TÀI LIỆU MÔN HỌC KĨ THUẬT CẢM BIẾN

TÀI LIỆU MÔN HỌC KĨ THUẬT CẢM BIẾN TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN ........................................................................................1 LỜI GIỚI THIỆU........................................................................................................2 MỤC LỤC...................................................................................................................3 MÔ UN Ỹ THUẬT CẢM BIẾN...........................................................................5 BÀI 1: HÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ CÁC BỘ CẢM BIẾN.........................................8 1. hái niệm cơ bản về các bộ cảm biến: ...................................................................8 2. Phạm vi sử dụng c a cảm biến................................................................................9 3. Ph n loại cảm biến: .................................................................................................9 BÀI 2: CẢM BIẾN NHIỆT Ộ................................................................................11 1. ại cƣơng ...............................................................................................................11 2 Nhiệt điện trở Platin và Niken................................................................................12 3 Cảm biến nhiệt độ với vật liệu Silic.......................................................................17 4. IC cảm biến nhiệt độ .............................................................................................20 5. Nhiệt điện trở NTC ...............................................................................................22 6. Nhiệt điện trở PTC................................................................................................24 7. Th c hành với cảm biến nhiệt độ Platin Pt 100, Pt1000 và ADT70.....................26 8. Th c hành với cảm biến LM35.............................................................................27 9. Th c hành với cảm biến nhiệt điện trở NTC ........................................................28 10. Th c hành với cảm biến nhiệt điện trở PTC.......................................................30 BÀI 3: CẢM BIẾN TIỆM CẬN VÀ CÁC LOẠI CẢM BIẾN XÁC ỊNH VỊ TRÍ, HOẢNG CÁCH .....................................................................................................32 1. Cảm biến tiệm cận (Proximity Sensor).................................................................32 2. Một số loại cảm biến xác định vị trí, khoảng cách khác.......................................41 3. Th c hành với cảm biến tiệm cận điện cảm..........................................................51 BÀI 4: PHƢƠNG PHÁP O LƢU LƢỢNG ...........................................................54 1. ại cƣơng ..............................................................................................................54 2. Phƣơng pháp đo lƣu lƣợng theo nguyên tắc chênh lệch áp suất...........................56 3. Phƣơng pháp đo lƣu lƣợng bằng tần số dòng xoáy...............................................60 BÀI 5: O VẬN TỐC VÕNG QUAY VÀ GÓC QUAY ........................................65 1. Một số phƣơng pháp đo vận tốc vòng quay cơ bản ..............................................65 2. o vận tốc vòng quay bằng phƣơng pháp Analog................................................65 3. o vận tốc vòng quay bằng phƣơng pháp quang điện tử .....................................67 4. o vận tốc vòng quay với nguyên tắc điện trở từ.................................................68 5. Cảm biến đo góc với tổ hợp có điện trở từ............................................................72 6. Máy đo góc tuyệt đối (Resolver)...........................................................................73 7. Th c hành đo góc với encoder tƣơng đối và tuyệt đối .........................................74 8. Th c hành với cảm biến đo vòng quay.................................................................75 BÀI 6: CẢM BIẾN QUANG IỆN .........................................................................78 1. ại cƣơng ..............................................................................................................78 KHOA N T TR ỜN O N N Ề N T 4 2. Cảm biến quang loại thu phát độc lập .................................................................. 