I. Cảm biến – Đặc điểm của cảm biến
1. Định nghĩa cảm biến
Cảm biến là một thiết bị chịu tác động của đại lượng không điện cần đo và cho ta một đại lượng điện có giá trị tương ứng.
Cảm biến là bộ phận đầu tiên và quan trọng nhất của dụng cụ đo.
thay đổi nhiều nhất tính chất của cảm biến.
Một cảm biến có một đại lượng chủ, nhưng để đo một đại lượng sẽ có nhiều cách đo khác nhau,
⇔ Có nhiều loại cảm biến cùng đo một đại lượng.
2.2. Các đại lượng ảnh hưởng là các đại lượng khác cùng tác động lên cảm biến nhưng không làm thay đổi ( hoặc làm thay đổi không đáng kể) tính chất điện của cảm biến còn gọi là đại lượng gây nhiễu.
Các đại lượng ảnh hưởng thường gặp và tác động của
chúng có thể liệt kê như sau:
• Nhiệt độ làm ↝ các đặc trưng điện, cơ và kích thước của cảm biến.
• Áp suất, gia tốc, dao động có thể gây nên biến
dạng và ứng suất trong một số phần tử cấu thành của cảm biến làm sai lệch tín hiệu hồi đáp.
• Độ ẩm có thể làm ↝ những tính chất điện của vật liệu như hằng số điện môi ε, điện trở suất ρ.
• Từ trường có thể gây nên suất điện động cảm ứng chồng lên tín hiệu có ích. Nó còn làm ↝ tính chất điện của vật liệu cấu thành cảm biến.
• Biên độ và tần số của điện áp cung cấp.
Các đại lượng ảnh hưởng này cần phải được giảm nhỏ đến mức thấp nhất.
diễn:
u = f(m).
u: đại lượng ra hoặc phản ứng của cảm biến, m: đại lượng vào hoặc kích thích.
•Thường người ta chế tạo cảm biến sao cho có sự liên hệ
tuyến tính giữa biến thiên đầu ra Δu và biến thiên đầu vào Δm:
Δu = S.Δm
Một vấn đề quan trọng là khi thiết kế và sử dụng cảm
biến phải làm sao cho độ nhạy của chúng S ≈ const,
⇔ S ít phụ thuộc vào các yếu tố sau:
• Giá trị của đại lượng cần đo m (độ tuyến tính), và
tần số thay đổi của nó (dải thông),
• Thời gian sử dụng (độ già hóa),
• Ảnh hưởng của các đại lượng vật lý khác ( không
đại lượng đo được xác định
• Thông thường, nhà sản xuất cung cấp giá trị của S
tương ứng với những điều kiện làm việc nhất định của cảm biến.
⇒ Người sử dụng lựa chọn được cảm biến thích hợp với những điều kiện của mạch đo.
Δu: biến thiên của đại lượng ở đầu ra
• Đơn vị đo của S phụ thuộc vào nguyên lý làm việc
của cảm biến và các đại lượng liên quan.
⇔ phụ thuộc vào bản chất của đại lượng ra và đại lượng vào.
• Các cảm biến khác nhau cùng dựa trên một nguyên
lý vật lý, trị số S có thể phụ thuộc vào vật liệu, kích thước hay kiểu lắp ráp.
Độ nhạy:
Qi: điểm làm việc của cảm biến.
⇒ Độ nhạy trong chế độ tĩnh chính là độ dốc của đặc trưng tĩnh ở điểm làm việc.
• Nếu đặc trưng tĩnh không phải là tuyến tính thì độ
nhạy trong chế độ tĩnh phụ thuộc vào điểm làm việc.
• Tỷ số: ri = (S/m)Qi gọi là tỷ số chuyển đổi tĩnh. ri không phụ thuộc vào Qi
ri = S khi đặc trưng tĩnh là đường thẳng đi qua gốc tọa độ.