E'ộ lê.ch. pkLa
/ Õ \ Q <í.
O’ 45' 90' 180' 270 360’
opmopvo0 22 30 45 90 135 18
0' 15' 30’ 6 0 90' 120'
Môn: Cảm biến & đo ỉưịng TQT
Ví dụ: xác định độ lệch pha cùa các tín hiệu Ví dụ:
3.5. VẼ ĐĂC TUYẾN V-I CỦA LINH KIÊN ĐIÊN TỬ:
Ví dụ 1: Vẽ đặt tuyến Ij = f (Vj )
Mạch được phân cực bởi tín hiệu răng cưa hoặc tín hiệu sin, điện áp 2 đầu điện trỏ R| đượcđưa quét dọc Y, có điện áp 2 đầu diod đưa vào ngõ quét ngang X (điểm o nơi mass của dao động kí).
Đặc tuyến Ij = f(Vd ) được xuất hiện trên màn ảnh dao động kí
Đầu vào ngang Máy hiện sóng
Đẩu vào dọc Máy hiện Hình 5.16: Mạch vẽ đặc tuyến V-I của diod
Hình 5.17: Đặc tuyến V-I của diod trên màn hình dao dộng kí
Ví dụ 2: Vẽ dặc tuyến Ic = f(VcE )■
Mồn: Cám biên & đo 1 tròng TQT
Cực nền được phân cực bởi điện áp DC. VB (thay đốì được), A kế theo dõi dịng phân cực IB. Điện áp của tín hiệu răng cưa được cung cấp cho cực C-E của transistor
(V) 3 7 6 5 4 3 2 1 0 * " V ,
Hình 5.19: Đặc tuyên Vcf -Ic trên màn hình dao động kí
IV. DỪNG SỬ DUNG DAO ĐƠNG KÝ ĐÉ QUAN SẤT TÍN HIẼU ĐIÊN
Chuẩn bị 1. Núm INTENSITY ,FOCUS , cả 3 núm POSITION .trigger trước khi LEVER : để ở VI trí giữa.______
Mơn: Căm biến & đo 1 tròng TOT
mở máy 2. Núm VERT MODE để ở CHA hoặc CHB. 3. Cả 2 núm VAR PULLx5MAG đê’ ở CAL’D. 4. Cả 3 núm MODE để ở GND.
5. Cả 2 núm VOLTS/DIV để ở 5V/DIV (vị trí cao nhất ). 6. Núm TIME VAR để ở CAL’D.
7. Núm TIME /DIV để ở . 5ms .
8 Núm Trigger COUPLING để ở AUTO.
9. Núm Trigger SOURVE để ở CHA. .
10. Núm POWER để ỏ vị trí tắt trước khi cắm điện. Mở Máy 1. Cắm điện.
2. Mở POWER ON led sáng.
3. Nếu khơng có vệt sáng ngang trên màn hình thì ân BEAM FIND xem có khơng.
4. Chỉnh 3 núm POSITION để vệt sáng ở trung tâm màn hình. 5. Chỉnh INTENSITY và FOCUS cho vệt sáng sáng vừa phải và sắt nét. Đo Thử Một Kênh: VD : kênh CHA
1. Để IN MODE ở AC —> VERT MODE ở CHA TRIG SOURCE ỏ CHA -> COUPLING ở AUTO . *
2. Gài đầu đo probe vào CHA —> để probe ở xl() —> và nối đến ngõ tín hiệu CAL -> dây kẹp đất của probe để không .Trên màn hình sẽ xuất hiện dạng sóng vng.
3. Chỉnh kết hợp TIME/DIV .TIME/VAR và TRIG LEVEL để có dạng sóng vng đứng và ổn định với 1 chu kỳ hoặc 2 chu kỳ . 4. chỉnh VOLT/DIV và VAR của CHA để có dạng sóng có biên độ đỉnh đỉnh đúng 4Vpp hoặc 2Vpp.
