intTypePromotion=1
zunia.vn Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z zunia.vn zunia.vn
ADSENSE
 » 
 » 

Cảm biến và đo lường

Chia sẻ: Nguyen Lan | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:0

Thêm vào BST
Báo xấu
107
lượt xem 13
download
 
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

thực hành dựa trên cơ sở chương trình môn học dùng trong các trường cao đẳng, đại học khối công nghệ chuyên ngành Điện, Điện tử, Cơ điện tử. Nó cung cấp cho người học những kiến thức và kỹ năng cơ bản nhất trong vẽ và thiết kế mạch in một lớp cũng như nhiều lớp qua 2 chương EDA rất phổ cập tại Việt Nam đó là Eagle và OrCAD.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Cảm biến và đo lường

  1. KHOA CÔNG NGHỆ ðIỆN TỬ NỘI DUNG MÔN HỌC KỸ THUẬT CẢM BIẾN VÀ ðO LƯỜNG • KHÁI NIỆM CHUNG • CẢM BIẾN TIỆM CẬN Chương 1: KHÁI NIỆM CHUNG • CẢM BIẾN QUANG • CẢM BIẾN VỊ TRÍ VÀ KHOẢNG CÁCH Biên soạn: ThS. Trần Văn Hùng • CẢM BIẾN LỰC VÀ ÁP SUẤT 03-2012 • CẢM BIẾN NHIỆT ðỘ 2:38 PM 1 2 NỘI DUNG CHƯƠNG 1 1.1 KHÁI NIỆM VÀ PHÂN LOẠI • Sơ ñồ hệ thống ñiều khiển • Khái niệm và phân loại • ðường cong chuẩn của cảm biến • Các ñặc trưng cơ bản của cảm biến Cảm biến thường • Nguyên lý chế tạo cảm biến thấy ở ñâu? • Mạch ño 3 2:38 PM 4 1
  2. 1.1 KHÁI NIỆM VÀ PHÂN LOẠI 1.1 KHÁI NIỆM VÀ PHÂN LOẠI Khái niệm cảm biến (Sensor):  Các ñại lượng cần ño (m) không có tính  Các ñại lượng vật lý → các tín hiệu ñiện chất ñiện: Nhiệt ñộ, Áp suất ...)  Dùng trong hệ thống ñiều khiển kín  Cảm biến ño (m) cho ta một ñặc trưng (s) (Feedback). mang tính chất ñiện (như ñiện tích, ñiện áp,  Ngõ ra cảm biến: Tín hiệu analoge hoặc dòng ñiện hoặc trở kháng) tín hiệu Digital.  (s) chứa ñựng thông tin cho phép xác ñịnh  Bộ mã hoá vị trí, mã hoá góc dịch chuyển Encoder, Resolver… giá trị của ñại lượng ño. 5 6 2:38 PM 2:38 PM 1.1 KHÁI NIỆM VÀ PHÂN LOẠI 1.1 CÁC KHÁI NIỆM CHUNG  ðặc trưng (s) là hàm của ñại lượng cần ño  Phân loại theo thông số của mô hình mạch thay thế (m):  Người ta gọi:  Cảm biến tích cực có ñầu ra là nguồn áp  s: là ñại lượng ñầu ra của cảm biến hoặc nguồn dòng.  m: là ñại lượng ñầu vào.  Cảm biến thụ ñộng ñược ñặc trưng bằng Thông qua ño ñạc s cho phép ta nhận biết các thông số R, L, C, M ... tuyến tính hoặc giá trị của m. phi tuyến. 7 8 2:38 PM 2:38 PM 2
  3. 1.1 CÁC KHÁI NIỆM CHUNG 1.1 CÁC KHÁI NIỆM CHUNG Theo nguyên lý và dạng kích thích của Các loại cảm biến cảm biến. Ta thường gặp các loại cảm biến như sau: Optical – Through-beam Inductive Capacitive Cảm biến áp suất  Cảm biến quang  Cảm biến ño góc  Cảm biến nhiệt ñộ  Cảm biến vận tốc  Cảm biến từ Optical – Retro-reflective Reed switch Symbols  Cảm biến gia tốc và rung  Cảm biến lực và biến dạng Cảm biến vị trí và dịch chuyển Optical - Diffuse Inductive Connection magnetic 9 2:38 PM 10 2:38 PM 1.1 CÁC KHÁI NIỆM CHUNG 1.1 CÁC KHÁI NIỆM CHUNG Hình ảnh minh họa Hình ảnh minh họa Cảm biến quang hãng Festo Encoder Ứng dụng các loại cảm biến quang trong công nghiệp 2:38 PM 11 2:38 PM 12 3