85 3. Cảm biến quang loại phản xạ gƣơng .................................................................... 87 4. Cảm biến quang loại phản xạ khuếch tán ............................................................. 89 5. Một số ng dụng c a cảm biến quang điện .......................................................... 90 6. Th c hành với cảm biến quang............................................................................. 93 TÀI LIỆU THAM HẢO ........................................................................................ 96 1. Khái niệm cơ bản về các bộ cảm biến hái niệm: Cảm biến là thiết bị dùng để cảm nhận và biến đổi các đại lƣợng vật l và các đại lƣợng không có tính chất về điện cần đo thành các đại lƣợng mang tính chất về điện có thể đo và xử l đƣợc Các đại lƣợng cần đo (m) thƣờng không có tính chất về điện nhƣ nhiệt độ,áp suất,…tác động lên cảm biến cho ta một đặc trƣng (s) mang tính chất điện nhƣ điện áp, điện tích,dòng điện hoặc trở kháng ch a đ ng thông tin cho phép xác định giá trị c a đại lƣợng đo. ặc trƣng (s) là hàm c a đại lƣợng cần đo (m) : s = f(m) (1) Ngƣời ta gọi (s) là đại lƣợng đầu ra hoặc là phản ng c a cảm biến,(m) là đại lƣợng đầu vào hay kích thích(có nguồn gốc là đại lƣợng cần đo). Thông qua đo đạc (s) cho phép nhận biết giá trị (m). Các đặc trƣng cơ bản c a cảm biến : ộ nhạy c a cảm biến ối với cảm biến tuyến tính,giữa biến thiên đầu ra s và biến thiên đầu vào m có s liên hệ tuyến tính: s = S. m (2) ại lƣợng S đƣợc xác định bởi biểu th c m s S    (3) đƣợc gọi là độ nhạy c a cảm biến. Sai số và độ chính xác Các bộ cảm biến cũng nhƣ các dụng cụ đo lƣờng khác, ngoài đại lƣợng cần đo (cảm nhận) còn chịu tác động c a nhiều đại lƣợng vật l khác g y nên sai số giữa giá trị đo đƣợc và giá trị th c c a đại lƣợng cần đo. Gọi x là độ lệch tuyệt đối giữa giá trị đo và giá trị th c x (sai số tuyệt đối), sai số tƣơng đối c a bộ cảm biến đƣợc tính bằng : .100 x x   ,% (4) Sai số c a cảm biến mang tính chất ƣớc tính bởi vì không thể biết chính xác giá trị th c c a đại lƣợng cần đo. ộ nhanh và thời gian hồi đáp ộ nhanh là đặc trƣng c a cảm biến cho phép đánh giá khả n ng theo kịp về thời gian c a đại lƣợng đầu ra khi đại lƣợng đầu vào biến thiên. Thời gian hồi đáp là đại lƣợng đƣợc sử dụng để xác định giá trị số c a độ nhanh. KHOA N T TR ỜN O N N Ề N T 9 ộ nhanh t r là khoảng thời gian từ khi đại lƣợng đo thay đổi đột ngột đến khi khi biến thiên c a đại lƣợng đầu ra chỉ còn khác giá trị cuối cùng một lƣợng giới hạn  tính bằng %. Thời gian hồi đáp tƣơng ng với  (%) xác định khoảng thời gian cần thiết phải chờ đợi sau khi có s biến thiên đại lƣợng đo để lấy giá trị c a đầu ra với độ chính xác định trƣớc. thời gian hồi đáp đặc trƣng cho chế độ quá độ c a cảm biến và là hàm c a các thông số thời gian xác định chế độ này. Trong trƣờng hợp s thay đổi c a đại lƣợng đo có dạng bậc thang, các thông số thời gian gồm thời gian tr khi t ng (t dm ) và thời gian t ng (t m ) ng với s t ng đột ngột c a đại lƣợng đo hoặc thời gian tr khi giảm (t dc ) và thời gian giảm (t c ) ng vơi s giảm đột ngột c a đại lƣợng đo. hoảng thời gian tr khi t ng (t dm ) là thời gian cần thiết để đại lƣợng đầu ra t ng từ giá trị ban đầu c a nó đến 10% c a biến thiên tổng cộng c a đại lƣợng này và khoảng thời gian t ng (t m ) là thời gian cần thiết để đại lƣợng đầu ra t ng từ 10% đến 90% biến thiên tổng cộng c a nó. Tƣơng t khi đại lƣợng đo giảm, thời gian tr khi giảm (t dc ) là thời gian cần thiết để đại lƣợng đầu ra giảm từ giá trị ban đầu c a nó đến 10% biến thiên tổng cộng c a đại lƣợng này và khoảng thời gian giảm (t c ) là thời gian cần thiết để đại lƣợng đầu ra giảm từ 10% đến 90% biến thiên tổng cộng c a nó. Các thông số về thời gian (t r ) ,(t dm ) ,(t m ) ,(t dc ) ,(t c ) c a cảm biến cho phép ta đánh giá về thời gian hồi đáp c a nó. Hình 1.1 Xác định các khoảng thời gian đặc trưng cho chế độ quá độ 2. Phạm vi sử dụng của cảm biến Ngày nay các bộ các biến đƣợc sử dụng nhiều trong các ngành kinh tế và kỹ thuật nhƣ trong các ngành công nghiệp, nô

HÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ CÁC BỘ CẢM BIẾN

CẢM BIẾN NHIỆT Ộ

ại cương

2 Nhiệt điện trở với Platin và

IC cảm biến nhiệt độ

3 Cảm biến nhiệt dộ với vật liệu

4 IC cảm biến nhiệt độ

Nhiệt điện trở NTC

7.Th c hành với cảm biến nhiệt độ

8 Th c hành với cảm biến LM35

9 Th c hành với cảm biến nhiệt điện trở

10 Th c hành với cảm biến nhiệt điện trở PTC

3 Bài 3: ảm biến tiệm cận và một số loại cảm biến xác định vị trí và khoảng cách khác

2 Một số loại cảm biến xác định vị trí, khoảng cách khác

3 Th c hành với cảm biến tiệm cận điện cảm

4 Th c hành với cảm biến tiệm cận điện dung

5 Th c hành với cảm biến từ

6 Th c hành với cảm biến ph n loại màu

4 Bài 4: Phương pháp đo lưu lượng 12 4 7 1

2 Phương pháp đo lưu lượng theo nguyên tắc chênh lệch áp suất

3 Phương pháp đo lưu lượng bằng tần số dòng xoáy

4 Th c hành với cảm biến đo lưu lƣợng

5 Bài 5: o vận tốc vòng quay và góc quay

1 Một số phương pháp cơ bản

2 o vận tốc vòng quay bằng phương pháp Analog

3 o vận tốc vòng quay bằng phương pháp quang điện tử

4 o vận tốc vòng quay với nguyên tắc điện trở từ

5 Cảm biến đo góc với tổ hợp có điện trở từ

6 Máy đo góc tuyệt đối

7 Th c hành đo góc với encoder tương đối và tuyệt đối

8 Th c hành với cảm biến đo vòng

6 Bài 6: ảm biến quang điện 12 3 8 1

2 Cảm biến quang loại thu phát độc lập

3 Cảm biến quang loại phản xạ

4 Cảm biến quang loại khuếch tán

5 Một số ng dụng c a cảm biến quang điện

6 Th c hành với cảm biến quang

BÀI 1: K Á N M BẢN VỀ Á BỘ ẢM B ẾN

Các bộ cảm biến đóng vai trò quan trọng trong nhiều lĩnh vực kinh tế và kỹ thuật, đặc biệt là trong các thí nghiệm và nghiên cứu khoa học Trong lĩnh vực tự động hóa, cả cảm biến thông thường và đặc biệt đều được sử dụng để theo dõi và điều khiển các quy trình Với sự đa dạng và phong phú về loại hình, các cảm biến từ nhiều nhà sản xuất khác nhau giúp con người nhận biết và giám sát hoạt động của máy móc trong tự động hóa công nghiệp.

Sau khi học xong bài này học viên có đ khả n ng :

- Phát biểu đƣợc khái niệm về các bộ cảm biến

- Trình bày được các ng dụng và phương pháp ph n loại các bộ cảm biến

- Rèn luyện tính tƣ duy và tác phong công nghiệp

1 Khái niệm cơ bản về các bộ cảm biến

Cảm biến là thiết bị có khả năng nhận biết và chuyển đổi các đại lượng vật lý cũng như đại lượng phi điện thành các đại lượng điện có thể đo lường và xử lý.

Các đại lượng cần đo (m) như nhiệt độ, áp suất không có tính chất điện, nhưng chúng tác động lên cảm biến để tạo ra đặc trưng (s) mang tính điện như điện áp, điện tích, dòng điện hoặc trở kháng Đặc trưng (s) là hàm của đại lượng cần đo (m), được biểu diễn bằng công thức s = f(m) Trong đó, (s) được gọi là đại lượng đầu ra hoặc phản ứng của cảm biến, còn (m) là đại lượng đầu vào hay kích thích, có nguồn gốc từ đại lượng cần đo Qua việc đo đạc (s), ta có thể xác định giá trị của (m).

* Các đặc trƣng cơ bản c a cảm biến :

- ộ nhạy c a cảm biến ối với cảm biến tuyến tính,giữa biến thiên đầu ra  s và biến thiên đầu vào  m có s liên hệ tuyến tính:

 s = S. m (2) ại lƣợng S đƣợc xác định bởi biểu th c m

  (3) đƣợc gọi là độ nhạy c a cảm biến

- Sai số và độ chính xác

Các bộ cảm biến và dụng cụ đo lường không chỉ đơn thuần đo đại lượng cần cảm nhận mà còn bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố khác, dẫn đến sai số giữa giá trị đo được và giá trị thực của đại lượng Độ lệch tuyệt đối giữa giá trị đo và giá trị thực được gọi là  x (sai số tuyệt đối) Sai số tương đối của bộ cảm biến được tính dựa trên độ lệch này.

Sai số c a cảm biến mang tính chất ƣớc tính bởi vì không thể biết chính xác giá trị th c c a đại lƣợng cần đo

Độ nhanh và thời gian hồi đáp là hai đặc trưng quan trọng của cảm biến Độ nhanh cho phép đánh giá khả năng theo kịp sự biến thiên của đại lượng đầu vào, trong khi thời gian hồi đáp được sử dụng để xác định giá trị số của độ nhanh Những yếu tố này đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo sự chính xác và hiệu quả của cảm biến trong các ứng dụng thực tiễn.

Thời gian hồi đáp (9 ộ nhanh t r) là khoảng thời gian từ khi đại lượng đo thay đổi đột ngột đến khi biến thiên của đại lượng đầu ra chỉ còn khác giá trị cuối cùng một lượng giới hạn ε tính bằng % Thời gian hồi đáp tương ứng với ε (%) xác định khoảng thời gian cần thiết để lấy giá trị đầu ra với độ chính xác định trước Thời gian hồi đáp đặc trưng cho chế độ quá độ của cảm biến và phụ thuộc vào các thông số thời gian xác định chế độ này.

