Ứng dụng của Cảm biến Nhiệt điện trở

CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ

Cảm biến nhiệt điện trở là cảm biến có điện trở thay đổi theo nhiệt độ. Cảm biến nhiệt điện trở kim loại gồm một dây dẫn bằng kim loại như: Platin, Niken, Đồng quấn trờn một lừi cỏch điện như hỡnh 4.1. Trong đó T đo bằng oC, R(T) là điện trở của cảm biến ở nhiệt độ T, R0 là điện trở của cảm biến ở 0 oC, A, B, C là các hằng số và được xác định bằng cách đo điện trở của cảm biến tại các nhiệt độ đã biết trước.

Do tính chất của các kim loại dùng chế tạo cảm biến có tính chất lý hoá khác nhau nên tầm đo của các cảm biến sủ dụng các kim loại khác nhau cũng khác nhau. Do bạch kim có độ bền vật lý cao và không bị oxy hoá nên cảm biến nhiệt điện trở bạch kim là thông dung nhất. Để chuyển sự thay đổi điện trở của cảm biến theo nhiệt độ thành sự thay đổi điện áp, ta kết nối cảm biến với mạch đo như hình 4.3.

Sau khi trộn với nhau, người ta nén định dạng hỗn hợp thành phiến và nung ở nhiệt độ 1000 oC. Tuy nhiên do tính phi tuyến của nó nên người ta không dùng để đo nhiệt độ mà thường dùng trong các mạch cảnh báo quá nhiệt độ hay mạch bù nhiệt. Cảm biến nhiệt độ bán dẫn được chế tạo gồm các tiếp giáp P-N, kết hợp với mạch đo roài tích.

Trong đó: q là điện tích của 1 điện tử, K là hằng số Brizman, T là nhiệt độ tuyệt đối. Theo hiệu ứng Seebeck, khi cú chờnh lệch nhiệt độ giữa đầu núng và đầu lạnh của cặp nhiệt thỡ ở ngừ ra. Trong đó: PAT1/B,PMT2/B,PMT2/A là sức điện động Peltier, chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ của tiếp xúc giữa 2 kim loại và bản chất của 2 kim loại.

Trong đó hệ số K có thể xác định bằng thực nghiệm bằng cách đo sức điện động của cảm biến ở nhiệt độ đã biết, dựa vào phương trình (4.12) ta xác định được K. Từ (4.12) ta thấy: Sức điện động nhiệt điện sinh ra trên Thermocouple phụ thuộc vào hiệu số của nhiệt độ đầu nóng T1 và nhiệt độ đầu lạnh T2 vì vậy khi đo nhiệt độ dùng thermocouple, ta phải giữ nhiệt độ đầu lạnh không đổi.

CẢM BIẾN VỊ TRÍ VÀ DỊCH CHUYỂN

Mục tiêu là một phần của đối tượng cần đo dịch chuyển hay khoảng cách nhỏ, khi mục tiêu di chuyển là cho khe hở không khí δ thay đổi là cho từ trở của mạch từ thay đổi làm cho điện cảm của cuộn dây thay đổi. Cảm biến điện từ thường được dùng để đo dịch chuyển nhỏ khoảng vài mm, đo độ lệch tâm của các cơ cấu cam, đo độ dày mỏng của kim loại. Hai cuộn thứ cấp được mắc đối xứng so với cuộn sơ cấp sao cho sức điện dộng cảm ứng sinh ra trên hai cuộn dây này ngược pha với nhau.

Khi đối tượng di chuyển làm lừi ferite di chuyển và nằm lệch so với 2 cuộn dõy thứ cấp, khi đú sức điện động sinh ea trên 2 cuộn thứ cấp không bằng nhau làm xuất hiện điện áp ra Vo = e1 – e2 = α.x.Vi tỷ lệ với dịch chuyển x của lừi ferite. Cảm biến biến áp vi sai được dùng để đo dịch chuyển, đo độ dày của vật liệu, đo khoảng cách, đo độ phẳng của bề mặt … Sau đây là một số ví dụ ứng dụng của cảm biến biến áp vi sai. Hai cặp thu phát A, B được bố trí sao cho trục tia sáng nằm trên đường tròn qua tâm lỗ trống nhưng lệch nhau, khi trục tia sáng của cặp A đi qua tâm của một lỗ trống thì trục tia sáng căp B sẽ chiếu qua biên của lỗ trống.

Cảm biến biến dạng gồm một sợi dây dẫn có điện trở suất ρ (thường dùng hợp kim của Niken) có chiều dài là l và có tiết diện s, được cố dịnh trên một phiến cách điện như hình 6.1. Khi đo biến dạng của một bề mặt dùng strain gage, người ta dán chặt strain gage lên trên bề mặt cần đo sao cho khi bề mặt bị biến dạng thì strain gage cũng bị biến dạng. Trong đó: ∆l là biến thiên chiếu dài của dây dẫn, ∆ρ là biến thiên điện trở suất của dây dẫn và ∆s là biến thiên tiết diện của dây dẫn, R là điện trở của cảm biến khi chưa bị biến dạng.

Nếu dây dẫn hình chữ nhật có các cạnh a, b hoặc dây dẫn tròn có đường kính d thì quan hệ giữa biến dạng dọc và ngang cuỷa daõy nhử (6.3). Để đo lực tác động lên một vật thể, ta dán strain gage vào một vật ứng lực (vật chứng) đặt giữa điểm tác dụng lực và vật chịu tác động sao cho biến dạng của cảm biến bằng với biến dạng của vật chứng, dưới tác dụng của lực tác động, vật chứng bị biến dạng sẽ làm cảm biến biến dạng là thay đổi điện trở của cảm biến, đo sự thay dổi điện trở của cảm biến ta suy ra lực tác dụng. Để đo mô men xoắn của trục quay, ta dán 2 strain gage lên trên trục quay theo hướng của ứng suất (Nghiêng 45o so với trục) và 2 strain gage có trục vuông góc với nhau như hình 6.5 và 2 strain gage được bố trí sao cho một strain gage nén và một strain gage giãn.

- Loadcell gồm một vật chứng đàn hồi, là một khối nhôm hoặc thép không rỉ được xử lý đặc biệt, trên vật chứng có dán 4 strain gage. Khi bị tác động, vật chứng bị biến dạng, các strain gage thay đổi điện trở làm cầu lệch cân bằng là xuất hiện ở ngừ ra một điện ỏp Vo. Vì mỗi loadcell có một độ nhạy khác nhau cho dù dùng cùng loại, nên Junction box có bốn biến trở điều chỉnh để các loadcell cùng ra một sai lệch điện áp đối với cùng một tải trọng.

Cảm biến áp suất kiểu điện trở có cấu tạo gồm 1 strain gauge được dán cố định trên màng mỏng (phân cách phần áp suất cao và phần áp suất thấp) biến dạng như hình hình 7.1. Khi áp suất chất lưu tác động lên cảm biến ở phần áp suất cao, màng phân cách bị biến dạng làm cho Strain gauge bị biến dạng theo.