  4. 1.1 CÁC KHÁI NIỆM CHUNG 1.1 CÁC KHÁI NIỆM CHUNG Hình ảnh minh họa Hình ảnh minh họa Cảm biến ño tốc ñộ Cảm biến ño dòng ñiện - Tachometter Hall 2:38 PM 13 2:38 PM 14 1.1 CÁC KHÁI NIỆM CHUNG 1.1 CÁC KHÁI NIỆM CHUNG Hình ảnh minh họa Hình ảnh minh họa 15 16 2:38 PM 2:38 PM 4
  5. 1.2 ðƯỜNG CONG CHUẨN CỦA CẢM BIẾN 1.2 ðƯỜNG CONG CHUẨN CỦA CẢM BIẾN 1.2.1 Khái niệm 1.2.1 Khái niệm  ðường cong chuẩn có thể biểu diễn bằng  ðường cong chuẩn cảm biến là ñường biểu thức ñại số dưới dạng s=F(m), hoặc cong biểu diễn sự phụ thuộc của ñại lượng bằng ñồ thị (Hình (a) là ñường cong chuẩn, ñiện (s) ở ñầu ra của cảm biến vào giá trị hình (b) là ñường cong chuẩn của cảm biến của ñại lượng ño (m) ở ñầu vào. tuyến tính hóa) 17 18 2:38 PM 2:38 PM 1.2 ðƯỜNG CONG CHUẨN CỦA CẢM BIẾN 1.2 ðƯỜNG CONG CHUẨN CỦA CẢM BIẾN 1.2.1 Khái niệm 1.2.1 Khái niệm  Dựa vào ñường cong chuẩn của  ðể dễ sử dụng, người ta thường chế tạo cảm biến có sự phụ thuộc tuyến tính giữa cảm biến, ta có thể xác ñịnh giá trị ñại lượng ñầu ra và ñại lượng ñầu vào, mi chưa biết của m thông qua giá phương trình s= F(m) có dạng s = am +b trị ño ñược si của s. với a, b là các hệ số, khi ñó ñường cong chuẩn là ñường thẳng 2:38 PM 19 20 2:38 PM 5
  6. 1.2 ðƯỜNG CONG CHUẨN CỦA CẢM BIẾN 1.2 ðƯỜNG CONG CHUẨN CỦA CẢM BIẾN 1.2.2 Phương pháp chuẩn hoá cảm biến 1.2.2 Phương pháp chuẩn hoá cảm biến  Chuẩn cảm biến là phép ño nhằm:  Chuẩn ñơn giản  Xác lập mối quan hệ giữa giá trị s ño ñược của  Khi có một ñại lượng vật lý duy nhất tác ñộng lên ñại lượng ñiện ở ñầu ra một ñại lượng ño, cảm biến sử dụng không nhạy  Giá trị m của ñại lượng ño có tính ñến các yếu với tác ñộng của các ñại lượng ảnh hưởng → tố ảnh hưởng dùng phương pháp chuẩn ñơn giản.  Khi chuẩn cảm biến, với một loạt giá trị ñã biết  Chuẩn ñơn giản là ño các giá trị của ñại lượng ñầu chính xác mi của m, ño giá trị tương ứng si của ra ứng với các giá trị xác ñịnh không ñổi của ñại s và dựng ñường cong chuẩn. lượng ño ở ñầu vào. 2:38 PM 21 2:38 PM 22 1.2 ðƯỜNG CONG CHUẨN CỦA CẢM BIẾN 1.2 ðƯỜNG CONG CHUẨN CỦA CẢM BIẾN 1.2.2 Phương pháp chuẩn hoá cảm biến 1.2.2 Phương pháp chuẩn hoá cảm biến  Việc chuẩn tiến hành theo 2 cách:  Chuẩn nhiều lần • Chuẩn trực tiếp: các giá trị khác nhau của ñại Khi cảm biến có phần tử bị trễ (trễ cơ hoặc trễ từ), lượng ño lấy từ các mẫu chuẩn hoặc các phần tử so giá trị ño ñược ở ñầu ra phụ thuộc không những vào sánh có giá trị biết trước với ñộ chính xác cao. giá trị tức thời của ñại lượng cần ño ở ñầu vào mà • Chuẩn gián tiếp: kết hợp cảm biến cần chuẩn còn phụ thuộc vào giá trị trước ñó của của ñại lượng với một cảm biến so sánh ñã có sẵn ñường cong này. Trong trường hợp như vậy, người ta áp dụng chuẩn, cả hai ñược ñặt trong cùng ñiều kiện làm phương pháp chuẩn nhiều lần và tiến hành như sau: việc. 23 2:38 PM 24 2:38 PM 6
