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

Giáo trình Đo lường cảm biến - Trường CĐ Giao thông Vận tải

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:116

Thêm vào BST
Báo xấu
52
lượt xem 6
download
 
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Cuốn giáo trình Đo lường cảm biến gồm 8 chương, cung cấp các kiến thức về cảm biến và ứng dụng của các cảm biến; giới thiệu các loại cảm biến: quang, nhiệt, điện, âm thanh, cảm biến hình ảnh; kỹ thuật lắp ráp các mạch chuyển đổi sơ cấp từ đại lượng không điện thành đại lượng điện; kỹ thuật thiết kế mạch điều khiển ứng dụng cảm biến.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Giáo trình Đo lường cảm biến - Trường CĐ Giao thông Vận tải

  1. ỦY BAN NHÂN DÂN THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƢỜNG CAO ĐẲNG GIAO THÔNG VẬN TẢI KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN – ĐIỆN TỬ …………..o0o………….. THS.NGUYỄN NGỌC TRUNG - THS.NGUYỄN ĐỨC LỢI GIÁO TRÌNH TP.HỒ CHÍ MINH, THÁNG 9 NĂM 2014
  2. LỜI NÓI ĐẦU Đã từ lâu các sensor đƣợc sử dụng nhƣ những bộ phận để cảm nhận và phát hiện, nhƣng chỉ từ vài ba chục năm trở lại đây chúng mới thể hiện vai trò quan trọng trong kỹ thuật và công nghiệp, đặc biệt là trong lĩnh vực đo lƣờng, kiểm tra và điều khiển tự động. Nhờ các tiến bộ của khoa học và công nghệ trong lĩnh vực vật liệu, thiết bị điện tử và tin học, các sensor đã đƣợc giảm thiểu về kích thƣớc, cải thiện về tính năng và ngày càng mở rộng phạm vi ứng dụng. Giờ đây không có một lĩnh vực nào từ dân sự đến quân sự mà ở đó không sử dụng sensor. Chúng có mặt trong các hệ thống tự động phức tạp, ngƣời máy, kiểm tra chất lƣợng sản phẩm, tiết kiệm năng lƣợng, chống ô nhiễm môi trƣờng, phát hiện an ninh và đặc biệt gần đây là trong các hệ thống nhà thông minh (smart home). Sensor cũng đƣợc ứng dụng rộng rãi trong lĩnh vực giao thông vận tải, sản xuất hàng tiêu dùng, bảo quản thực phẩm. Môn học Đo lƣờng cảm biến cung cấp các kiến thức về cảm biến và ứng dụng của các cảm biến. Môn học này giới thiệu các loại cảm biến: quang, nhiệt, điện, âm thanh, cảm biến hình ảnh; Kỹ thuật lắp ráp các mạch chuyển đổi sơ cấp từ đại lƣợng không điện thành đại lƣợng điện; Kỹ thuật thiết kế mạch điều khiển ứng dụng cảm biến. Cuốn giáo trình này đƣợc biên soạn dựa trên chƣơng trình khung đề cƣơng chi tiết “Đo lƣờng cảm biến” chƣơng trình đào tạo sinh viên hệ cao đẳng ngành điện, điện tử, tự động hóa và đã đƣợc HỘI ĐỒNG THẨM ĐỊNH KHOA HỌC của nhà trƣờng thông qua vào tháng 4/2014 Cuốn giáo trình chứa nội dung của 8 chƣơng theo đúng trình tự và mục tiêu thiết kế của chƣơng trình. Các bài học lý thuyết đƣợc biên tập khá chi tiết, cập nhật các kiến thức mới và có tính ứng dụng cao. Giáo trình trình bày khá đơn giản, dễ hiểu, cuối mỗi chƣơng đều có phần câu hỏi ôn tập nhằm giúp ngƣời đọc củng cố kiến thức và rèn luyện thêm kỹ năng Để tiếp thu tốt môn học này yêu cầu sinh viên cần trang bị đầy đủ kiến thức các môn nhƣ kỹ thuật điện tử, vi mạch số, đo lƣờng và kỹ thuật đo. Đọc trƣớc tài liệu trƣớc khi đến lớp Mặc dù đã rất cố gắng nhƣng không tránh khỏi những thiếu sót, rất mong đón nhận những ý kiến đóng góp từ phía độc giả để lần tái bản sau cuốn giáo trình hoàn thiện hơn. Chân thành cảm ơn!. Nhóm biên soạn
