BÀI GIẢNG CẢM BIẾN pot

KỸ THUẬT CẢM BIẾN
GIỚI THIỆU CHUNG
Click to add Title
2
CẢM BIẾN ĐO NHIỆT ĐỘ
2
Click to add Title
2
CB ĐO LỰC, BIẾN DẠNG, ÁP SUẤT, HIỆU ÁP SUẤT,
LƯU TỐC
3
Click to add Title
2
CẢM BIẾN ĐO MỨC
4
GV: Trịnh Vũ Bảo – Khoa Điện – Đại Học Thành Đô
Click to add Title
2
CB ĐO CHUYỂN ĐỘNG VÀ KT HÌNH HỌC
5
Click to add Title
2
1
KN CB VÀ XU HƯỚNG PHÁT TRIỂN

KỸ THUẬT CẢM BIẾN
CHƯƠNG 1: K/N CẢM BIẾN
GV: Trịnh Vũ Bảo – Khoa Điện – Đại Học Thành Đô
Là những thiết bị có khả năng cảm nhận những đại
lượng điện và không điện, chuyển đổi chúng trở thành

những tín hiệu điện phù hợp với thiết bị thu nhận tín
hiệu.
Là những thiết bị không thể thiếu trong các hệ thống tự
động hoá và sản xuất công nghiệp.
1.1 KHÁI NIỆM CẢM BIẾN

KỸ THUẬT CẢM BIẾN
CHƯƠNG 1: K/N CẢM BIẾN
GV: Trịnh Vũ Bảo – Khoa Điện – Đại Học Thành Đô
1.2 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 tĩnh điện
- Chuyển đổi lượng tử
•
Theo kích thích: Quang, cơ, âm…
•
Theo tính năng
•
Theo ứng dụng
•
Theo mô hình thực tế: tích cực và thụ động

KỸ THUẬT CẢM BIẾN
1.2 PHÂN LOẠI CẢM BiẾN

Chương 1: Khái niệm Cảm biến

VÍ DỤ
•
Cảm biến thụ động
Đại lượng Thông số biến đổi Vật liệu làm CB
Nhiệt độ
Nhiệt độ rất thấp
Điện trở suất,
hằng số điện môi
Kim loại: Platine, nickel,
đồng chất bán dẫn
Thủy tinh
Biến dạng
Điện trở suất, độ từ
thẩm
Hợp kim niken, và silic mạ,
sắt từ
Vị trí
Điện trở suất Từ trở
Từ thông của bức xạ
quang
Điện trở suất
Bán dẫn
Độ ẩm
Điện trở suất, hằng
số điện môi
Chlorure de lithium
Hợp kim polymere
Mức

Hằng số điện môi
Cách điện lỏng

KỸ THUẬT CẢM BIẾN
1.2 PHÂN LOẠI CẢM BIẾN
Chương 1: Khái niệm Cảm biến

VÍ DỤ
•
Cảm biến tích cực
Đại lượng vật lý cần đo Hiệu ứng sử dụng Tín hiệu ra
Lực, áp suất, gia tốc
Áp điện Điện tích
Nhiệt độ Nhiệt điện
Điện áp
Tốc độ (vận tốc)
Cảm ứng điện từ
Điện áp
Vị trí
Hiệu ứng Hall
Điện áp
Từ thông, bức xạ quang
Hỏa quang,
bức xạ quang
Hiệu ứng quang áp
Hiệu ứng quang điện
từ
Điện tích
Dòng điện
Điện áp

Điện áp

KỸ THUẬT CẢM BIẾN
1.3 TIÊU CHÍ ĐÁNH GIÁ
Chương 1: Khái niệm Cảm biến
•
PHẠM VI CẢM NHẬN VÀ KHOẢNG CÁCH CẢM NHẬN
•
SAI SỐ

KỸ THUẬT CẢM BIẾN
1.3 TIÊU CHÍ ĐÁNH GIÁ
Chương 1: Khái niệm Cảm biến
•
PHẠM VI CẢM NHẬN VÀ KHOẢNG CÁCH CẢM NHẬN
Là giới hạn cảm nhận của cảm biến đối với đại lượng vật
lý cần đo.
Ví dụ:
Cảm biến nhiệt có tín hiệu ra bằng điện tỉ lệ với nhiệt độ
cần đo. Do đó trong khoảng giới hạn nhiệt độ trên và
dưới, mối quan hệ này còn được coi là tuyến tính. Vùng
tuyến tính đó được gọi là phạm vi cảm nhận.
Đối với cảm biến tiệm cận là khoảng giới hạn trên và
dưới mà cảm biến có thể phát hiện ra đối tượng, làm cho
đầu ra chuyển tín hiệu một cách chắc chắn.

KỸ THUẬT CẢM BIẾN
PHẠM VI CẢM NHẬN VÀ K/C CẢM NHẬN
Chương 1: Khái niệm Cảm biến – Tiêu chí đánh giá
Cao

Thấp
§Æc tÝnh ra cña mét ®iÖn trë nhiÖt (RTD)
Đối tượng
Cảm biến
Sn: Khoảng cách cảm nhận
của cảm biến tiệm cận

KỸ THUẬT CẢM BIẾN
1.3 TIÊU CHÍ ĐÁNH GIÁ
Chương 1: Khái niệm Cảm biến
•
SAI SỐ

Sai số do mắt trễ tín hiệu
Sự khác biệt lớn nhất giữa giá trị đầu ra đo được với giá trị
đầu ra lý thuyết khi tín hiệu đầu vào tăng hoặc giảm.
Mắt trễ của điện trở nhiệt (RTD)
Dải nhiệt độ ứng với điện áp V1
Dải điện áp ứng với t1
t1
V
t

KỸ THUẬT CẢM BIẾN
SAI SỐ
Chương 1: Khái niệm Cảm biến – Tiêu chí đánh giá

Sai số do độ phân giải
Độ phân giải: Là sự thay đổi lớn nhất của đại lượng vật lý
cần đo mà không gây ra sự thay đổi về tín hiệu đầu ra của

cảm biến.
Độ phân giải của điện trở nhiệt (RTD) với
đầu ra số
t
Độ phân giải
+/- 0.25°C

KỸ THUẬT CẢM BIẾN
SAI SỐ
Chương 1: Khái niệm Cảm biến – Tiêu chí đánh giá

Sai số do tuyến tính hoá
Với một sensor lí tưởng thì tín hiệu đầu vào luôn tỉ lệ tuyến
tính với tín hiệu đầu ra. Nhưng trên thực tế để có tín hiệu đo
tuyến tính, người ta luôn phải tiến hành tuyến tính hoá. Điều
này sẽ tạo ra sai số của tín hiệu
p
V
Tuyến tính hoá trong cảm biến áp suất
caothấp
thấp
cao
dải đo
đường cong thực tế
đường cong lí tưởng
sai số lớn nhất

KỸ THUẬT CẢM BIẾN
1.4 PHẠM VI SỬ DỤNG
Chương 1: Khái niệm Cảm biến

•
Cảm biến đo nhiệt độ (37,29%)
•
Cảm biến đo vị trí (27,12%)
•
Cảm biến đo di chuyển (16,27%)
•
Cảm biến đo áp suất (12,88%)
•
Cảm biến đo lưu lượng (1,36%)
•
Cảm biến đo mức (1,2%)
•
Cảm biến đo lực (1,2%)
•
Cảm biến đo độ ẩm (0,81%)
Xếp theo số lượng các loại CB bán tại Pháp năm 2002

KỸ THUẬT CẢM BIẾN
LĨNH VỰC ỨNG DỤNG
Chương 1: Khái niệm Cảm biến – Phạm vi sử dụng
•
Xe hơi: (38%)
•
Sản xuất công nghiệp: (20%)
•
Điện gia dụng: (11%)
•
Văn phòng: (9%)
•

Y tế: (8%)
•
An toàn: (6%)
•
Môi trường: (4%)
•
Nông nghiệp: (4%)
Xếp theo số lượng các loại CB bán tại Pháp năm 2002

KỸ THUẬT CẢM BIẾN
CHƯƠNG 2: CB ĐO NHIỆT ĐỘ
GV: Trịnh Vũ Bảo – Khoa Điện – Đại Học Thành Đô
1. CB NHIỆT ĐIỆN TRỞ
2. CB CẶP NHIỆT NGẪU
3. CB DỰA TRÊN LỚP CHUYỂN TIẾP
BÁN DẪN
4. CB DỰA TRÊN BỨC XẠ QUANG HỌC

KỸ THUẬT CẢM BIẾN
CHƯƠNG 2: CB ĐO NHIỆT ĐỘ
GV: Trịnh Vũ Bảo – Khoa Điện – Đại Học Thành Đô
2.1 KHÁI NIỆM CƠ BẢN
Nhiệt độ là một trong số những đại lượng có ảnh
hưởng rất lớn đến tính chất vật chất. Bởi vậy trong
nghiên cứu khoa học, trong công nghiệp cũng như
trong đời sống hàng ngày việc đo nhiệt độ là rất
thực tế. Tuy nhiên việc xác định chính xác một
nhiệt độ là một vấn đề không đơn giản. Đa số các
đại lượng vật lý đều có thể xác định trực tiếp nhờ
so sánh chúng với một đại lượng cùng bản chất.

Nhiệt độ là đại lượng chỉ có thể đo gián tiếp dựa
vào sự phụ thuộc của tính chất vật liệu vào nhiệt
độ.

KỸ THUẬT CẢM BIẾN
CHƯƠNG 2: CB ĐO NHIỆT ĐỘ
GV: Trịnh Vũ Bảo – Khoa Điện – Đại Học Thành Đô
2.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP CHUYỂN ĐỔI
Đo sự thay đổi điện trở nội
Đo sự thay đổi điện trở nội
Đo sự chênh lệch điện áp
Đo sự chênh lệch điện áp


Đầu ra của cảm biến nhiệt có thể dưới dạng tín
Đầu ra của cảm biến nhiệt có thể dưới dạng tín
hiệu dòng hoặc áp tỉ lệ với nhiệt độ cần đo
hiệu dòng hoặc áp tỉ lệ với nhiệt độ cần đo


Kiểu 1 thường là RTD hoặc Thermistor
Kiểu 1 thường là RTD hoặc Thermistor


kiểu 2 thường là cặp nhiệt ngẫu (can nhiệt)
kiểu 2 thường là cặp nhiệt ngẫu (can nhiệt)

KỸ THUẬT CẢM BIẾN
CHƯƠNG 2: CB ĐO NHIỆT ĐỘ
GV: Trịnh Vũ Bảo – Khoa Điện – Đại Học Thành Đô

2.3 CB NHIỆT ĐIỆN TRỞ
2.3 CB NHIỆT ĐIỆN TRỞ
2.3.1RTD (Resistance Temperature Detector
2.3.1RTD (Resistance Temperature Detector
)
)


-
RTD được chế tạo từ các dây dẫn nhậy cảm với
RTD được chế tạo từ các dây dẫn nhậy cảm với
nhiệt độ (phần tử điện trở), vật liệu phổ biến nhất là
nhiệt độ (phần tử điện trở), vật liệu phổ biến nhất là
platium, nickel, đồng, nickel-sắt. Chúng được đặt
platium, nickel, đồng, nickel-sắt. Chúng được đặt
trong ống bảo vệ
trong ống bảo vệ
-

Đối với RTD thì trở kháng tăng tuyến tính với
Đối với RTD thì trở kháng tăng tuyến tính với
nhiệt độ cần đo, do vậy RTD có
nhiệt độ cần đo, do vậy RTD có
hệ số nhiệt
hệ số nhiệt
dương
dương

KỸ THUẬT CẢM BIẾN
CHƯƠNG 2: CB ĐO NHIỆT ĐỘ

Cảm biến nhiệt điện trở- RTD(cảm biến kim loại)
-

Tấm cách
điện
Phần tử
điện trở
Vỏ bảo vệ

KỸ THUẬT CẢM BIẾN
CHƯƠNG 2: CB ĐO NHIỆT ĐỘ
Cảm biến nhiệt điện trở- RTD(cảm biến kim loại)
-


Đối với RTD thì trở kháng tăng tuyến tính với nhiệt độ cần
Đối với RTD thì trở kháng tăng tuyến tính với nhiệt độ cần
đo, do vậy RTD có
đo, do vậy RTD có
hệ số nhiệt dương
hệ số nhiệt dương
-


Để đo nhiệt độ, RTD được mắc theo kĩ thuật cầu điện trở.
Để đo nhiệt độ, RTD được mắc theo kĩ thuật cầu điện trở.
Cách mắc gây
Cách mắc gây
sai số
sai số

Cách mắc bù
Cách mắc bù
sai số.
sai số.
Với điều kiện
Với điều kiện
RL1 = RL2
RL1 = RL2
Đối với module RTD của PLC, thì
Đối với module RTD của PLC, thì
đã có mạch bù sai số, do vậy ta có
đã có mạch bù sai số, do vậy ta có
thể mắc trực tiếp RTD vào
thể mắc trực tiếp RTD vào
module.
module.


Trong trường hợp dùng module
Trong trường hợp dùng module
tương tự, thì ta cần thiết kế thêm cầu
tương tự, thì ta cần thiết kế thêm cầu
cân bằng, kết hợp với khuếch đại tín
cân bằng, kết hợp với khuếch đại tín
hiệu.
hiệu.

KỸ THUẬT CẢM BIẾN
CHƯƠNG 2: CB ĐO NHIỆT ĐỘ
Cảm biến nhiệt điện trở- RTD(cảm biến kim loại)

KỸ THUẬT CẢM BIẾN
CHƯƠNG 2: CB ĐO NHIỆT ĐỘ
Cảm biến nhiệt điện trở- RTD(cảm biến kim loại)

KỸ THUẬT CẢM BIẾN
CHƯƠNG 2: CB ĐO NHIỆT ĐỘ
Cảm biến nhiệt điện trở- Thermistor(nhiệt điện trở bán dẫn)
2.3 CB NHIỆT ĐIỆN TRỞ
2.3 CB NHIỆT ĐIỆN TRỞ
2.3.2 Thermistor
2.3.2 Thermistor


- Thermistor được làm từ các vật liệu bán dẫn, sự
- Thermistor được làm từ các vật liệu bán dẫn, sự
thay đổi điện trở của vật liệu tỉ lệ với nhiệt độ trong
thay đổi điện trở của vật liệu tỉ lệ với nhiệt độ trong
dải đo.
dải đo.


- Tuy nhiên khi nhiệt độ tăng thì điện trở lại giảm,
- Tuy nhiên khi nhiệt độ tăng thì điện trở lại giảm,
do vậy Thermistor có
do vậy Thermistor có
hệ số nhiệt âm.
hệ số nhiệt âm.
Mặc dù vậy,
Mặc dù vậy,

cũng có một số thermistor có hệ số nhiệt dương.
cũng có một số thermistor có hệ số nhiệt dương.

KỸ THUẬT CẢM BIẾN
CHƯƠNG 2: CB ĐO NHIỆT ĐỘ
Cảm biến nhiệt điện trở- Thermistor(nhiệt điện trở bán dẫn)
Cấu tạo
Cấu tạo
Cấu tạo bên ngoài
Cấu tạo bên ngoài
Cấu tạo bên trong
Cấu tạo bên trong

KỸ THUẬT CẢM BIẾN
CHƯƠNG 2: CB ĐO NHIỆT ĐỘ
Cảm biến nhiệt điện trở- Thermistor(nhiệt điện trở bán dẫn)

KỸ THUẬT CẢM BIẾN
CHƯƠNG 2: CB ĐO NHIỆT ĐỘ
Cảm biến nhiệt điện trở- Thermistor(nhiệt điện trở bán dẫn)
Quan hệ giữa Rt và Nhiệt độ
Quan hệ giữa Rt và Nhiệt độ
Rt
t
Từ đường đặc
Từ đường đặc
tính trên, thì
tính trên, thì
thermistor cho
thermistor cho

ta độ phân giải
ta độ phân giải
cao hơn so với
cao hơn so với
RTD. Rất thích
RTD. Rất thích
hợp với những
hợp với những
ứng dụng có
ứng dụng có
dải nhiệt độ
dải nhiệt độ
hẹp.
hẹp.