Giáo trình Kỹ thuật cảm biến (Nghề: Cơ điện tử - Trung cấp) - Trường Cao đẳng Cơ giới (2022)

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: DOC | Số trang:87

Thêm vào BST

Báo xấu

13
lượt xem 6
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Giáo trình Kỹ thuật cảm biến (Nghề: Cơ điện tử - Trung cấp) được biên soạn gồm các nội dung chính sau: Khái niệm cơ bản về các bộ cảm biến; Cảm biến nhiệt điện; Cảm biến quang điện; Một số dạng cảm biến công nghiệp. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Giáo trình Kỹ thuật cảm biến (Nghề: Cơ điện tử - Trung cấp) - Trường Cao đẳng Cơ giới (2022)

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN TRƯỜNG CAO ĐẲNG CƠ GIỚI GIÁO TRÌNH MÔ ĐUN 12: KỸ THUẬT CẢM BIẾN NGHỀ: CƠ ĐIỆN TỬ TRÌNH ĐỘ: TRUNG CẤP Ban hành kèm theo Quyết định số:…../ QĐ-CĐCG-KT&KĐCL ngày….. tháng ….. năm 2022 của Hiệu trưởng trường Cao đẳng cơ giới. Quảng Ngãi, năm 2022 (Lưu hành nội bộ) 1
TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN Tài liệu này thuộc loại sách giáo trình nên các nguồn thông tin có thể được phép dùng nguyên bản hoặc trích dùng cho các mục đích về đào tạo và tham khảo. Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc hoặc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu lành mạnh sẽ bị nghiêm cấm. 2
LỜI MỞ ĐẦU Trong sự nghiệp công nghiệp hóa - hiện đại hóa đất nước, ngành công nghiệp điện giữ vai trò hết sức quan trọng trong sản xuất và sinh hoạt của con người Giáo trình KT Cảm biến được thiết kế theo mô đun thuộc hệ thống mô đun/ môn học của chương trình đào tạo nghề Điện công nghiệp để giảng dạy ở cấp trình độ Trung cấp nghề. Ngoài ra, tài liệu cũng có thể được sử dụng cho đào tạo ngắn hạn hoặc cho các công nhân kỹ thuật, các nhà quản lý và người sử dụng nhân lực tham khảo. Mô đun này được triển khai sau các môn học, mô đun Điện kỹ thuật, Vẽ điện, Đo lường điện, Máy điện, Trang bị điện, PLC, Kỹ thuật số. Công việc lắp đặt, vận hành hay sửa chữa mạch điện trong máy công nghiệp là một trong những yêu cầu bắt buộc đối với công nhân nghề Điện công nghiệp. Mô dun này có ý nghĩa quyết định để hình thành kỹ năng cho người học làm tiền đề để người học tiếp thu các kỹ năng cao hơn như: Thiết bị điện, điện từ, cơ, thủy lực phục vụ cho việc biến đổi điện năng thành cơ năng cung cấp cho cơ cấu chấp hành trên các máy sản xuất, đồng thời có thể điều khiển dòng năng lượng đó theo yêu cầu công nghệ của máy sản xuất. Mặc dù đã hết sức cố gắng, song sai sót là khó tránh. Tác giả rất mong nhận được các ý kiến phê bình, nhận xét của bạn đọc để giáo trình được hoàn thiện hơn. Quảng Ngãi, ngày ........ tháng ...... năm 2022 Tham gia biên soạn 1. BÙI QUANG TOẢN Chủ biên 2. ………….............. 3. ……….............…. 3
