Cảm biến điện trở tiếp xúc - gọi tắt là cảm biến tiếp xúc đ−ợc cấu tạo sao cho khi các tiếp điểm dịch chuyển (theo độ dài hoặc góc) chúng sẽ đóng hoặc mở mạch điện. Các loại rơ-le (điện từ, nhiệt, thời gian...), chuyển mạch... đều hoạt động trên cơ sở này.
Ghi chú: F- Lực gây tiếp xúc;
a) Tiếp xúc điểm, b) Tiếp xúc đ−ờng, c) Tiếp xúc mặt
Hình 2.1 Các kiểu cảm biến tiếp xúc
a) F
F b)
c) F
37 Cảm biến tiếp xúc, căn cứ vào diện tiếp xúc, có thể chia làm ba nhóm: tiếp xúc điểm, tiếp xúc đ−ờng và tiếp xúc mặt (xem hình 2.1). Tiếp xúc điểm, theo lý thuyết, chỉ có một điểm tiếp xúc. Tiếp xúc đ−ờng là tiếp xúc dọc suốt theo mọi điểm trên đ−ờng tiếp xúc. Theo lý thuyết, tiếp xúc mặt là toàn bộ mặt tiếp xúc phải tiếp xúc với nhau, tuy nhiên trong thực tế chỉ có một phần của mặt tiếp xúc đáp ứng yêu cầu này.
Những số liệu đặc tr−ng của cảm biến tiếp xúc là: - C−ờng độ dòng tiếp xúc cực đại
- Lực cần thiết đảm bảo tiếp xúc là cực tiểu. - Số tiếp xúc cực đại
- Điện trở quá độ - điện trở phát sinh giữa các lớp tiếp xúc là cực tiểu Những yêu cầu bắt buộc đối với vật liệu chế tạo các đầu tiếp xúc là phải rẻ và đảm bảo các tính chất:
1. Cứng bền nh−ng dễ gia công
2. Dẫn nhiệt tốt, toả nhiệt nhanh (nhiệt độ dòng chạy qua lớp tiếp xúc sinh ra)
3. Dẫn nhiệt tốt, để điện trở tiếp xúc nhỏ và do đó nhiệt phát sinh (do dòng chạy qua) cũng nhỏ.
4. Không bị ô xy hoá.
Căn cứ vào mục đích, yêu cầu kỹ thuật và môi tr−ờng làm việc... của cảm biến để chọn vật liệu thích hợp, đáp ứng các yêu cầu trên. Sau đây ta sẽ xét sơ qua một số vật liệu th−ờng dùng:
1. Đồng đỏ: Rẻ nh−ng dễ bị ô-xy hoá
2. Bạc: Không đắt lắm lại bảo đảm đ−ợc các yêu cầu trên nên đ−ợc sử dụng rộng rãi.
3. Vàng, Platin, Platin-iridum: Nhờ có độ bền lý hoá cao (không bị ăn mòn, không bị ô-xy hóa) và dẫn nhiệt, dẫn điện tốt nên lực tiếp xúc và do đó áp tiếp xúc nhỏ rất thích hợp cho việc chế tạo tiếp điểm. Nh−ợc điểm lớn nhất của loại vật liệu này là giá thành cao.
4. Wolfram: Cứng, điểm nóng chảy cao nên th−ờng đ−ợc sử dụng rộng rãi đặc biệt ở những vị trí tiếp xúc có dòng lớn.
Do yêu cầu đặc biệt của địa chỉ ứng dụng, cảm biến tiếp xúc cũng có những dạng cấu tạo đặc biệt t−ơng ứng. Hình 2.2 giới thiệu một loại cảm biến
38 tiếp xúc bằng thuỷ ngân. Khi hệ thống xoay một góc ±(đẫ ấn định, sự tiếp xúc chấm dứt, mạch dẫn (qua hai cọc dẫn A và B) bị đứt đoạn.
Hình 2.2. Cảm biến tiếp xúc thuỷ ngân
Tiếp xúc trong chân không sẽ tránh đ−ợc sự mài mòn mặt lớp tiếp xúc do tia lửa điện gây nên (xem hình 2.3).
Ghi chú: F: lực gây tiếp xúc, Po: áp suất môi tr−ờng, pv: áp suất chân không.
Hình 2.3. Cảm biến tiếp xúc chân không
Hình 2.4 a) giới thiệu nguyên lý cấu tạo của một cảm biến dãy tiếpxúc.
Khi trụ tiếp xúc đ−ợc đẩy lên cao (x), dãy tiếp điểm (đầu tiếp xúc) lần l−ợt đóng lại, nối ngắn mạch các điện trở t−ơng ứng. Điện trở ra giữa A và B (RAB) đ−ợc biểu diễn trên đồ thị ở hình 2. 4 b).
Những −u, nh−ợc điểm của cảm biến điện trở tiếp xúc:
Ưu điểm:
1. Kết cấu đơn giản
2. Làm việc tin cậy, nhờ tấm lò xo mang đầu tiếp xúc có độ đàn hồi thích hợp nên khi tiếp xúc không xẩy ra hiện t−ợng va đập cứng và do có độ
A B Hg ±ϕ F po pv pv < p0
39 tr−ợt (của đầu tiếp xúc) nhỏ những khi làm việc, lớp tiếp xúc đ−ợc lau sạch (tự lau).
a) b)
Ghi chú: x là mức dịch chuyển, RAB là điện trở ra
Hình 2. 4. Cảm biến tiếp xúc dãy
Nh−ợc điểm:
1. Chế độ làm việc đứt đoạn, do đó chỉ thích hợp cho việc chỉ thị, không dùng đ−ợc vào việc do quá trình liên tục.
2. Sự phóng tia lửa điện (trừ tr−ờng hợp tiếp xúc trong chân không) sẽ làm tổn hại lớp tiếp xúc và gây nhiễu.
3. Nhạy với quá tải, vì khi dòng qúa tải chạy qua điện trở quá độ sẽ sinh nhiệt làm nóng chảy bề mặt tiếp xúc.
Trong các lĩnh vực kỹ thuật đo l−ờng và điều khiển ng−ời ta th−ờng sử dụng kiểu cảm biến tiếp xúc điểm (diện tiếp xúc bé), vì ứng với lực đè nhỏ (lực gây tiếp xúc F) ta đã có đ−ợc áp suất tiếp xúc lớn.
A
RAB
RAB
B x
40