3. 2.2 Đơn vị đo thị giác
8.3 Đo thành phần khí
Cảm biến đo nồng độ của một thành phần trong hỗn hợp khí nhằm:
- Kiểm tra tỷ lệ nhiên liệu - Kiểm tra khí thải độc hại
Chƣơng 8: Các cảm biến đo lƣờng khác
- Kiểm tra các thành phần khí tiêu thụ sản hoặc sinh ra trong q trình oxy hóa nhiên liệu
- Kiểm tra khí gây hại cho con ngƣời
Ngày nay có các loại cảm biến sau: - Cảm biến điện hóa đo áp hay dịng
- Cảm biến điện
- Cảm biến quang
- Cảm biến thuận từ
- Cảm biến xúc tác
Hình 8.6: Cảm biến mq135
Cảm biến mq135 thƣờng dùng để phát hiện khí độc nhƣ Amoniac, benzen, rƣợu, khói.
Chƣơng 8: Các cảm biến đo lƣờng khác Hiện nay trong sinh hoạt hàng ngày và sản xuất trong cơng nghiệp đƣa vào khí quyển
hàng trăm triệu tấn khí độc hại bao gồm: SO2, NOx, CO, CO2, bụi,… ảnh hƣởng trực tiếp đến
sức khoẻ con ngƣời. Vì vậy việc đo và cảnh báo hàm lƣợng của các chất độc hại này là cần thiết nhất đối với các khu cơng nghiệp hoặc các nhà máy
8.3.1 Khí SO2 (Lƣu huỳnh dioxit)
SO2 là chất khí khơng màu, có vị axít, ảnh hƣởng tới hệ hô hấp hoà tan trong lớp màng của mắt, mũi, miệng, cổ họng gây khó thở, loét niêm mạc. Đểđo SO2 (ơxít lƣu huỳnh) trong khơng khí thiết bị quan trọng nhất là các bộ cảm biến, mà nguyên lý dựa chủ yếu theo 2 phƣơng pháp: Phƣơng pháp đo độ dẫn điện và phƣơng pháp huỳnh quang cực tím.
Phƣơng pháp dẫn điện: Đểđo SO2 lẫn trong khí thải hay khơng khí, mẫu khí đƣợc đƣa vào
một chất lỏng hấp phụ cơ bản có chứa peroxyde hydro. Đó là một dung dịch axít sulfuric, phản ứng xảy ra nhƣ sau:
2H2O + SO2= H2SO4+ H2
Nhờ việc tạo ra H2SO4 mà điện dẫn của dung dịch hấp phụ sẽtăng lên phụ thuộc vào hàm
lƣợng SO2 trong khí mẫu. Đo độ dẫn điện này có thể suy ra nồng độ SO2 trong hỗn hợp khí
mẫu phƣơng pháp này có thể đo nồng độ từ 0- 1ppm vơí độ nhạy 0,001ppm. Nhƣợc điểm của phƣơng pháp này là chỉ đo đƣợc gián đoạn cứsau 30 hay 60 phút đo 1 lần và phải thay dung dịch.
Phƣơng pháp huỳnh quang cực tím. Nguyên lý của phƣơng pháp nhƣ sau: Giả sử có một
chùm tia cực tím cho qua bộ lọc ánh sáng với bƣớc sóng khoảng 210nm, khi ta cho chùm tia
cực tím đó đi qua một ống quang học có chứa mẫu khí SO2, các phần tử SO2 sẽ bị kích thích trong một khoảng thời gian nhất định và một chùm tia cực tím với bƣớc sóng dài (gần
350nm) sẽđƣợc phát ra. Thu tia phản xạnày, căn cứ vào cƣờng độ phát xạ ta có thể suy ra
hàm lƣợng SO2 trong khí mẫu cần phân tích.
8.3.2 Các cảm biến đo tựđộng hàm lƣợng các oxit Nitơ (NOx)
Oxit Nitơ đều là những chất khí độc hại, thƣờng đƣợc hình thành do hoạt động đốt cháy nhiên liệu nhƣ xăng, dầu, than gây ra, nhƣ NO2 là chất khí có màu nâu, có mùi, có tính axít, khí gây
Chƣơng 8: Các cảm biến đo lƣờng khác NOx chủ yếu sử dụng 2 phƣơng pháp:Phƣơng pháp thụ muối và phản quang hóa học:
Phƣơng pháp hấp thụ muối: Khi cho khí có chứa NO2 qua dung dịch chứa muối, dung dịch sẽ hấp thụ NO2 làm thay đổi màu sắc của chất lỏng. Màu của chất lỏng đã hấp thụ
NO2 có bƣớc sóng 545nm. Một Sensor quang sẽđo sựthay đổi màu sắc đó ởbƣớc sóng này
và suy ra hàm lƣợng NO2 chứa trong khí thử. Nếu trong hỗn hợp có chứa NO thì khí này khơng phản ứng với dung dịch muối, nó sẽ đi tiếp đến luồng oxi hóa chứa khí ơzơn (O3) để tạo ra NO2 và cũng đo bằng phƣơng pháp trên – phƣơng pháp này cho phép đo nồng độ
NO2 trong khoảng 0 –1 ppm với độ nhạy 0,001ppm. Và thƣờng đo gián đoạn cứ 30 hay 60
phút 1 lần đo.