5. Kéo TRIG LEVEL ra và xoay qua lại để xem tác dụng ,chú ý dạng sóng xem có khác trước khơng .Thử xong ấn núm vào lại. 6. Kéo VAR của VOLT/DIV sẽ thây biên độ được nhân 5 (nên giảm biên độ xuống trước khi kéo VAR ) .Thử xong ấn VAR vào 7. Kéo HOR POSITION ra sẽ thấy chiều ngang giản ra 10 lần (nên xoay TIME/DIV để có thật nhiều chu kỳ tín hiệu rối mới kéo HOR).Thử xong ãn núm HOR vào.
8. Đặt probe ở xl để xem tác dụng (nên xoay VOLT/DIV cho biên độ nhỏ hẳn rồi mới chuyển probe sang xl).Thử xong đặt probe trở lại xio.
9. Lấy tay nắm dầu đo của probe ,điều chỉnh để có 1 chu kỳ sóng sin.
Mơn: Cam biến & đe itrâng TQT
Đo Thử Hai Kênh
1. Gài probe vào 2 kênh CHA và CHB ,để probe ỏ xio .Hai đầu của 2 probe kẹp chung ở ngõ tín hiệu CAL.
2. Chỉnh VERT MODE ở DUAL để quan sát đồng thời hai dạng sóng :
HOLD OFF ấn vào ; chê độ chuyển mạch luân phiên. HOLD OFF kéo ra : chế độ chặt khúc.Thử xong ẫn vào. Thử lần lượt ở tần số 10Hz, 100Hz ,10kHz.
3. Để TRIGGER SOURCE ỏ CHA và kéo VERT POSITION của CHA ra : để dùng chế độ trigger luân phiên.
4 Thay đổi VERT POSITION của 2 kênh để 2 dạng sóng tách biệt nhau .
5. VERT MODE ở ADD để 2 dạng sóng cộng nhau .Kéo VERT POSITION của CHB ra để 2 dạng sóng trừ nhau.
6. Thử với kênh CHA là tín hiệu vng CAL của máy và tín hiệu CHB là tín hiệu sin do nắm tay vào đầu đo probe.Điều chỉnh để có 2 dạng sóng ổn định nhẩt .Thử trigger COUPLING ở AUTO , TV-V và TV-H.
Đo Thử Điện Thê
1 Chiều vdc
1. Chỉnh IN MODE ở DC để đo điện thê DC -> chỉnh VERT POSITION cho vệt sáng ở giữa màn hình —> điện thê (+) sẽ làm vệt sáng đi lên -> điện thế (-) sẽ làm vệt sáng đi xuống .
2. Nếu tín hiệu có cả thành phần DC lẫn AC thì khi chuyển IN MODE từ AC sang DC —> dạng sóng sẽ dịch chuyển theo chiều dọc —> khoảng dịch chuyển thể hiện điện thế DC ( lúc này điện thế DC là trị trung bình của điện thê tổng hợp ).
3. Gài VAR của VOLT/D1V ở CAL -> đọc số DIV (khoảng lệch trên màn hình) —> ta sẽ được điện thế DC là : VDC = sô DIV X VOLT/DIV.
4. Nếu probe ỏ xio thì phải nhân kết quả trên cho 10. Đo Thử Biên Độ Đỉnh Đỉnh Của Tín Hiệu Xoay Chiều
1. Chỉnh IN MODE ở AC (hay DC) để hiện tín hiệu xoay chiều -> chỉnh VERT POSITION cho tín hiệu ỏ giữa màn hình .
2. Gài VAR của VOLT/DIV ở CAL -> xoay núm VOLT/DIV kết hợp với VERT POSITION để dạng sóng gần đầy màn hình ( càng lớn thì đo càng chính xác) .
3. Đọc số DIV (khoảng cách 2 đỉnh trên màn hình) —> ta sẽ được trị đỉnh-đỉnh là : Vpp = số DIV X VOLT/DIV.
4. Nếu probe ở xio thì phải nhẫn kết quả trên cho 10.
Mơn: Cam biến & đo Itrịng TQT
51CÂU HỎI ÔN TÁP CHƯƠNG 5
Chu Kỳ TIME/DIV để có 1 chu kỳ tín hiệu gần đầy màn hình .