  3. MỤC LỤC CHƢƠNG 1 : KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ CẢM BIẾN. (6 TIẾT) ........................................................... 6 1.1 Vai trò cảm biến trong đo lƣờng và điều khiển ............................................................................... 6 1.2 Định nghĩa và phân loại cảm biến ................................................................................................... 6 1.3 Các thông số đặc trƣng của cảm biến .............................................................................................. 8 1.3.1 Độ nhạy của cảm biến: ............................................................................................................. 8 1.3.2 Sai số của cảm biến .................................................................................................................. 8 1.3.3 Độ tuyến tính của cảm biến: ..................................................................................................... 9 1.4 Mạch xử lý tín hiệu cảm biến ........................................................................................................ 10 1.5 Các hiệu ứng trong cảm biến ......................................................................................................... 10 1.5.1 Hiệu ứng nhiệt điện ................................................................................................................ 10 1.5.2 Hiệu ứng hỏa điện .................................................................................................................. 10 1.5.3 Hiệu ứng áp điện .................................................................................................................... 11 1.5.4 Hiệu ứng cảm ứng điện từ ...................................................................................................... 11 1.5.5 Hiệu ứng quang điện .............................................................................................................. 12 1.5.6 Hiệu ứng quang điện từ .......................................................................................................... 12 1.5.7 Hiệu ứng Hall ......................................................................................................................... 12 CHƢƠNG 2 : CẢM BIẾN ĐO NHIỆT ĐỘ. ( 6 tiết) .............................................................................. 16 2.1 Thang nhiệt độ, điểm chuẩn nhiệt độ. ........................................................................................... 16 2.2 Cảm biến nhiệt điện trở. ................................................................................................................ 17 2.3 Cảm biến nhiệt độ bán dẫn. ........................................................................................................... 23 2.4 Cảm biến cặp nhiệt điện ( Thermocouple). ................................................................................... 26 2.5 Hoả kế, nhiệt kế bức xạ. ................................................................................................................ 29 2.5.1 Hỏa kế bức xạ toàn phần ........................................................................................................ 29 2.5.2 Hỏa kế quang điện .................................................................................................................. 30 2.6 Nhiệt kế áp suất lỏng và khí. ......................................................................................................... 31 CHƢƠNG 3 ............................................................................. 33 3.1 Nguồn phát quang sợi đốt và bán dẫn ........................................................................................... 33 3.2 Các đơn vị quang học .................................................................................................................... 34 3.2.1 Đơn vị đo năng lƣợng............................................................................................................. 34 3.2.2 Đơn vị đo thị giác ................................................................................................................... 35 3.3 Quang trở, tế bào quang điện. ....................................................................................................... 36 3.3.1 Quang trở ................................................................................................................................ 36
  4. 3.3.2 Tế bào quang điện .................................................................................................................. 37 3.4 Diode quang, Transistor quang. .................................................................................................... 39 3.4.1 Diode quang ........................................................................................................................... 39 3.4.2 Photo transistor:...................................................................................................................... 41 3.5 Sợi quang. ...................................................................................................................................... 42 3.6 Ứng dụng cảm biến quang. ........................................................................................................... 44 CHƢƠNG 4 .................................................... 50 4.1 Cảm biến biến trở. ......................................................................................................................... 50 4.2 Cảm biến từ ................................................................................................................................... 51 4.3 Cảm biến biến áp vi sai. ................................................................................................................ 53 4.4 Cảm biến điện dung....................................................................................................................... 55 4.4.1 Cảm biến tụ điện đơn ............................................................................................................. 55 4.4.2 Cấu tạo tụ ghép vi sai ............................................................................................................. 56 4.5 Cảm biến Hall................................................................................................................................ 57 4.6 Cảm biến tiệm cận dạng điện cảm. ............................................................................................... 61 4.7 Cảm biến tiệm cận dạng điện dung ............................................................................................... 63 CHƢƠNG 5 ............................................................................... 67 5.1 Máy phát tốc. ................................................................................................................................. 67 5.2 Encoder.......................................................................................................................................... 68 5.3 Tốc độ kế điện từ. .......................................................................................................................... 72 5.3.1 Tốc độ kế điện từ đo vận tốc góc ........................................................................................... 72 5.3.2 Tốc độ kế điện từ đo vận tốc dài ............................................................................................ 75 5.4 Tốc độ kế xung. ............................................................................................................................. 76 5.4.1 Tốc độ kế từ trở biến thiên ..................................................................................................... 77 5.4.2 Tốc độ kế quang ..................................................................................................................... 