  7. 1.2 ðƯỜNG CONG CHUẨN CỦA CẢM BIẾN 1.2 ðƯỜNG CONG CHUẨN CỦA CẢM BIẾN 1.2.2 Phương pháp chuẩn hoá cảm biến 1.2.2 Phương pháp chuẩn hoá cảm biến - ðặt lại ñiểm 0 của cảm biến: ñại lượng cần - Lặp lại quá trình ño với các giá trị giảm dần ño và ñại lượng ñầu ra có giá trị tương ứng từ giá trị cực ñại. với ñiểm gốc, m=0 và s=0. - Khi chuẩn nhiều lần cho phép xác ñịnh - ðo giá trị ñầu ra theo một loạt giá trị tăng ñường cong chuẩn theo cả hai hướng ño dần ñến giá trị cực ñại của ñại lượng ño ở tăng dần và ño giảm dần. ñầu vào. 2:38 PM 25 2:38 PM 26 1.3 CÁC ðẶC TRƯNG CƠ BẢN CỦA CẢM BIẾN 1.3 CÁC ðẶC TRƯNG CƠ BẢN CỦA CẢM BIẾN 1.3.1 ðộ nhạy của cảm biến 1.3.1 ðộ nhạy của cảm biến  Khái niệm Trường hợp tổng quát, biểu thức xác ñịnh ðối với cảm biến tuyến tính, giữa biến thiên ñộ nhạy S của cảm biến xung quanh giá trị ñầu ra ∆s và biến thiên ñầu vào ∆m có sự mi của ñại lượng ño xác ñịnh bởi tỷ số giữa liên hệ tuyến tính: biến thiên ∆s của ñại lượng ñầu ra và biến thiên ∆m tương ứng của ñại lượng ño ở ñầu :ñược gọi là ñộ nhạy của cảm vào quanh giá trị ñó: biến 2:38 PM 27 2:38 PM 28 7
  8. 1.3 CÁC ðẶC TRƯNG CƠ BẢN CỦA CẢM BIẾN 1.3 CÁC ðẶC TRƯNG CƠ BẢN CỦA CẢM BIẾN 1.3.1 ðộ nhạy của cảm biến 1.3.1 ðộ nhạy của cảm biến Lưu ý: ðể phép ño ñạt ñộ chính xác cao, khi Ảnh hưởng của các ñại lượng vật lý khác thiết kế và sử dụng cảm biến cần làm sao (không phải là ñại lượng ño) của môi cho ñộ nhạy S của nó không ñổi, nghĩa là ít trường xung quanh. phụ thuộc nhất vào các yếu tố sau: Thông thường nhà sản xuất cung cấp giá - Giá trị của ñại lượng cần ño m và tần số trị của ñộ nhạy S tương ứng với những thay ñổi của nó. ñiều kiện làm việc nhất ñịnh của cảm biến. - Thời gian sử dụng. 2:38 PM 29 2:38 PM 30 1.3 CÁC ðẶC TRƯNG CƠ BẢN CỦA CẢM BIẾN 1.3 CÁC ðẶC TRƯNG CƠ BẢN CỦA CẢM BIẾN 1.3.2 ðộ tuyến tính của cảm biến 1.3.2 ðộ tuyến tính của cảm biến ðường thẳng tốt nhất:  Khái niệm: Một cảm biến ñược gọi là tuyến tính • Khi chuẩn cảm biến, ta nhận ñược nhiều ñiểm trong một dải ño xác ñịnh nếu trong dải chế ñộ ñó, ñộ tương ứng (si ,mi) của ñại lượng ñầu ra và ñại nhạy không phụ thuộc vào ñại lượng ño. lượng ñầu vào. Nếu cảm biến không tuyến tính, ta ñưa vào mạch • Với các cảm biến tuyến tính, ñường cong chuẩn là ño các thiết bị hiệu chỉnh ñể tín hiệu ñiện nhận ñược một ñường thẳng. ở ñầu ra tỉ lệ với sự thay ñổi của ñại lượng ño ở ñầu • Do sai số khi ño, các ñiểm chuẩn (mi, si) nhận vào. Sự hiệu chỉnh ñó ñược gọi là sự tuyến tính hoá. ñược bằng thực nghiệm thường không nằm trên cùng một ñường thẳng. 31 2:38 PM 32 2:38 PM 8
  9. 1.3 CÁC ðẶC TRƯNG CƠ BẢN CỦA CẢM BIẾN 1.3 CÁC ðẶC TRƯNG CƠ BẢN CỦA CẢM BIẾN 1.3.2 ðộ tuyến tính của cảm biến 1.3.2 ðộ tuyến tính của cảm biến  ðường thẳng tốt nhất: Phương trình có dạng: ðường thẳng ñược xây dựng trên cơ sở các số liệu thực nghiệm sao cho sai số là bé nhất, biểu diễn sự tuyến tính của cảm biến ñược gọi là ñường thẳng tốt Với: nhất. Phương trình biểu diễn ñường thẳng tốt nhất ñược lập bằng phương pháp bình phương bé nhất. Giả sử khi chuẩn cảm biến ta tiến hành với N ñiểm ño 2:38 PM 33 2:38 PM 34 1.3 CÁC ðẶC TRƯNG CƠ BẢN CỦA CẢM BIẾN 1.3 CÁC ðẶC TRƯNG CƠ BẢN CỦA CẢM BIẾN 1.3.2 ðộ tuyến tính của cảm biến 1.3.3 Sai số và ñộ chính xác của cảm biến  Sai số  ðộ lệch tuyến tính Cảm biến cũng như các dụng cụ ño lường khác, ðối với các cảm biến không hoàn toàn ngoài ñại lượng cần ño còn chịu tác ñộng của nhiều tuyến tính, người ta ñưa ra khái niệm ñộ lệch ñại lượng vật lý khác gây nên sai số giữa giá trị ño tuyến tính, xác ñịnh bởi ñộ lệch cực ñại giữa ñược và giá trị thực của ñại lượng cần ño. Gọi ∆x là ñộ lệch tuyệt ñối giữa giá trị ño và giá trị thực x (sai ñường cong chuẩn và ñường thẳng tốt nhất, số tuyệt ñối), sai số tương ñối của bộ cảm biến ñược tính bằng % trong dải ño. tính bằng: 2:38 PM 35 2:38 PM 36 9
