Tải bản đầy đủ (.doc) (26 trang)

ĐỀ CƯƠNG BÀI GIẢNG MÔN: KỸ THUẬT CẢM BIẾN ppsx

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (130.12 KB, 26 trang )

Đề cơng bài giảng
Môn: Kỹ thuật cảm biến
!
"#$%&'!()*+,-"#&
*. ,/012#345.
+67661+5
8#*+
9*54!+:+;<++.
6=4*#>?*--*("2
6@*("*("+*2
A=#=B(6**
4!+(*CA"
9+:C*54!A
A**<ADA-BE=
9*54!"45#F7"G;(
4$+5+H+/I+
J/B854!6:=FB:6F
?+
Chơng I
KháI niệm cơ bản về các bộ cảm biến
1.1. Định nghĩa
1+*AK4<*+,"$+L
*!+(*MJ56*#;6A5644?6** 9*!+(
**("2JN44E-O6
*<*+,F#26(6?BP !@C*!
+(*C<*+,9*54! >Q6=
*#>*---6=04R3C*(5
2C
9*54!"I.?.+5!I4
*#>*---
94! !IB84!@*( "' *μ − μ


( "2-;F *( " G7− μ − μ 
' "−
9*( "FS4T 2-;S 56*#− − − 
;T*5/4!45$+ ST4-;S − −
-6*#6B:$+L*T> 2#U#G*
I*+IC( "$+ ST  4C( "FS4TM− − μ μ −
VWS4T SXXT
J ST ( "F+$ #>C4!6S4T − μ − μ μ
(
 "F --SYA ( "FT12<− μ μ −
(
ST#U#!*+ICS4T
1+! /*DA*#>*-/
$-*6B +/ +@-BE(5CF
 1+*<*+,… 2"+G7'
BB( +C*7
1?42,4(54!454(76+
7!+(*FSGT7+*#>STC54! 
--FG
Z54!
KÝch thÝch §¸p øng
yx
H×nh 1.1. M« h×nh m¹ch cña bé c¶m biÕn
[D+,42<&*#>--GC54!
B(M V\SGT SX]T
^5A-45DYAM
H×nh 1.2: HÖ thèng ®iÒu khiÓn tù ®éng qu¸ tr×nh
1+<*+,SA"T"$+N*!+(*"
*54!F+54!"#AU#5G7'<
*BF+5G7'"U#D;;#N4*5/

<*+,SA"T_DY 5<*+,+54
!+:46(***2ACAZ5G7
'44EG7'2+-`<*+,
1.2. Ph©n lo¹i c¶m biÕn.
9*54! "#_(?*$+ D_M− −
- Theo nguyªn lý chuyÓn ®æi gi÷a ®¸p øng v kÝch thÝch (b¶ng 1.1).μ
ZXX
HiÖn t îng− ChuyÓn ®æi ®¸p øng v kÝch thÝchμ
a "'− KJ
K)
)*+,
S9*!+(*T
9D;
;#
Z5
4!
9bD+,
Z5G7'
K)c
Kc
K) Yμ
K1c
KJc
a* KZ!@*
KZ!@*
K[_-#@
d KZ!@*
KZ!@'
Ka>+/DA
- Ph©n lo¹i theo d¹ng kÝch thÝch ( b¶ng 1.2 )

ZX]
KÝch thÝch C¸c ®Æc tÝnh cña kÝch thÝch
e4 KZ/#6#_ 
K[@
K1A5+
 K-6B:
K!6*#
K+ S/6#6#_ 6#@T−
KBf6NA42
1c K1c+ S/6#6#_ 6#@T−
K1c26 5c+ − −
K5cg4
) KZ/6#6#_ 6#@
K1A5+
KaA#*G(6=G(
KaA;#E6A>G(
9D KhI+-
Ki 6*#;
KjA6A
K>;65>
K^24?
KA "6O+−
KhA; 65−
J KJ5
K12 "−
KJB6O
Z>G( K
KJQ "−
K9 5−
- Theo tÝnh n¨ng cña bé c¶m biÕn ( b¶ng 1.3)

ZXk
K5(
K5-G*
K5#_
K5
KQ<*
K1A5*#>
K5@I
K1@
K5!-
K92;/E
KlF
K5+m
K42+ −
K- 6+ "− −
- Ph©n lo¹i theo ph¹m vi sö dông ( b¶ng 1.4).
ZXn
K92#
KJ/>
K^2+ 6- "− −
K126m2
KJ2#
Kl_BE
Kj2
Kho+E
K)_
- Ph©n lo¹i theo th«ng sè cña m« h×nh m¹ch thay thÕ :
p94!- F+ Y*#$YB:μ
p94!E5 "$+ N*2Aq6i696^!− −
-$#!

