- Máy khuấy từ gia nhiệt Van điều chỉnh
T tr ng ngoài
4.3.3 Thiết kế và chết ạo sensor sử dụng các phần tử nhạy đã thiết lập.
Nguyên tắc hoạt động của đầu cảm biến với cấu hình thực tế của phần tử nhạy được thiết kế theo sơ đồ Hình 4.17 trên đây với 2 cực lối vào (pin 1 và pin 3) để dẫn dòng nuôi sensor và 2 cực lối ra (pin 2 và pin 4) để cho giá trị điện thế đo đạc.
Như vậy, theo thiết kế này yêu cầu đặt ra là sensor cần được thiết kế sao cho nó có thể mang được phần tử nhạy và các cực nối thuận tiện cho việc lắp đặt và vận hành trong hệ thống. Để làm được điều này, nội dung thiết kế cần bao gồm 2 nội dung: (i) thiết kế sensor có kích thước phù hợp, và (ii) thiết kế một giá gắn sensor có thể lắp đặt vừa vặn trong hệ thống.
4.3.3.1 Thiết kế sensor
Phần tử nhạy sau khi đặt hàng chế tạo dạng die-type có kích thước 6 mm × 0.6 mm × 0.5 mm với 4 chân (được đánh số từ 1 đến 4), do đó có thể được đặt trên một tấm PCB bo mạch và hàn với các cực lối ra trên bo mạch đó. Kích thước phù hợp của tấm PCB mang phần tử nhạy là 38 mm × 12 mm × 2 mm. Các cực
được hàn với 4 đường dẫn chạy dọc theo chiều dài tấm PCB. Cấu tạo bo mạch thiết kế mang phần tử nhạy được chỉ ra trên Hình 4.21.
1 2 3 4+I +V ‐I ‐V +I +V ‐I ‐V 12 38 PCB Hình 4.21. Cấu tạo sensor, gồm một PCB mang phần tử nhạy.
112
4.3.3.2 Thiết kế giá gắn sensor
Với chức năng mang giữ sensor và được lắp đặt cùng hệ thống đo đạc, giá gắn sensor cần được thiết kế phù hợp với hệ thống đo. Theo thiết lập cấu hình hệ đo, sensor (đầu cảm biến) cần được đặt tại tâm của vùng từ trường đồng nhất (trường từ hóa các hạt nano) tạo bởi 2 nam châm vĩnh cửu, nên giá gắn cần được thiết kế với kích thước và vật liệu phù hợp với hệ 2 nam châm đã có. Như vậy, giá gắn sensor cần thỏa mãn yêu cầu: có chiều cao phù hợp để sensor có thể nằm trong vùng giữa 2 nam châm, đồng thời vật liệu của giá phải là vật liệu phi từ (thường là hợp kim Al-6061) để không làm ảnh hưởng tới từ trường đồng nhất tạo bởi các nam châm. Ngoài ra, trong quá trình vận hành, sensor có thể cần được điều chỉnh nhỏ (vi chỉnh) theo phương thẳng đứng để có thể đạt được khoảng cách tối ưu đối với bề mặt mẫu. Do đó, giá gắn sensor cũng cần được thiết kế để có thể thực hiện được vi chỉnh này. Hình 4.22 trình bày hình ảnh thiết kế của giá gắn sensor đảm bảo được các yêu cầu nêu trên. Thiết kế chi tiết của giá gắn sensor được trình bày ở Phụ lục (AutoCAD layout).
Hình 4.22. Giá gắn sensor và sensor
Sensor Giá gắn
sensor (Al-6061)
113
4.3.3.3 Chế tạo sensor
Theo thiết kế trên, phẩn tử nhạy đã chế tạo được gắn trên một bo mạch PCB và hàn cực với 4 đường dẫn được đánh số tương ứng trên đó. Việc đặt hàng chế tạo sensor được thực hiện với PTN KAER-Biosensor (Hàn Quốc). Do kích thước của phần tử nhạy tương đối nhỏ, các cực chế tạo trên phần tử nhạy có kích thước nhỏ hơn nữa, nên trong tất cả các công đoạn chế tạo sensor trên PCB thì công đoạn hàn cực là quan trọng nhất để đảm bảo phần tử nhạy được an toàn, không bị gãy hoặc sai hỏng từng phần. Trên thực tế, để tránh sai hỏng có thể có, một series phần tử nhạy giống nhau (20 phần tử) đã được chế tạo, sau đó việc hàn cực của phần tử nhạy trên PBC bo mạch mới được tiến hành với mục đích tạo ra nhiều sensor thành phẩm đúng và có thể loại bỏ một số ít sản phẩm không đạt yêu cầu.
Sensor thành phẩm được gắn lên giá gắn chế tạo theo thiết kế và được lắp đặt vào hệ đo. Các cực được dẫn ra ngoài nhờ dây 4 lõi phù hợp. Hình ảnh hoàn thành của sensor và giá gắn được biểu diễn trên Hình 4.23.
Bản thiết kế phần tử nhạy theo chuẩn layout của Cty NVE (www.nve.com)
Sản phẩm thu được sau khi đặt chế tạo tại PTN KAER – Biosensor.
114
Hình 4.23. Hình ảnh sensor hoàn chỉnh gắn trên giá