Phƣơng pháp phản quang hoá học : Nhƣợc điểm phƣơng pháp trên là đo gián đoạn để đo
liên tục ta sử dụng phƣơng pháp phản quang hóa học. Nguyên lý nhƣ sau: có một tia hồng
ngoại yếu với bƣớc sóng khoảng 600nm đƣợc phát xạ khi xảy ra phản ứng giữa NO và O3. Phản ứng nhƣ sau:
NO + O3= NO2* + O2
NO2* = NO2 + h
Trong đó NO2* là oxit Nitơ đƣợc kích thích sẽ tạo thành NO2 và phát xạ tia hồng ngoại bƣớc
sóng 600nm –800nm. Đo cƣờng độbƣớc xạ sẽsuy ra hàm lƣợng NO2 trong khi thử.
8.3.3 Đo nồng độ khí CO (Carbon monoxit)
Oxit Cacbon (CO) là một chất vơ cùng độc hại. Đó là một chất khí khơng mùi, kết hợp với hồng cầu tạo ra chất không vận chuyển oxi, ảnh hƣởng ngay tới thần kinh trung ƣơng và hệ
tuần hoàn máu, gây đau đầu, mệt mỏi, mất ngủ giảm trí nhớ, ngộđộc nặng có thể tửvong. Để đo đƣợc lƣợng CO trong hỗn hợp khí ngƣời ta sử dụng tính chất hấp thụ tia hồng ngoại của CO
ở bƣớc sóng 4,7mm.
Một nguồn phát xạ hồng ngoại đƣợc cho qua bộ lọc ánh sáng chỉ cho tia hồng ngoại có
bƣớc sóng 4,7mm lọc qua. Để tạo sự chênh áp ở luồng cảm biến ngƣời ta sử dụng 2 ngăn: ngăn 1 chứa khơng khí bình thƣờng( khơng có CO). Ngăn 2 thơng với khí thử có chứa CO cần
Chƣơng 8: Các cảm biến đo lƣờng khác giữa P1 và P2. Một cảm biến điện dung đƣợc nối với mạch đo và đƣa vào máy tính xử lý kết quả. Phƣơng pháp này có độchính xác và độổn định cao.
8.4 Cảm biến thông minh.
Ngƣời ta sử dụng kết hợp vi xử lý – vi điều khiển với các laoij cảm biến khác nhau để tạo ra một loại cảm biến mới gọi là cảm biến thông minh (intelligent sensor). Cảm biến thơng minh có thể thực hiện các chức năng mà cảm biến thông thƣờng khác không thể thực hiện nhƣ:
- Khảnăng thu thập dữ liệu ở những khoảng đo khác nhau
- Đo theo một chƣơng trình lập sẵn mà chƣơng có thểthay đổi bằng thiết bị lập trình - Hiển thị kết quả khá tiện lợi qua màn hình máy tính, máy in
- Hiệu chỉnh sai số
- Mã hóa tín hiệu
- Ghép nối dễ dàng với các thiết bị ngoại vi
Hình 8.8: Cấu trúc một bộ cảm biến thông minh
Từ đối tƣợng đo qua cảm biến sơ cấp S, các đại lƣợng đo biến thành tín hiệu điện đƣa vào bộ chuyển đổi chuẩn hóa nhằm tạo ra tín hiệu chuẩn thƣờng có điện áp từ 0 – 5 volt hoặc 0 – 10
volt để đƣa vào bộ dồn kênh MUX làm nhiệm vụ đƣa các tín hiệu vào bộ chuyển đổi A/D trƣớc khi đến bộ vi xử lý.
Chƣơng 8: Các cảm biến đo lƣờng khác
Hình 8.9: Cảm biến thơng minh (smart sensor)thế hệmới
Chƣơng 8: Các cảm biến đo lƣờng khác
Hình 8.11: Một số ứng dụng của cảm biến thông minh
8.5 Cảm biến công tắc (Switch sensor)
Cảm biến công tắc đƣợc dùng nhiều trong các ứng dụng robot. Cảm biến công tắc đƣợc sử dụng với nhiều mục đích, chẳng hạn:
- Cảm biến va chạm (tiếp xúc): cảm biến công tắc đƣợc dùng để phát hiện khi có va chạm
cơ học với một vật nào đó. Thí dụ, cảm biến công tắc tạo ra một sự chuyển mạch khi thân robot chạy vào tƣờng hoặc chạm giới hạn đƣờng chạy của robot.