1.3. §¬n vÞ ®o lêng.
9*DIDLCDI<A!dr?M
Đại lợng Tên gọi Ký hiệu
9B ^U ^
A" 4
1 j_
l: s4#? r
*# h2 h
J5 ?
1.4. Các đặc trng cơ bản của bộ cảm biến.
1?<442,4(54!455#?6<
*#>t--"BmN#D+,SXXT)"
$+N("DC54!1I.*(
"$+DC54!M
1.4.1. Hàm truyền.
)&*#>--C54!BB(
*+I$>* jG--6-*#>64
+<&*#>--a4+"Bm
BB(!-6#!64i++64c44o
)!-&*#>--B(M
VpG SXkT
L_NAN-+-Nu65(645
+&$+C-+/56FA$#v?-
;C54!
a4++M
VXpG
l(4oM
V?
G
l(cM

V
u
p
X
G

L_NA
9*54!#!2"$+L*4+L+/
1++"#4F=4+#!N#K
D#*#!-*c(
1.4.2. §é nh¹y cña c¶m biÕn
A4!!-6&!/F+∆ !/F μ μ
∆4 /!-M
∆Vd∆4
( "dG*IL>−
dV∆w∆4
 " 5(C4!− μ
1+ "#@<*6>G*I5(dC4!G−
<*+I4

C( "G*ILxA&!/− ∆C(
 "F+ !/− μ ∆4 D>C( "LF <*− − μ
+IM
dV∆w∆4S4V4

T
#U#(5-G*6!! 7BE4!F 4μ μ
5(dC2@6. -#E5; *!AMμ μ
Kj*+IC( "F4 FA@C− μ
K17BE

K LC*( "'*S2# ( "TC− − μ −
42+ G<−
12  G;;#*+IC5(d D>− μ −
& 4;IC4!μ
1.4 .§é lín cña tÝn hiÖu.…
1.4.3. Sai sè v ®é chÝnh x¸cμ
9*54!o *BEE *6 ( "F− − μ − 
S4T:I*5C( "'*_/A−
&*+I " *+I C( "Fj− μ − ∆G 5μ
A&*+I *+I GSAAT6A DAC54μ −
! "-NM−
δV∆GwGXuuSyT
dAC54!4-; -L,2!-−
G**+I C( "F**AC4!6 − −
 #_= (MdAA Af/− μ μ
KdAAM A2#E5 AF6*+I2@μ μ
$@4? /4 4552@&*μ μ
+I  *+I "dAA B !!6μ − −
B
7BE2A_+9*/__+AA
 Mμ
l/'C4!
pl*+IC( "g2=−
pl$-C54!
pl !57BEμ
plG7'!<
KdAf/M AG;5 2G*I1μ μ
B * "45A/__+Af/ 2− −

B * "5 B;CJ&/__+Af/− μ


 Mμ
pl @$-C!I
pl-mf/
pl*( " L2 "-!g4!− − −
9=4Af/N45A#*# 
4-"# *4(+* LCm6 5− −

O*#Y268* L56FA6 =!− μ
5
$ #U# A/−
1.5. §é tuyÕn tÝnh
^54! " !-+45BG*I!+− μ
B
!565(2#E5 ( "μ −
1+!5.65!--  2#E5C5(μ
C4! *+IC( "6L*(z+/$μ −
+ .C4! (5C4! !-c (− μ μ μ
 ":N4+8 − μ
1+!5565!-Y4 2#E5C5(L
!5.dSuT ( "6Y*2A<!I Y*#μ −
S FA+/\−
u
CB52R6ARBF ξ o2#E5
 ( "Tμ −
J!4!2!-6   4(*!I− − μ
O- "LF+O @C( "− −

LF d O "  !-*μ − μ
1.6. § êng cong chuÈn cña c¶m biÕn−

1.6.1. Kh¸i niÖm
 g4!  Bm #E5C(− μ −
 "STLF+C4! *+IC( "S4TLF − μ − μ
 gBmN>(AB B(− − VWS4T6
$
NYI ,XX−
H×nh vÏ
l   gC4!6G*I*+I4μ −