Khi s xảy ra sự thay đổi c của đại lượng đo dạng bậc thang, các thông số thời gian được xác định bao gồm thời gian tr khi t ng (t dm ) và thời gian t ng (t m ) Thời gian tr khi t ng (t dm ) là khoảng thời gian cần thiết để đại lượng đầu ra tăng từ giá trị ban đầu đến 10% của biến thiên tổng cộng, trong khi thời gian t ng (t m ) là thời gian cần thiết để đại lượng đầu ra tăng từ 10% đến 90% của biến thiên tổng cộng Ngoài ra, còn có thời gian tr khi giảm (t dc ) và thời gian giảm (t c ) tương ứng với sự giảm đột ngột của đại lượng đo.

Thời gian tr khi giảm (t dc) là khoảng thời gian cần thiết để đại lượng đầu ra giảm từ giá trị ban đầu đến 10% biến thiên tổng cộng của nó, trong khi thời gian giảm (t c) là thời gian cần thiết để đại lượng đầu ra giảm từ 10% đến 90% biến thiên tổng cộng.

Các thông số về thời gian (t r ) ,(t dm ) ,(t m ) ,(t dc ) ,(t c ) c a cảm biến cho phép ta đánh giá về thời gian hồi đáp c a nó

Hình 1.1 Xác định các khoảng thời gian đặc trưng cho chế độ quá độ

2 Phạm vi sử dụng của cảm biến

Ngày nay, các bộ cảm biến đóng vai trò quan trọng trong nhiều lĩnh vực kinh tế và kỹ thuật, bao gồm công nghiệp, nông nghiệp và giao thông vận tải Đặc biệt, các bộ cảm biến nhạy được sử dụng rộng rãi trong các thí nghiệm và nghiên cứu khoa học Trong lĩnh vực tự động hóa, các bộ cảm biến đa dạng, từ những loại thông thường đến những loại đặc biệt, được áp dụng phổ biến để nâng cao hiệu quả và độ chính xác trong quy trình.

Các bộ cảm biến đƣợc ph n loại theo các đặc trƣng cơ bản sau đ y:

- Theo nguyên tắc chuyển đổi giữa đáp ng và kích thích

Hiện tượng Chuyển đổi giữa đáp ứng và kích thích

Hiện tƣợng vật l Nhiệt điện, quang điện, quang từ , điện từ, quang đàn hồi, từ điện, nhiệt từ,…

Hóa học Biến đổi hoá học, Biến đổi điện hoá, Ph n tích phổ,… Sinh học Biến đổi sinh hoá, Biến đổi vật l , Hiệu ng trên cơ thể sống,…

Kích thích là một hiện tượng quan trọng trong nhiều lĩnh vực, bao gồm âm thanh và điện Các đặc tính của kích thích liên quan đến biên pha, phổ và tốc độ truyền sóng Trong lĩnh vực điện, các yếu tố như điện tích, dòng điện, điện thế, điện áp và điện trường đóng vai trò then chốt Ngoài ra, điện dẫn và hằng số điện môi cũng là những yếu tố quan trọng cần được xem xét khi nghiên cứu về kích thích.

Từ -Từ trường-Từ thông, cường độ từ trường- ộ từ thẩm…

Cơ -Vị trí-L c, áp suất-Gia tốc, vận tốc, ng suất, độ c ng-

Mômen - hối lƣợng, tỉ trọng- ộ nhớt…

Quang -Phổ-Tốc độ truyền-Hệ số phát xạ, khúc xạ…

Nhiệt -Nhiệt độ-Thông lƣợng-Tỷ nhiệt…

B c xạ - iểu-N ng lượng-Cường độ…

+ ộ nhạy + hả n ng quá tải

+ ộ chính xác + Tốc độ đáp ng + ộ ph n giải + ộ ổn định + ộ tuyến tính + Tuổi thọ + Công suất tiêu thụ + iều kiện môi trường + Dải tần + ích thước, trọng lượng + ộ tr

- Ph n loại theo phạm vi sử dụng

+ Nghiên c u khoa học + D n dụng + Môi trường, khí tượng + Giao thông vận tải

- Theo thông số c a mô hình mạch điện thay thế

+ Cảm biến tích c c (có nguồn): ầu ra là nguồn áp hoặc nguồn dòng

Cảm biến thụ động là loại cảm biến không tự tạo ra nguồn năng lượng mà cần nguồn năng lượng bên ngoài để thực hiện nhiệm vụ đo lường Chúng được đặc trưng bởi các thông số như điện trở (R), cảm kháng (L) và dung kháng (C), có thể là tuyến tính hoặc phi tuyến.

