyên lý, phạm vi ứng dụng số loại cảm biến thường dùng công nghiệp
- Nhận dạng giải thích đặc tính số loại cảm biến nói - Tích cực, chủ động sáng tạo học tập
Nội dung bài:
I. KHÁI NIỆM CHUNG:
Trong q trình sản xuất có nhiều đại lượng vật lý nhiệt độ, áp suất, tốc độ, tốc độ quay, nồng độ pH, độ nhờn vv cần xử lý cho đo lường, cho mục đích điều khiển truyền động Các cảm biến thực chức này, chúng thu nhận, đáp ứng kích thích Cảm biến chuyển đổi kỹ thuật để chuyển đổi lượng vật lý nhiệt độ, áp suất, khoảng cách vv sang đại lượng khác để đo, đếm Các đại lượng phần lớn tín hiệu điện Thí dụ: Điện áp, dịng điện, điện trở tần số dao động Các tên khác khác cảm biến: Sensor, cảm biến đo lường, đầu dò, van đo lường, nhận biết biến đổi
Từ sen-sor từ mượn tiếng la tinh Sensus, tiếng Đức tiếng Anh gọi sensor, tiếng Việt thường gọi cảm biến
Các cảm biến thường định nghĩa theo nghĩa rộng thiết bị cảm nhận, kích thích đáp ứng tín hiệu.
II. PHẠM VI ỨNG DỤNG.
Các cảm biến sử dụng nhiều lĩnh vực kinh tế kỹ thuật Các cảm biến đặc biệt nhạy cảm sử dụng thí nghiệm lĩnh vực nghiên cứu khoa học Trong lĩnh vực tự động hoá người ta sử dụng sensor bình thường đặc biệt
III.PHÂN LOẠI CÁC BỘ CẢM BIẾN.
Cảm biến phân loại theo nhiều tiêu chí Người ta phân loại cảm biến theo cách sau:
1. Theo nguyên lý chuyển đổi kích thích đáp ứng.
(4)4
Vật lý
Nhiệt điện Quang điện Quang từ
Điện từ, Từ điện …vv
(5)5
Biến đổi điện hóa Phân tích phổ …vv
Sinh học
Biến đổi sinh hóa Biến đổi vật lý
Hiệu ứng thể sống vv
2. Theo dạng kích thích.
Kích thích Các đặc tính kích thích
Âm
Biên pha, phân cực Phổ
Tốc độ truyền sóng …vv
Điện
Điện tích, dòng điện Điện thế, điện áp Điện trường
Điện dẫn, số điện môi …vv
Từ
Từ trường
Từ thông, cường độ từ trường Độ từ thẩm
…vv
Cơ
Vị trí, Lực, áp suất
Gia tốc, vận tốc, ứng suất, độ cứng Mô men
Khối lượng, tỉ trọng Độ nhớt
(6)6
Tốc độ truyền
Hệ số phát xạ, khúc xạ …VV
Nhiệt
Nhiệt độ Thông lượng Tỷ nhiệt …vv
Bức xạ
Kiểu
Năng lượng Cường độ …vv
3. Theo tính năng. ▪ Độ nhạy
▪ Độ xác
▪ Độ phân giải
▪ Độ tuyến tính
▪ Công suất tiêu thụ
4. Theo phạm vi sử dụng ▪ Công nghiệp
▪ Nghiên cứu khoa học
▪ Mơi trường, khí tượng
▪ Thông tin, viễn thông
▪ Nông nghiệp
▪ Dân dụng
▪ Giao thông vận tải…vv
5. Theo thơng số mơ hình mạch điện thay thế
▪ Cảm biến tích cực (có nguồn): Đầu nguồn áp nguồn dòng
(7)7 BÀI 1:CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ
Mục tiêu bài:
- Trình bày cấu tạo, đặc tính loại cảm biến theo nội dung học - Phân tích nguyên lý hoạt động số mạch điều khiển theo nhiệt độ
- Lắp ráp, cân chỉnh mạch hoạt động theo yêu cầu
- Đo đạc, kiểm tra sửa chữa mạch cảm biến nhiệt độ cảm biến yêu cầu kỹ thuật bị hư hỏng
Nội dung chính:
I.ĐẠI CƯƠNG CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ: 1.Khái niệm bản