MỤC LỤC NỘI DUNG TRANG Lời mở đầu 2 Mục lục 3 Giáo trình mô đun 4 Bài 1: Khái niệm cơ bản về các bộ cảm biến 11 1.Khái niệm 12 2.Phạm vi ứng dụng 14 3.Phân loại các bộ cảm biến 14 Bài 2: Cảm biến nhiệt điện 17 1.Đại cương 18 2.Điện trở nhiệt 20 3.Diode nhiệt LM335 26 4.IC nhiệt LM35 28 5.Cặp nhiệt 29 6.Bài tập thực hành 35 Bài 3: Cảm biến quang điện 42 1.Đại cương 43 2.Điện trở quang 43 3.Diode quang 44 4.Transistor quang 47 5.Bài tập thực hành 48 Bài 4: Một số dạng cảm biến công nghiệp 54 1.Cảm biến dạng quang 55 1.1.Cảm biến quang dạng thu phát chung 55 1.2.Cảm biến quang dạng thu phát riêng 61 1.3.Cảm biến quang dạng phản xạ gương 64 2.Cảm biến dạng dung 68 3.Cảm biến dạng từ 70 4.Một số loại cảm biến khác 73 5.Bài tập thực hành 77 5.1. Cảm biến dạng quang 77 5.2. Cảm biến dạng dung 81 5.3. Cảm biến dạng từ 82 5.4. Một số loại cảm biến khác 83 Tài liệu tham khảo 85 4
GIÁO TRÌNH MÔ ĐUN Tên mô-đun : KỸ THUẬT CẢM BIẾN Mã môn học: MĐ12 Thời gian môn học 60 giờ ; (Lý thuyết: 30 giờ ; Thực hành, thí nghiệm , thảo luận, bài tập: 24 giờ ; Kiểm tra: 6 giờ ) Vị trí, tính chất, ý nghĩa và vai trò của mô đun: - Vị trí: Môn học Kỹ thuật cảm biến học sau các môn học, mô đun Kỹ thuật cơ sở, đặc biệt các môn học, mô đun: Mạch điện, Điện tử cơ bản, Đo lường điện và Trang bị điện. - Tính chất: Là mô đun bắt buộc nghề cơ điện tử - Trong mọi lĩnh vực sản xuất, đặc biệt là các ngành công nghiệp, việc sử dụng các máy móc để giải phóng sức lao động của con người ngày càng phổ biến. Để nắm bắt và làm chủ các trang thiết bị ngày càng hiện đại đòi hỏi cán bộ kỹ thuật phải có những kiến thức cơ bản về công nghệ, bên cạnh đó là các kỹ năng vẽ, đọc sơ đồ, phân tích và chẩn đoán sai hỏng để có thể vận hành, bảo trì, bảo dưỡng và sửa chữa hiệu quả các trang thiết bị đó. Mô đun Kỹ thuật cảm biến được biên soạn nhằm trang bị cho người học những kiến thức và kỹ năng cơ bản nêu trên. - Đối tượng: Là giáo trình áp dụng cho học sinh trình độ Trung cấp nghề Cơ điện tử Mục tiêu của mô đun : - Kiến thức: A1. Trình bày được đặc tính cấu tạo và nguyên lý làm việc của các loại cảm biến; A2. Phân tích được các phương pháp kết nối mạch điện. A3. Thiết kế được mạch cảm biến đơn giản đạt yêu cầu kỹ thuật - Kỹ năng: B1. Thực hành lắp ráp một sơ mạch điều khiển thiết bị cảm biến đúng yêu cầu. B2. Đo lường và sửa được các lối đơn giản trong quá trình lắp ráp - Năng lực tự chủ và trách nhiệm: C1. Rèn luyện tính chính xác khoa học và tác phong công nghiệp 5
1. Chương trình khung nghề điện công nghiệp 6
Thời gian học tập (giờ) Trong đó Thực hành/ Mã thực Số tín MH, Tên môn họcc, mô đun Lý tập/ thí chỉ (*) Tổng MĐ số Thuyết nghiệm Kiểm /bài tra tập I Các môn học chung/đại cương 12 255 94 148 13 MH 01 Chính trị 2 30 15 13 2 MH 02 Pháp luật 1 15 9 5 1 MH 03 Giáo dục thể chất 1 30 4 24 2 MH 04 Giáo dục quốc phòng - An ninh 2 45 21 21 3 MH 05 Tin học 2 45 15 29 1 MH 06 Ngoại ngữ (Anh văn) 4 90 30 56 4 II Các môn học, mô đun 65 1655 460 1104 91 chuyên môn nghề II.1 Các môn học, mô đun cơ 10 225 80 128 17 sở MH 07 An