Phân loại cảm biến-Theo nguyên lý hoạt động: chuyển đổi điện trở. chuyển đổi điện từ, chuyển đổi nhiệt điện, chuyển đổi điện tử và ion, chuyển đổi hóa điện, chuyển đổi lượng từ
AMBIENT/
Chủ đề:
Nội dung Text: Kỹ thuật cảm biến và nguyên lý hoạt động
- K thu t c m bi n
TS. Nguy n Th Lan Hương
B môn K thu t o và Tin h c Công nghi p
- Tài li u tham kh o
[1] Các b c m bi n trong k thu t o lư ng và i u khi n,
Nhà XB Khoa h c K thu t (2001), Ch biên t p PGS.TS.
Lê Văn Doanh
[2]C m bi n, Nhà XB Khoa h c k thu t (2000), Phan Qu c
Phô, Nguy n c Chi n
[3] Process/Industrial Instruments and Controls Handbook,
Mc GRAW-Hill (1999), Gregory K.McMillan; Douglas M.
Considine,
2
- N i dung gi ng d y
• Khái ni m c m bi n và xu hư ng phát tri n
• c tính k thu t c a c m bi n
• Các k thu t c m bi n cơ b n dùng trong công nghi p
– Nguyên lý và hi u ng v t lý c a các chuy n i sơ c p
• ng d ng các chuy n i sơ c p cho vi c o các i
lư ng v t lý- thi t b và c m bi n o
– o nhi t
– o áp su t, o lưu lư ng
– o t i tr ng
– om c
– ot c ng cơ
– o gia t c chuy n ng
3
- Chương 1. Khái ni m và các c tính k thu t
c a c m bi n
• Sơ các c m bi n trong công nghi p
4
- Phân lo i C m bi n
• Theo nguyên lý ho t ng
– Chuy n i i n tr
– Chuy n i i nt
– Chuy n i nhi t i n
– Chuy n i i n t và ion
– Chuy n i hóa i n
– Chuy n i tĩnh i n
– Chuy n i lư ng t
• Theo kích thích: quang, cơ h c, âm h c…
• Theo tính năng
• Theo ng d ng
• Theo mô hình thay th : Tích c c và th ng
5
- VÝ dô vÒ c¶m biÕn thô ®éng
¹i l−îng Th«ng sè biÕn ®æi VËt liÖu lµm c¶m biÕn
NhiÖt ®é iÖn trë suÊt Kim lo¹i : platine, nickel,
®ång, chÊt b¸n dÉn
NhiÖt ®é rÊt thÊp H»ng sè ®iÖn m«i Thuû tinh
iÖn trë suÊt Hîp kim niken vµ silic m¹
BiÕn d¹ng Hîp kim s¾t tõ
é tõ thÈm
VÞ trÝ iÖn trë suÊt Tõ trë
Tõ th«ng cña bøc x¹ iÖn trë suÊt B¸n dÉn
quang
é Èm iÖn trë suÊt Chlorure de lithium
H»ng sè ®iÖn m«i Hîp kim polymere
Møc H»ng sè ®iÖn m«i C¸ch ®iÖn láng
6
- VÝ dô vÒ c¶m biÕn tÝch cùc
¹i l−îng vËt lý cÇn ®o HiÖu øng sö dông TÝn hiÖu ra
Lùc
¸p ®iÖn
¸p suÊt iÖn tÝch
Gia tèc
NhiÖt ®é NhiÖt ®iÖn iÖn ¸p
Tèc ®é (vËn tèc) C m øng ®iÖn tõ iÖn ¸p
VÞ trÝ HiÖu øng Hall iÖn ¸p
Hoa quang iÖn tÝch
Tõ th«ng bøc x¹ quang Ph¸t x¹ quang Dßng ®iÖn
HiÖu øng quang ¸p iÖn ¸p
HiÖu øng quang ®iÖn tõ iÖn ¸p
7
- c i m c a các phương pháp o các i lư ng không
in
c. C¸c lo¹i c¶m biÕn hay ®−îc sö dông trong c«ng
nghiÖp vµ d©n dông
C¶m biÕn ®o nhiÖt ®é (37,29%*)
C¶m biÕn ®o vÞ trÝ (27,12%*)
C¶m biÕn ®o di chuyÓn (16,27%*)
C¶m biÕn ®o ¸p suÊt (12,88%*)
C¶m biÕn ®o l−u l−îng (1,36%*)
C¶m biÕn ®o møc (1,2%*)
C¶m biÕn ®o lùc (1,2%*)
C¶m biÕn ®o ®é Èm (0,81%*)
*: XÕp theo sè l−îng c¸c lo¹i c¶m biÕn b¸n ®−îc t¹i Ph¸p n¨m
2002
8
- c i m c a các phương pháp o các i lư ng không
in
d. C¸c lÜnh vùc øng dông
Xe h¬i : (38%*)
S¶n xuÊt c«ng nghiÖp: (20%*)
§iÖn gia dông : (11%*)
V¨n phßng: (9%*)
Y tÕ: (8%*)
An toµn: (6%*)
M«i tr−êng: (4%*)
N«ng nghiÖp: (4%*)
*: XÕp theo sè l−îng c¸c lo¹i c¶m biÕn b¸n ®−îc t¹i Ph¸p n¨m
2002
9
- Sơ chuy n i gi a các i lư ng - các lo i
c m bi n
1