Nhiệt độ số đại lượng có ảnh hưởng lớn đến tính chất vật chất Bởi nghiên cứu khoa học, công nghiệp đời sống hàng ngày việc đo nhiệt độ cần thiết Tuy nhiên việc xác định xác nhiệt độ vấn đề không đơn giản Đa số đại lượng vật lý xác định trực tiếp nhờ so sánh chúng với đại lượng chất Nhiệt độ đại lượng đo gián tiếp dựa vào phụ thuộc tính chất vật liệu vào nhiệt độ
Nhiệt độ đại lượng đo gián tiếp sở tính chất vật liệu phụ thuộc vào nhiệt độ Tính chất nhiệt độ tác dụng vào vật liệu thay đổi độ dẫn điện vật liệu hay điện trở chúng thay đổi theo
Để chế tạo cảm biến nhiệt độ người ta sử dụng nhiều nguyên lý khác nhiệt điện trở; nhiệt ngẫu; phương pháp quang dựa phân bố phổ xạ dao động nhiệt…
2.Các thông số cảm biến nhiệt độ
Cam biến nhiệt độ cảm biến có khả nhận biết tín hiệu nhiệt độ cách xác, trung thực chuyển đổi thành tín hiệu điện áp, dịng điện, điện trở
Thông số cấu tạo : Phụ thuộc vào loại cảm biến, cách chế tạo phương thức chuyển đổi loại cảm biến
Thơng số sử dụng bao gồm yếu tố sau :
(8)8
-Độ nhạy định nghĩa : S dF
dx (2.3)
Trong : dF thay đổi đại lượng đo cảm biến dx thay đổi đại lượng vật lý
-Ngưỡng độ nhạy : Là mức thấp mà cảm biến phát -Tính trễ : Cịn gọi qn tính cảm biến nguyên nhân gây sai số phép đo Tốc độ thay đổi đại lượng đo phải phù hợp với tính trễ cảm biến Nếu đại lượng đo thay đổi nhanh mà quán tính cảm biến lớn khơng thể đo xác Mọi cảm biến có tính trễ ảnh hưởng vỏ bảo vệ
3.Thang đo nhiệt độ
Để đo nhiệt độ trước hết phải thiết lập thang nhiệt độ Thang nhiệt độ tuyệt đối thiết lập dựa vào tính chất khí lý tưởng
Thang Kelvin (Thomson Kelvin - 1852): Thang nhiệt độ động học tuyệt đối, đơn vị nhiệt độ K Trong thang đo ngừời ta gán cho nhiệt độ điểm cân ba trạng thái nước - nước đá - giá trị số 273,15 K
Thang Celsius (Andreas Celsius - 1742): Thang nhiệt độ bách phân, đơn vị nhiệt độ oC độ Celsius độ Kelvin
Nhiệt độ Celsius xác định qua nhiệt độ Kelvin theo biểu thức: T(oC)= T(K) - 273,15 (3.3)
Thang Fahrenheit (Fahrenheit - 1706): Đơn vị nhiệt độ oF Trong thang đo này, nhiệt độ điểm nứớc đá tan 32o
F điểm nứớc sôi 212oF
4.Nhiệt độ đo nhiệt độ cần đo
Giả sử mơi trường đo có nhiệt độ thực Tx, đo ta nhận nhiệt độ Tc nhiệt độ phần tử cảm nhận cảm biến Nhiệt độ Tx gọi nhiệt độ cần đo, nhiệt độ Tc gọi nhiệt độ đo Điều kiện để đo nhiệt độ phải có cân nhiệt môi trường đo cảm biến Tuy nhiên, nhiều nguyên nhân, nhiệt độ cảm biến không đạt tới nhiệt độ môi trường Tx, tồn chênh lệch nhiệt độ Tx - Tc định Độ xác phép đo phụ thuộc vào hiệu số Tx - Tc , hiệu số bé, độ xác phép đo cao Muốn đo cần phải:
-Tăng cườnng trao đổi nhiệt cảm biến môi trường đo -Giảm trao đổi nhiệt cảm biến mơi trường bên ngồi
(9)9
Khi điều khiển nhiệt độ, phải có thiết bị để đọc nhiệt độ lị về, từ điều khiển nhiệt độ cách xác Thiết bị cảm biến Trong thực tế người ta thường sử dụng loại cảm biến : Thermocouple, RTD, thermistor, IC bán dẫn
Các loại cảm biến phân biệt dựa nguyên lý làm việc chúng sau :
-Nhiệt kế dùng chất lỏng dựa giãn nở thể tích -Nhiệt kế điện trở dựa thay đổi điện trở
- Cặp nhiệt dựa nguyên lý sức điện động sinh vị trí tiếp xúc (mối hàn) có chênh lệch nhiệt độ