2. Đọc số DIV (khoảng cách chiều dài ngang của tín hiệu trên màn hình) -> ta sẽ được chu kỳ là : T = số DIV X VOLT/DIV. 3. Đối với tín hiệu có tần số cao ,ta đo cùng lúc 10 chu kỳ rồi lẩy kết quả chia 10.
3. Nếu probe ở xio thì phải nhân kết quả trên cho 10.
1. Trình bày Cấu tạo dao động ký. 2. Trình bày sơ đồ khối dao động ký. 3. Trình bày các ứng dụng dao động ký.
4. Trình bày ngun lý khảo sát dạng sóng tín hiệu dùng dao động ký. 5. Trình bày các bước đo điện áp dùng dao động ký.
6. Trình bày các bước đo tần số dùng dao động ký. 7. Trình bày các bước đo độ lệch pha dùng dao động ký.
8. Trình bày các bước đo vẽ đặc tuyến U-I của linh kiện điện tử.
9. Cho dạng sóng của tín hiệu xoay chiều hình a. Hãy cho biết chu kỳ và tần số của tín hiệu trên. Biết TIME/DIV của dao động ký đặt ở vị trí 2ms/DIV .
10. Cho 2 dạng sóng của tín hiệu xoay chiều hình b. Hãy cho biết hiệu điện thế đỉnh-đỉnh của tín hiệu A và B. Biết VOLT/DIV CHI đặt ở vị trí 0,5V/DIV và VOLT/DIV CH2 đặt ở vị trí 2V/DIV.
*TÀI LIẼU THAM KHẢO:
[1] . Giáo trình Đo lường và cảm biến - Vụ Giáo dục Trung Học Chuyên Nghiệp - Nhà xuất bàn Giáo Dục - 2003
[2] . Giáo trình Đo lường điện - Vụ Giáo dục Trung Học Chuyên Nghiệp - Nhà xuất bàn Giáo Dục - 2003
Môn: Càm Hệ. & do lường TQT CHƯƠNG 6:
CẢM BIẾN ĐO LƯỜNG VÀ ƯNG DỤNG
TÊN BÀI
CHƯƠNG 6: CẢM BIẾN ĐO LƯỜNG VÀ ỨNG DỤNG.
THỜI LƯỢNG (11 Tiết) LT BT TH 9 2 0 MỤC TIÊU THỰC HIỆN:
+Trình bày được nguyên lý tổng quát cùa cảm biến. -t-Trình bày được đặc điểm của từng loại cảm biến.
+Trình bày được ứng dụng các cảm biến vào các mạch ứng dụng thực te.
MỤC TIÊU BÀI HỌC:
Sau khi học xong mơn học này học sinh có khả năng'.
*Kiến thức:
+Trình bày cấu tạo và nguyên lý hoạt động của cảm biến quang, nhiệt độ, độ ẩm, vận tốc, gia tốc, vị trí. •
*Kỹ năng:
+ Học sinh vận dụng được các ứng dụng của cảm biến quang, nhiệt độ, độ am, vận tốc, gia tổc, vị trí.
*Thái độ:
+ Vận dụng các ứng dụng của cảm biến vào khảo sát và thiết kế mạch.
NỘI DUNG
Chương 6: Cảm biến đo lường và ứng dụng.
I .Nguyên lý tổng quát II .Cảm biến quang III .Cảm biến nhiệt độ IV .Cảm biển độ ẩm V .Cảm biến vận tốc VI .Cảm biến gia tốc VII .Cảm biến vị trí
Mơn: Cảm biến & đo lường TQT
I. NGUN LÝ TÒNG QUÁT
LI MỘT SỎ ĐĨNH NGHĨA VÀ ĐÁC TRƯNG:
Càm biển được định nghĩa như một thiểt bị dùng để cảm nhận và biến đổi các đại lượng vật lý và các đại lượng khơng mang tính chât điện thành các đại lượng điện có thê đo được. Nó là thành phân quan trọng trong một thiêt bị đo hay trong một hệ điêu khiên tự động.
1.2 PHẤN LOAI CÂM BIỀN:
Phân loại dựa vào các dạng kích thích ngõ vào: âm thanh, điện, từ, quang, cơ, nhiệt, bức xạ...
Phân loại dựa vào các hiệu ứng biến đổi các dạng năng lượng phi điện thành năng lượng điện với tín hiệu ra là dịng điện, điện áp, điện tích có tỷ lệ tương quan với đại lượng cần đo, như: Hiệu ứng nhiệt điện, Hiệu ứng cảm ứng điện từ, Hiệu ứng quang điện, Hiệu ứng Hall...
1.3 CẤC ĐAI LƯƠNG ẢNH HƯỜNG:
Các đại lượng ảnh hưởng hay đại lượng,nhiễu là các đại lượng có thê tác động đên tín hiệu ờ đầu ra cùa càm biến đồng thời với đại lượng cần đo.
Các đại lượng nhiễu
+ Áp suất, gia tốc, dao động (rung): gây ra biến dạng và ứng suát trong
một số thành phần của cảm biển khiến tín hiệu hồi đáp bị sai lệch.
+ Độ ẩm: làm thay đổi tính chất điện của vật liệu như: hằng số điện môi
e, điện trở suất p.
+ Nhiệt độ: làm thay đổi các đặc trưng điện, cơ và kích thước cùa cảm
biến.
+ Từ trường: có thể gây nên suất điện động cảm ứng chồng lên tín hiệu có ích, làm thay đổi tính chất diện của vật liệu cấu thành cảm biến.
+ Biên dộ và tần số của điện áp ni (ví dụ ở biến thế vi sai) ành hưởng
đến đại lượng điện đầu ra. Biện pháp chống nhiễu trong đo lường
+ Sử dụng các biện pháp chông rung, chơng từ trường, cách điện...
+ Ĩn định các đại lượng ảnh hưởng ờ những giá trị biết trước và chuẩn cảm biến trong các điều kiện đó (ví dụ: bình ổn nhiệt, nguồn điện áp có bộ phận điều chinh...)
+ Sử dụng các sơ đồ ghép nổi cho phép cho phép bù trừ ảnh hưởng của
đại lượng gây nhiễu.
TQT Mơn: Càm *>«èn & đo tatâng
lĩ. CẢM BIÉN QUANG
2.1. QUANG ĐIÊN TRỜ:
Cẩu tạo Quang điện trờ có cấu tạo gồm: một sợi dây (hoặc một màng) bàng chất quang dẫn (1) gắn trên một đế cách điện (2).
Hình 6.1: Quang điện trờ
Quang điện trở là 1 tế bào quang dẫn dựa trên hiện tưựng quang dẫn do kết qủa của hiệu ứng quang điện bên trong. Đó là hiện tưựng giải phóng các hạt tải điện trong vật liệu bán dẫn dưới tác dụng của ánh sáng.
Nguyên lý hoạt động
Giá trị điện trở của quang trờ thay đổi khi có cường độ ánh sáng chiếu vào bề mặt của nó thay đổi. Giá trị điện trở cùa quang trở 'càng giảm khi cường độ ánh sáng chiếu vào nó càng mạnh và ngược lại.
Đặc tuyến của quang trở:
0.010.1 1 10 IOOIOOOĐọ lọisáng (Luxi Hình 6.2: Đặc tuyến của quang trở.
ừng dụng
Quang điện trở thường được dùng để đo thông lượng ánh sáng, kết hỢp với nguồn sáng để dò vạch dẫn dường cho các mobile robot, đọc mã vạch, phát hiện đầu băng trắng, điều khiển đóng ngắt Relay theo ánh sáng
Ví dụ 1: Mạch điều khiển đóng ngắt Relay theo ánh sáng.:
Môn: Cam biến & đo lường TỌT
Hình 6.3: Mạch ngun lý điều khiển đóng ngẩt Relay theo ánh sáng Giải thích hoạt động.
Khi chưa có ánh sáng thích hợp chiếu vào quang trờ thi điện trở suất của quang trờ lớn dịng qua biến trở kích cho cực B của transistor nhỏ chưa đủ kích cho transistor dẫn, rơle không được tác động.
Khi ánh sáng chiếu đến 1 cường độ nhất định sẽ làm cho điện trở suất cùa biến trở giảm dần, và dòng đi qua biến trờ đen cực B lớn dần đến Imức nào đó, đù kích cho transistor dẫn, rơle được tác động.
Ví dụ 2: Mạch dò vạch dẫn đường, đọc mã vạch:
Trơi VĐK hoặc TLC
Hình 6.4: Mạch ngun lý mạch dị vạch dẫn đường, đọc mã vạch Giải thích hoạt động.
Khi chưa có ánh sáng thích hợp chiếu vào quang trở thi diện trở suất cùa quang trở lớn dịng qua biến trở kích cho cực B của transistor nhỏ chưa đủ kích cho transistor dẫn, vo - [1],
Khi ánh sáng chiếu đến 1 cường độ nhất định sẽ làm cho điện trở suất của biến trở giảm dần, và dòng đi qua biến trở đến cực B lớn dần đen Imức nào đó, đủ kích cho transistor dẫn, V() = [0],
Mơn: Cảm biển & đo lường TQT 2.2. PHOTO DIODE:
Cẩu tạo Photo diode là một tiếp giáp p-n được tạo bởi các vật liệu như: Ge, Si (cho vùng ánh sáng trông thấy và gần hồng ngoại), GaAs, InAs, CdHgTe, InSb cho vùng ánh sáng hồng ngoại.
Vúnẹhiẽm V. Nguyên lý hoạt động _______________________ Hình 6.5: Photodiode________________________ Khi chiếu sáng lên bề mặt của photo diode bằng bức xạ có bước sóng nhỏ hơn bước sóng ngưỡng À. > Xí) sẽ xt hiện thêm các cặp điện tử - lỗ trống.
Để các hạt này có thể tham gia vào độ dẫn và làm tăng dòng điện I ta cần phải ngăn quá trình tái hợp của chúng nghĩa là phải nhanh chóng tách cặp điện tử - lỗ trống dưới tác dụng của điện trường.
Các chế độ làm việc của photo Diode:
+ Chế độ quang dẫn: Ớ chế độ quang dẫn, photo diode được phân cực ngược bởi nguồn sức điện động E.
+ Chế độ quang thế: Ớ chế độ quang thê khống có điện áp ngồi đặt vào Diode, Photo diode làm việc như một nguồn dịng.
+Đặc điểm của chế độ này là khơng có dịng điện tối do khơng có nguồn phân cực ngồi nên giảm được ảnh hưởng của nhiễu và cho phép đo quang thơng nhỏ.
Ưng dụng
Photo diode có thể dùng để do thơng lưựng ánh sáng, dò vạch dẫn đường cho mobile robot, làm dầu thu trong các bộ điều khiển từ xa không dây, đọc mã vạch ...
Môn: Cảm biến & đỡ lường TQT
11
:|:Mạch đo dịng ngược ở chế độ quang dẫn:
Hình 6.6: Mạch đo dòng ngược ở chế độ quang dẫn *Mạch đo dùng photo diode ở chế độ quang thế:
R„ 5.
-------------AA/iv------ Ị------ -----------
Hình 6.7: Mạch đo dịng ngược ở chế độ quang thế
2.3. PHOTO TRANSISTOR :
r------ ---—
Câu tạo Có thê phân tích photo transistor là tơ hợp cùa một photo diode và một transistor. Photodiode cung cấp dòng điện tại cực nền còn transistor cho hiệu ứng khuếch dại p.
Mì&n: Cảm biến & đo hrịng TQT
Ngun lý hoạt động
Điện áp đặt vào E hầu như tập trung tồn bộ trên chuyển tiếp B-C, trong khi đó sự chênh lệch điện thế giữa Emiter và Bazơ là không đáng kể (VBE 55 0,7 [V]). Khi chuyển tiếp B-C được chiếu sáng, nó hoạt động như một photo diode ở chế độ quang dẫn với dòng điện ngược:
Ir = lo + Ip