1 Nêu một số ví dụ cụ thể về ng dụng c a một số loại cảm biến trong công nghiệp và d n dụng

YÊU U VỀ ÁN Á KẾT QUẢ Ọ TẬP BÀ 1

+ Về kiến th c: Trình bày đƣợc khái niệm, ng dụng và cách ph n loại các bộ cảm biến

+ N ng l c t ch và trách nhiệm: ảm bảo an toàn và vệ sinh công nghiệp

+ Về kiến th c: ƣợc đánh giá bằng hình th c kiểm tra viết, trắc nghiệm

+ N ng l c t ch và trách nhiệm: Tỉ mỉ, cẩn thận, chinh xác, ng n nắp trong công việc

Cảm biến nhiệt độ là thiết bị quan trọng trong nhiều lĩnh vực kinh tế và kỹ thuật, vì chúng ảnh hưởng lớn đến tính chất của vật chất Nhiệt độ không chỉ quyết định các đặc tính vật lý mà còn tác động đến các đại lượng khác như áp suất và thể tích của chất khí.

Cảm biến nhiệt độ nhạy cảm là thiết bị quan trọng trong các thí nghiệm và nghiên cứu khoa học Trong lĩnh vực động hóa, các cảm biến thông thường và đặc biệt được sử dụng để thu thập dữ liệu chính xác và nâng cao hiệu quả nghiên cứu.

Sau khi học xong bài này học viên có đ khả n ng:

- Trình bày đƣợc cấu tạo, đặc tính c a các loại cảm biến theo nội dung đ học

- Th c hiện đƣợc các mạch cảm biến đúng yêu cầu kỹ thuật

- Rèn luyện tính tỷ mỉ, chính xác và an toàn vệ sinh công nghiệp

Nhiệt độ có ba thang đo

Thang Kelvin, còn được gọi là thang nhiệt độ động học tuyệt đối, có đơn vị đo là Kelvin (K) Trong hệ thống thang Kelvin, nhiệt độ của ba trạng thái của nước (đá, nước, hơi) được gán giá trị 273,15 K (thường làm tròn thành 273 K) tại điểm chuyển tiếp của chúng.

Từ thang elvin người ta xác định thêm các thang mới là thang Celsius và thang Fahrenheit bằng cách chuyển dịch các giá trị nhiệt độ

- Thang Celsius: đơn vị nhiệt độ là o C Quan hệ giữa nhiệt độ Celsius và nhiệt độ Kelvin đƣợc xác định theo biểu th c:

- Thang Fahrenheit: đơn vị nhiệt độ là o F

Ta có chuyển đổi qua lại giữa o C và o F nhƣ sau:

Bảng 2.1 Thông số đặc trưng của các thang đo nhiệt độ khác nhau

Nhiệt độ Kelvin (K) Celsius ( o C) Fahrenheit

C n bằng nước-nước đá-hơi nước 273,16 0,01 32,018

1.2 Nhiệt độ cần đo và nhiệt độ được đo

Nhiệt độ là một trong những đại lượng vật lý quan trọng nhất, ảnh hưởng đến nhiều tính chất của vật chất Nó quyết định sự thay đổi áp suất và thể tích của chất khí, cũng như tác động đến điện trở của kim loại.

12 loại,…hay nói cách khác nhiệt độ làm thay đổi liên tục các đại lượng chịu ảnh hưởng c a nó

Có nhiều cách đo nhiệt độ, trong đó có thể liệt kê các phương pháp chính sau

- Phương pháp quang d a trên s ph n bố phổ b c xạ nhiệt do dao động nhiệt (hiệu ng Doppler)

- Phương pháp cơ d a trên s gi n nở c a vật rắn, c a chất l ng hoặc chất khí (với áp suất không đổi), hoặc d a trên tốc độ m thanh

- Phương pháp điện d a trên s phụ thuộc c a điện trở vào nhiệt độ (hiệu ng

Seebeck), hoặc d a trên s thay đổi tần số dao động c a thạch anh

2 Nhiệt điện trở Platin và Niken

2.1 iện trở kim loại thay đổi theo nhiệt độ

Nhiệt điện trở là linh kiện mà điện trở c a bản th n nó sẽ thay đổi khi nhiệt độ tác động lên nó thay đổi

Nhiệt điện trở thường được chế tạo từ các vật liệu có khả n ng chịu nhiệt như:

- Nhiệt điện trở đồng với khả n ng chịu nhiệt: -50 o C đến 180 o C

- Nhiệt điện trở niken với khả n ng chịu nhiệt: 0 o C đến 300 o C

- Nhiệt điện trở platin với khả n ng chịu nhiệt: -180 o C đến 1200 o C

Th c hành với cảm biến nhiệt điện trở NTC

CẢM BIẾN TIỆM CẬN VÀ CÁC LOẠI CẢM BIẾN XÁC ỊNH VỊ TRÍ, HOẢNG CÁCH

Một số loại cảm biến xác định vị trí, khoảng cách khác

PHƯƠNG PHÁP O LƯU LƯỢNG

Phương pháp đo lưu lượng theo nguyên tắc chênh lệch áp suất

nguyên tắc chênh lệch áp suất.