toàn lao động 1,5 30 20 8 2 MH 08 Vẽ Kỹ thuật điện 2 45 15 25 5 MH 09 AUTO CAD 4 90 30 54 6 MĐ 10 Điện cơ bản 2,5 60 15 41 4 II.2 Các môn học mô đun chuyên ngành 55 1430 380 976 74 MĐ 11 Lập trình PLC 6,5 150 45 95 10 MĐ 12 Kỹ thuật cảm biến 3 60 30 24 6 MĐ 13 Điện tử công suất 4 90 30 54 6 MĐ 14 Bảo Trì Cơ Khí 4 90 30 54 6 Điều khiển khí nén, điện MĐ 15 khí nén 5,5 120 45 67 8 7 Điều khiển thuỷ lực, điện MĐ 16 thủy lực 4 90 30 54 6
2. Chương trình chi tiết mô đun Thời gian (giờ) SỐ Thực hành, Tên chương, mục Tổng Lý thí nghiệm, Kiểm TT số thuyết thảo luận , tra bài tập 1 Bài 1: Khái niệm cơ bản về các 2 2 0 0 bộ cảm biến 1. Khái niệm 0,5 2. Phạm vi sử dụng của cảm biến 0,5 3. Phân loại bộ cảm biến 1 2 Bài 2: Cảm biến nhiệt điện 20 10 8 2 1. Đại cương 1 2. Điện trở nhiệt 4 3. Diode nhiệt LM335 4. IC nhiệt LM35 2 5. Cặp nhiệt 5.1.2. Cảm biến quang dạng thu 1 phát riêng 1 a. Thông số 1 b. Đấu nối 1,5 5.1.3. Cảm biến quang dạng phản 1,5 xạ gương a. Thông số b. Đấu nối 5.2.Cảm biến dạng dung a. Thông số b. Đấu nối 8
5.3.Cảm biến dạng từ 1,5 a. Thông số b. Đấu nối 5.4.Một số loại cảm biến khác 5.4.1. Cảm biến cửa a. Thông số 1,5 b. Đấu nối 5.4.2. Cảm biến sợi quang a. Thông số b. Đấu nối Cộng 60 30 24 6 3. Điều kiện thực hiện mô đun: 3.1. Phòng học Lý thuyết/Thực hành: Đáp ứng phòng học chuẩn 3.2. Trang thiết bị dạy học: Projetor, máy vi tính, bảng, phấn, tranh vẽ.... 3.3. Học liệu, dụng cụ, mô hình, phương tiện: Giáo trình, mô hình thực hành, bộ dụng cụ nghề điện, thiết bị điện công nghiệp,… 3.4. Các điều kiện khác: Người học tìm hiểu thực tế về các mạch cảm biến trong nhà máy, xí nghiệp công nghiệp. 4. Nội dung và phương pháp đánh giá: 4.1. Nội dung: - Kiến thức: Đánh giá tất cả nội dung đã nêu trong mục tiêu kiến thức - Kỹ năng: Đánh giá tất cả nội dung đã nêu trong mục tiêu kỹ năng. - Năng lực tự chủ và trách nhiệm: Trong quá trình học tập, người học cần: + Nghiên cứu bài trước khi đến lớp. + Chuẩn bị đầy đủ tài liệu học tập. + Tham gia đầy đủ thời lượng môn học. + Nghiêm túc trong quá trình học tập. 4.2. Phương pháp: 9
Người học được đánh giá tích lũy môn học như sau: 4.2.1. Cách đánh giá - Áp dụng quy chế đào tạo Trung cấp hệ chính quy ban hành kèm theo Thông tư số 09/2017/TT-BLĐTBXH, ngày 13/3/2017 của Bộ trưởng Bộ Lao động – Thương binh và Xã hội. - Hướng dẫn thực hiện quy chế đào tạo áp dụng tại Trường Cao đẳng Cơ giới như sau: Điểm đánh giá Trọng số + Điểm kiểm tra thường xuyên (Hệ số 1) 40% + Điểm kiểm tra định kỳ (Hệ số 2) + Điểm thi kết thúc môn học 60% 4.2.2. Phương pháp đánh giá Phương pháp Phương pháp Hình thức Chuẩn đầu ra Số Thời đánh giá tổ chức kiểm tra đánh giá cột điểm kiểm tra Thường Viết/ Tự luận/ A1, C1 1 Sau 20 xuyên Thuyết trình Trắc nghiệm/ giờ. Báo cáo Định kỳ Viết và Tự luận/ A2, B1,B2, C1, 3 Sau 30 giờ thực hành Trắc nghiệm/ thực hành Kết thúc môn Vấn đáp và Vấn đáp và A1, A2, B1,B2,C1 1 