Encoder
U, I
2
BiÕn trë T
Tr−ît T (L,U) (R, U)
Di chuyÓn
kÝch th−íc 3
§iÖn
(L) R
c¶m T ( δ, L)
T
4
§iÖn (L, U)
dung T (L,C) L
T
(L,Μ) 5
¸p
®iÖn T (M,U)
6
§iÖn trë
lùc c¨ng T (M,R)
Khèi l−îng C
lùc (M) 7 T
(C, U)
¸p tõ T (M,L)
8
NhiÖt
T
(M,t) ®iÖn T (t,U)
NhiÖt 9
NhiÖt ®é T
®iÖn trë T (t,R)
(Ls,t)
Quang 10
T
(t,Φ) ®iÖn T (Φ,U)
Quang 11
T
Quang
(M,Φ) ®iÖn trë T (Φ,R)
10
T
(L,Φ)
- Bi n i gi a các i lư ng ( i n) c a tín
hi u- Bi n i th ng nh t hóa
11
- 4. C¸c d¹ng biÕn ®æi chuÈn ho¸ th−êng gÆp
Hoµ hîp t¶i gi÷a c¶m biÕn vµ m¹ch ®o
CÊp nguån cho c¶m biÕn thô ®«ng
TuyÕn tÝnh ho¸ ®Æc tÝnh phi tuyÕn cña c¶m biÕn
TuyÕn tÝnh ho¸ tÝn hiÖu ra cña m¹nh ®o (VD cÇu
Wheastone)
KhuyÕch ®¹i tÝn hiÖu ra cña c¶m biÕn
Läc nhiÔu t¸c ®éng lªn tÝn hiÖu ra cña c¶m biÕn
KhuyÕch ®¹i ®o l−êng ®Ó triÖt tiªu hoÆc lµm gi¶m c¸c
nhiÔu t¸c ®éng (®iÖn ¸p ký sinh vµ dßng ®iÖn rß trªn ®−êng
truyÒn)
12
- Vn c a b th ng nh t hoá
Thích ng v tr kháng
tuy n tính hoá Th ng nh t Signal
C m biên Hoá c m bi n
C m biên
th ng
Khu ch i
Chu n hoá tín
Th ng nh t hoá Signal Tín hi u
C m bi n hi u
C m bi n c m bi n ã th ng nh t
th ng hoá
13
- Ví d
Thèng nhÊt hãa tÝn hiÖu
ChuyÓn ®æi /tÝn hiÖu
KhuÕch ®¹i, tuyÕn tÝnh ho¸
CÆp nhiÖt ngÉu vµ bï ®Çu tù do
Nguån nu«I, cÊu h×nh 4 d©y
NhiÖt ®iÖn trë RTD vµ 3 d©y, tuyÕn tÝnh hãa
Nguån ®iÖn ¸p cung cÊp
C¶m biÕn ®iÖn trë cho cÇu, cÊu h×nh vµ
lùc c¨ng tuyÕn tÝnh ho¸
§Êt chung KhuÕch ®¹i c¸ch ly
ThiÕt bÞ DAQ
hoÆc ®Þªn ¸p cao (c¸ch ly quang)
C¸c t¶I yªu cÇu chuyÓn R¬le ®iÖn c¬ hoÆc r¬le
m¹ch xoay chiÒu hoÆc b¸n dÉn
dßng ®iÖn lín
C¸c tÝn hiÖu víi
Läc th«ng thÊp
nhiÔu tÇn sè cao
14
- Hoà h p tr kháng
Ngu n áp
R2
VO = Vi .
R1+R2
R2
R1
Vi 0
M t chu i o có th coi là m t T i o lư ng
Ngu n
phân áp ki u m ch l p l i
Ngu n dòng
R2
R1
R2
VO = Vi .
R1+R2
Vi
ti o
Z1
- Hoà h p tr kháng
Ngu n i n tích
khu ch i i n tích
i n tích ư c ưa vào m t t i n không i Cr, khi tích lu vào t t o ra m t i n áp trên
c c c a t i n t l v i i n tích n p vào
Khu ch i o lư ng
M ch vào vi sai
M ch vào vi sai
16
- Thông s k thu t c a c m bi n
• D i o, ng−ìng nh¹y vµ ph©n gi i kh¶ n¨ng ph©n
ly
• §é nh¹y vµ TÝnh tuyÕn tÝnh cña thiÕt bÞ
• Sai sè hay ®é chÝnh x¸c
• §Æc tÝnh ®éng
• Mét sè th«ng sè kh¸c nh−: c«ng suÊt tiªu thô, tr
kh¸ng, kÝch th−íc, träng l−îng cña thiÕt bÞ
17
- 4.2.1. nh y
Phương trinh cơ b n
Y= F(X,a,b,c...)
∂F/∂X - é nh¹y víi x (Sensibility)
∂F/∂a - é nh¹y cña yÕu tè anh h−ëng a hay nhiÔu
∆F/∆X = KXt- é nh¹y theo X ë Xt hay ng−êi ta cßn ký hiÖu lµ S
Khi K=const -> X,Y lµ tuyÕn tÝnh.
K=f(X) -> X, Y lµ kh«ng tuyÕn tÝnh - > sai sè phi tuyÕn.
ViÖc x¸c ®Þnh K b»ng thùc nghiÖm gäi lµ kh¾c ®é thiÕt bÞ ®o. Víi mét gi¸ trÞ
cña X cã thÓ cã c¸c gi¸ trÞ Y kh¸c nhau, hay K kh¸c nhau.
dKXt/KXt –(Repeatability)ThÓ hiÖn tÝnh æn ®Þnh cña thiÕt bÞ ®o hay tÝnh lÆp l¹i
cña thiÕt bÞ ®o .
dKXt/KXt = dS/S=γs- Sai sè ®é nh¹y cña thiÕt bÞ ®o -> nh©n tÝnh.
(Hysteresis)
18
- nh y
19
- Tr hay trơ c a thi t b (Hysteresis)
20
Thêm vào BST
Báo xấu
Download
Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ
