Ngân hàng câu hỏi môn Kỹ thuật cảm biến ppt

NGÂN HÀNG CÂU HỎI MÔN: KỸ THUẬT CẢM BIẾN
Câu 1. Vẽ cấu tạo, trình bày nhiệm vụ các khối và giải thích nguyên lý
hoạt động của cảm biến tiệm cận điện điện cảm.
Đáp án:
Sơ đồ cấu tạo của cảm biến tiệm cận điện cảm:
- Nhiệm vụ các khối:
+ Đầu phát hiện gồm 1 dây quấn trên lõi sắt có nhiệm vụ tạo ra từ trường
biến thiên trong không gian phía trước.
+ Mạch dao động có nhiệm vụ tạo dao động điện từ tần số radio.
+ Mạch phát hiện mức dùng để so sánh biên độ tín hiệu của mạch dao động.
+ Mạch ngõ ra dùng để tạo mức logic cho tín hiệu ngõ ra của cảm biến.
- Nguyên lý hoạt động của cảm biến tiệm cận điện cảm:
+ Khi có mục tiêu cần phát hiện (đối tượng) bằng kim loại tới gần cảm biến (
vào vùng từ trường biến thiên của cảm biến), từ trường biến thiên do mạch
dao động gây ra
Tập trung ở lõi sắt sẽ gây ra một dòng điện xoáy trên bề mặt đối tượng.
Dòng điện xoáy sinh ra trên bề mặt đối tượng tạo nên một tải làm giảm biên
độ
Tín hiệu của mạch dao động. Khi biên độ của tín hiệu dao động nhỏ hơn một
ngưỡng định trước , mạch phát hiện mức sẽ tác động mạch ngõ ra để trạng
thái ngõ ra lên ON. Khi đối tượng rời khỏi vùng từ trường của cảm biến,
biên độ tín hiệu ở mạch dao động tăng lên, khi tín hiệu ở mạch dao động có
biên độ lớn hơn ngưỡng, mạch phát hiện mức sẽ tác động mạch ngõ ra tạo
trạng thái ngõ ra là OFF
Câu 2. Cho hình 1 minh hoạ hoạt động của cảm biến tiệm cận điện
cảm. Phân tích hoạt động của cảm biến điện cảm từ hình minh hoạ trên
Đáp án:
- Hình minh hoạ hoạt động của cảm biến tiệm cận điện cảm:
- Giải thích hoạt động:
+Trong vùng 1 ta thấy vị trí của đối tượng cách xa đầu phát hiện,đối tượng
không nằm trong vùng từ trường phát ra của cảm biến nên biên độ của mạch

dao động không bị ảnh hưỏng và có tín hiệu dao động. Vì biên độ của tín
hiệu dao động cao hơn mức ngưỡng nên đầu ra của mạch phát hiện mức
trong vùng 1 có xung ở mức cao, lúc này tác động vào mạch ra bật công tắc
chuyển về trạng thái OFF (xung mức thấp).
+ Trong vùng 2 ta thấy vị trí của đối tượng tiến gần đến đầu phát hiện của
cảm biế, nằm trong vùng từ trường biến thiên, lúc này làm tăng tải và làm
giảm biên độ tín hiệu của mạch dao động nên ta thấy tại vùng này không
suất hiện biên độ tín hiệu dao động. Vì biên độ tín hiệu dao động nhỏ hơn
mức ngưỡng nên đầu ra của mạch phát hiện mức có xung ở mức thấp và
kích vào mạch ra bật chuyển mạch lên mức ON ( Mức cao).
+ Trong vùng 3 hoạt động tương tự vùng 1.
Câu 3. Vẽ cấu tạo, trình bày nhiệm vụ các khối và giải thích nguyên lý
hoạt động của cảm biến tiệm cận điện điện dung.
Đáp án:
- Sơ đồ cấu tạo của cảm biến tiệm cận điện cảm:
-Nhiệm vụ của các khối:
1 2 3
+ Đầu phát hiện của cảm biến tiệm cận điện dung là một bản cực cố định của
tụ điện, bản cực còn lại là đối tượng cần phát hiện, cũng chính là bản cực di
động.
+ Mạch dao động có nhiệm vụ tạo dao động và biên độ của tín hiệu dao
động phụ thuộc vào bản cực di động chính là mục tiêu.
+ Mạch phát hiện mức dùng để so sánh biên độ tín hiệu của mạch dao động.
+ Mạch ngõ ra dùng để tạo mức logic cho tín hiệu ngõ ra của cảm biến.
- Nguyên lý hoạt động của cảm biến tiệm cận điện dung:
+ Khi mục tiêu cần phát hiện di chuyển đến gần đầu phát hiện của cảm biến
sẽ làm điện dung của tụ điện ( được tạo bởi bản cực là bề mặt của đầu thu và
bản cực còn lại chính là đối tượng) C bị thay đổi. Khi điện dụng của tụ điện
bị thay đổi thì mạch dao động sẽ tạo ra tín hiệu dao động. Khi tín hiệu dao
động có biên độ lớn hơn một ngưỡng đặt trước mạch phát hiện mức sẽ điều

khiển mạch ra ở trạng thái ON. Khi đối tượng ở xa cảm biến, biên độ tín
hiệu ở mạch doa động sẽ nhỏ, mạch phát hiện mức sẽ điều khiển mạch ra ở
trạng thái OFF.
Câu 4. Nêu các ứng dụng của cảm biến tiệm cận điện cảm, điện dung.
Vẽ một sơ đồ ứng dụng của cảm biến tiệm cận điện cảm và giải thích hoạt
động.
Đáp án:
- Cảm biến tiệm cận điện cảm được dùng để phát hiện sự xuất hiện của một
vật thể kim loại tại một vị trí xác định trước ( Vị trí đặt cảm biến) như: Phát
hiện cabin thang máy tại các tầng, phát hiện chai nước ngọt có nắp hay
không ( Nắp chai nước ngọt làm bằng kim loại), xác định vị trí hai đầu mút
của mũi khoan, phát hiện trạng thái đóng hay mở van, đo tốc độ quay của
động cơ, phat hiện trạng thái đóng mở các xi lanh.
- Cảm biến tiệm cận điện dung được dùng để phát hiện sự suất hiện của một
vật thể kim loại hoặc phi kim loại tại một vị trí xác định trước ( vị trí đặt
cảm biến) như: Phát hiện thuỷ tinh, nhựa, chất lỏng.
- Dưới đây trình bày một số ví dụ ứng dụng cảm biến tiệm cận.
Ví dụ 1. Dùng cảm biến tiệm cận điện cảm để đo tốc độ động cơ.
Ví dụ 2: Dùng cảm biến tiệm cận điện dung để phát hiện hộp sữa không đầy
trong dây chuyền sản xuất sữa hộp .
Cõu 5. V cu to v gii thớch hot ng ca cm bin nhit gin n
cht rn.
ỏp ỏn:
Nguyờn lý hot ng:
- Nhiệt kế gốm - kim loại(Dilatomet): gồm một thanh gốm (1) đặt trong
ống kim loại (2), một đầu thanh gốm liên kết với ống kim loại, còn đầu A
nối với hệ thống truyền động tới bộ phận chỉ thị. Hệ số giãn nở nhiệt của kim
loại và của gốm là k và g. Do k > g, khi nhiệt độ tăng một lng dt,
thanh kim loại giãn thêm một lng dlk, thanh gốm giãn thêm dlg với
dlk>dlg, làm cho thanh gốm dịch sang phải. Dịch chuyển của thanh gốm phụ

thuộc dlk - dlg do đó phụ thuộc nhiệt độ.
- Nhiệt kế kim loại - kim loại: gồm hai thanh kim loại (1) và (2) có hệ số
giãn nở nhiệt khác nhau liên kết với nhau theo chiều dọc. Giả sử 1 > 2 ,
khi giãn nở nhiệt hai thanh kim loại cong về phía thanh (2). Dựa vào độ cong
của thanh kim loại để xác định nhiệt độ.
Nhiệt kế giãn nở dùng chất rắn thng dùng để đo nhiệt độ di 700
o
C.
Nhit k gm v kim loi Nhit k kim loi 1 v kim loi
Câu 6. Vẽ cấu tạo của cảm biến nhiệt điện trở kim loại, giải thích hoạt
động và phương trình chuyển đổi của cảm biến.
Đáp án:
- Cấu tạo của cảm biến nhiệt điện trở kim loại:
+ Cảm bién nhiệt điện trở kim loại gồm một dây dẫn bằng kim loại như
Platin, Niken, Đồng quấn trên một lõi cách điện.
- Nguyên lý hoạt động và phương trình chuyển đổi của cảm biến nhiệt điện
trở kim loại:
Khi nhiệt độ của cảm biến thay đổi, điện trở của cảm biến thay đổi theo
phương trình 1:
R
(T)
=R
0
(1 + AT + BT
2
+ CT
3
) (1).
Trong đó T đo bằng
o

C, R
(T)
là điện trở của cảm biến ở nhiệt độ T, R
0
là điện
trở của cảm biến ở nhiệt độ 0
o
C, A, B, C là các hằng số được xác định bằng
cách đo điện trở của cảm biến tại các nhiệt độ đã biết trước. Ở nhiêt độ thấp,
phương trình chuyển đổi của cảm biến là tuyến tính (2).
R
(T)
= R
0
(1 + αT) (2).
Với α là hệ số nhiệt của điện trở, tuỳ thuộc vào kim loại như ở bảng sau:
Kim loại Platin Đồng Niken
Α(
o
C) 3,9.10
-3
4,3.10
-3
5,4.10
-3
Do có tính chất của các kim loại chế tạo cảm biến có tính chất lý hoá khác
nhua nên tầm đo của các cảm biến sử dụng các kim loại khác nhau cũng
khác nhau.
Cảm biến Platin
Tầm đo (

o
C) -200 - 1000 <100 <300
Câu 7. Vẽ sơ đồ mạch đo sử dụng cảm biến nhiệt điện trở kim loại, tìm
thông số điện áp đầu ra V
0
. Giải thích ý nghĩa của R
x
, V
0
và cho biết mạch
đo chuyển đổi giá trị nào thành điện áp đầu ra.
Đáp án:
Sơ đồ mạch đo sử dụng cảm biến nhiệt điện trở kim loại:
Gọi R
x
= R + ∆R là điện trở của cảm biến. Với R là điện trở của cảm biến ở
0
0
C, chọn R
1

= R
3
, R
2
= R
4
thì điện áp ngõ ra của mạch đo là:
( ) ( )
22R

R
-
2
1
-
2
1
2
1
2
0
CC
CC
V
RR
R
V
RR
RR
R
R
V
Δ+
Δ
=
Δ+
Δ+
=
R
x

là vị trí của cảm biến nhiệt sẽ được lắp vào, khi R
x
có giá trị bằng R thì
điện áp
+
=
21
VV
nên ∆V=0V và V
0
= 0V.
Khi R
x
có giá trị khác R thì ∆V luôn khác 0V, dẫn đến V
0
luôn có một giá trị
điện áp ở đầu ra.
Từ phân tích các thông số của mạch đo ta thấy mạch đo có nhiệm vụ chuyển
đổi giá trị điện trở thành điện áp ở đầu ra.
Câu 8. Vẽ cấu tạo của cảm biến Thermistor và viết phương trình
chuyển đổi. Tại sao Thermistor lại không được sử dụng làm cảm biến đo
nhiệt độ mà chỉ đươc sử dụng trong mạch cảnh báo nhiệt.
Đáp án:
Câu 9. Vẽ cấu tạo của cặp nhiệt ngẫu. Phân tích nguyên lý hoạt động
của hiệu ứng nhiệt
Đáp án:
- Cấu tạo của cập nhiệt ngẫu:
Cp nhit ngu cú cu to gm 2 thanh kim loi khỏc nhau c hn chung
vi nhau mt u gi l u núng, hai u cũn li khụng hn chung gi l
u lnh hay u chun ca cm bin.

- gii thớch hot ng ta xột hiu ng nhit sau:
Phng pháp đo nhiệt độ bằng cảm biến nhiệt ngẫu dựa trên cơ sở hiệu ứng
nhiệt điện. Ngi ta nhận thấy rằng khi hai dây dẫn chế tạo từ vật liệu có bản
chất hoá học khác nhau đợc nối với nhau bằng mối hàn thành một mạch kín
và nhiệt độ hai mối hàn là t và t0 khác nhau thì trong mạch xuất hiện một
dòng điện. Sức điện động xuất hiện do hiệu ứng nhiệt điện gọi là sức điện
động nhiệt điện. Nếu một đầu của cặp nhiệt ngẫu hàn nối với nhau, còn đầu
thứ hai để hở thì giữa hai cực xuất hiện một hiệu điện thế. Hiện tng trên
có thể giải thích nh sau:
Trong kim loại luôn luôn tồn tại một nồng độ điện tử tự do nhất định phụ
thuộc bản chất kim loại và nhiệt độ. Thông thng khi nhiệt độ tăng, nồng
độ điện tử tăng.
Giả sử ở nhiệt độ t
0
nồng độ điện tử trong A là N
A
(t0), trong B là N
B
(t
0
) và
ở nhiệt độ t nồng độ điện tử trong A là N
A
(t), trong B là NB(t), nếu N
A
(t
0
) >
N
B

(t
0
) thì nói chung N
A
(t) > N
B
(t). Xét đầu làm việc (nhiệt độ t), do N
A
(t) >
N
B
(t) nên có sự khuếch tán điện tử từ A B và ở chổ tiếp xúc xuất hiện một
hiệu điện thế e
(AB)
(t) có tác dụng cản trở sự khuếch tán. Khi đạt cân bằng e
(AB)
(t) sẽ không đổi.
Tng tự tại mặt tiếp xúc ở đầu tự do (nhiệt độ t
0
) cũng xuất hiện một hiệu
điện thế e
(AB)
(t
0
).
Giữa hai đầu của một dây dẫn cũng có chênh lệch nồng độ điện tử tự do, do
đó cũng có sự khuếch tán điện tử và hình thành hiệu điện thế tng ứng
trong A là e
A
(t,t

0
) và trong B là e
B
(t,t
0
).
Sức điện động tổng sinh ra do hiệu ứng nhiệt điện xác định bởi công thức
sau:
E
AB
= e
AB
(t) + e
BA
(t
0)
) + e
A
(t
0
,t) + e
B
(t,t
0
) (1)
Vì e
A
(t
0,
t) và e

B
(t,t
0
) nhỏ và ngược chiều nhau có thể bỏ qua, nên ta có :
E
AB
= e
AB
(t) + e
AB
(t
0
)
Nếu nhiệt độ hai mối hàn bằng nhau, chẳng hạn bằng t
0
khi đó sức điện động
tổng :
E
AB
=e
AB
(t
0
) + e
BA
(t
0
) =0
Hay : e
BA

(t
0
) = -e
AB
(t
0
)
Như vậy : E
AB
=e
AB
(t) – e
AB
(t). Đây là phương trình cơ bản của cặp nhiệt
ngẫu
Câu 10.Điều kiện để mắc thêm dây dẫn vào đầu tự do của cặp nhiệt. Viết
phương trình sức điện động tổng khi mắc thêm dây dẫn thứ ba vào đầu tự do
của cặp nhiệt và cho nhận xét về phương trình tìm được.
Đáp án:
- Điều kiện để mắc thêm dây dẫn vào đầu tự do của cặp nhiệt là nhiệt độ tại
mối hàn vào hai đầu tự do phải bằng nhau.
- Sức điện động của cặp nhiệt không thay đổi nếu chúng ta nối thêm vào
mạch một dây dẫn thứ ba (hình 1.1) nếu nhiệt độ hai đầu nối của dây thứ ba
giống nhau.
+ Ta có, trường hợp ở hình vẽ a.
E
ABC
(t,t
0
) = e

AB
(t) + e
BC
(t
0
) + e
CA
(t
0
).
Vì : e
AB
(t
0
) + e
BC
(t
0
) + e
CA
(t
0
) = 0
Nên : E
ABC
(t,t
0
) = e
AB
(t) + e

AB
(t
0
) (1.1).
Hình 1.1. Sơ đồ nối cặp nhiệt với dây thứ ba
Từ công thức 1.1 ta thấy khi nối thêm dây dẫn thứ ba vào hai đầu dây tự do
thì sức điện động tổng không thay đổi, tuy nhiên sức điện động tổng sẽ sai
số khi hai đầu mối hàn tự do vào dây thứ ba có nhiệt độ khác nhau ( suất
hiện sức điện động ký sinh).
+ Trường hợp ở hình vẽ b.
Ta có : E
ABC
(t,t
1
,t
0
) = e
AB
(t) – e
AB
(t
0
) + e
BC
(t
1
) + e
CB
(t
1

).
Vì :
e
BC
(t
1
) = -e
CB
(t
1
)
Nên :
E
ABC
(t,t
0
) = e
AB
(t) – e
AB
(t
0
) (1.2)
Từ công thức 1.2 ta thấy khi nối thêm dây dẫn thứ ba vào hai đầu dây tự do
thì sức điện động tổng không thay đổi, tuy nhiên sức điện động tổng sẽ sai
số khi hai đầu mối hàn tự do vào dây thứ ba có nhiệt độ khác nhau ( suất
hiện sức điện động ký sinh).
Câu 11.Vẽ cấu tạo của hoả kế quang và giải thích hoạt của hoả kế quang.
Nêu ứng dụng của hoả kế trong thực tế.
Đáp án:

- Sơ đồ cấu tạo của hoả kế quang học:
+ Cấu tạo: 1 là nguồn nhiệt cần đo, 2 là vật kính, 3 là kính lọc, 4 và 6 là vách
kính, 5 là nguồn nhiệt mẫu, 7 là kính lọc ánh sáng đỏ, 8 là mắt kính.
- Nguyên lý hoạt động của hoả kế quang học:
+ Khi đo, hướng hoả kế vào vật cần đo, ánh sáng từ vật bức xạ cần đo nhiệt
độ (1) qua vật kính (2), kính lọc (3), và các vách ngăn (4), (6), kính lọc ánh
sáng đỏ (7) tới thị kính (8) và mắt. Bật công tắc K để cấp điện nung nóng
dây tóc bóng đèn mẫu (5), điều chỉnh biến trở R
b
để độ sáng của đèn mẫu
trùng với độ sáng của vật cần đo và dừng lại, đọc kết quả trên đồng hồ đo
của đèn mẫu cũng chính là nhiệt độ của vật cần đo.
+ Sai số khi đo:
Sai số đo đen của vật đo ε <1. khi đó T
đo
xác định bởi công thức:
ελ
λ
1
ln
1
2
CT
đo
=
Công thức hiệu chỉnh: T
đo
= T
đọc
+∆T

Giá trị của ∆T cho theo đồ thị.
Ngoài ra sai số của phép đo còn do ảnh hưởng của khoảng cách đo, tuy
nhiên sai số này thường nhỏ. Khi môi trường có bụi bẩn ống kính, kết quả
đo cũng bị ảnh hưởng
Câu 12.Trình bày nguyên lý chung đo vị trí và dịch chuyển của vật.
Đáp án:
- Việc xác định vị trí và dịch chuyển đống vai trò rất quan trọng trong kỹ
thuật. Hiện nay có hai cảm phương pháp cơ bản để xác định vị trí và dịch
chuyển của vật.
+ Trong phương pháp thứ nhất, bộ cảm biến cung cấp tín hiệu là hàm phụ
thuộc vào vị trí dịch chuyển của một phần tử trên cảm biến, đồng thời phần
tử này có liên quan đến vật cần xác định dịch chuyển.
+ Trong phương pháp thứ hai, ứng với một dịch chuyển cơ bản, cảm biến
phát ra một xung. Việc xác định vị trí và dịch chuyển được tiến hành bằng
cách đếm số xung phát ra.
+ Một số cảm biến không đồi hỏi có sự liên kết cơ học giữa cảm biến và vật
cần đo vị trí hoặc dịch chuyển. Mối quan hệ giữa vật dịch chuyển và cảm
biến được thực hiện thông qua vai trò trung gian của điện trường, từ truường
hoặc điện từ trường, ánh sáng.
+ Ngoài các cảm biến trên, ngày nay để đo vị trí dịch chuyển của vật người
ta còn dùng các laọi cảm biến điện cảm, cảm điện dung, cảm biến quang,
cảm biến dùng sóng đàn hồi.
Câu 13.Vẽ cấu tạo của cảm biến điện thế kế điện trở trong việc xác định vị
trí và dịch chuyển. Giải thích hoạt động của cảm biến.
Đáp án:
Sơ đồ cấu tạo của cảm biến điện thế kế điện trở.
- Cấu tạo: 1 là thanh điện trở cố định, 2 là con chạy.
+ Ở hình a là điện thế kế điện trở có dạng đường thẳng.
+ Ở hình b là điện thế kế điện trở dạng hình tròn.
+ Ở hình c là điện thế kế điện trở dạng hình xoán.

- Nguyên lý hoạt động:
+ Cảm biến gồm một điện trở cố định R
n
, trên đó có một tiếp xúc điện có thể
di chuyển được gọi là con chạy. Con chạy được liên kết cơ học với vật
chuyển động cần khảo sát. Giá trị của điện trở R
x
giữa con chạy và một đầu
của điện trở R
n
là hàm phụ thuộc vào vị trí con chạy, cũng chính là vị trí của
vật chuyển động.
+ Đối với điện thế chuyển động thẳng ở hình a.
nX
R
L
R
1
=
+ Trường hợp điện thế kế dịch chuyển tròn xoắn hình b:
n
M
X
RR
α
α
=
Trong đó α
M
<360

o
khi dịch chuyển tròn hình b và α
M
>360
o
khi dịch chuyển
xoắn hình c.
+ Các điện trở được chế tạo có dạng cuộn dây hoặc băng dẫn.
Các điện trở cuộn dây thường được chế tạo từ các hợp kim N
i
– C
r
, N
i
– C
u
,
N
i
- C
r
Câu 14.Vẽ sơ đồ mạch đo dùng cảm biến điện thế kế điện trở. Cho biết vị trí
của cảm biến trong sơ đồ và giải thích ý nghĩa của công thức đầu ra V
0.
Câu 15.Vẽ cấu tạo của cảm biến sử dụng con trỏ quang và giải thích nguyên
lý hoạt động.
Đáp án:
+ Sơ đồ cấu tạo của cảm biến sử dụng con trỏ quang.
+ Cấu tạo: 1 là led phát quang, 2 là băng đo, 3 là băng tiếp xúc, 4 là băng
quang dẫn. Trục quay liên kết cơ học với vật cần đo vị trí đồng thời cũng là

bộ phận phản xạ lại băng quang dẫn.
- Nguyên lý hoạt động:
Điện thế kế tròn dùng con trỏ quang gồm điốt phát quang (1), khi hoạt động
điốt phát quang chiếu vào bộ phận phản xạ của trục, ánh sáng phản xạ chiếu
vào vùng băng quang dẫn rất mảnh làm bằng CdSe, khi ánh sáng chiếu vào
tạo nên sự liên kết giữa băng đo và băng tiếp xúc, vị trí dịch chuyển càng
nhanh thì diện tích giữa băng đo và băng tiếp xúc càng lớn. Từ đây ta xác
định được giá trị điện trở và suy ra vị trí của vật cần tìm.
Câu 16. Vẽ cấu tạo cảm biến điện thế kế dùng con trỏ từ, và giải thích
nguyên lý hoạt động của cảm biến.
Đáp án:
- Sơ đồ cấu tạo điện thế dùng con trỏ từ.
+ Cấu tạo của điện thế kế dùng con trỏ từ gồm hai điện trở R
1
và R
2
mắc nối
tiếp và một nam châm vĩnh cửu gắn với trục quay của điện thế kế, bao phủ
lên một phần của điện trở R
1
, R
2
, vị trí phần bị bao phủ phụ thuộc góc quay
của trục.
+ Nguyên lý hoạt động:
Điện áp nguồn E
s
được dặt giữa hai điểm (1) và (3), điện áp đo V
m
lấy từ

điểm chung (2) và một trong hai đầu (1) hoặc (3).
Khi đó điện áp đo được xác định bởi công thức:
SSm
E
R
R
E
RR
R
V
1
21
1
=
+
=
Trong đó R
1
là hàm phụ thuộc vị trí của trục quay, vị trí này xác định phần
của R
1
chịu ảnh hưởng của từ trường còn R=R
1
+ R
2
= const.
Từ hình vẽ trên ta nhận thấy điện áp đo chỉ tuyến tính trong một khoảng
≈90
o
đối với điện thế kế quay. Đối với điện thế dịch chuyển thẳng khoảng

tuyến tính chỉ cỡ vài mm.
Câu 17.Vẽ cấu tạo của cảm biến từ, giải thích nguyên lý hoạt động và nêu
các ứng dụng của cảm biến.
Đáp án:
- Cấu tạo của cảm biến từ:
Cảm biến tự cảm đơn gồm một cuộn dây quấn trên lõi thép cố định(phần
tĩnh) và một lõi thép có thể di động dưới tác động của đại lượng đo (phần
động), giữa phần tĩnh và phần động có khe hở không khí tạo nên một mạch
từ hở.
Nguyên lý hoạt động của cảm biến từ:
Trong hình a dưới tác động của đại lượng đo X
V
, phần ứng của cảm biến di
chuyển, khe hở không khí δ trong mạch từ thay đổi, làm cho từ trở của mạch
từ biến thiên, do đó hệ số tự cảm và tổng trở của cuộn dây thay đổi theo.
Trong hình b, khi phần ứng quay, tiết diện khe hở không khí thay đổi, làm
cho ktừ trỏ của mạch từ biến thiên, do hệ số tự cảm và tổng trở của cuộn dây
thay đổi theo.
Nếu bở qua điện trở của cuộn dây và từ trở của lõi thép ta có:
δ
μ
δ
sW
R
W
L
22
=
+ Tróng đó: W – số vòng dây.
s

R
μ
δ
δ
=
; từ trở của khe hở không khí.
δ: chiều dài khe hở không khí.
s- tiết diện thực của khe hở không khí.
Hệ số tự cảm của cuộn dây cũng có thể thay đổi do thay đổi tổn hao sinh ra
bởi dòng điện xoáy khi tấm sắt từ dịch chuyển dưới tác động của đại lượng
đo X
v
.
Câu 18. Vẽ sơ đồ mạch đo của cảm biến từ và phân tích hoạt động của sơ đồ
mạch đo. Nêu các ứng dụng của cảm biến từ.
Đáp án:
- Mạch đo của cảm biến từ là một mạch cầu xoay chiều:
- Nguyên lý hoạt động: V ̴ là đầu vào của điện áp xoay chiều cố định. Khi
giá trị của L
x
bằng với giá trị L
0
sẽ làm cho hai đầu của cuộn dây 1 và 4 có
điện áp bằng nhau, dẫn đến không có dòng biến thiên qua cuộn dây nên bên
phía cuộn dây thứ cấp không có điện áp và làm cho đầu ra của cầu chỉnh lưu
có điện áp bằng không.
Khi giá trị của L
x
thay đổi, khác với giá trị của L
0

sẽ làm cho hai đầu 1 và 4
của cuộn dây có sự chênh lệch điện áp, dẫn đến có dòng biến thiên trên cuộn
dây và tạo ra dòng điện cảm ứng bên phía cuộn thứ cấp, dòng qua mạch
chỉnh lưu nên xuất hiện dòng điện một chiều đầu ra đưa đến bộ phận xử lý
tín hiệu.
Điện áp đầu ra V
0
phụ thuộc vào sự thay đổi của L
x
- Các ứng dụng của cảm biến từ:
+ Đo độ dày mỏng của kim loại (hình 1)
Hình 1.
+ Dùng cảm biến từ để đo độ cao của đinh ốc (hình 2)
Hình 2.
Câu 19. Vẽ cấu tạo và phân tích nguyên lý hoạt động của cảm biến biến áp
vi sai. Nêu các ứng dụng của cảm biến.
Đáp án:
-Sơ đồ cấu tạo của cảm biến biến áp vi sai:
+ Cấu tạo của cảm biến biến áp vi sai gồm một cuộn sơ cấp V
i
, hai cuộn thứ
cấp quấn trên cùng một ống hình trụ, trong ống có một lõi ferite di chuyển tự
do. Hai cuộn thứ cấp đươc mắc đối xứng so với cuộn sơ cấp sao cho sức
điện động cảm ứng sinh ra trên hai cuộn dây này ngược pha với nhau. Cuộn
dây sơ cấp được nuôi bằng nguồn xoay chiều V
i
.
+ Sơ đồ nguyên lý của biến áp vi sai:
- Hoạt động: Lõi ferite được liên kết cơ khí với đối tượng cần đo vị trí. Khi
lõi ferite nằm ở vị trí cách đều giữa hai cuộn dây thứ cấp (x=0), sức điện

e
1
=e
2
nên V
0
=0. Khi đối tượng di chuyển làm lõi ferite di chuyển và nằm
lệch so với 2 cuộn dây thức cấp, khi đó sức điện động sinh ra trên 2 cuộn thứ
cấp không bằng nhau làm xuất hiện điện áp ra V
0
= e
1
– e
2
= α.x.V
i
tỷ lệ với
dịch chuyển x của lõi ferite.
- Ứng dụng của cảm biến:
Cảm biến biến áp vi sai được dùng để đo dịch chuyển, đo độ dày của vật
liệu, đo khoảng cách, đo độ phẳng của bề mặt đối tượng.
Ví dụ 1: Dùng biến áp vi sai đo độ nhẵn của bề mặt chi tiết cơ khí.
Ví dụ 2: Đo độ dày mỏng dùng biến áp vi sai.
Câu 20. Vẽ cấu tạo của Encoder tương đối và phân tích nguyên lý hoạt
động của Encoder tương đối.
Câu 21. Vẽ cấu tạo của Encoder tương đối và phân tích nguyên lý hoạt
động của Encoder tuyệt đối.
/.