ĐẠI HỌC HUẾ
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM
-----
TIỂU LUẬN MÔN HỌC
ĐIỆN TỬ HỌC ỨNG DỤNG TRONG VẬT LÝ THỰC NGHIỆM
CHUYÊN NGÀNH: VẬT LÝ LÝ THUYẾT VÀ VẬT LÝ TOÁN K21
GVHD TS. Đặng Xuân Vinh HVTH: Phạm Tùng Lâm
Huế, 03- 2014
i
MỤC LỤC
Mục lục ............................. 1
MỞ ĐẦU ............................ 3
1 Những nguyên lý cơ bản và các đặc trưng đo lường 4
1.1 Các định nghĩa và đặc trưng chung . . . . . . . . . . . . 4
1.2 Phân loại cảm biến . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
1.2.1 Cảm biến tích cực . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
1.2.2 Cảm biến thụ động . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
1.3 Các đại lượng ảnh hưởng . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
1.4 Mạch đo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
1.5 Sai số của phép đo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
1.5.1 Định nghĩa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
1.5.2 Phân loại . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
1.6 Chuẩn cảm biến . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
1.6.1 Chuẩn đơn giản . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
1.6.2 Chuẩn nhiều lần . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
1.7 Độ nhạy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
1.7.1 Định nghĩa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
1.7.2 Độ nhạy trong chế độ tĩnh . . . . . . . . . . . . . 16
1.7.3 Độ nhạy trong chế độ động . . . . . . . . . . . . 17
1.8 Độ tuyến tính . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
1
1.8.1 Điều kiện có tuyến tính . . . . . . . . . . . . . . . 18
1.8.2 Đường thẳng tốt nhất - độ lệch tuyến tính . . . . 18
1.9 Độ nhanh - thời gian hồi đáp . . . . . . . . . . . . . . . 19
1.10 Giới hạn sử dụng cảm biến . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
1.11 Các yêu cầu của cảm biến . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
2 Cảm biến biến dạng 22
2.1 Các định nghĩa và nguyên lý chung . . . . . . . . . . . . 22
2.1.1 Định nghĩa một số đại lượng cơ học . . . . . . . . 22
2.1.2 Nguyên lý chung . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
2.2 Đầu đo điện tở kim loại . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
2.2.1 Vật liệu và phương pháp chế tạo . . . . . . . . . . 26
2.2.2 Các đặc trưng chủ yếu . . . . . . . . . . . . . . . 27
KẾT LUẬN .......................... 30
TÀI LIỆU THAM KHẢO . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
2
MỞ ĐẦU
"Cảm biến" trong tiếng anh là "sensor" xuất phát từ chữ sense theo
nghĩa La tinh là cảm nhận. Người xưa đã nhờ đã nhờ vào các giác quan
và bộ não của mình để tìm hiểu thế giới tự nhiên và học cách sử dụng
hiểu biết này nhằm mục đích khai thác thế giới xung quanh phục vụ
đời sống của họ. Trong thời đại phát triển của khoa học kỹ thuật ngày
nay, việc nhận biết các vật thể, hiện tượng trong thế giới bao quanh
được tăng cường nhờ phát triển các dụng cụ đo lường và phân tích mà
ta gọi là cảm biến. Cảm biến được định nghĩa như một dụng cụ dùng
để biến đổi các đại lượng vật lý và các đại lượng không điện cần đo
thành các đại lượng điện có thể đo được (như dòng điện, điện thế, điện
dung, trở kháng ...). Nó là thành phần quan trọng nhất trong một thiết
bị đo hay trong một hệ thống điều khiển tự động. Nguyên lý hoạt động
của một cảm biến, trong nhiều trường hợp thực tế, cũng chính là
nguyên lý của phép đo hay của phương tiện điều khiển tự động.
Ứng dụng của cảm biến biến dạng không chỉ giới hạn ở việc đo ứng
lực cơ học. Trên thực tế, tất cả các đại lượng vật lý, đặc biệt là các đại
lượng cơ học, đều có thể đo được bằng đầu đo biến dạng nếu tác động
của chúng lên một vật trung gian làm cho vật này bị biến dạng. Thí
dụ, các đại lượng như áp suất, lực, gia tốc đều có thể đo được bằng
đầu đo biến dạng. Trong công nghiệp, các đại lượng cảm biến thường
dùng như loại cảm biến có đầu đo điện trở kim loại, đầu đo điện trở
bán dẫn-áp điện trở, ứng suất kế dây rung và các đầu đo dùng trong
chế độ động. Trong giới hạn tiểu luận này, tôi chỉ xét tới cảm biến
đầu đo điện trở kim loại.
3
Chương 1
Những nguyên lý cơ bản và các đặc
trưng đo lường
1.1 Các định nghĩa và đặc trưng chung
Các đại lượng vật lý là đối tượng đo lường như nhiệt độ, áp suất, ...
được gọi là đại lượng cần đo, kí hiệu là m. Sau khi tiến hành các công
đoạn thực nghiệm để đo m(dùng các phương tiện điện để xử lý tín
hiệu) ta nhận được đại lượng điện tương ứng ở đầu ra. Đại lượng điện
này cùng với sự biến đổi của nó chứa đựng tất cả các thông tin cần
thiết để nhận biết m. Việc đo đạc mthực hiện được là nhờ sử dụng các
cảm biến.
Cảm biến là một thiết bị chịu tác động của đại lượng cần đo m
không có tính chất điện và cho ta một đặc trưng mang bản chất điện
(như điện tích, điện áp, dòng điện hoặc trở kháng) ký hiệu là s. Đặc
trưng điện s là hàm của đại lượng cần đo m:
s=F(m)(1.1)
trong đó slà đại lượng đầu ra hoặc phản ứng của cảm biến và m là đại
lượng đầu vào hay kích thích (có nguồn gốc là đại lượng cần đo). Việc
4