Đề cương thiết bị cảm biến

CHƯƠNG I:   Câu 1: Thiết bị đo phân loại thiết bị  - Thiết bị đo là:  Là thiết bị kĩ thuật dùng để gia cơng tín hiệu mang thơng tin đo thành dạng tiện lợi  cho người quan sát  - Phân loại:  + Thiết bị mẫu: dùng dể kiểm tra hiệu chỉnh thiết bị đo đơn vị đo Thường có  độ xác cao từ 0.001% - 0.1%  Quy định: Thiết bị mẫu phải có độ xác lớn cấp so với thiết bị kiểm  tra.   + Dụng cụ đo:   ● Dụng cụ đo chuyển đổi thẳng: Đại lượng cần đo biến đổi góc quay  kim thị (thiết bị đo điện) biến đổi thành số (thiết bị đo số)  ● Dụng cụ kiểu so sánh: Thiết bị so sánh thị điện thị  số  Tùy theo cách so sánh cách lập đại lượng bù: Thiết bị so sánh kiểu tùy động, thiết  bị so sánh kiểu quét  Căn vào cách xác lập đại lượng bù: Dụng cụ mã hóa số, xung, tần số xung, thời  gian xung  Căn vào điều kiện cân bằng: Dụng cụ bù ko lệch (zero); dụng cụ bù lệch (vi sai)  Căn vào quan hệ lượng ra, lượng vào: thiết bị đo trực tiếp, thiết bị đo gián tiếp,  thiết bị đo kiểu hợp bộ  + Chuyển đổi đo lường  ● Chuyển đổi chuẩn hóa: biến đổi tín hiệu điện phi tiêu chuẩn thành tín hiệu  điện tiêu chuẩn (U = - 10V, I = - 20mA) (Bộ phân áp, phân dòng, biến  điện áp, biến dòng, mạch khuếch đại)  ● Chuyển đổi sơ cấp: (S: Sensor): biến tín hiệu khơng điện sang tín hiệu điện,  ghi nhận thông tin giá trị cần đo.  (Chuyển đổi điện trở, điện cảm, điện dung, nhiệt điện, quang điện)  + Tổ hợp thiết bị đo:  ● Với thiết bị cụ thể (một kênh):    ➔ Chuyển đổi sơ cấp: Biến tín hiệu cần đo thành tín hiệu điện  ➔ Mạch đo: thu nhận, xử lý, khuếch đại thông tin, (nguồn, mạch  khuyếch đại, biến đổi A/D, D/A, mạch phụ, )  ➔ Chỉ thị: thông báo kết cho người quan sát (chỉ thị ghi số thị  điện, thị tự ghi, )  ● Với hệ thông đo lường nhiều kênh    Câu 2: Trình bày phương pháp đo bản:  - Phương pháp đo biến đổi thẳng:    + Đại lượng cần đo X qua khâu biến đổi thành số Nx  + + + + Đơn vị đo đại lượng đo X0 biến đổi thành số N0  So sánh đại lượng đo đơn vị đo (Phép chia Nx/N0​)  Kết đo: Ax = X/X0​ = Nx/N​0  Phương pháp đo kiểu so sánh  Sơ đồ cấu trúc              ● ● ● + Trong đó:   X: tín hiệu cần đo   X​k​: tín hiệu phản hồi (là tín hiệu so sánh có giá trị tỷ lệ với đại lượng mẫu)   N​x​: thông số quy đổi giá trị độ lớn tín hiệu cần đo   BĐ: biến đổi   D/A: chuyển đổi tín hiệu số sang tương tự   A/D: chuyển đổi tín hiệu tương tự sang số   SS: so sánh    Đại lượng cần đo X đại lượng mẫu X0 biến đổi thành đại lượng Vật  lý để thuận tiện cho việc so sánh  Quá trình so sánh X tín hiệu XK​ (Tỉ lệ với X0​) diễn suốt trình đo,  đại lượng nhau, đọc kết XK​ có kết đo  Phần tử so sánh thực việc so sánh đại lượng đo X với đại lượng tỉ lệ với mẫu  X​K​:  ΔX = X - X​K   Các phương pháp so sánh  So sánh cân bằng  ● Đại lượng cần đo X đại lượng tỉ lệ với mẫu: X​K​ = N​K​.X​0​ ​được so sánh với  cho: ​ΔX = 0​ Suy ra: ​X = X​K​ = N​K​.X​0  ● Kết đo: Ax = X/Xo = NK  So sánh không cân bằng  ● Đại lượng tỉ lệ với mẫu Xk không đổi biết trước  ● Qua so sánh ta có được: ΔX = X - X​K   ● Đo ​ΔX​ ta có đại lượng đo X = ΔX + X​K   ● Kết đo    So sánh không đồng thời  ● Dựa việc so sánh trạng thái đáp ứng thiết bị đo chịu tác  động tương ứng đại lượng đo X đại lượng tỉ lệ với mẫu XK​, 2  trạng thái đáp ứng suy X= XK   So sánh đồng thời  ● So sánh lúc nhiều giá trị đại lượng đo X đại lượng mẫu XK​,  vào giá trị suy giá trị đại lượng đo    Câu 3: Sai số phép đo - chất, ý nghĩa, phân loại  - Bản chất: Sai số phép đo hiệu số giá trị thực giá trị đo của  đại lượng đo.  - Ý nghĩa: Xác định sai số phép đo tức xác định độ tin cậy kết đo.  - Phân loại sai số phép đo:  + Theo cách thể số:  ● Sai số tuyệt đối: ΔX = X - Xth  Với X đại lượng đo, Xth giá trị thực đại lượng đo  ● Sai số tương đối:   + Theo nguồn gây sai số:  ● Sai số phương pháp: sai số sinh khơng hồn thiện phương  pháp đo độ thiếu xác biểu thức lý thuyết  ● Sai số thiết bị: Sai số thiết bị sử dụng phép đo (cấu trúc của  mạch đo tình trạng dụng cụ đo)  ● Sai số chủ quan: Do người sử dụng gây nên (do mắt kém, đọc lệch, cẩu  thả, lơ đãng, ), khơng có sử dụng dụng cụ đo số.  ● Sai số khách quan: Sai số ảnh hưởng điều kiện bên tác động  lên đối tượng đo dụng cụ đo vượt điều kiện tiêu chuẩn (dụng cụ,  áp suất, độ ẩm).  + Theo quy luật xuất sai số  ● Sai số hệ thống: thành phần sai số phép đo không đổi thay  đổi theo quy luật xác định thực đo nhiều lần đại lượng cần  đo.  ● Sai số ngẫu nhiên: thành phần sai số phép đo thay đổi cách ngẫu  nhiên lặp lại phép đo nhiều lần.  Trong trình đo, sai số hệ thống sai số ngẫu nhiên xuất đồng  thời, sai số phép đo biểu diễn dạng tổng hai thành  ΔX = Δ + θ  phần này: Δ - sai số ngẫu nhiên;  θ - sai số hệ thống.    Câu 4: Trình bày cấu trúc loại dụng cụ đo đặc điểm chúng  - Dụng cụ đo biến đổi thẳng:    + + + + + - Đặc điểm:   Cấu trúc đơn giản, tin cậy  Giá thành rẻ  Vận hành, bảo trì, bảo dưỡng đơn giản chi phí thấp  Khơng địi hỏi tay nghề cao  Độ xác thấp (thường có cấp xác cỡ - 2,5)  Dụng cụ đo kiểu so sánh    Đặc điểm:  + Có cấu trúc phức tạp so với dụng cụ đo biến đổi thẳng  + Hiện thường dùng vi xử lý bên trong  + Độ xác cao giá thành đắt    Câu 5: Cấp xác dụng cụ đo gì? Hãy phân biệt khác sai số  phép đo cấp xác dụng cụ đo?  - Cấp xác dụng cụ đo:  + Là giá trị sai số cực đại mà dụng cụ đo mắc phải  + Cấp xác quy định sai số tương đối quy đổi dụng cụ và    Nhà nước quy định cụ thể: với ΔXm sai số tuyệt đối cực đại;  Xm giá trị lớn thang đo  Từ cấp xác thiết bị đo lường đánh giá sai số kết đo.  Thường cấp xác dụng cụ đo ghi dụng cụ ghi sổ  tay kĩ thuật dụng cụ đo.  - Phân biệt khác sai số phép đo cấp xác dụng cụ  đo.    Sai số phép đo  Cấp đo xác  - Là  sai  số  khi  thực  hiện  trong  một  vài phép đo    - Xảy  ra  tùy  vào  dụng  cụ  đo  và  quá  trình thực phép đo  - Thay đổi theo phép đo  - Là  sai  số  khi  thực  hiện  bằng  tất  cả  các  phép  đo  bằng  1  dụng  cụ  đó  Là  giá  trị  sai  số  cực  đại  của  dụng cụ đo  Được quy định nhà nước    CHƯƠNG II:   Câu 6: Cảm biến gì? Nêu phân loại cảm biến?  - Cảm biến: Là thiết bị thực quan hệ hàm đơn vị đại lượng vật lý với  độ xác định.  