- Cảm biến giới hạn: tƣơng tự nhƣ cảm biến tiếp xúc, cảm biến giới hạn phát hiện một vật đã di chuyển đến cuối hành trình của nó, khi đó tín hiệu điều khiển motor sẽ tắt.
Chƣơng 8: Các cảm biến đo lƣờng khác ở một vòng quay. Phần mềm đếm số lần ấn đểxác định số vòng và tốc độ quay của trục.
Loại cảm biến công tắc không cần nguồn cung cấp và chịu đƣợc dịng lớn. Nó có thể phát hiện sự tiếp xúc của bất kỳ vật thể nào từ bất kỳ góc độ nào. Do đó chúng rất thuận lợi cho việc thiết kế robot đặc biệt đƣợc ứng dụng trong giới hạn hành trình của robot.
Hình 8.11 Cảm biến giới hạn
Có hai dạng cơng tắc cơ bản, bao gồm:
- Công tắc nhỏ (microswitch), có dạng hình chữ nhật và thƣờng ở một trạng thái xác
định. Công tắc nhỏ thƣờng có ba chân: NO – normally open (thƣờng hở), NC –
normally closed (thƣờng đóng), C – common (chung). Chân chung có thể đƣợc nối với
một trong hai chân kia tùy thuộc vào cơng tắc có đƣợc ấn hay không. Ở trạng thái
không ấn, chân chung đƣợc nối với tiếp điểm thƣờng đóng, khi ấn, chân chung đƣợc
nối với trạng thái thƣờng hở.
- Công tắc nút ấn (pushbutton) đơn giản hơn. Khi đƣợc ấn, hai tiếp điểm đƣợc nối với
nhau. Cũng có một số cơng tắc thƣờng đóng nhƣng ít phổ biến
Chƣơng 8: Các cảm biến đo lƣờng khác
CÂU HỎI ÔN TẬP
Câu 1: Trình bày đặc điểm và các thơng số kỹ thuật của cảm biến điện dung HS1101
Câu 2: Cảm biến công tắc thƣờng đƣợc ứng dụng ở đâu, nhƣ thế nào?
Câu 3: Trình bày thơng số kỹ thuật: Module cảm biến phát hiện nhiệt độ + độ ẩm DHT11
Câu 4: Hoạt động và cấu tạo của cảm biến thơng minh nhƣ thế nào?
Câu 5: Trình bày các phƣơg pháp chủ yếu dùng để đo NOx
TRẮC NGHIỆM
Câu 6: Cảm biến thơng minh là cảm biến có kết hợp giữa
a. CPU và các loại sensor khác c. Cảm biến quang và dịch chuyển
b. Các loại Encordervà vi xử lý d. Hệ thống camara và sensor
Câu 7: Để phát hiện mức chất lỏng trong bình chứa, hồ chứa ta nên dùng
a. Cảm biến thông minh c. Cảm biến tiệm cận điện cảm
b. Cảm biến tiệm cận d. Cảm biến tiệm cận điện dung
Câu 8: Để phát hiện Cabin thang máy tại các tầng, nắp chai nƣớc ngọt bằng kim loại, vị trí 2 đầu mũi khoan ta nên chọn cảm biến loại
a. Encoder c. Cảm biến laser
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Lê Văn Doanh - Phạm Thƣợng Hàn - Nguyễn Văn Hoà – Võ Thạch Sơn –Đoàn Văn
Tân: “Các Bộ cảm biến trong kỹ thuật Đo lƣờng và điều khiển” NXB Khoa học kỹ thuật,
năm 2002.
[2] Th.s Hồng Minh Thơng: “Giáo trình cảm biến cơng nghiệp”, NXB Khoa học kỹ thuật
Năm 2002
[3] Phạm Cơng Hồ: “Kỹ thuật cảm biến”, NXB Khoa học kỹ thuật, năm 2001
[4] Ngô Văn Ky, “Kỹ thuật đo”, Trƣờng Đại Học Bách Khoa Thành phố Hồ Chí Minh,
Năm 1993.
[5] Dƣơng Minh Trí: “Cảm biến và ứng dụng” NXB Khoa học và Kỹ thuật, năm 2001 [6] SPKT: “Giáo trình đo lƣờng các đại lƣợng khơng điện”, Tp.HCM, năm 2002