-Hỏa kế quang học dựa độ chiếu sáng sợi tim đèn đốt nóng độ chiếu sáng vật thể cần đo
Thực tế cảm biến đo nhiệt độ chia làm hai nhóm:
- Cảm biến tiếp xúc: cảm biến tiếp xúc với môi trường đo, gồm: + Cảm biến giản nở (nhiệt kế giản nở)
+ Cảm biến điện trở (nhiệt điện trở) + Cặp nhiệt ngẫu
-Cảm biến không tiếp xúc: hoả kế
Các cảm biến thơng dụng gồm có số loại sau : -Điện trở kim loại
-Nhiệt điện trở -Cảm biến bán dẫn
1.Cảm biến nhiệt điện trở a.Đặc điểm chung
Một tính chất quan trọng loại điện trở có độ nhạy nhiệt cao, khoảng 10 lần lớn so với độ nhạy điện trở kim loại Ngoài hệ số nhiệt chúng có giá trị âm phụ thuộc mạnh vào nhiệt độ
Kích thước nhỏ cho phép đo nhiệt độ điểm, đồng thời nhiệt dung nhỏ nên tốc độ hồi đáp lớn
Độ ổn định nhiệt điện trở phụ thuộc vào chế tạo điều kiện sử dụng
(10)10
đối đến khoảng 3000
C Có thể mở rộng dải nhiệt độ có trị số điện trở gia tăng đáng kể làm việc nhiệt độ cao Các nhiệt điện trở thông thường chế tạo từ ôxít bán dẫn đa tinh thể như: MgO, MgAl2O4, Mn2O3, Fe3O4, Co2O3, NiO, ZnTiO4 Miền đo phụ thuộc vào loại nhiệt điện trở, từ -273 C đến 300 C
b.Điện trở kim loại thay đổi theo nhiệt độ.
- Được sử dụng kim loại nguyên chất (Pt; Cu; Ni) với hệ số nhiệt điện trở lớn tốt
Pt làm việc nhiệt độ 1900 C đến 6500C Cu làm việc nhiệt độ 500C đến 1500C
- Người ta kéo chúng thành sợi mảnh quấn khung chịu nhiệt đặt vào hộp vỏ đặc biệt đưa đầu để lấy tín hiệu với điện trở (R) chế tạo khoảng từ 10(Ω)đến 100(Ω)
-Độ nhạy điện trở kim loại thay đổi theo nhiệt độ Ġ
- Điện trở kim loại thay đổi theo nhiệt độ có ưu điểm sử dụng rộng dãi sử dụng nhiều, nhược điểm điện trở kim loại thay đổi theo nhiệt độ kích thước lớn, cồng kềnh, có qn tính lớn
c.Cách nối dây đo:
Nhiệt điện trở thay đổi điện trở theo nhiệt độ, với dịng điện khơng đổi qua nhiệt điện trở, ta đo U = R.I, để cảm biến khơng bị nóng lên qua phép đo, dòng điện cần phải nhỏt khoảng mA Với Pt 100 0C ta có điện khoảng 0,1 vơn, điện cần đưa đến máy đo qua dây đo Ta có kỹ thuật nối dây đo:
Tiêu chuẩn IEC 751 yêu cầu dây nối đến đầu nhiệt điện trở phải có màu giống (đỏ trắng) dây nối đến đầu phải khác màu
• Kỹ thuật hai dây:
(11)11 17
Hình 1.2: Kỹ thuật nối dây
Giữa nhiệt điện trở mạch điện tử nối dây, dây dẫn điện có điện trở, điện trở nối nối tiếp với điện trởcủa dây đo, mạch điện trở nhận điện cao điện cần đo, kết ta có thị nhiệt kế cao nhiệt độ cần đo, khoảng cách xa, điện trở dây đo lên đến vài ơm
Ví dụ với dây đồng: Diện tích mặt cắt dây đo = 0,5 mm2 Điện trở suất = 0,0017 (Ω/mm2m-1) Chiều dài = 100m
R = 6,8Ω, với 6,8Ω tương ứng cho nhiệt điện trở Pt 100 thay đổi nhiệt độ 170C Để đảm tránh sai số phép đo điện trở dây đo gây ra, người ta bù trừ điện trở dây đo mạch điện sau: Một biến trở bù trừ nối vào hai dây đo nhiệt điện rở thay điện trở 100Ω Mạch điện tử thiết kế với điện trở dự phòng dây đo 10Ω Ta chỉnh biến trở có thị 00C: Biến trở điện trở dây đo 10Ω
d.Các mạch ứng dụng nhiệt trở:.