Cảm biến chịu tác động đại lượng cần đo khơng có tính chất điện (ký  hiệu m(t) cho đầu đại lượng điện đo (điện tích, điện  áp, dịng điện, trở kháng, ký hiệu s(t)      Phân loại:  + Theo nguyên lý chuyển đổi giữa  đáp ứng kích thích  Hiện tượng vật lý  ● Nhiệt điện  ● Quang điện  ● Quang từ  ● Điện từ  ●   ● Quang đàn hồi  ● Từ điện  ● Nhiệt từ  Hiện tượng sinh học  ● Biến đổi sinh hóa  ● Biến đổi vật lý  Hiện tượng hóa học  ● Biến đổi hóa học  ● Biến đổi điện hóa  ● Phân tích phổ  + Phân loại theo dạng kích thích:  Âm thanh:  ● Biên pha, phân cực  ● Phổ  ● Tốc độ truyền sóng  Điện:  ● Điện tích, dịng điện  ● Điện thế, điện áp  ● Điện trường (biên, pha, phân  cực, phổ)  ● Điện dẫn, số điện môi  Từ  ● Trừ trường (biên, pha, phân  cực, phổ)  ● Từ thông, cường độ từ  trường  ● Độ từ thẩm  Quang  ● Biên, pha, phân cực, phổ  ● Tốc độ truyền  ● Hệ số phát xạ, khúc xạ  ● Hệ số hấp thụ, hệ số xạ  Cơ  ● Vị trí  ● Lực, áp suất  ● Gia tốc, vận tốc  ● Ứng suất, độ cứng  ● Momen          ● Khối lượng, tỉ trọng  ● Vận tốc chất lưu, độ nhớt  Nhiệt  ● Nhiệt độ  ● Thông lượng  ● Nhiệt dung, tỉ lệ  Bức xạ  ● Kiểu  ● Năng lượng  ● Cường độ  + Theo tính cảm biến  ● Độ nhạy  ● Độ xác  ● Độ phân giải  ● Độ chọn lọc  ● Độ tuyến tính  ● Cơng suất tiêu thụ  ● Dải tần  ● Độ trễ  ● Khả tải  ● Tốc độ đáp ứng  ● Độ ổn định  ● Tuổi thọ  ● Điều kiện môi trường  ● Kích thước, trọng lượng  + Theo thơng số mơ hình mạch  thay thế  ● Cảm biến tích cực có đầu ra  nguồn áp nguồn  dịng  ● Cảm biến thụ động được  đặc trưng thông  số R, L, C, M, tuyến tính  phi tuyến  + 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  ● Vũ trụ  ● Quân sự    Câu 7: Trình bày đặc tính cảm biến:  - Hàm chuyển đổi:  Là biểu thức mô tả quan hệ đáp ứng kích thích Có biểu thức toán học  s = f(m)  - Hệ số biến đổi:   Là tỉ số đại lượng s đại lượng vào m cảm biến  f (m) K (m) = ms = m   - Độ nhạy cảm biến: xung quanh giá trị không đổi mi đại lượng đo được  xác định theo tỉ số biến thiên Δs đại lượng đầu biến thiên Δm của  đại lượng đo đầu vào.     - Độ tuyến tính: Một cảm biến gọi tuyến tính dải đo xác định nếu  dải đo độ nhạy khơng phụ thuộc vào giá trị đại lượng đo.  - Độ nhanh: khoảng thời gian tính từ thời điểm đại lượng đo thay đổi đột ngột  tới thời điểm đại lượng đầu y cảm biến khác giá trị cuối của  lượng quy định ε%  - Thời gian đáp ứng: đại lượng để xác định trị số độ nhanh  - Sai số: sai số cảm biến mang tính chất ước định (khơng thể biết xác  giá trị thực đại lượng cần đo)  - Giới hạn sử dụng cảm biến: q trình sử dụng, biến ln chịu ứng lực  nhiệt tác động, Nếu ứng lực vượt ngưỡng cho phép, chúng  làm thay đổi đặc trưng đặc biệt cảm biến.    Câu 8: Độ nhạy cảm biến gì? Phân tích khác biệt độ nhạy cảm biến  chế độ tĩnh chế độ động  - Khái niệm  + Độ nhạy S xung quanh giá trị không đổi mi​ đại lượng đo xác định  theo tỉ số biến thiên ΔS đại lượng đầu biến thiên Δm tương ứng  đại lượng đo đầu vào.      + Để phép đo đạt độ xác cao, độ nhạy cảm biến cần phải khơng đổi,  nghĩa phụ thuộc vào:  ● Giá trị tần số thay đổi đại lượng cần đo.  ● Thời gian sử dụng cảm biến.  ● Ảnh hưởng đại lượng vật lý khác từ môi trường xung quanh.  + Thông thường nhà sản xuất cung cấp giá trị độ nhạy seri cảm biến tương  ứng với điều kiện làm việc định.  + Đơn vị đo độ nhạy phụ thuộc vào nguyên lý làm việc cảm biến các  đại lượng liên quan.  + Độ nhạy S phụ thuộc vào :  Vật liệu, kích thước, kiểu lắp ráp cảm biến.  Các thông số ảnh hưởng tới đáp ứng cảm biến (tần số nguồn nuôi, nhiệt độ  môi trường, tần số biến thiên đại lượng cần đo…).  - Độ nhạy cảm biến chế độ tĩnh – tỷ số chuyển đổi tĩnh.  + Đặc trưng tĩnh cảm biến.   ● Là đường chuẩn cảm biến, đú giá trị si​ đầu tương ứng   với giá trị không đổi mi​ đại lượng đo chế độ làm việc danh định.  ● Một điểm Qi​(m​i​,s​i​) đặc trưng tĩnh xác định điểm làm việc của  cảm biến chế độ tĩnh.    ● Trong chế độ tĩnh, độ nhạy S độ đốc đặc trưng tĩnh điểm   làm việc xét.   ● Nếu đặc trưng tĩnh tuyến tính, độ nhạy chế độ tĩnh  phụ thuộc điểm làm việc.   + Tỷ số chuyển đổi tĩnh ri​ : r​i​=(s/m)​Qi  - Độ nhạy cảm biến chế độ động.  ● Trong chế độ động, đại lượng đo biến thiên tuần hoàn theo thời gian.    m(t) = m​0​ + m​1​coswt  m​0​=const; m​1​ - biên độ; w tần số góc biến thiên đại lượng đo.   đầu cảm biến, hồi đáp s có dạng:   s(t) = s​0​ + s​1​ cos(wt +ϕ)  s​0​ ~ m​0​ (xác định điểm làm việc Q0​ đường cong chuẩn chế độ tĩnh.   s​1​ ~ m​1​; ϕ - gúc lệch pha gữa đại lượng đầu vào đại lượng đầu ra.   Trong chế độ động, độ nhạy S cảm biến xác định tỉ số giữa   biên độ biến thiên đầu s1​ biên độ biến thiên đầu vào m1​ ứng  với điểm làm việc xét Q0​.  S=(s​i​/m​i​)​Qi​ Độ nhạy chế độ động phụ thuộc vào tần số đại lượng đo, S = S(f)    Câu 9: Giải thích khái niệm độ nhanh thời gian đáp ứng cảm biến.  - ​Độ nhanh tr​ – khoảng thời gian tính từ thời điểm đại lượng thay đổi đột  ngột tới thời điểm đại lượng đầu y cảm biến khác giá trị cuối  lượng quy định ε % (t​r​ đặc trưng cho tốc độ trình  độ).  - Thời gian đáp ứng đại lượng sử dụng để xác định giá trị     số độ nhanh.      t​đm​ -​ thời gian trễ tăng: s tăng từ 0-10%    t​m​ - thời gian tăng: s tăng từ 10-90% biến thiên tổng cộng  t​ ​đc​ - thời gian trễ giảm: s giảm từ giá trị ban đầu đến giảm 10%  t​ ​c​ - thời gian giảm: s giảm từ 10-90% biến thiên tổng cộng    Câu 10: Trình bày khác biệt cảm biến tích cực cảm biến thụ động Ví dụ  minh họa.         - Cảm biến tích cực: cảm biến  - Cảm biến thụ động: cảm biến  hoạt động máy phát, đáp  hoạt động trở kháng trong  ứng (s) điện tích, điện áp hay  đáp ứng (s) điện trở, độ tự cảm  dòng.    điện dung.      - Cảm biến thụ động (không  - Cảm biến tích cực (có nguồn) hoạt  động nguồn áp hoặc  nguồn) loại cảm biến được  nguồn dòng có mơ một  biểu diễn mạng hai cửa  mạng hai cửa có nguồn.  khơng nguồn có trở kháng phụ  - Về nguyên lý, cảm biến tích cực  thuộc kích thích.  - Cảm biến thụ động có một  thường chế tạo dựa hiệu  ứng vật lý biến đổi dạng năng  thông số chủ yếu  lượng thành lượng  nhạy với đại lượng cần đo (y có  điện.  thể điện trở, độ tự cảm, điện  - Các hiệu ứng lý dùng trong  dung,…).  cảm biến tích cực  - Trở khơng phụ thuộc vào kích  Hiệu ứng cảm ứng điện từ  thước hình học mẫu các  -> Ứng dụng: xác định vận tốc  tính chất điện vật liệu (điện  chuyển động vật  trở suất ủ, độ từ thấm μ, hằng  Hiệu ứng nhiệt điện  số điện môi,…).  -> Đo nhiệt độ T1 biến trước nhiệt  - Thơng số hình học kích  độ T2 (thường chọn T2=0 độ C)  thước trở kháng có thể  Hiệu ứng hỏa điện  thay đổi cảm biến có chứa  -> Đo thơng lượng xạ á/s  phần tử chuyển động hoặc  Hiệu ứng áp điện  biến dạng  -> Chế tạo cảm biến quang    Hiệu ứng quang điện  -> Chế tạo cảm biến quang  Hiệu ứng quang - điện - từ  -> Đo đại lượng quang biến đổi  tín hiệu thành tín hiệu điện  Hiệu ứng Hall  -> Xác định vị trí vật chuyển động        Câu 11: ​Vai trò mạch giao diện thiết bị cảm biến hệ thống đo lường ?  Trình bày minh họa loại mạch giao diện mà anh hay chị biết rõ ý nghĩa  nó.  • Mạch giao diện có tác dụng chuẩn hóa tín hiệu đo lường.  • Vai trị:  + Làm cho đáp ứng cảm biến (biến) phù hợp với tải điện áp, công  suất…  + Phối hợp đầu cảm biến với đầu vào hệ thống xử lý liệu.        * Bộ khuếch đại thuật toán (KĐTT)    U​ra​ = K.U​vào    Bộ khuếch đại thuật toán (mạch tích hợp) khuếch đại dịng chiều có   hai đầu vào đầu chung, thường gồm hàng trăm tranzito điện trở, tụ  điện ghép nối với   Các đặc tính khuếch đại thuật tốn:   - Bộ khuếch đại có hai đầu vào: đầu đảo (-), đầu không đảo (+).   - Điện trở vào lớn, cỡ hàng trăm MΩ đến GΩ.   - Điện trở nhỏ, cỡ phần chục Ω.   - Điện áp lệch đầu vào nhỏ, cỡ vài nV.   - Hệ số khuếch đại hở mạch lớn, cỡ 100.000.   - Dải tần làm việc rộng.   - Tốc độ tăng hạn chế biến thiên cực đại điện áp tính V/às.    CHƯƠNG III  Câu 12: Trình bày ý nghĩa sử dụng, nguyên lý làm việc cảm biến dạng on-o   - Thường sử dụng cảm biến điện, có chức cung cấp thơng  tin điện (0 1) lần tác động Bên cảm biến có hệ thống  tiếp điểm, lần tác động làm cho tiếp điểm mở đóng lại.  - Khi cấu thừa hành (trục động) bị tác động, lũ xo chốt trữ lượng, đến vị  trí đóng lũ xo chốt giải phúng lượng  - Ưu điểm: đơn giản tin cậy  - Cụng tắc vị trí có ưu điểm đơn giản tin cậy Nhược điểm lắp đặt  phức tạp phải điều chỉnh tiếp xúc đối tượng với cơng tắc, tần số đóng cắt của  cơng tắc thấp, số lần đóng cắt bị giới hạn, đóng tiếp điểm nên khơng  tránh khỏi xuất hồ quang.    Câu 13: Cảm biến tiệm cận kiểu điện cảm - ý nghĩa sử dụng, đặc điểm cấu tạo và  nguyên lý làm việc  - Cảm biến tiệm cận điện cảm.  + Công dụng : Trong vùng khoảng cách ngắn, cảm biến tiệm cận điện cảm  thường dùng để phát đối tượng kim loại.  + Cấu tạo nguyên lý chung : Gồm cuộn dây xác định độ cảm ứng một  dao động LC Điện từ trường dao động lan rộng vùng xung  quanh Khi vật kim loại đến gần, lượng dao động bị  tiêu hao để tạo nên vũng xoáy cảm ứng bên vật dẫn này, hệ số tiêu  hao cuộn dây tăng lên, đến trị số dao động khơng dao động  nữa, tín hiệu ghi nhận.  + Đặc điểm :  ● Khoảng cách cảm nhận: từ 0,6 đến 20mm  ● Các yếu tố phụ thuộc: hình dạng, độ dày vật liệu đối tượng    Câu 14: Cảm biến tiệm cận kiểu điện dung - ý nghĩa sử dụng, đặc điểm cấu tạo và  nguyên lý làm việc.  - Công dụng:  Sử dụng trường tĩnh điện để phát đối tượng kim loại phi kim loại.   - Cấu tạo:  + Sensor (bản cực).  + Mạch dao động.   + Mạch ghi nhận tín hiệu.   + Mạch điện đầu ra.   - ​Nguyên lý làm việc: Khi vật đến gần, điện dung cảm biến thay đổi Tần số  dao động LC hay RC thay đổi theo Mạch điện cho ta tín hiệu thay  đổi tần số (trường hợp tần số giữ cố định thi biên độ tín hiệu thay đổi).  - Đặc điểm:  + Khoảng cách cảm nhận từ – 20 (mm).  + Có khả phát mức chất lỏng xuyên qua thùng suốt với điều kiện  chất lỏng phải có số điện mơi cao vỏ thùng).    Câu 15: C ​ ảm biến vị trí dịch chuyển theo phương pháp quang học gỡ? Phân tích  đặc điểm ý nghĩa sử dụng cảm biến quang phỏt xạ cảm biến quang soi  thấu.    - Ưu điểm: thông lượng lớn, dải phổ rộng, thay đổi được.   - Nhược điểm: quán tính lớn, thời gian sử dụng ngắn, dễ vỡ.   *​Điốt phát quang - LED (​ Light Emiting Diode):​ đèn điốt, lượng được   giải phóng tái hợp điện tử - lỗ trống phần chuyển tiếp P-N làm phát sinh  photôn  - Ưu điểm: thời gian hồi đáp nhỏ điều chế tần số cao  nguồn ni, kích thước nhỏ, công suất tiêu thụ bé, độ tin cậy cao, độ bền tốt.  - Nhược điểm: thông lượng nhỏ (cỡ mW), nhạy với nhiệt độ.   -​Laze - Laser​ ​(Light Amplification by Stimulated Emission Radiation):​ nguồn   đơn sắc, độ chói lớn, định hướng tính liên kết mạnh (cùng phân cực cùng  pha) xạ chồng chéo lên nhau, chúng tạo thành sóng duy  và   xác định.   Ưu điểm: laze có bước sóng đơn sắc hồn tồn xác định, thơng lượng lớn, chùm tia  mảnh, độ định hướng cao truyền xa.  Câu 39: N ​ cấu tạo, nguyên lý hoạt động, đặc điểm ứng dụng phần tử :  - Cảm biến phát xạ (Tế bào quang điện).  - Tế bào quang dẫn (quang điện trở).  - Phôtô điôt.  - Phôtô tranzitor    - Cảm biến phát xạ (Tế bào quang điện) :   +​ Đặc điểm: Cảm biến phát xạ hay gọi tế bào quang điện (photo – cell) là  phần tử quang điện sử dụng hiệu ứng quang điện ngoài, thực chất photo-cell một  đèn chân khơng có khí Dưới tác dụng dòng ánh sáng, catốt phát xạ các  điện tử.  ​+​ Cấu tạo:   * Tế bào quang điện chân khơng: ống hình trụ hút chân khơng tới  áp suất 10-6 ÷ 10-8mmHg Trong ống đặt catốt có khả phát xạ được  chiếu sáng anốt Hình dạng vị trí điện cực thiết kế cho  catốt hấp thụ tối đa thông lượng ánh sáng chiếu tới mà không bị anốt che  tối thu tối đa số điện tử phát xạ từ catốt.  * Tế bào quang điện dạng khí: có cấu tạo tương tự tế bào quang điện  chân không bên đèn chứa khí argon với áp suất 10-1 với 10-2mm Hg.   ​+​ Nguyên lý hoạt động:  * Tế bào quang điện chân khơng: : điện áp tăng, dịng điện tăng nhanh  theo giá trị điện áp đặt số lượng điện tử tạo di chuyển đến anốt tăng Khi  điện áp tăng đến mức độ đó, số điện tử phát xạ từ catốt di chuyển hết đến  anốt dòng điện lúc cịn phụ thuộc vào thơng lượng ánh sáng chiếu  tới.    * Tế bào quang điện dạng khí: Khi điện áp thấp (U ≤ 20V) đặc tính vơn-ampe  giống tế bào quang điện chân không điện tử di chuyển khơng đủ gia tốc để  ion hố chất khí bình Khi điện áp tăng dần, điện tử di chuyển với vận tốc  lớn làm ion hoá ngun tử khí (do va chạm) dịng anốt tăng mạnh (khoảng  5÷10 lần).  ​+​ Ứng dụng:  * Tế bào quang điện chân không: sử dụng vùng bão hòa giống  nguồn dòng.  * Tế bào quang điện dạng khí: ứng dụng làm nhón quang điện   - Tế bào quang dẫn (quang điện trở):  ​ + Nguyên lý chung tế bào quang dẫn phụ thuộc điện trở vào thông  lượng xạ phổ xạ Tế bào quang dẫn loại cảm biến quang điện có độ  nhạy cao, sở vật lý tượng quang dẫn hiệu ứng quang điện trong,  tượng giải phóng hạt dẫn vật liệu tác động ánh sáng  dẫn đến làm tăng độ dẫn điện vật liệu.  + Vật liệu chế tạo quang điện trở bán dẫn đa tinh thể đồng đơn  tinh thể, bán dẫn riêng pha tạp Loại đa tinh thể như: CdS, CdSe, CdTe, PbS,  PbSe, PbTe Đơn tinh thể như: Ge, Si tinh khiết pha tạp Au, Cu, Sb, In, SbIn, AsIn,  PbIn, CdHgTe.  + Đặc điểm:   Ưu điểm: ưu điểm lớn quang điện trở độ nhạy cao, chế tạo đơn giản dễ  sử dụng.    Nhược điểm: thời gian đáp ứng lớn phụ thuộc khơng tuyến tính vào thơng lượng  ánh sáng; độ nhạy phụ thuộc vào nhiệt độ cần phải ổn định nhiệt tản nhiệt  tốt; dễ bị già hoá theo thời gian.  + Ứng dụng: Thường sử dụng để điều khiển rơle đóng mở, đo đại lượng  không điện (tốc độ quay, lưu lượng, đếm số lượng), sử dụng hệ thống báo  động…  - Phôtô điôt.   +​ Nguyên lý hoạt động: Dựa tượng độ dẫn điện thay đổi phụ thuộc vào  ánh sáng lớp tiếp giáp P-N chất bán dẫn Sự tiếp xúc hai chất bán  dẫn loại n p tạo nên tiếp giáp P-N vùng nghèo hạt dẫn tồn tại  điện trường hình thành hàng rào điện Ub  ​+ Cấu tạo:   Một tiếp giáp gồm bán dẫn tốt P+ N+ làm nền, có lớp mỏng bán  dẫn yếu loại N hay lớp tự dẫn I (Intrisic).Trên bề mặt lớp bán dẫn P+ một  điện cực vũng (ở ánh sáng thâm nhập vào miền I).Đồng thời lớp bán  dẫn P+ có phủ lớp mỏng chất chống phản xạ để tránh tổn hao ánh sáng vào.Điện  áp phân cực ngược điốt khơng có dịng điện (chỉ có dịng ngược  nhỏ, gọi dòng điện tối).  + Ứng dụng: Cảm biến photodiode cú ứng dụng rộng rãi kỹ thuật điện tử, đặc  biệt thiết bị đo đạc, giám sát, truyền dẫn thông tin điều khiển Chúng chế  tạo từ dạng đơn lẻ để cảm biến trạng thái giấy khay máy in cịn  hay hết, đến dạng tích hợp mảng lớn (Array) cảm biến ảnh với hàng triệu phần tử  cảm biến CCD.  - Phôtô tranzito:  +Nguyên lý hoạt động: phôtô tranzito loại tranzito silic (NPN) hoạt động ở  điều kiện: điện áp đặt lên bazơ khơng, có điện áp côllectơ, đồng thời  chuyển tiếp B-C phân cực ngược Như điện áp đặt tập trung chủ yếu chuyển  tiếp B-C chênh lệch điện E B thay đổi không đáng kể (UBE​ ≈  0,6-0,7V).    + Cấu tạo: có chân cực Cực phát E phát hạt tải điện tranzito Cực  B điều khiển dũng điện Cực thu C có nhiệm vụ thu nhận tất hạt dẫn từ  phần E qua phần B tới  + Ứng dụng: làm quang kế, khối đơn vị xây dựng nên cấu trúc mạch ở máy  tính điện tử tất thiết bị điện tử                          Câu 40: ​ Tốc độ kế dòng chiều – nguyên lý hoạt động, đặc điểm ứng dụng.    ​Tốc độ kế dòng chiều thực chất máy phát chiều có sức điện động đầu  tỷ lệ với tốc độ quay.  - Nguyên lý hoạt động: Nguyên tắc dây nối 2k dẫn với nhau  thành hai cụm cho cụm có k dẫn mắc nối tiếp với nhau, cịn hai cụm  mắc ngược pha nhau, cụm cho sđđ E Trục rotor ghép với trục đối  tượng đo Khi rotor quay, cảm ứng điện từ, cụm dây dẫn mạch rotor có  sức điện động cảm ứng Sức điện động đưa mạch nhờ hai chổi  quét (chổi than) tiếp xúc với vành góp.   - Đặc điểm: tín hiệu đầu đổi dấu đổi chiều quay.  - Ứng dụng : đo tốc độ quay động với dải đo từ vài trăm đến 3000 vòng/phút.    