  10. 1.3 CÁC ðẶC TRƯNG CƠ BẢN CỦA CẢM BIẾN 1.3 CÁC ðẶC TRƯNG CƠ BẢN CỦA CẢM BIẾN 1.3.3 Sai số và ñộ chính xác của cảm biến 1.3.3 Sai số và ñộ chính xác của cảm biến Sai số của cảm biến mang tính chất ước tính bởi vì • Sai số ngẫu nhiên: là sai số xuất hiện có ñộ lớn và không thể biết chính xác giá trị thực của ñại lượng chiều không xác ñịnh. Ta có thể dự ñoán ñược một số cần ño. Khi ñánh giá sai số của cảm biến, ta thành nguyên nhân gây ra sai số ngẫu nhiên nhưng không hai loại: sai số hệ thống và sai số ngẫu nhiên. thể dự ñoán ñược ñộ lớn và dấu của nó. Những • Sai số hệ thống: là sai số không phụ thuộc vào số nguyên nhân gây ra sai số ngẫu nhiên có thể là: lần ño, có giá trị không ñổi hoặc thay ñổi chậm theo + Do sự thay ñổi ñặc tính của thiết bị. thời gian ño và thêm vào một ñộ lệch không ñổi + Do tín hiệu nhiễu ngẫu nhiên. giữa giá trị thực và giá trị ño ñược. + Do các ñại lượng ảnh hưởng không ñược tính ñến khi chuẩn cảm biến. 2:38 PM 37 2:38 PM 38 1.3 CÁC ðẶC TRƯNG CƠ BẢN CỦA CẢM BIẾN 1.3 CÁC ðẶC TRƯNG CƠ BẢN CỦA CẢM BIẾN 1.3.4 ðộ nhanh và thời gian hồi ñáp của cảm biến 1.3.4 ðộ nhanh và thời gian hồi ñáp của cảm biến • ðộ nhanh là ñặc trưng của cảm biến cho phép • Thời gian hồi ñáp tương ứng với ε% xác ñánh giá khả năng theo kịp về thời gian của ñại ñịnh khoảng thời gian cần thiết phải chờ ñợi lượng ñầu ra khi ñại lượng ñầu vào biến thiên. Thời sau khi có sự biến thiên của ñại lượng ño ñể gian hồi ñáp là ñại lượng ñược sử dụng ñể xác ñịnh giá trị số của ñộ nhanh. lấy giá trị của ñầu ra với ñộ chính xác ñịnh ðộ nhanh tr là khoảng thời gian từ khi ñại lượng ño trước. Thời gian hồi ñáp ñặc trưng cho chế ñộ thay ñổi ñột ngột ñến khi biến thiên của ñại lượng quá ñộ của cảm biến và là hàm của các thông ñầu ra chỉ còn khác giá trị cuối cùng một lượng giới số thời gian xác ñịnh chế ñộ này. hạn ε tính bằng % 2:38 PM 39 40 2:38 PM 10
  11. 1.3 CÁC ðẶC TRƯNG CƠ BẢN CỦA CẢM BIẾN 1.3 CÁC ðẶC TRƯNG CƠ BẢN CỦA CẢM BIẾN 1.3.4 ðộ nhanh và thời gian hồi ñáp của cảm biến 1.3.4 ðộ nhanh và thời gian hồi ñáp của cảm biến • Trong trường hợp sự thay ñổi của ñại • Khoảng thời gian trễ khi tăng tdm là thời lượng ño có dạng bậc thang, các thông số gian cần thiết ñể ñại lượng ñầu ra tăng từ thời gian gồm thời gian trễ khi tăng (tdm), giá trị ban ñầu của nó ñến 10% của biến thời gian tăng (tm) ứng với sự tăng ñột ngột thiên tổng cộng của ñại lượng này và của ñại lượng ño hoặc thời gian trễ khi giảm khoảng thời gian tăng tm là thời gian cần (tdc), thời gian giảm (tc) ứng với sự giảm ñột thiết ñể ñại lượng ñầu ra tăng từ 10% ñến ngột của ñại lượng ño. 90% biến thiên biến thiên tổng cộng của nó. 41 2:38 PM 42 2:38 PM 1.3 CÁC ðẶC TRƯNG CƠ BẢN CỦA CẢM BIẾN 1.3 CÁC ðẶC TRƯNG CƠ BẢN CỦA CẢM BIẾN 1.3.4 ðộ nhanh và thời gian hồi ñáp của cảm biến 2.3.4 ðộ nhanh và thời gian hồi ñáp của cảm biến • Tương tự cho các ñại lượng tdc là thời Xác ñịnh các gian trễ khi giảm và tc là thời gian cần thiết khoảng thời ñể ñại lượng ñầu ra giảm từ 10% ñến gian ñặc trưng 90% biến thiên biến thiên tổng cổng của cho chế ñộ quá nó ñộ 2:38 PM 43 44 2:38 PM 11