O VẬN TỐC VÕNG QUAY VÀ GÓC QUAY

o vận tốc vòng quay bằng phương pháp Analog

o vận tốc vòng quay bằng phương pháp quang điện tử

phương pháp quang điện tử

o vận tốc vòng quay với nguyên tắc điện trở từ

nguyên tắc điện trở từ

Cảm biến đo góc với tổ hợp có điện trở từ

Th c hành đo góc với encoder tương đối và tuyệt đối

tương đối và tuyệt đối

Th c hành với cảm biến đo vòng quay

CẢM BIẾN QUANG IỆN

Cảm biến quang loại thu phát độc lập

Các bộ cảm biến đóng vai trò quan trọng trong nhiều lĩnh vực kinh tế và kỹ thuật, đặc biệt là trong các thí nghiệm và nghiên cứu khoa học nhờ vào độ nhạy cao của chúng Trong lĩnh vực tự động hóa, cả cảm biến thông thường và đặc biệt đều được sử dụng để theo dõi và điều khiển các quá trình Với sự đa dạng và phong phú từ nhiều nhà sản xuất, cảm biến giúp con người nhận diện và quản lý hiệu quả hoạt động của máy móc trong tự động hóa công nghiệp.

Cảm biến là thiết bị có khả năng nhận biết và chuyển đổi các đại lượng vật lý cũng như những đại lượng không mang tính chất điện thành các đại lượng điện có thể đo và xử lý được.

Các đại lượng cần đo (m) như nhiệt độ và áp suất không có tính chất điện, nhưng chúng tác động lên cảm biến để tạo ra đặc trưng điện (s) như điện áp, điện tích, dòng điện hoặc trở kháng Đặc trưng (s) là hàm của đại lượng cần đo (m), được biểu thị bằng công thức s = f(m) Trong đó, (s) được gọi là đại lượng đầu ra hoặc phản ứng của cảm biến, còn (m) là đại lượng đầu vào hay kích thích, có nguồn gốc từ đại lượng cần đo Qua việc đo đạc (s), ta có thể xác định giá trị của (m).

Các bộ cảm biến và dụng cụ đo lường không chỉ đo đại lượng cần thiết mà còn bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố vật lý khác, dẫn đến sai số giữa giá trị đo được và giá trị thực Độ lệch tuyệt đối giữa giá trị đo và giá trị thực được ký hiệu là Δx (sai số tuyệt đối), trong khi sai số tương đối của bộ cảm biến được tính toán dựa trên các thông số này.

Độ nhạy và thời gian hồi đáp là hai đặc trưng quan trọng của cảm biến Độ nhạy cho phép đánh giá khả năng theo kịp sự biến đổi của đại lượng đầu ra khi đại lượng đầu vào thay đổi Thời gian hồi đáp được sử dụng để xác định giá trị số của độ nhạy, phản ánh tốc độ phản ứng của cảm biến với các biến đổi.

Thời gian hồi đáp là khoảng thời gian từ khi đại lượng đo thay đổi đột ngột đến khi đại lượng đầu ra chỉ còn khác giá trị cuối cùng một lượng giới hạn ε tính bằng % Thời gian hồi đáp tương ứng với ε (%) xác định khoảng thời gian cần thiết phải chờ đợi sau khi có sự biến thiên đại lượng đo để lấy giá trị đầu ra với độ chính xác định trước Thời gian hồi đáp đặc trưng cho chế độ quá độ của cảm biến và phụ thuộc vào các thông số thời gian xác định chế độ này.

Khi đại lượng đo có sự thay đổi theo dạng bậc thang, các thông số thời gian quan trọng bao gồm thời gian tr khi tăng (t dm) và thời gian tăng (t m) liên quan đến sự tăng đột ngột của đại lượng đo, cũng như thời gian tr khi giảm (t dc) và thời gian giảm (t c) liên quan đến sự giảm đột ngột của đại lượng đo Thời gian tr khi tăng (t dm) là khoảng thời gian cần thiết để đại lượng đầu ra tăng từ giá trị ban đầu đến 10% của biến thiên tổng cộng, trong khi thời gian tăng (t m) là khoảng thời gian cần thiết để đại lượng đầu ra tăng từ 10% đến 90% của biến thiên tổng cộng.

Thời gian tr khi giảm (t dc) là khoảng thời gian cần thiết để đại lượng đầu ra giảm từ giá trị ban đầu xuống 10% biến thiên tổng cộng, trong khi thời gian giảm (t c) là thời gian để đại lượng đầu ra giảm từ 10% đến 90% biến thiên tổng cộng của nó.

Ngày nay, các bộ cảm biến đóng vai trò quan trọng trong nhiều lĩnh vực kinh tế và kỹ thuật, bao gồm công nghiệp, nông nghiệp và giao thông vận tải Chúng đặc biệt nhạy và thường được sử dụng trong các thí nghiệm cũng như nghiên cứu khoa học Trong lĩnh vực tự động hóa, các bộ cảm biến được ứng dụng rộng rãi với đa dạng loại hình, từ các bộ cảm biến thông thường đến những bộ cảm biến chuyên dụng.