Câu 41: Tốc độ kế dòng xoay chiều - nguyên lý hoạt động, đặc điểm ứng dụng                                          Câu 42: Trình bày phương pháp đo vận tốc dài cảm biến điện từ:                                      Câu 43: Tốc độ kế từ trở biến thiên - cấu tạo, nguyên lý hoạt động, đặc điểm ứng d  dụng:        Ứng dụng:                         Câu 44: Trình bày cấu tạo nguyên lý hoạt động tốc độ kế quang      Câu 45: Ý nghĩa việc đo độ rung công nghiệp, phương pháp đo độ rung  - Ý nghĩa:  + Nhằm khống chế biên độ rung để tránh gây tiếng ồn có hại sức khỏe  + Hạn chế mức rung giới hạn cho phép để đảm bảo độ an tồn cho cơng trình  + Đo độ rung giúp cho người quản lý nắm tình trạng mịn chi tiết từ đó  có kế hoạch bảo dưỡmg, sửa chữa kịp thời.  - Phương pháp đo độ rung:          Câu 46: Trình bày cấu tạo nguyên lý hoạt động cảm biến đo tốc độ rung:  - Cấu tạo: Vỏ hộp; Khối rung; Lõi nam châm; Cuộn dây; Lò xo; Giảm chấn.  - Đại lượng đo sơ cấp m1​: tốc độ rung dh0​/dt,   - Đại lượng đo thứ cấp m2​: dịch chuyển tương đối z tốc độ dịch chuyển tương đối  dz/dt.   - Cảm biến vị trí tương đối kiểu điện từ gồm:  + Cuộn dây gắn với khối lượng rung.   + Lõi nam châm đặt bên cuộn dây gắn với vỏ cảm biến.  Đo sđđ cuộn dây đánh giá tốc độ rung cần đo.  Chú ý:​ phản ứng cảm biến thứ cấp chuyển động khối lượng rung thể  qua phản lực   f = B.l.i   f tác động lên cuộn dây cuộn dây chuyển động từ trường cảm ứng B  Bỏ qua trở kháng cuộn dây Lự, phản lực f tỉ lệ với tốc độ tương đối:        Lực chống lại chuyển động khối lượng rung, làm thay đổi hệ số tắt dần  chuyển động.      Câu 47: Trình bày nguyên lý đo áp suất dựa phép đo biến dạng Nêu phần  tử biến dạng bản.  - Nguyên lý chung: Dựa sở biến dạng đàn hồi phần tử nhạy cảm  với tác dụng áp suất.   - Phần tử biến dạng.  + Ống trụ: Ống trụ chế tạo từ kim loại có dạng hình trụ, thành mỏng, một  đầu bịt kín.  + Lị xo ống: Lị xo ống kim loại uốn cong, đầu giữ cố định đầu  để tự Khi đưa chất lưu vào ống, áp suất tác dụng lên thành ống làm  cho ống bị biến dạng đầu tự dịch chuyển.  + Xiphơng  Ống hình trụ xếp nếp có khả biến dạng đáng kể tác dụng áp  suất.  Độ cứng xiphông: tỉ số lực tác dụng biến dạng xiphông  Để tăng độ cứng, thường đặt thêm vào ống lũ xo.  Vật liệu chế tạo: đồng, thép cacbon, thép hợp kim…  Đường kính xiphơng: – 10mm.  chiều dày thành: 0,1 – 0,3mm  + Màng: Màng dựng để đo áp suất gồm màng đàn hồi màng dẻo.  ● Màng đàn hồi: dạng trũn phẳng uốn nếp chế tạo thộp  ● Màng dẻo   ∙ Dựng đo áp suất nhỏ  ∙ Dạng tròn phẳng uốn nếp   ∙ Chế tạo từ vải cao su.  ∙ Tâm cứng: tâm màng kẹp cứng hai kim loại.    Lực di duyển tạo nên tâm màng:      D- đường kính màng; d- đường kính đĩa cứng    Câu 48: Bộ chuyển đổi đo áp suất kiểu điện cảm – đặc điểm cấu tạo nguyên lý hoạt  động.    - Cấu tạo Bộ chuyển đổi đo áp suất kiểu điện cảm minh họa hỡnh Bộ  chuyển đổi gồm sắt từ động gắn màng (1) nam châm điện có lõi sắt (2) và  cuộn dây (3).      Trong đó: Tấm sắt từ  Lõi sắt từ  Cuộn dây  - Dưới tác dụng áp suất đo, màng (1) dịch chuyển lμm  thay đổi khe hở từ (δ ) sắt từ lõi từ nam  châm điện, thay đổi độ tự cảm cuộn dây Nếu  bỏ qua điện trở cuộn dây, từ thông tản tổn hao trong  lõi từ độ tự cảm biến đổi xác định công  thức sau:    Trong đó:  W - số vịng dây cuộn dây.  l​tb​, S​tb​: chiều dài diện tích trung bình lõi từ.  δ, S​0​ - chiều dài tiết diện khe hở khơng khí   μ?, μ?0 - độ từ thẩm lõi từ vμ khơng khí.  - Thông thường ltb​/( μ? S​tb​)