77 5.5 Cảm biến gia tốc (công nghệ MEMS) ........................................................................................... 78 CHƢƠNG 6 : ĐO BIẾN DẠNG, LỰC VÀ TRỌNG LƢỢNG. (6 TIẾT) ............................................. 83 6.1 Cảm biến biến dạng (Strain gage). ................................................................................................ 83 6.2 Ứng dụng của Strain gage ............................................................................................................. 84 6.3 Cảm biến trọng lƣợng (Loadcell). ................................................................................................. 86 6.4 Ứng dụng của Loadcell. ................................................................................................................ 88 6.5 Cảm biến đo áp suất chất lƣu ........................................................................................................ 90 6.5.1 Cảm biến áp suất kiểu điện trở: .............................................................................................. 90 6.5.2 Cảm biến áp suất kiểu áp điện:............................................................................................... 91 CHƢƠNG 7 : ĐO LƢU LƢỢNG, TỐC ĐỘ VÀ MỨC CHẤT LƢU. (6 Tiết) ...................................... 94 7.1 Lƣu lƣợng kế từ điện ..................................................................................................................... 94 7.2 Đo lƣu lƣợng bằng chênh lệch áp suất .......................................................................................... 95
  5. 7.3 Đo tốc độ gió. ................................................................................................................................ 95 7.4 Đo mức bằng phao (áp suất thủy tĩnh) .......................................................................................... 96 7.4.1 Áp kế vi sai kiểu phao ............................................................................................................ 96 7.4.2 Áp kế vi sai kiểu chuông ........................................................................................................ 97 7.5 Đo mức bằng cảm biến điện dung. ................................................................................................ 98 7.6 Đo mức bằng cảm biến siêu âm và quang. .................................................................................. 100 CHƢƠNG 8 : CÁC CẢM BIẾN ĐO LƢỜNG KHÁC. (12 tiết) .......................................................... 105 8.1 Đo độ ẩm. .................................................................................................................................... 105 8.2 Đo độ pH. .................................................................................................................................... 107 8.3 Đo thành phần khí. ...................................................................................................................... 107 8.3.1 Khí SO2 (Lƣu huỳnh dioxit) ................................................................................................. 109 8.3.2 Các cảm biến đo tự động hàm lƣợng các oxit Nitơ (NOx) .................................................. 109 8.3.3 Đo nồng độ khí CO (Carbon monoxit)................................................................................. 110 8.4 Cảm biến thông minh. ................................................................................................................. 111 8.5 Cảm biến công tắc (Switch sensor) ............................................................................................. 113