  12. 1.3 CÁC ðẶC TRƯNG CƠ BẢN CỦA CẢM BIẾN 1.3 CÁC ðẶC TRƯNG CƠ BẢN CỦA CẢM BIẾN 1.3.5 Giới hạn sử dụng của cảm biến 1.3.5 Giới hạn sử dụng của cảm biến Trong quá trình sử dụng: các cảm biến a) Vùng làm việc danh ñịnh Vùng làm việc danh ñịnh tương ứng với những ñiều luôn chịu tác ñộng của ứng lực cơ học, tác kiện sử dụng bình thường của cảm biến. ñộng nhiệt... Khi các tác ñộng này vượt quá Giới hạn của vùng là các giá trị ngưỡng mà các ñại ngưỡng cho phép, chúng sẽ làm thay ñổi lượng ño là các ñại lượng vật lý có liên quan ñến ñại ñặc trưng làm việc của cảm biến. Bởi vậy lượng ño hoặc các ñại lượng ảnh hưởng có thể thường khi sử dụng cảm biến, người sử dụng cần xuyên ñạt tới mà không làm thay ñổi các ñặc trưng phải biết rõ các giới hạn này. làm việc danh ñịnh của cảm biến. 2:38 PM 45 2:38 PM 46 1.3 CÁC ðẶC TRƯNG CƠ BẢN CỦA CẢM BIẾN 1.3 CÁC ðẶC TRƯNG CƠ BẢN CỦA CẢM BIẾN 1.3.5 Giới hạn sử dụng của cảm biến 1.3.5 Giới hạn sử dụng của cảm biến b) Vùng không gây nên hư hỏng b) Vùng không gây nên hư hỏng • Vùng không gây nên hư hỏng là vùng mà • Các ñặc trưng của cảm biến có thể bị thay khi mà các ñại lượng ño hoặc các ñại lượng ñổi nhưng những thay ñổi này mang tính vật lý có liên quan và các ñại lượng ảnh thuận nghịch, tức là khi trở về vùng làm hưởng vượt qua ngưỡng của vùng làm việc việc danh ñịnh các ñặc trưng của cảm biến danh ñịnh nhưng vẫn còn nằm trong phạm lấy lại giá trị ban ñầu của chúng. vi không gây nên hư hỏng. 2:38 PM 47 2:38 PM 48 12
  13. 1.3 CÁC ðẶC TRƯNG CƠ BẢN CỦA CẢM BIẾN 1.3 CÁC ðẶC TRƯNG CƠ BẢN CỦA CẢM BIẾN 1.3.5 Giới hạn sử dụng của cảm biến 1.3.5 Giới hạn sử dụng của cảm biến c) Vùng không phá hủy  Các cảm biến ñược chế tạo dựa trên cơ sở các • Là vùng khi các ñại lượng ño hoặc các ñại lượng có liên hiện tượng vật lý và ñược phân làm hai loại: quan vượt qua ngưỡng của vùng không gây nên hư  Cảm biến tích cực: là các cảm biến hoạt ñộng hỏng nhưng vẫn còn nằm trong phạm vi không bị phá như một máy phát, ñáp ứng (s) là ñiện tích, ñiện hủy áp hay dòng. • Vùng này các ñặc trưng của cảm biến bị thay ñổi và  Cảm biến thụ ñộng: là các cảm biến hoạt ñộng những thay ñổi này mang tính không thuận nghịch. như một trở kháng trong ñó ñáp ứng (s) là ñiện • Trong trường hợp này cảm biến vẫn còn sử dụng ñược, trở, ñộ tự cảm hoặc ñiện dung. nhưng phải tiến hành chuẩn lại cảm biến. 2:38 PM 49 2:38 PM 50 2.4.1 Hiệu ứng nhiệt ñiện 1.3 CÁC ðẶC TRƯNG CƠ BẢN CỦA CẢM BIẾN 1.4 NGUYÊN LÝ CHẾ TẠO CẢM BIẾN 1.3.5 Giới hạn sử dụng của cảm biến 1.4.1 Hiệu ứng nhiệt ñiện Hiệu ứng nhiệt ứng dùng trong chế tạo cảm biến nhiệt ñộ  Các cảm biến tích cực ñược chế tạo dựa  Hai dây dẫn (M1) và (M2) có bản chất hoá học khác nhau trên cơ sở ứng dụng các hiệu ứng vật lý ñược hàn lại với nhau thành một mạch ñiện kín, nếu nhiệt biến ñổi một dạng năng lượng nào ñó ñộ ở hai mối hàn là T1 và T2 khác nhau, khi ñó trong mạch (nhiệt, cơ hoặc bức xạ) thành năng lượng xuất hiện một suất ñiện ñộng e(T1, T2) mà ñộ lớn của nó phụ thuộc chênh lệch nhiệt ñộ giữa T1 và T2. ñiện.  Hiệu ứng nhiệt ñiện ñược ứng dụng  Sau ñây mô tả khái quát ứng dụng một số ñể ño nhiệt ñộ T1 khi biết trước hiệu ứng vật lý khi chế tạo cảm biến nhiệt ñộ T2, thường chọn T2 = 0oC. 2:38 PM 51 52 2:38 PM 13
  14. 2.4 NGUYÊN LÝ CHẾ TẠO CẢM BIẾN 2.4 NGUYÊN LÝ CHẾ TẠO CẢM BIẾN 1.4.2 Hiệu ứng hoả nhiệt 1.4.3 Hiệu ứng áp ñiện  Một số tinh thể gọi là tinh thể hoả ñiện, có tính phân cực  Một số vật liệu gọi chung là vật liệu áp ñiện, khi bị biến ñiện tự phát với ñộ phân cực phụ thuộc vào nhiệt ñộ, làm dạng dưới tác ñộng của lực cơ học, trên các mặt ñối diện xuất hiện trên các mặt ñối diện của chúng những ñiện tích của tấm vật liệu xuất hiện những lượng ñiện tích bằng trái dấu. ðộ lớn của ñiện áp giữa hai mặt phụ thuộc vào ñộ nhau nhưng trái dấu, ñược gọi là hiệu ứng áp ñiện. ðo V ta phân cực của tinh thể hoả ñiện. có thể xác ñịnh ñược cường ñộ của lực tác dụng F.  Hiệu ứng hoả ñiện ñược ứng dụng ñể ño thông lượng của bức xạ ánh sáng.  Hiệu ứng áp ñiện ðo ñiện áp V ta có thể xác ñịnh ñược thường dùng chế tạo thông lượng ánh sáng Φ. cảm biến lực. 53 2:38 PM 54 2:38 PM 2.4 NGUYÊN LÝ CHẾ TẠO CẢM BIẾN 2.4 NGUYÊN LÝ CHẾ TẠO CẢM BIẾN 1.4.4 Hiệu ứng cảm ứng ñiện ñiện 1.4.5 Hiệu ứng quang ñiện  Khi một dây dẫn chuyển ñộng trong từ trường không  Hiệu ứng quang dẫn: (hay còn gọi là ñổi, trong dây dẫn xuất hiện một suất ñiện ñộng tỷ lệ với hiệu ứng quang ñiện nội) là hiện tượng từ thông cắt ngang dây trong một ñơn vị thời gian, nghĩa là tỷ lệ với tốc ñộ dịch chuyển của dây (Tương tự cho một giải phóng ra các hạt dẫn tự do trong vật khung dây)  Hiệu ứng cảm ứng ñiện liệu (thường là bán dẫn) khi chiếu vào từ ñược ứng dụng ñể xác chúng một bức xạ ánh sáng (hoặc bức xạ ñịnh tốc ñộ dịch chuyển ñiện từ nói chung) có bước sóng nhỏ hơn của vật thông qua việc ño suất ñiện ñộng cảm ứng. một ngưỡng nhất ñịnh. 2:38 PM 55 2:38 PM 56 14
  15. 2.4 NGUYÊN LÝ CHẾ TẠO CẢM BIẾN 2.4 NGUYÊN LÝ CHẾ TẠO CẢM BIẾN 1.4.5 Hiệu ứng quang ñiện 1.4.6 Hiệu ứng quang - ñiện - từ  Khi tác dụng một từ trường B vuông góc với bức xạ  Hiệu ứng quang phát xạ ñiện tử: (hay còn ánh sáng, trong vật liệu bán dẫn ñược chiếu sáng sẽ gọi là hiệu ứng quang ñiện ngoài) là hiện xuất hiện một hiệu ñiện thế theo hướng vuông góc với tượng các ñiện tử ñược giải phóng và thoát từ trường B và hướng bức xạ ánh sáng. Hiệu ứng khỏi bề mặt vật liệu tạo thành dòng có thể quang ñiện thường dùng chế tạo cảm biến từ. thu lại nhờ tác dụng của ñiện trường. Hiệu ứng quang ñiện dùng chế tạo các loại cảm biến quang 2:38 PM 57 58 2:38 PM 2.4 NGUYÊN LÝ CHẾ TẠO CẢM BIẾN 2.4 NGUYÊN LÝ CHẾ TẠO CẢM BIẾN 1.4.7 Hiệu ứng Hall 1.4.7 Hiệu ứng Hall  Khi ñặt một tấm mỏng vật liệu mỏng (thường là bán  Hiệu ứng Hall ñược ứng dụng ñể xác ñịnh vị trí dẫn), trong ñó có dòng ñiện chạy qua, vào trong một từ của một vật chuyển ñộng. Vật cần xác ñịnh vị trí liên trường B có phương tạo với dòng ñiện I trong tấm một góc kết cơ học với thanh nam châm, ở mọi thời ñiểm, vị θ, sẽ xuất hiện một hiệu ñiện thế VH theo hướng vuông góc với B và I. Biểu thức hiệu ñiện thế có dạng: trí thanh nam châm xác ñịnh giá trị của từ trường B và góc ố tương ứng với tấm bán dẫn mỏng làm vật trung gian. Vì vậy, hiệu ñiện thế VH ño ñược giữa hai  Trong ñó KH là hệ số phụ thuộc vào vật liệu và kích thước hình cạnh tấm bán dẫn là hàm phụ thuộc vào vị trí của học của tấm vật liệu. vật trong không gian. 59 2:38 PM 60 2:38 PM 15
  16. 2.4 NGUYÊN LÝ CHẾ TẠO CẢM BIẾN 2.4 NGUYÊN LÝ CHẾ TẠO CẢM BIẾN 1.4.8 Nguyên lý chế tạo cảm biến thụ ñộng 1.4.8 Nguyên lý chế tạo cảm biến thụ ñộng  Cảm biến thụ ñộng thường ñược chế tạo từ một  Sự thay ñổi thông số hình học của trở kháng trở kháng có các thông số chủ yếu nhạy với ñại gây ra do chuyển ñộng của phần tử chuyển ñộng lượng cần ño. Giá trị của trở kháng phụ thuộc kích hoặc phần tử biến dạng của cảm biến. Trong các thước hình học, tính chất ñiện của vật liệu chế tạo cảm biến có phần tử chuyển ñộng, mỗi vị trí của (như ñiện trở suất ρ, ñộ từ thẩm µ, hằng số ñiện môi phần tử ñộng sẽ ứng với một giá trị xác ñịnh của ε). Vì vậy tác ñộng của ñại lượng ño có thể ảnh trở kháng, cho nên ño trở kháng có thể xác ñịnh hưởng riêng biệt ñến kích thước hình học, tính chất ñược vị trí của ñối tượng. ñiện hoặc ñồng thời cả hai. 2:38 PM 61 2:38 PM 62 2.4 NGUYÊN LÝ CHẾ TẠO CẢM BIẾN 2.4 NGUYÊN LÝ CHẾ TẠO CẢM BIẾN 1.4.7 Hiệu ứng Hall 1.4.7 Hiệu ứng Hall Nguyên chế tạo cảm biến thụ ñộng: Cảm Sự thay ñổi thông số hình học: Trong biến thụ ñộng thường ñược chế tạo từ một các cảm biến có phần tử chuyển ñộng, trở kháng có các thông số chủ yếu nhạy mỗi vị trí của phần tử ñộng sẽ ứng với với ñại lượng cần ño. Giá trị của trở kháng một giá trị xác ñịnh của trở kháng, phụ thuộc kích thước hình học, tính chất nên ño trở kháng có thể xác ñịnh ñược ñiện của vật liệu chế tạo (như ñiện trở vị trí của ñối tượng. suất ρ, ñộ từ thẩm µ, hằng số ñiện môi ε). 2:38 PM 63 2:38 PM 64 16
  17. 2.4 NGUYÊN LÝ CHẾ TẠO CẢM BIẾN 2.4 NGUYÊN LÝ CHẾ TẠO CẢM BIẾN 1.4.7 Hiệu ứng Hall Các ñại lượng cần ño có khả năng làm thay ñổi tính Phần tử biến dạng của cảm biến: Sự chất ñiện của vật liệu sử dụng chế tạo cảm biến: thay ñổi trở kháng do biến dạng liên quan ñến lực tác ñộng, do ñó liên quan ñến ñại lượng cần ño. Xác ñịnh trở kháng ta có thể xác ñịnh ñược ñại lượng cần ño. 2:38 PM 65 2:38 PM 66 1.5 MẠCH ðO 1.5 MẠCH ðO 1.5.1 Sơ ñồ mạch ño 1.5.1 Sơ ñồ mạch ño  Mạch ño bao gồm toàn bộ thiết bị ño  Ở ñầu ra của mạch, tín hiệu ñiện ñã qua xử lý ñược chuyển ñổi sang dạng có thể ñọc ñược trực tiếp giá trị (trong ñó có cảm biến) cho phép xác ñịnh cần tìm của ñại lượng ño. Việc chuẩn hệ ño ñảm bảo chính xác giá trị của ñại lượng cần ño trong cho mỗi giá trị của chỉ thị ñầu ra tương ứng với một những ñiều kiện tốt nhất có thể. giá trị của ñại lượng ño tác ñộng ở ñầu vào của mạch.  Ở ñầu vào của mạch, cảm biến chịu tác Sơ ñồ mạch ño nhiệt ñộng của ñại lượng cần ño gây nên tín hiệu ñộ bằng cặp nhiệt ñiện mang theo thông tin về ñại cần ño. 2:38 PM 67 2:38 PM 68 17