Sau 60 giờ học thực hành thực hành trên mô hình 4.2.3. Cách tính điểm - Điểm đánh giá thành phần và điểm thi kết thúc mô đun được chấm theo thang điểm 10 (từ 0 đến 10), làm tròn đến một chữ số thập phân. - Điểm mô đun là tổng điểm của tất cả điểm đánh giá thành phần của mô đun nhân với trọng số tương ứng. Điểm mô đun theo thang điểm 10 làm tròn đến một chữ số thập phân. 5. Hướng dẫn thực hiện mô đun 5.1. Phạm vi, đối tượng áp dụng: Đối tượng Trung cấp Cơ điện tử 5.2. Phương pháp giảng dạy, học tập mô đun 10
5.2.1. Đối với người dạy * Lý thuyết: Áp dụng phương pháp dạy học tích cực bao gồm: Trình chiếu, thuyết trình ngắn, nêu vấn đề, hướng dẫn đọc tài liệu, bài tập cụ thể, câu hỏi thảo luận nhóm…. * Thực hành: - Phân chia nhóm nhỏ thực hiện bài tập thực hành theo nội dung đề ra. - Khi giải bài tập, làm các bài Thực hành, thí nghiệm, bài tập:... Giáo viên hướng dẫn, thao tác mẫu và sửa sai tại chỗ cho nguời học. - Sử dụng các mô hình, học cụ mô phỏng để minh họa các bài tập ứng dụng các hệ truyền động dùng cảm biến, các loại thiết bị điều khiển. * Thảo luận: Phân chia nhóm nhỏ thảo luận theo nội dung đề ra. * Hướng dẫn tự học theo nhóm: Nhóm trưởng phân công các thành viên trong nhóm tìm hiểu, nghiên cứu theo yêu cầu nội dung trong bài học, cả nhóm thảo luận, trình bày nội dung, ghi chép và viết báo cáo nhóm. 5.2.2. Đối với người học: Người học phải thực hiện các nhiệm vụ như sau: - Nghiên cứu kỹ bài học tại nhà trước khi đến lớp. Các tài liệu tham khảo sẽ được cung cấp nguồn trước khi người học vào học môn học này (trang web, thư viện, tài liệu...) - Sinh viên trao đổi với nhau, thực hiện bài thực hành và báo cáo kết quả - Tham dự tối thiểu 70% các giờ giảng tích hợp. Nếu người học vắng >30% số giờ tích hợp phải học lại mô đun mới được tham dự kì thi lần sau. - Tự học và thảo luận nhóm: Là một phương pháp học tập kết hợp giữa làm việc theo nhóm và làm việc cá nhân. Một nhóm gồm 2-3 người học sẽ được cung cấp chủ đề thảo luận trước khi học lý thuyết, thực hành. Mỗi người học sẽ chịu trách nhiệm về 1 hoặc một số nội dung trong chủ đề mà nhóm đã phân công để phát triển và hoàn thiện tốt nhất toàn bộ chủ đề thảo luận của nhóm. - Tham dự đủ các bài kiểm tra thường xuyên, định kỳ. - Tham dự thi kết thúc mô đun. - Chủ động tổ chức thực hiện giờ tự học. 11
6. Tài liệu tham khảo [1] Đề cương môđun/môn học nghề Sửa chữa thiết bị điện tử công nghiệp ”, Dự án Giáo dục Kỹ thuật và Dạy nghề (VTEP), Tổng cục Dạy Nghề, Hà Nội, 2003 [2] Các bộ cảm biến trong Kỹ thuật đo lường và điều khiển . Lê văn Doanh, Phạm Thưởng Hàn, Nguyễn Văn Hòa, Đào Văn Tân. NXB Khoa học và Kỹ thuật Hà Nội, 2001 [3] Cảm biến và ứng dụng. Dương Minh Trí .NXB Khoa học và Kỹ thuật Hà Nội, 2001 [4] Giáo trình cảm biến . Phan Quốc Phô, Nguyễn Đức Chiến. NXB Khoa học và Kỹ thuật Hà Nội, 2001 [5] Giáo trình đo lường không điện . Trường ĐHSPKT TP HCM Bài 1: KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ CÁC BỘ CẢM BIẾN Mã bài: MĐ12-01 Giới thiệu: Cảm biến là phần tử có chức năng tiếp thu, cảm nhận tín hiệu đầu vào ở dạng này và đưa ra tín hiệu ở dạng khác. Cảm biến được ứng dụng rất rộng rãi trong mọi lĩnh vực, đặc biệt trong lĩnh vực tự động hóa công nghiệp. Mục tiêu: - Phát biểu được khái niệm về các bộ cảm biến - Trình bày được các ứng dụng và phương pháp phân loại các bộ cảm biến - Rèn luyện tính tư duy và tác phong công nghiệp Phương pháp giảng dạy và học tập bài 1 - Đối với người dạy: Sử dụng phương pháp giảng giảng dạy tích cực (diễn giảng, vấn đáp, dạy học theo vấn đề); yêu cầu người học nhớ các định nghĩa, cấu trúc, phân loại của cảm biến - Đối với người học: Chủ động đọc trước giáo trình trước buổi học Điều kiện thực hiện bài học - Phòng học chuyên môn hóa/nhà xưởng: Phòng học chuyên môn - Trang thiết bị máy móc: Máy chiếu và các thiết bị dạy học khác 12
- Học liệu, dụng cụ, nguyên vật liệu: Chương trình môn học, giáo trình, tài liệu tham khảo, giáo án, phim ảnh, và các tài liệu liên quan. - Các điều kiện khác: Không có Kiểm tra và đánh giá bài học - Nội dung:  Kiến thức: Kiểm tra và đánh giá tất cả nội dung đã nêu trong mục tiêu kiến thức  Kỹ năng: Đánh giá tất cả nội dung đã nêu trong mục tiêu kĩ năng.  Năng lực tự chủ và trách nhiệm: Trong quá trình học tập, người học cần: + Nghiên cứu bài trước khi đến lớp + Chuẩn bị đầy đủ tài liệu học tập. + Tham gia đầy đủ thời lượng môn học. + Nghiêm túc trong quá trình học tập. - Phương pháp:  Điểm kiểm tra thường xuyên: 1 điểm kiểm tra (hình thức: hỏi miệng)  Kiểm tra định kỳ lý thuyết: không có  Kiểm tra định kỳ thực hành: không có Nội dung chính: 1. Khái niệm Cảm biến là thiết bị dùng để cảm nhận biến đổi các đại lượng vật lý, các đại lượng không có tínhử chất điện cần đo thành các đại lượng có tính chất điện có thể đo và xử lý được. Các đại lượng cần đo (m) thường không có tính chất điện (như nhiệt độ, áp suất, lưu lượng, vận tốc... ) tác động lên cảm biến cho ta một đặc trưng (s) mang tính chất điện (như dòng điện, điện áp, trở kháng ) chứa đựng thông tin cho phép xác định giá trị của đại lượng cần đo. Đặc trưng (s) là hàm của đại lượng cần đo: s = f(m) s: Đại lượng đầu ra hay còn gọi là đáp ứng đầu ra của cảm biến. m: đại lượng đầu vào hay là kích thích (có nguồn gốc đại lượng cần đo) 13
f :là hàm truyền đạt của cảm biến. Hàm truyền đạt thể hiện cấu trúc của thiết bị biến đổi và thường có đặc tính phi tuyến, điều đó làm giới hạn khoảng đo và dẫn tới sai số. Trong trường hợp đại lượng đo biến thiên trong phạm vi rộng cần chia nhỏ khoảng đo để có hàm truyền tuyến tính(Phương pháp tuyến tính hoá từng đoạn). Thông thường khi thiết kế mạch đo người ta thực hiện các mạch bổ trợ để hiệu chỉnh hàm truyền sao cho hàm truyền đạt chung của hệ thống là tuyến tính. Giá trị (m) được xác định thông qua việc đo đạc giá trị (s) Các tên khác của khác của bộ cảm biến: Sensor, bộ cảm biến đo lường, đầu dò, van đo lường, bộ nhận biết hoặc bộ biến đổi. Trong hệ thống đo lường và điều khiển, các bộ cảm biến và cảm biến ngoài việc đóng vai trò các “giác quan“ để thu thập tin tức còn có nhiệm vụ là “nhà phiên dịch“ để cảm biến các dạng tín hiệu khác nhau về tín hiệu điện. Sau đó sử dụng các mạch đo lường và xử lý kết quả đo vào các mục đích khác khác nhau. *Sơ đồ nguyên tắc của một hệ thồng đo lường điều khiển Đối tượng Cảm biến đo Mạch đo Chỉ thị và điều khiển lường điện xử lý thiết bị thừa Mạch so hành sánh chuẩn so sánh Hình 1: Sơ đồ nguyên tắc của một hệ thống đo lường điều khiển Tham số trạng thái X của đối tượng cần điều khiển dược cảm biến sang tín hiệu y nhờ cảm biến đo lường. Tín hiệu lối ra được mạch đo điện sử lý để đưa ra cơ cấu chỉ thị. Trong các hệ thống điều khiển tự động, tín hiệu lối ra của mạch đo điện sẽ được đưa trở về lối sau ki thực iện thao tác so sánh với chuẩnm một tín hiệu lối ra sẽ khởi phát thiết bị thừa hành để điều khiển đối tượng. * Trong hệ thống đo lường điều khiển hiện đại, quá trình thu thập và sử lý tín hiệu thường do máy tính đảm nhiệm. Đối tượng Cảm biến đo Vi điều khiển PC điều khiển lường (Microcontroler) 14 thiết bị thừa hành chương trình điều khiển
Hình 2: Hệ thống đo lường và điều khiển ghép PC Trong sơ đồ trên đối tượng điều khiển được dặc trưng bằng các biến trạng thái và được các bộ cảm biến thu nhận. Đầu ra của các bộ cảm biến được phối ghép với vi điều khiển qua dao diện. Vi điều khiển có tể oạt động độc lập theo cương trình đã được cào đặt sẵn hoặc phối ghép với máy tính. Đầu ra của bộ vi điều kiển được phối ghép với cơ cấu cháp hành nhằm tác động lên quá trình hay đối tượng điều khiển. Chương trình cho vi điều khiển được cài đặt thông qua máy tính hoặc các bộ nạp chương trình chuyên dụng. Đây là sơ đồ điều khiển tự động quá trình (đối tượng ), trong đố bộ cảm buến đóng vai trò phần tử cảm nhận, đo đạc và đánh giá các thông số của hệ thống. Bộ vi điều khiển làm nhiệm vụ xử lý thông tin và đưa ra tín hiệu quá trình. Từ sen-sor là một từ mượn tiếng la tinh Sensus trong tiếng Đức và tiếng Anh được gọi là sensor, trong tiếng Việt thường gọi là bộ cảm biến.Trong kỹ thuật còn hay gọi tuật ngữ đầu đo hay đầu dò Các bộ cảm biến thường được định nghĩa theo nghĩa rộng là thiết bị cảm nhận và đáp ứng các tín hiệu và kích thích. 2. Phạm vi sử dụng của cảm biến. Các bộ cảm biến được sử dụng nhiều trong các lĩnh vực kinh tế và kỹ thuật. Các bộ cảm biến đặc biệt và rất nhạy cảm được sử dụng trong các thí nghiệm các lĩnh vực nghiên cứu khoa học. Trong lĩnh vực tự động hoá người ta sử dụng các loại sensor bình thường cũng như đặc biệt. 3. Phân loại bộ cảm biến. Cảm biến được phân loại theo nhiều tiêu chí. Người ta có thể phân loại cảm biến theo các cách sau: 1.2.1. Theo nguyên lý chuyển đổi giữa đáp ứng và kích thích. Hiện tượng Chuyển đổi giữa đáp ứng và kích thích Nhiệt điện. Quang điện Quang từ. Vật lý Điện từ Từ điện …vv Hóa học Biến đổi hóa học 15
Biến đổi điện hóa Phân tích phổ …vv Biến đổi sinh hóa Biến đổi vật lý Sinh học Hiệu ứng trên cơ thể sống ..vv 1.2.2. Theo dạng kích thích. Kích thích Các đặc tính của kích thích Biên pha, phân cực Phổ Âm thanh Tốc độ truyền sóng …vv Điện tích, dòng điện Điện thế, điện áp Điện Điện trường Điện dẫn, hằng số điện môi …vv Từ trường Từ thông, cường độ từ trường. Từ Độ từ thẩm …vv Vị trí Lực, áp suất Gia tốc, vận tốc, ứng suất, độ cứng Cơ Mô men Khối lượng, tỉ trọng Độ nhớt…vv Phổ Tốc độ truyền Quang Hệ số phát xạ, khúc xạ …VV Nhiệt Nhiệt độ Thông lượng 16
Tỷ nhiệt …vv Kiểu Năng lượng Bức xạ Cường độ …vv 1.2.3. Theo tính năng. - Độ nhạy - Độ chính xác - Độ phân giải - Độ tuyến tính - Công suất tiêu thụ 1.2.4. Theo phạm vi sử dụng - Công nghiệp - Nghiên cứu khoa học - Môi trường, khí tượng - Thông tin, viễn thông - Nông nghiệp - Dân dụng - Giao thông vận tải…vv 1.2.5. Theo thông số của mô hình mạch điện thay thế - Cảm biến tích cực (có nguồn): Đầu ra là nguồn áp hoặc nguồn dòng. - Cảm biến thụ động (không có nguồn): Cảm biến gọi là thụ động khi chúng cần có thêm nguồn năng lượng phụ để hoàn tất nhiệm vụ đo kiểm, còn loại tích cực thì không cần. Được đặc trưng bằng các thông số: R, L, C… tuyến tính hoặc phi tuyến. CÂU HỎI ÔN TẬP 1. Trình bày các khái niệm cơ bản về bộ cảm biến? 2. Nêu các phân loại của cảm biến? 17
Bài 2. CẢM BIẾN NHIỆT ĐIỆN Mã bài: MĐ20-02 Giới thiệu: Trong tất cả các đại lượng vật lý, nhiệt độ là một trong các đại lượng được quan tâm nhiều nhất vì nhiệt độ đóng vai trò quyết định đến nhiều tính chất quan trọng của vật chất. Nhiệt độ có thể làm ảnh hưởng đến các đại lượng chịu tác dụng của nó. Một trong những đặc điểm quan trọng của nhiệt độ là làm thay đổi một cách liên tục các đại lượng chịu ảnh hưởng của nó ví dụ như áp suất, thể tích của chất khí, sự thay đổi pha hay điểm Curie của vật liệu từ …vv. Bởi vậy trong công nghiệp cũng như đời sống hàng ngày phải đo nhiệt độ. Mục tiêu: - Trình bày được cấu tạo, đặc tính của các loại cảm biến theo nội dung đã học - Thực hiện được các mạch cảm biến đúng yêu cầu Kỹ thuật. - Rèn luyện tính tỷ mỉ , chính xác và an toàn vệ sinh công nghiệp Phương pháp giảng dạy và học tập bài 2: 18
- Đối với người dạy: Sử dụng phương pháp giảng giảng dạy tích cực (diễn giảng, vấn đáp, dạy học theo vấn đề); yêu cầu người học nhớ các đặc điểm, lắp ráp và điều chỉnh được CB nhiệt độ. - Đối với người học: Chủ động đọc trước giáo trình trước buổi học Điều kiện thực hiện bài học - Phòng học chuyên môn hóa/nhà xưởng: Phòng học chuyên môn - Trang thiết bị máy móc: Máy chiếu và các thiết bị dạy học khác - Học liệu, dụng cụ, nguyên vật liệu: Chương trình môn học, giáo trình, tài liệu tham khảo, giáo án, phim ảnh, và các tài liệu liên quan. - Các điều kiện khác: Không có Kiểm tra và đánh giá bài học - Nội dung:  Kiến thức: Kiểm tra và đánh giá tất cả nội dung đã nêu trong mục tiêu kiến thức  Kỹ năng: Đánh giá tất cả nội dung đã nêu trong mục tiêu kĩ năng.  