  6. Chƣơng 1: Khái niệm cơ bản về cảm biến CHƢƠNG 1 : KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ CẢM BIẾN. (6 TIẾT) 1.1 Vai trò cảm biến trong đo lƣờng và điều khiển Trong các hệ thống điều khiển tự động, cảm biến đóng vai trò hết sức quan trọng vì nó là thiết bị cung cấp thông tin của quá trình điều khiển cho bộ điều khiển để bộ điều khiển đƣa ra những quyết định phù hợp nhằm nâng cao chất lƣợng của quá trình điều khiển. Có thể so sánh các cảm biến trong hệ thống điều khiển tự động nhƣ là các giác quan của con ngƣời. Các hệ thống điều khiển tự động trong công nghiệp có vô số các đại lƣợng vật lý cần đo nhƣ: nhiệt độ, áp suất, dịch chuyển, lƣu lƣợng,trọng lƣợng … cần đo. Các đại lƣợng vật lý này không có tính chất điện, trong khi đó các bộ điều khiển và các cơ cấu chỉ thị lại làm việc với tín hiệu điện vì thế phải có thiết bị để chuyển đổi các đại lƣợng vật lý không có tính chất điện thành đại lƣợng điện tƣơng ứng mang đầy đủ các tính chất của đại lƣợng vật lý cần đo. Thiết bị chuyển đổi đó là cảm biến. 1.2 Định nghĩa và phân loại cảm biến Cảm biến là thiết bị chịu tác động của các đại lƣợng vật lý không có tính chất điện m và cho ra một đại lƣợng vật lý có tính chất điện x nhƣ: điện trở, điện tích, điện áp, dòng điện tƣơng ứng với m. Đầu vào m Cảm biến Đầu ra X (Input) (Sensor) (Output) Quan hệ giữa x và m : x = f(m) đƣợc gọi là phƣơng trình chuyển đổi của cảm biến, hàm f() phụ thuộc vào cấu tạo, vật liệu làm cảm biến … Để chế tạo cảm biến, ngƣời ta sử dụng các hiệu ứng vật lý. Phân loại theo thông số của mô hình mạch thay thế :  Cảm biến tích cực: Cảm biến tích cực hoạt động nhƣ một nguồn áp hoặc nguồn dòng đƣợc biểu diễn bằng một mạng hai cửa có nguồn. Khoa Kỹ thuật Điện – Điện tử Trang 6
  7. Chƣơng 1: Khái niệm cơ bản về cảm biến  Cảm biến thụ động: Cảm biến thụ động đƣợc mô tả nhƣ một mạng hai cửa không nguồn, có trở kháng phụ thuộc vào các kích thích. Phân loại theo phạm vi sử dụng  - Công nghiệp  - Nghiên cứu khoa học  - Môi trƣờng, khí tƣợng  - Thông tin, viễn thông  - Nông nghiệp  - Dân dụng  - Giao thông  - Vũ trụ  - Quân sự Phân loại theo dạng kích thích DẠNG KÍCH THÍCH ĐẶC ĐIỂM Âm thanh Biên độ, pha, cực ;phổ tần , tốc độ truyền sóng Điện Điện tích, dòng điện ; điện thế, điện trƣờng, điện dẫn, hằng số điện môi Từ Từ trƣờng, từ thông, cảm ứng từ, cƣờng độ điện trƣờng Quang Biên, pha, cực, phổ, bức xạ , hấp thụ, bƣớc sóng, khúc xạ, phản xạ, tần số Cơ Vị trí, lực, moment, áp lực, gia tốc, vận tốc Nhiệt Năng lƣợng, cƣờng độ bức xạ, nhiệt dung riêng Bức xạ Kiểu, năng lƣợng , cƣờng độ Theo tính năng của bộ cảm biến Khoa Kỹ thuật Điện – Điện tử Trang 7
  8. Chƣơng 1: Khái niệm cơ bản về cảm biến  Độ nhạy  Độ chính xác  Độ phân giải  Độ chọn lọc  Độ tuyến tính  Công suất tiêu thụ  Dải tần  Độ trễ 1.3 Các thông số đặc trƣng của cảm biến 1.3.1 Độ nhạy của cảm biến: Độ nhạy của cảm biến ở giá trị m = m0 là tỷ số giữa biến thiên ở ngõ ra cửa cảm biến ∆x và biến thiên ở ngõ vào ∆m trong lân cận của m0. Gọi s là độ nhạy của cảm biến: ( | ) (1.1) Để phép đo đạt độ chính xác cao, khi thiết kế và sử dụng cảm biến cần làm sao cho độ nhạy S của nó không đổi, nghĩa là ít phụ thuộc vào các yếu tố sau: - Giá trị của đại lƣợng cần đo m và tần số thay đổi của nó - Thời gian sử dụng - Ảnh hƣởng của môi trƣờng xung quanh. Thông thƣờng nhà sản xuất cung cấp giá trị s tƣơng ứng với những điều kiện làm việc nhất định của cảm biến 1.3.2 Sai số của cảm biến Các bộ cảm biến cũng nhƣ các dụng cụ đo lƣờng khác, ngoài đại lƣợng cần đo còn chịu tác động của các đại lƣợng vật lý khác gây nên sai số giữa giá trị đo và giá trị thật Sai số của cảm biến là sai lệch giữa giá trị đo đƣợc bằng cảm biến và giá trị thực của đại lƣợng cần đo, đƣợc đánh giá bằng %. Nếu gọi x là giá trị thực của đại lƣợng cần đo, ∆x là sai lệch giữa giá trị đo và giá trị thực (gọi là sai số tuyệt đối), thì sai số của cảm biến là đƣợc xác định Khoa Kỹ thuật Điện – Điện tử Trang 8