 −
!C42<*+I "−

C
Bm7BE6  !(4! #E5!-− −
&( "F+ ( "F 6# D+,VWS4TB(− μ − μ −
V4p
6 *A6 g  zS,XXTμ − μ −
1.6.2. Ph ¬ng ph¸p chuÈn c¶m biÕn−
9g4! #U#N44E-G*#4A<&*+Iμ
 "C( "LF+ *+I4C( "-!*− − μ −
!A L6+/DLG_B  gB B( − − − −
4
SYI$>(ATg4!645(*+IH!
-G*4

C46*+I D>−

C B  gμ −
a) ChuÈn ®¬n gi¶n
1++ "#( "O45( "'B;*− − −

5
/45( "G*I 4!7BE2(*5C− μ
*4X4]
H×nh vÏ
a,X][ D#*#g4!−
a,XX g4!−
Tl( gT gC4!!-− −
H×nh vÏ
( " L6 B8# D#*#gD1 ;C− − − −
gD **+IC( "F+>**G*Iμ −
2
@C( "LF hg "! ?*M− μ − μ
K9g+ !#M**+I*C( ";c*4f−
g$*#F7**+I!+ 5-G*−
K9g*!#M!"#4!Fg454!*H
{ g6 "$+8 4*− − μ
5/4!845*+IC( " "*+I− −
 D>C4!* 4!Fgi$#( D *− μ −
*
+I*C( "#U#G_B  " gC4− − −
!Fg
b) ChuÈn nhiÒu lÇn
4!#F7I+mS+mD$+mcT6*+I "LF+−
#E52& *+I>C( "FLF 4 :μ − μ μ 
#E5 *+I+ CC( " 1++ "# 6μ − − μ − − 
 *#BE# D#*#gF !  M− − μ μ −
K$(4uC4!M( "F ( "F+*+I− μ −
 D>4A64Vu Vu− μ
K*+IF+?45(*+IQBF!*+I (C(
 "LF − μ

Ki$#(<*+,**+I4BFc*+I (
gF#U#G*I g? − −
QBF 4BFμ
1.7. §é nhanh v thêi gian håi ®¸pμ
5 $+ C4!#U#**Q?I#μ −
C( "F+( "F !/1Y*#− − μ
μ
( " "7BEG*I*+IAC5− −
5+ c( "@55!μ −

!/C( "F+O:**+IA845 "(− − ε
-Ny1Y*# D>− εyG*IF
!#" !/C( ";*+ICF+−
5-G*I+ 1Y*#$+ !5<*5C− −
4
!   4C*2AG*I!5 μ μ μ μ
1++ "# @C( "B(6*2− − 
AY4+mQSB4T QS4T> Qμ
55C( "$+m4SBT 4ST− μ
> 455C( "+mQB4 − μ
F!( "F+Qc*+IFC!XuyC−
!/@5C( "  Q4 − μ μ μ
F!( "F+QcXuy!|uy!/!/@5−
C1 D 6( "46+4B − − μ
F!
( "F+4c*+IFC!Xuy!/@5−
C( "  4 F!( "− μ μ μ −
F+4cXuy!|uy!/!/@@C
9*2A+6B4646B6C4!#U#**
Y*#C

1.8. Giíi h¹n sö dông cña c¶m biÕn
1+<*+,7BE6*4!2I*5C> D
6*5**5  "<* }#U#6=%μ − −
4@$+ 4C4!ZL7BE4!6
7BEF#!+P*(
a) Vùng l m việc danh định
a,Xk~*I*$+ !5<*5
Hình vẽ
h8 4BI D>&7BE,

C4!j(C8 **+I }4 *( "6*
(
"'/<!( "$*( " L
G/(4 2 4@*$+ 4BI
C
4!
b) Vùng không gây nên h hỏng
h82_/ 84 4 *( "$
*( "'/< *( " L "< }
C8
4BI f:N4+#(42_/ 6
*
$+ C4!I@ &@ 4-
I6> +L8 4BI*$+ C4
!
;(*+IFC=
c) Vùng không phá huỷ
h82#*C 84 4 *( "$*(
"
'/< *( " L "< }C82