Năng lực tự chủ và trách nhiệm: Trong quá trình học tập, người học cần: + Nghiên cứu bài trước khi đến lớp + Chuẩn bị đầy đủ tài liệu học tập. + Tham gia đầy đủ thời lượng môn học. + Nghiêm túc trong quá trình học tập. - Phương pháp:  Điểm kiểm tra thường xuyên: 1 điểm kiểm tra (hình thức: hỏi miệng)  Kiểm tra định kỳ lý thuyết: 2h  Kiểm tra định kỳ thực hành: 2h Nội dung chính: 1. Đại cương Dụng cụ đo nhiệt độ đơn giản nhất là nhiệt kế sử dụng hiện tượng giãn nở nhiệt. Để chế tạo các bộ cảm biến nhiệt độ người ta sử dụng nhiều nguyên lý cảm biến khác nhau như: 19
 Phương pháp quang dựa trên sự phân bố phổ bức xạ nhiệt do dao động nhiệt (hiệu ứng Doppler).  Phương pháp dựa trên sự giãn nở của vật rắn, chất lỏng hoặc chất khí (với áp suất không đổi) hoặc dựa trên tốc độ âm.  Phương pháp điện dựa trên sự phụ thuộc của các điện trở vào nhiệt độ. Để đo được trị số chính xác của nhiệt độ là vấn đề không đơn giản. Đối với đa số các đại lượng vật lý đều có thể xác định một cách định lượng nhờ phép so sánh chúng một đại lượng cùng loại gọi là chuẩn so sánh. Những đại lượng như vậy gọi là đại lượng mở rộng vì chúng có thể được xác định bằng bội số hoặc ước số của đại lượng chuẩn. Ngược lại nhiệt độ là một đại lượng gia tăng, việc nhân hoặc chia nhiệt độ không có ý nghĩa rõ ràng và chỉ có thể đo gián tiếp nhiệt độ trên cơ sở tính chất của vật chất phụ thuộc vào nhiệt độ. Trước khi đo nhiệt độ ta cần đề cập đến thang đo nhiệt độ. 1.1. Thang đo nhiệt độ. Việc xác định thang nhiệt độ xuất phát từ các định luật nhiệt động học. Thang đo nhiệt độ tuyệt đối được xác định dựa trên tính chất của khí lý tưởng. Định luật Carnot nêu rõ: Hiệu suất δ của một động cơ nhiệt thuận nghịch hoạt động giữa 2 nguồn có nhiệt độ δ1 và δ2 trong một thang đo bất kỳ chỉ phụ thuộc vào δ1 và δ2: F(θ1) η F(θ 2 ) Dạng của hàm F chỉ phụ thuộc vào thang đo nhiệt độ. Ngược lại, việc lựa chọn hàm F sẽ quyết định thang đo nhiệt độ. Đặt F(δ) = T chúng ta sẽ xác định T như là nhiệt độ nhiệt động học tuyệt đối và hiệu suất của động cơ nhiệt thuận nghịch sẽ được viết như sau: T1 η 1 T2 Trong đó: T1 và T2 là nhiệt độ nhiệt động học tuyệt đối của hai nguồn. 1.1.1.Thang Kelvin45 - Anh, năm 1852 xác định thang nhiệt độ. Thang Kelvin đơn vị là 0K, người ta gán cho nhiệt độ của điểm cân bằng của 3 trạng thái nước – nước đá – hơi một trị số bằng 273,15 0K. 1.1.2. Thang Celsius Năm 1742 Andreas Celsius là nhà vật lý Thụy Điển đưa ra thang nhiệt độ bách phân. Trong thang này đơn vị đo nhiệt độ là 0C, một độ Celsius bằng một độ Kelvin. Quan hệ giữa nhiệt độ Celsius và nhiệt độ Kelvin được xác định bằng biểu thức: T(0C) = T(0K) – 273,15 1.1.3. Thang Fahrenheit 20