  9. Chƣơng 1: Khái niệm cơ bản về cảm biến nhƣ sau: (1.2) Ví dụ: Một cảm biến nhiệt độ có độ nhạy là: s = 0,1 [mV/oC], tạo ra điện áp ở 100 [0C] là 10,5 [mV] thì sai số của cảm biến là: = 5% Sai số của cảm biến mang tính chất ƣớc tính vì không thể biết chính xác giá trị thực của đại lƣợng cần đo. Khi đánh giá sai số ta thƣờng chia thành hai loại: sai số hệ thống và sai số ngẫu nhiên Sai số hệ thống: Sai số hệ thống là sai số không phụ thuộc vào số lần đo, có giá trị không đổi hoặc thay đổi châm theo thời gian. Các nguyên nhân gây ra sai số hệ thống: - Do nguyên lý của cảm biến. - Do đặc tính của bộ cảm biến. - Do chế độ và điều kiện sử dụng cảm biến. - Do xử lý kết quả đo. Sai số ngẫu nhiên: Sai số ngẫu nhiên là sai số xuất hiện có độ lớn và chiều không xác định. Nguyên nhân gây sai số ngẫu nhiên: - Do sự thay đổi đặc tính của thiết bị. - Do tín hiệu nhiễu ngẫu nhiên. - Do ảnh hƣởng bởi các thông số môi trƣờng nhƣ:từ trƣờng, nhiệt độ, độ ẩm, độ rung … 1.3.3 Độ tuyến tính của cảm biến: Cảm biến đƣợc gọi là tuyến tính trong một dải đo nếu có độ nhạy không đổi trong ở mọi điểm trong dải đo.  Trong chế độ tĩnh độ tuyến tính là sự không phụ thuộc độ nhạy vào giá trị của đại lƣợng đo, thể hiện bằng đƣờng thẳng đặc trƣng Khoa Kỹ thuật Điện – Điện tử Trang 9
  10. Chƣơng 1: Khái niệm cơ bản về cảm biến  Chế độ động cảm biến không phụ thuộc vào độ nhạy đến kết quả đo cũng nhƣ các thông số về tần số, dao động tắt dần 1.4 Mạch xử lý tín hiệu cảm biến Đáp ứng ngõ ra của cảm biến thƣờng là không phù hợp với các cơ cấu chỉ thị hoặc các thiết bị đọc tín hiệu hồi tiếp trong các hệ thống điều khiển vì vậy cần có một mạch xử lý (chuyển đổi tín hiệu) cho phù hợp với các cơ cấu này Đầu vào m Cảm biến Mạch xử lý Cơ cấu hiển thị (Input) (Sensor) (Processing) (Display) Hình 1.1: Cấu trúc mạch xử lý dùng cảm biến 1.5 Các hiệu ứng trong cảm biến 1.5.1 Hiệu ứng nhiệt điện Hai dây dẫn M1 và M2 có bản chất hóa học khác nhau đƣợc hàn lại thành 1 mạch kín, nếu nhiệt độ tại 2 mối hàn là T1 và T2 khác nhau khi đó xuất hiện 1 sức điện động e (T1,T2) có độ lớn phụ thuộc vào sự chênh lệnh nhiệt độ giữa T1 và T2. Hiệu ứng nhiệt điện thƣờng đƣợc ứng dụng để đo nhiệt độ T1 khi biết nhiệt độ T2, thƣờng chọn giá trị T2 = 0 0C Hình 1.2: Sơ đồ hiệu ứng nhiệt điện 1.5.2 Hiệu ứng hỏa điện Một số tinh thể gọi là hỏa điện nhƣ tinh thể sulfate triglycine có tính phân cực điện tự phát với độ phân cực phụ thuộc vào nhiệt độ làm xuất hiện điện tích trái dấu trên mặt đối diện của chúng. Độ lớn điện áp phụ thuộc vào độ phân cực của tinh thể hỏa điện. Khoa Kỹ thuật Điện – Điện tử Trang 10
  11. Chƣơng 1: Khái niệm cơ bản về cảm biến Hiệu ứng hỏa điện đƣợc dùng để đo thông lƣợng của bức xạ ánh sáng. Khi ta chiếu một chùm ánh sáng vào tinh thể hỏa điện, tinh thể hấp thụ ánh sáng và nhiệt độ của nó tăng lên làm thay đổi sự phân cực của tinh thể. Đo điện áp V ta có thể biết thông lƣợng ánh sáng Hình 1.3: Cấu trúc hiệu ứng hỏa điện đo thông lƣợng ánh sáng 1.5.3 Hiệu ứng áp điện Một số vật liệu áp điện nhƣ tinh thể thạch anh khi bị biến dạng dƣới tác động của lực cơ học trên các mặt đối diện của tấm vật liệu xuất hiện những điện tích bằng nhau nhƣng khác dấu đƣợc gọi là hiệu ứng áp điện. Đo điện áp V ta xác định đƣợc lực tác dụng F Hình 1.4: Ứng dụng hiệu ứng áp điện đo lực 1.5.4 Hiệu ứng cảm ứng điện từ Khi một dây dẫn chuyển động trong từ trƣờng không đổi, trong dây dẫn xuất hiện một sức điện động tỷ lệ với từ thông cắt ngang dây trong một đơn vị thời gian nghĩa là tỷ lệ với tốc độ dịch chuyển của dây. Tƣơng tự nhƣ vậy, trong một khung dây đặt trong từ trƣờng biến thiên cũng xuất hiện một sức điện động tỷ lệ với tốc độ biến thiên của từ thông qua khung dây. Hình 1.5: Mô hình tạo cảm ứng điện từ Khoa Kỹ thuật Điện – Điện tử Trang 11