  18. 1.5 MẠCH ðO 1.5 MẠCH ðO 1.5.1 Sơ ñồ mạch ño 2.5.1 Sơ ñồ mạch ño Mạch ño thường gồm nhiều thành phần 1) Máy phát chức năng gồm: các khối ñể tối ưu hoá việc thu thập, xử 2) Cảm biến ñiện tích lý dữ liệu, mạch tuyến tính hoá tín hiệu nhận 3) Tiền khuếch ñại từ cảm biến, mạch khử ñiện dung ký sinh, các 4) So pha lọc nhiễu 5) Khuếch ñại bộ chuyển ñổi nhiều kênh, bộ khuếch ñại, bộ 6) Chuyển ñổi tương so pha lọc nhiễu, bộ chuyển ñổi tương tự - số, tự số 7) Máy tính bộ vi xử lý, các thiết bị hỗ trợ... Mạch ño ñiện thế bề mặt 2:38 PM 69 2:38 PM 70 1.5 MẠCH ðO 1.5 MẠCH ðO 1.5.2 Một số phần tử cơ bản của mạch ño 1.5.2 Một số phần tử cơ bản của mạch ño  Bộ khuếch ñại thuật toán (KðTT)  Bộ khuếch ñại ño lường IA: có hai ñầu vào Là bộ khuếch ñại dòng một chiều có hai ñầu vào và và một ñầu ra. Tín hiệu ñầu ra tỷ lệ với hiệu một ñầu ra. Ở ñầu vào của mạch, cảm biến chịu tác của hai ñiện áp ñầu vào: ñộng của ñại lượng cần ño gây nên tín hiệu ñiện mang Sơ ñồ mạch theo thông tin về ñại cần ño. khuếch ñại ño Sơ ñồ mạch khuếch ñại lường gồm 3 bộ thuật toán KðTT ghép ñiện trở 2:38 PM 71 2:38 PM 72 18
  19. 1.5 MẠCH ðO 1.5 MẠCH ðO 1.5.2 Một số phần tử cơ bản của mạch ño 1.5.2 Một số phần tử cơ bản của mạch ño  Khử ñiện áp lệch  Khử ñiện áp lệch ðối với một bộ khuếch KðTT lý tưởng khi hở mạch phải có ñiện áp ra bằng không khi hai ñầu vào nối Sơ ñồ mạch mass. Thực tế vì các ñiện áp bên trong nên tạo ra khử ñiện áp một ñiện áp nhỏ (ñiện áp phân cực) ở ñầu vào KðTT lệch cỡ vài mV, nhưng khi sử dụng mạch kín ñiện áp này ñược khuếch ñại và tạo nên ñiện áp khá lớn ở ñầu ra. 2:38 PM 73 2:38 PM 74 1.5 MẠCH ðO 1.5 MẠCH ðO 1.5.2 Một số phần tử cơ bản của mạch ño 1.5.2 Một số phần tử cơ bản của mạch ño  Mạch cầu Ở ñầu ra của mạch, tín hiệu ñiện ñã qua xử lý ñược Cầu Wheatstone thường ñược sử dụng chuyển ñổi sang dạng có thể ñọc ñược trực tiếp giá trị cần tìm của ñại lượng ño. Việc chuẩn hệ ño ñảm trong các mạch ño nhiệt ñộ, lực, áp suất, bảo cho mỗi giá trị của chỉ thị ñầu ra tương ứng với từ trường... Cầu gồm bốn ñiện trở R1, R2, một giá trị của ñại lượng ño tác ñộng ở ñầu vào của R3 cố ñịnh và R4 thay ñổi, hoạt ñộng như mạch. cầu không cân bằng dựa trên việc phát Sơ ñồ mạch cầu hiện ñiện áp qua ñường chéo của cầu. 2:38 PM 75 2:38 PM 76 19
  20. CẢM BIẾN TIỆM CẬN 2:38 PM 77 20
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

LV.15: Bộ Đồ Án Tốt Nghiệp Chuyên Ngành Cơ Khí
65 tài liệu
2431 lượt tải
THÔNG TIN
TRỢ GIÚP
HỖ TRỢ KHÁCH HÀNG
Theo dõi chúng tôi

Chịu trách nhiệm nội dung:

Nguyễn Công Hà - Giám đốc Công ty TNHH TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN VI NA

LIÊN HỆ

Địa chỉ: P402, 54A Nơ Trang Long, Phường 14, Q.Bình Thạnh, TP.HCM

Hotline: 093 303 0098

Email: support@tailieu.vn

Giấy phép Mạng Xã Hội số: 670/GP-BTTTT cấp ngày 30/11/2015 Copyright © 2022-2032 TaiLieu.VN. All rights reserved.

 

Đồng bộ tài khoản
2=>2