Mạch ứng dụng với nhiệt điện trở platin.
ADT70 IC hãng Analog Devices sản xuất, cung cấp kết hợp lý tưởng với Pt1.000, ta có dải đo nhiệt độ rộng, sử dụng với Pt100 Trong trường hợp có cách biệt, với nhiệt điện trở Platin kỹ thuật màng mỏng, ADT70 đo từ 500C đến 5000C, với nhiệt điện trở Platin tốt, đo đến 1.0000C Độ xác hệ thống gồm ADT70 nhiệt điện trở Platin thang đo -2000C đến 1.0000C phụ thuộc nhiều vào phẩm chất nhiệt điện trở Platin
-Ứng dụng: Thiết bị di động, điều khiển nhiệt độ
(12)18
18
nhiệt điện trở, điều quan trọng phải chọn lựa nhiệt điện trở thích hợp với ứng dụng thực tế
Mạch ứng dụng với nhiệt diện trở Ni
Zni 1.000 với ZMR500 dùng với DVM nhiệt kế
Mạch điện tiêu biểu với KTY81 KTY82
Mạch điện điển hình thiết kế cho cảm biến KYT 81 – 110 KYT 82 – 110 (nhiệt độ từ 00C đến 1000C) Điện trở R1 R2, cảm biến nhánh điện trở R3, biến trở P1 R4 tạo thành mạch cầu
Giá trị R1 R2 chọn cho giá trị dòng điện qua cảm biến gần 1A tuyến tính hố cảm biến dải nhiệt độ cần đo Điện áp ngõ thay đổi tuyến tính từ 0,2VS đến 0,6 VS (VS = vơn Vout thay đổi từ vôn đến vôn) Ta điều chỉnh P1 để Vout = vôn 00C, 1000C điều chỉnh P2 Vout = vôn, với mạch điện việc điều chỉnh P2 không ảnh hưởng đến việc chỉnh zero
2.Nhiệt điện trở NTC
* Tính chất giá trị tính chất
Thơng thường NTC chịu tải nhẹ, tính chất đáp ứng theo mơi trường nhiệt độ chung quanh
Khi dòng điện lớn chạy qua NTC làm cho NTC nóng lên điện trở giảm xuống (nhiệt độ tăng giá trị điện trở NTC giảm ngược lại)
*Ứng dụng.
NTC có nhiều ứng dụng, chia làm loại:
• Bổ đo lường
(13)19
19 • Làm trễ
* Bổ đo lường : Trong đo lường tác động bù cần tránh tượng tự sinh nhiệt dòng qua NTC lớn NTC lĩnh vực đo nhiệt độ, kiểm tra, điều khiển, nhiên NTC dùng để bù tính phụ thuộc nhiệt độ điện trở, nhằm ổn định nhiệt cho mạch điện tử dùng bán dẫn
*Làm trễ: NTC có tính chất trễ dịng điện qua lớn điện trở giảm nhiều trình tự toả nhiệt Tải lớn điện trở NTC giảm mạnh Nhiệt điện trở NTC tạo tác dụng trễ nhằm triệt dịng đỉnh mạch đèn chiếu sáng loại có tim, mạch động có cơng suất nhỏ, mạch chốt tim bóng điện tử
3.Nhiệt điện trở PTC *Các đặc tính giá trị.