  12. Chƣơng 1: Khái niệm cơ bản về cảm biến Hiệu ứng cảm ứng điện từ đƣợc ứng dụng để xác định tốc độ dịch chuyển của vật thông qua việc đo suất điện động cảm ứng. 1.5.5 Hiệu ứng quang điện Hiệu ứng quang dẫn ( hiệu ứng quang điện nội ) Là hiện tƣợng giải phóng ra các hạt dẫn tự do trong vật liệu ( thƣờng là bán dẫn) khi chiếu vào chúng một bức xạ ánh sáng có bƣớc sóng nhỏ hơn một ngƣỡng xác định Hiệu ứng quang phát xạ điện tử ( hiệu ứng quang điện ngoài ) Là hiện tƣợng các điện tử đƣợc giải phóng và thoát ra khỏi bề mặt vật liệu tạo thành dòng và có thể thu lại nhờ tác dụng của điện trƣờng 1.5.6 Hiệu ứng quang điện từ Khi tác dụng 1 từ trƣờng B vuông góc với bức xạ ánh sáng, trong vật liệu bán dẫn đƣợc chiếu sáng sẽ xuất hiện một hiệu điện thế theo hƣớng vuông góc với từ trƣờng B và hƣớng bức xạ ánh sáng Hình 1.6: Hiệu ứng quang - điện – từ 1.5.7 Hiệu ứng Hall Khi đặt 1 tấm vật liệu mỏng thƣờng là bán dẫn trong đó có dòng dòng điện chạy qua một từ trƣờng B co phƣơng tạo với dòng điện I một góc sẽ xuất hiện một hiệu điện thế V theo hƣớng vuông góc với B và I. biểu thức có dạng VH = KH. I. B. sin (1.4) Trong đó KH là hệ số phụ thuộc vào vật liệu và kích thƣớc của tấm vật liệu Khoa Kỹ thuật Điện – Điện tử Trang 12
  13. Chƣơng 1: Khái niệm cơ bản về cảm biến Hình 1.7: Mô hình tạo hiệu ứng Hall Hiệu ứng Hall đƣợc ứng dụng để xác định vị trí của một vật chuyển động. vật cần xác định liên kết cơ học với thanh nam châm, ở mọi thời điểm thanh nam châm xác định giá trị từ trƣờng B và góc tƣơng ứng với tấm bán dẫn mỏng làm vật trung gian. Vì vậy hiệu điện thế VH phụ thuộc vào vị trí của vật trong không gian. Khoa Kỹ thuật Điện – Điện tử Trang 13
  14. Chƣơng 1: Khái niệm cơ bản về cảm biến Khoa Kỹ thuật Điện – Điện tử Trang 14
  15. Chƣơng 1: Khái niệm cơ bản về cảm biến CÂU HỎI ÔN TẬP. Câu 1: Em hiểu thế nào về cảm biến? Cho ví dụ minh họa Câu 2: Trình bày các cách phân loại cảm biến Câu 3: Cho biết các thông số quan trọng của cảm biến là gì? Trình bày đặc điểm các thông số đó? Câu 4: Hiệu ứng áp điện là gì? Cho ví dụ minh họa và các ứng dụng của nó? Câu 5: Thế nào là hiệu ứng Hall? Cho ví dụ minh họa và các ứng dụng của Câu 6: Hiệu ứng cảm ứng điện từ là hoạt động nhƣ thế nào? Nêu phạm vi ứng dụng của nó? Câu 7: Cho biết các yếu tố dẫn đến sai số trong đo lƣờng cảm biến Câu 8:Thế nào là độ tuyến tính của cảm biến TRẮC NGHIỆM Câu 9: Thông số nào không phải là thông số đặc trƣng của cảm biến a. Độ nhạy c. Độ tuyến tính b. Sai số d. Cảm ứng Câu 10: Mạch khuếch đại thƣờng dùng trong các mạch đo lƣờng và cảm biến a. Khuếch đại đảo c. Khuếch đại vi sai b. Khuếch đại không đảo d. Gồm a,b,c Khoa Kỹ thuật Điện – Điện tử Trang 15
  16. Chƣơng 2: Cảm biến đo nhiệt độ. CHƢƠNG 2 : CẢM BIẾN ĐO NHIỆT ĐỘ. ( 6 tiết) 2.1 Thang nhiệt độ, điểm chuẩn nhiệt độ. Nhiệt độ là một trong những đại lƣợng có ảnh hƣởng rất lớn đến vật chất. Trong công nghiệp, nghiên cứu khoa học hay đời sống hàng ngày việc đo nhiệt độ là rất cần thiết. Đa số các đại lƣợng vật lý đều có thể xác định trực tiếp nhờ so sánh với đại lƣợng cùng bản chất. nhiệt độ là đại lƣợng có thể đo gián tiếp dựa vào tính chất của vật liệu. Để đo nhiệt độ phải có thang đo nhiệt độ. Thang nhiệt độ tuyệt đối dựa vào tính chất khí lý tƣởng: Thang Kelvin ( Thomson Kelvin – 1852) thang nhiệt động học tuyệt đối, đơn vị là K, trong thang này ngƣời ta gán cho nhiệt độ cân bằng ba trạng thái của nƣớc , nƣớc đá và hơi một trị số bằng 273.15K Thang Celsius (Andreas Celsius – 1742): Thang nhiệt độ bách phân, đơn vị là độ C. T(0C) = T(K) – 273,15 (2.1) Thang Fahrenheit : (Fahrenheit – 1706) đơn vị là độ F, trong thang này nhiệt độ nƣớc đá đang tan là 320F và nƣớc sôi là 212oF. T(0C) = – 32 ; T(0F) = + 32 (2.2) Bảng 1.1: Bảng biểu diễn nhiệt độ của nƣớc Khoa Kỹ thuật Điện – Điện tử Trang 16