Kích thích có nhiều đặc tính quan trọng, bao gồm âm thanh với các yếu tố như biên pha, phổ và tốc độ truyền sóng Ngoài ra, trong lĩnh vực điện, các khái niệm như điện tích, dòng điện, điện thế, điện áp, điện trường, điện dẫn và hằng số điện môi cũng đóng vai trò quan trọng trong việc hiểu và ứng dụng các hiện tượng kích thích.

Cảm biến thụ động là loại cảm biến không cần nguồn năng lượng riêng để hoạt động, mà chỉ sử dụng năng lượng từ môi trường xung quanh để thực hiện nhiệm vụ đo lường Chúng được đặc trưng bởi các thông số như điện trở (R), độ tự cảm (L) và điện dung (C), có thể là tuyến tính hoặc phi tuyến.

Cảm biến nhiệt độ là thiết bị quan trọng trong nhiều lĩnh vực kinh tế và kỹ thuật, vì nó ảnh hưởng trực tiếp đến tính chất của vật chất Nhiệt độ có thể tác động đến các đại lượng khác như áp suất và thể tích của chất khí, do đó việc sử dụng cảm biến nhiệt độ là cần thiết để đảm bảo sự chính xác trong các quá trình và ứng dụng liên quan.

Cảm biến nhiệt độ rất nhạy cảm và được ứng dụng rộng rãi trong các thí nghiệm cũng như trong nghiên cứu khoa học Trong lĩnh vực động hóa, các cảm biến thông thường và đặc biệt đều được sử dụng để thu thập dữ liệu chính xác.

Thang Kelvin, hay còn gọi là thang nhiệt độ động học tuyệt đối, được sử dụng để đo nhiệt độ với đơn vị Kelvin (K) Trong thang này, nhiệt độ 0 K được gán cho điểm đông đặc của nước, tương ứng với nhiệt độ 273,15 K (thường được làm tròn thành 273 K) tại ba trạng thái của nước: đá, nước và hơi.

Nhiệt độ là một trong những đại lượng vật lý quan trọng nhất, đóng vai trò quyết định trong nhiều tính chất của vật chất Nó ảnh hưởng đến áp suất và thể tích của chất khí, cũng như làm thay đổi điện trở của kim loại.

Th c hành với cảm biến quang

4 Bài 4: Phương pháp đo lưu lượng 12 4 7 1

2 Phương pháp đo lưu lượng theo nguyên tắc chênh lệch áp suất

3 Phương pháp đo lưu lượng bằng tần số dòng xoáy

4 Th c hành với cảm biến đo lưu lƣợng

5 Bài 5: o vận tốc vòng quay và góc quay

1 Một số phương pháp cơ bản

2 o vận tốc vòng quay bằng phương pháp Analog

3 o vận tốc vòng quay bằng phương pháp quang điện tử

4 o vận tốc vòng quay với nguyên tắc điện trở từ

5 Cảm biến đo góc với tổ hợp có điện trở từ

6 Máy đo góc tuyệt đối

7 Th c hành đo góc với encoder tương đối và tuyệt đối

8 Th c hành với cảm biến đo vòng

6 Bài 6: ảm biến quang điện 12 3 8 1

2 Cảm biến quang loại thu phát độc lập

Cảm biến đóng vai trò quan trọng trong nhiều lĩnh vực kinh tế và kỹ thuật, đặc biệt là trong các thí nghiệm và nghiên cứu khoa học nhờ vào độ nhạy cao của chúng Trong tự động hóa, cả cảm biến thông thường và đặc biệt đều được sử dụng để theo dõi và điều khiển các quá trình Với sự đa dạng và phong phú của các loại cảm biến từ nhiều nhà sản xuất khác nhau, chúng giúp con người dễ dàng nhận biết và quản lý hoạt động của máy móc trong tự động hóa công nghiệp.

Cảm biến là thiết bị chuyển đổi các đại lượng vật lý và không có tính chất điện thành các đại lượng điện có thể đo và xử lý.

Các đại lượng cần đo như nhiệt độ và áp suất không có tính chất điện, nhưng chúng tác động lên cảm biến để tạo ra đặc trưng điện như điện áp, điện tích, dòng điện hoặc trở kháng Đặc trưng này được biểu diễn bằng hàm số s = f(m), trong đó s là đại lượng đầu ra của cảm biến và m là đại lượng đầu vào Qua việc đo đạc đặc trưng s, chúng ta có thể xác định giá trị của đại lượng cần đo m.

Các bộ cảm biến và dụng cụ đo lường không chỉ ghi nhận đại lượng cần đo mà còn bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố vật lý khác, dẫn đến sai số giữa giá trị đo được và giá trị thực của đại lượng Độ lệch tuyệt đối giữa giá trị đo và giá trị thực được gọi là  x (sai số tuyệt đối), trong khi sai số tương đối của bộ cảm biến được tính dựa trên độ lệch này.

Độ nhanh và thời gian hồi đáp là hai đặc trưng quan trọng của cảm biến Độ nhanh cho phép đánh giá khả năng theo kịp của cảm biến với sự biến thiên của đại lượng đầu vào, trong khi thời gian hồi đáp được sử dụng để xác định giá trị số của độ nhanh.

Thời gian hồi đáp (9 ộ nhanh t r) là khoảng thời gian từ khi đại lượng đo thay đổi đột ngột đến khi biến thiên của đại lượng đầu ra chỉ còn khác giá trị cuối cùng một lượng giới hạn ε tính bằng % Thời gian hồi đáp tương ứng với ε (%) xác định thời gian cần thiết phải chờ đợi sau khi có sự biến thiên đại lượng đo để lấy giá trị của đầu ra với độ chính xác định trước Thời gian hồi đáp đặc trưng cho chế độ quá độ của cảm biến và là hàm của các thông số thời gian xác định chế độ này.

Khi đại lượng đo có dạng bậc thang thay đổi, các thông số thời gian cần được xác định, bao gồm thời gian trễ khi tăng (t dm ) và thời gian tăng (t m ) Thời gian trễ (t dm ) là khoảng thời gian cần thiết để đại lượng đầu ra tăng từ giá trị ban đầu đến 10% của biến thiên tổng cộng, trong khi thời gian tăng (t m ) là khoảng thời gian cần thiết để đại lượng đầu ra tăng từ 10% đến 90% của biến thiên tổng cộng Ngoài ra, thời gian trễ khi giảm (t dc ) và thời gian giảm (t c ) cũng cần được xem xét tương ứng với sự giảm đột ngột của đại lượng đo.

Thời gian tr khi giảm (t dc) là khoảng thời gian cần thiết để đại lượng đầu ra giảm từ giá trị ban đầu xuống 10% tổng biến thiên, trong khi đó, khoảng thời gian giảm (t c) là thời gian cần thiết để đại lượng đầu ra giảm từ 10% đến 90% tổng biến thiên.

Ngày nay, cảm biến đóng vai trò quan trọng trong nhiều lĩnh vực kinh tế và kỹ thuật, bao gồm công nghiệp, nông nghiệp và giao thông vận tải Các bộ cảm biến đặc biệt, với độ nhạy cao, thường được áp dụng trong các thí nghiệm và nghiên cứu khoa học Trong lĩnh vực tự động hóa, cảm biến được sử dụng rộng rãi với nhiều loại khác nhau, từ cảm biến thông thường đến các loại cảm biến chuyên dụng.

Kích thích có nhiều đặc tính quan trọng như âm thanh, bao gồm biên pha, phổ và tốc độ truyền sóng Ngoài ra, trong lĩnh vực điện, các yếu tố như điện tích, dòng điện, điện thế, điện áp, điện trường, điện dẫn và hằng số điện môi cũng đóng vai trò quan trọng trong việc hiểu và ứng dụng kích thích.

Cảm biến thụ động là loại cảm biến không có nguồn năng lượng riêng, mà cần nguồn năng lượng phụ để thực hiện nhiệm vụ đo lường Chúng được đặc trưng bởi các thông số như điện trở (R), cảm kháng (L) và điện dung (C), có thể là tuyến tính hoặc phi tuyến.

Cảm biến nhiệt độ đóng vai trò quan trọng trong nhiều lĩnh vực kinh tế và kỹ thuật, vì nó quyết định tính chất của vật chất Nhiệt độ có ảnh hưởng lớn đến các đại lượng như áp suất và thể tích của chất khí, do đó việc sử dụng cảm biến nhiệt độ là cần thiết để kiểm soát và tối ưu hóa các quy trình liên quan.

Cảm biến nhiệt độ là thiết bị nhạy cảm, thường được ứng dụng trong các thí nghiệm và nghiên cứu khoa học Trong lĩnh vực động hóa, các cảm biến thông thường và đặc biệt đều được sử dụng để thu thập dữ liệu chính xác.

Thang Kelvin, hay còn gọi là thang nhiệt độ động học tuyệt đối, được sử dụng để đo nhiệt độ với đơn vị Kelvin (K) Trong thang này, nhiệt độ của điểm 0°C được gán giá trị 273,15 K, tương ứng với ba trạng thái của nước: đá, nước và hơi.

Nhiệt độ là một trong những đại lượng vật lý quan trọng nhất, ảnh hưởng đến nhiều tính chất của vật chất Nó quyết định sự thay đổi áp suất và thể tích của khí, cũng như tác động đến điện trở của kim loại.

Tiêu đề	Kỹ thuật cảm biến
Tác giả	Nguyễn Tuấn Khanh
Trường học	Cao đẳng nghề Cần Thơ
Chuyên ngành	Kỹ thuật cảm biến
Thể loại	giáo trình
Năm xuất bản	2018
Thành phố	Cần Thơ

Định dạng
Số trang	95
Dung lượng	2,83 MB