Nhiệt điện trở PTC thơng thường phủ bên ngồi lớp vỏ có cấu tạo vecni để chống lại ảnh hưởng mơi trường khơng khí Dạng cấu tạo hình thức xác suất tương tự nhiệt điện trở thermistors(NTC)
Khi dòng điện lớn chạy qua NTC làm cho NTC nóng lên điện trở tăng lên (nhiệt độ tăng giá trị điện trở NTC tăng ngược lại)
Dùng PTC để bảo vệ động điện xảy cố ngắn mạch tải Hoặc dùng PTC để điều khiển mức nhiệt độ Nhiệt điện trở PTC dùng cho ứng dụng cần hệ số nhiệt dương
* Lĩnh vực ứng dụng.
Mỗi loại nhiệt điện trở có ứng dụng khác nhau, sau hai ứng dụng PTC
- Cho ứng dụng mà nhiệt độ PTC xác định chủ yếu qua nhiệt độ môi trường Nhiệt điện trở PTC làm việc cảm biến nhiệt độ có độ nhạy cao
- Đối với ứng dụng có sử dụng tính chất gia tăng điện trở nhiệt điện trở PTC để từ biến đổi thành lực điện Có thí dụ mạch bảo vệ q tải, bồn chứa nguyên liệu đầy người ta dùng mạch để khởi động bóng đèn huỳnh quang, để ổn định tính chất sợi đốt tim bóng đèn, thấy PTC mạch trễ hay mạch khử từ bóng hình truyền hình, mạch bảo vệ tải .vv
(14)20
20
Nhiệt điện trở PTC mắc cầu đo mạch so sánh, nhiệt độ bình thường RPTC ( RS, điện áp ngõ mức thấp, tăng nhiệt độ vượt ngưỡng xuất hiện, PTC bị nung nóng nên RPTC ( RS nên điện áp ngõ V0 lên mức cao (hình dưới)
PTC dùng để phát tăng nhiệt bất thường động cách đo trực tiếp, cảm biến nhiệt gắn chìm cuộn Stato, tín hiệu sử lý nhờ thiết bị điều khiển dẫn đến tác động (Hình dưới)
Nếu nhiệt độ cuộn dây động trạng thái bình thường cảm biến điện trở giảm xuống đến mức thấp cần thiết Reset, thiết bị tự động reset thiết bị không cài đặt reset tay
4.RTD
Có độ ổn định cao nhất, chính xác, độ tuyến tính cao Tuy nhiên giá thành cao, cần phải cung cấp nguồn dòng, tự gia tăng nhiệt
Nguyên lí cảm biến điện trở kim loại
(15)21
21
- Kim loại dùng để chế taọ cảm biến platin, niken , đồng hay volfram.Các cảm biến platin có miền đo rộng với nhiệt độ từ -200C đến 1000C
Cảm biến điện trở kim loại
Cấu tạo cảm biến điện trở kim loại
Dây platin
Ống platin
Dây nối
đất Sứ cách điện
vỏ
Xi măng
Dây platin
6.Thermistor
Ngõ có giá trị lớn, đáp ứng nhanh có khuyết điểm phi tuyến, giới hạn tầm đo nhiệt, dễ vỡ, cần phải cung cấp nguồn dòng, tự gia tăng nhiệt
7.Thermocouple (Cặp nhiệt điện)
(16)22
22
Theo hiệu ứng Seebeck, có chênh lệch nhiệt độ đầu nóng hay đầu lạnh phát sinh suất điện động đầu lạnh, hai đầu lạnh đặt nhiệt độ To
V = a + b T + c T2 (2.4)
T = T-To (2.5)
Trong : T nhiệt độ đo, To nhiệt độ đầu lạnh qua công thức ta thấy quan hệ V T phi tuyến
Nhưng sử dụng tầm đo hẹp tuyến tính hóa đặc tính cặp nhiệt điện theo biểu thức: V = k T, k hệ số nhiệt, đơn vị µV/o
C
Nếu dây cặp nhiệt không dài ta phải sử dụng dây đồng để nối đến dụng cụ đo số dụng cụ đo hiệu số nhiệt độ đo T nhiệt độ chỗ nối To, nhiệt độ To thường không ổn định
III.CẢM BIẾN VI MẠCH BÁN DẪN 1.Nguyên lý chung IC đo nhiệt độ:
Là mạch tích hợp nhận tín hiệu nhiệt độ chuyển thành tín hiệu dạng điện áp tín hiệu dịng điện Dựa vào đặc tính nhạy bán dẫn với nhiệt độ, tạo điện áp dòng điện tỷ lệ thuận với nhiệt độ tuyệt đối C, F, hay K tùy loại Đo tín hiệu điện, ta biết giá trị nhiệt độ cần đo Tầm đo nhiệt độ giới hạn từ –55o
C đến 150oC, độ xác từ 1oC đến 2oC tùy loại
Sự tích cực nhiệt độ tạo điện tích tự lỗ trống chất bán dẫn phá vỡ phân tử, bứt electron thành dạng tự di chuyển qua vùng cấu trúc mạng tinh thể, tạo xuất lỗ trống nhiệt làm cho tỷ lệ điện tử tự lỗ trống tăng lên theo quy luật hàm mũ với nhiệt độ Kết tượng mức điện áp thuận, dòng thuận mối nối p-n (trong diode hay transistor) tăng theo hàm mũ theo nhiệt độ
2 IC AD590, AD595
(17)23
23
Cảm biến AD 590 (Analog Devices) thiết kế làm cảm biến nhiệt có tổng trở ngõ lớn (10 M(), vi mạch cân nhà sản xuất, khiến cho dòng mA tương ứng với chuẩn nhiệt độ K Điện áp làm việc nhỏ tốt để tránh tượng tự gia nhiệt, cấp điện áp thay đổi, dịng điện thay đổi
3 Cảm biến nhiệt bán dẫn LM335/34:
Hầu hết cảm biến nhiệt độ phổ biến sử dụng có phần phức tạp, chẳng hạn cặp nhiệt độ ngẫu có mức ngõ thấp yêu cầu bù nhiệt, thermistor khơng tuyến tính, thêm vào ngõ loại cảm biến khơng tuyến tính tương ứng thang chia nhiệt độ Các khối cảm biến tích hợp chế tạo khắc phục đặc điểm đó, ngõ chúng quan hệ với thang đo Kelvin độ Celsius Fahrenheit
IV.MỘT SỐ MẠCH ỨNG DỤNG CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ:
1. Cảm biến điều khiển nhiệt độ lò nung: 2.Đo nhiệt với cảm biến nhiệt bán dẫn LM335:
Sơ đồ đo cảm biến nhiệt bán dẫn gồm trở tải cấp dịng cho cảm biến, khuếch đại tín hiệu từ cảm biến IC1a, khuếch đại lối IC1b, cảm biến LM335
LM 335 cảm biến nhiệt độ dùng để tạo dòng chuẩn điều chỉnh , có đặc điểm cho điện áp tỷ lệ tuyến tính với nhiệt độ_10mV/oK nên chọn chuyển đổi nhiệt thành điện áp mạch
(18)24
24
+ Ngun lý hoạt động: Khi có tín hiệu kích thích tác động vào cảm biến tùy vào nhiệt độ cao hay thấp mà điện áp đặt lên cảm biến thay đổi điến áp đưa tới tầng khuếch đại vi sai(mạch trừ)mạch cho phép chỉnh nhiệt 0oC cho tương ứng với nhiệt độ thật đo nhiệt đá tan(0V),và tín hiệu ngõ tần tiếp tục đưa qua tần khuếch đại đảo để nâng cao biên độ áp ,áp ngõ tầng 10V tương ứng với 100oC
3.Mạch ứng dụng LM35 với thiết bị khuyếch đại âm thanh
Trong mạch ứng dụng này, nhiệt độ IC khuyếch đại âm (IC1) đại lượng quan tâm LM35 IC1 có gắn kết nhiệt, tín hiệu ngõ so sánh xuống mức thấp nhiệt độ vượt giới hạn (thông số chọn R1 R2 điện áp tham chiếu) Hệ thống thiết kế để quạt hoạt động nhiệt độ vượt khoảng giá trị 800C tắt nhiệt độ xuống 600C
4.Mạch đo nhiệt độ LM 35.
5.Hệ thống điều khiển nhiệt độ dùng vi xử lý
(19)25
25
V. CÁC BÀI THỰC HÀNH ỨNG DỤNG CÁC LOẠI CẢM BIẾN NHIỆT
ĐỘ.
1. Lắp ráp mạch khảo sát cảm biến nhiệt độ Platin Pt100, Pt100 AD595, PTC, NTC, RTD
(20)26