  17. Chƣơng 2: Cảm biến đo nhiệt độ. Bảng 1.2: Bảng quy đổi nhiệt độ giữa các thang đo Nhiệt độ Kelvin (K) Celcius (0C) Fahrenheit (0F) Điểm 0 tuyệt đối 0 -273.15 -459.67 Hỗn hợp nƣớc – nƣớc đá 273.15 0 32 Cân bằng nƣớc – nƣớc đá – hơi 273.16 0.01 32.018 Nƣớc sôi 273.15 100 212 2.2 Cảm biến nhiệt điện trở. Cảm biến nhiệt điện trở là cảm biến có điện trở thay đổi theo nhiệt độ. Hình 2.1: Hình dạng cảm biến nhiệt điện trở Cảm biến nhiệt điện trở kim loại (RTD)  Cấu tạo: dùng dây dẫn kim loại: Đồng, Nikel, Platinum,…đƣợc quấn tùy theo hình dáng lên lõi cách điện bằng gốm, sứ Hình 2.2: Cấu tạo cảm biến nhiệt điện trở  Nguyên lý: Khi nhiệt độ thay đổi điện trở giữa hai đầu dây kim loại này sẽ thay đổi, và tùy chất liệu kim loại sẽ có độ tuyến tính trong một khoảng nhiệt độ nhất định.Ở nhiệt Khoa Kỹ thuật Điện – Điện tử Trang 17
  18. Chƣơng 2: Cảm biến đo nhiệt độ. độ thấp, phƣơng trình chuyển đổi của cảm biến là tuyến tính R(T) = R0 (1 + T) (2.3) Với  là hệ số nhiệt điện trở tuy thuộc vào chất liệu của kim loại Bảng 2.1: Bảng giá trị hệ số  Kim loại Platin Đồng Niken  (1/0C) 3.9.10-3 4.3.10-3 5.4.10-3 Tầm đo cảm biến dùng kim loại khác nhau cũng có giá trị khác nhau Bảng 2.2: Bảng thang đo nhiệt độ Cảm biến Platin Đồng Niken Tầm đo (0C) -200 – 1000
  19. Chƣơng 2: Cảm biến đo nhiệt độ.  Lƣu ý khi sử dụng:  Loại RTD 4 dây giảm điện trở dây dẫn đi 1/2, giúp hạn chế sai số.  Cách sử dụng của RTD tiện lợi hơn so với Thermocouple. Chúng ta có thể nối thêm dây cho loại cảm biến này và có thể đo test bằng VOM đƣợc.  Vì là biến thiên điện trở nên không quan tâm đến chiều đấu dây.  Mạch đo sử dụng cảm biến nhiệt điện trở Để chuyển đổi điện trở của cảm biến thành điện áp ta kết nối mạch nhƣ sau: Hình 2.5: Mạch đo dùng cảm biến nhiệt điện trở Chọn R1 = R3, R2 = R4 thì điện áp ngõ ra là ( R : điện trở ở 00C ) ( ) ( ) (2.4) Thermistor.  Cấu tạo: Thermistor đƣợc cấu tạo từ hổn hợp các bột oxid kim loại: mangan, nickel, cobalt,… Các bột này đƣợc hòa trộn theo tỉ lệ và khối lƣợng nhất định sau đó đƣợc nén chặt và nung ở nhiệt độ cao trên 10000C, sau đó ngƣời ta nối dây và phủ lên đó một lớp kim loại Và mức độ dẫn điện của hỗn hợp này sẽ thay đổi khi nhiệt độ thay đổi. Hình 2.6: Cấu tạo của Thermistor Khoa Kỹ thuật Điện – Điện tử Trang 19
  20. Chƣơng 2: Cảm biến đo nhiệt độ. Khi nhiệt độ thay đổi thì điện trở thay đổi theo phƣơng trình (2.5) Trong đó:  R(T) và R0 là điện trở tại nhiệt độ T (độ K ) và T0 (độ K).   là hệ số có giá trị từ 3000 – 5000 tùy theo công nghệ chế tạo sensor Hình 2.7: Hình ảnh thực tế của Thermistor  Nguyên lý: Thay đổi điện trở khi nhiệt độ thay đổi.  Ƣu điểm: Bền, rẽ tiền, dễ chế tạo, Độ chính xác cao (±0.020C)  Khuyết điểm: Dãy tuyến tính hẹp. Tầm đo hẹp  Tầm đo: Từ 50 đến 1500C.  Phân loại: Có hai loại thermistor: Hệ số nhiệt dƣơng PTC (PTC-positive temperature coefficient)- điện trở tăng theo nhiệt độ; Hệ số nhiệt âm NTC (NTC-negative temperature coefficient). – điện trở giảm theo nhiệt độ. Thƣờng dùng nhất là loại NTC. Loại NTC có 3 chế độ hoạt động:  Chế độ điện áp – dòng điện: Khi thermistor bị quá nhiệt do năng lƣợng của nó. Chế độ này, thermistor thích hợp để đo sự thay đổi của điều kiện môi trƣờng, ví dụ nhƣ sự thay đổi của lƣu lƣợng khí qua cảm biến Khoa Kỹ thuật Điện – Điện tử Trang 20
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

LV.15: Bộ Đồ Án Tốt Nghiệp Chuyên Ngành Cơ Khí
65 tài liệu
2428 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
19=>1