_/ f:N4+#(42I#*C6*$
+
C4!I@ &@ 4-2I6>μ μ
 +L8 4BI*$+ C4!2;(μ μ −
*+IFC=1++ "# 4!f:7BE "6− μ −
 #! g(4!− μ
1.9. Nguyªn lý chung chÕ t¹o c¶m biÕn
9*4! "!(B +/DL* "'  "#_− − μ −
 4(Mμ
K94!- M *4!(5 454*#*6*#>μ −
ST -6*#B:μ
K94!E5M *4!(5 45+L*+μ −
*#>ST +L65 4$Bμ
1.9.1. Nguyªn lý chÕ t¹o c¸c c¶m biÕn tÝch cùc
9*4!-  "!(B +/DL>BE*>−
'!@45B(Q " S6D$>G(T Q "− μ μ −
l _4245**<*>BE45A>'!−
(4!
a) HiÖu øng nhiÖt ®iÖn
aB_BfS^XT S^]T;** " (μ − μ
 454(-6!5L4A  1X 1]*6μ μ μ μ
+4(G;45;5?S1X61]T4 5C#Eμ
5/5&1X 1]μ
a> ">BE51X!+ 5− −
1]6 1]Vu−
u
9
b) HiÖu øng ho¶ ®iÖn
^5A S-BE\?+?Tμ
-#_  #*5#_ #E5 56 4G;μ μ

+/*
4$ABC=&-+*B;5C*#&4$
#E5 5#_ Cμ
a> ">BE2 "C>G(**− −
!4584** 6;#E** μ μ

5CQ/6 4@ #_ C*#hμ
G*I "2 "**− − Φ
c) HiÖu øng ¸p ®iÖn
^5A *#S (z(TIμ −
!B(B *5C D6+/*4$ABC;4G;−
1X
1]
S^XT
S^]T
S^]T
?
a,XndDY>
1X
Φ
a,X€>BE>
Φ
KX•K
& "-N +*B;6 " >*#− − − μ

hG*I " 5C *BEW− −
d) HiÖu øng c¶m øng ®iÖn tõ
45B_Bf5+c+ 2@6+B_BfG;−
45;5xc2RB_+45DI6
. xA5BICB_1 D  6+45μ − −

B_$+c+ c2!/oG;45;5x−
A5!/Cc2<B_
a>4>c ">BEG*IA5BIC−
2<;54>
e) HiÖu øng quang ®iÖn
KHiÖu øng quang dÉnMS: ><5T  "μ μ −
#+*(Bf B+S  *BfT! − μ μ
=45>G(**S$>G(cT •D−
45 };I−
KHiÖu øng quang ph¸t x¹ ®iÖn tö: S: ><μ
 T  "*7 "# *•4$(μ μ − − μ
 B:(*BEC+ μ −
g) HiÖu øng quang - ®iÖn - tõ
*BE45c+ Z2>G(**6+*−
Ω ?Ω
a,X•>BE>4>c
Z
hW
a,X‚>BE>*#
W
KXƒK
Bf "!*%G;45!? 2c− −
+ Z  >G(**− μ −
h) HiÖu øng Hall
$45;44•4•S  *BfT6+− μ
B:(<6 +45c+ Z# D(B:rμ − −
+;445θ6%G;45!ha? 2−
Z rZ>!B(Mμ
hVrZ θ aa
1+a A#E5  - ,C;4μ μ μ −


a>a ">BEG*II+-C455h−
FG*II+-/!D4_46L446I+-
4_4G*I*+ICc+ Z − μ θ  D>;4*Bf−
4• 4+h,6!ha "&(;4*μ −
Bf  4#E5 I+-C+2μ μ μ
Z
Φ
hΦ
a,Xƒ>BE><KKc
θ
Z
d
J

~
~
a,X|>BE>a
KX|K
1.4.2. Nguyªn chÕ t¹o c¶m biÕn thô ®éng
94!E5  "!(c45+L**2AC− −
!(( "Fj*+IC+L*#E5- ,− −
6
-;C!(S +L;− ρ65cg4μ6NA
42εTh,*5C( " L+/!-− −
 ,6-;$Y−
d @2A,C+L*_+B5C#F
75$#F7!B(C4!1+*4!#F
7564„I+-C#F75%>45*+IG*IC+L
*6/+L*G*I "I+-CA "1+4− −

!#F7!B(6 !B(C#F7!B(B *5C−
(
 "S $*( "_+ T_+ @C+L*C− −
4!d @+L*B!B(/<! *56B/
<!( "F~*I+L*G*I "( "− − −
F
d @-;C4!#E5 ;!(μ
+L* !A*5S565!*6*#;65g4T!μ
(
4!6 -;CO(45+*−
(
 "'+/6 LC*( "* 2*− − − μ

!# " #E5D+I&*+I( "F *+I+L− − μ
*
C4!
1+/XX*( "FQ 4@-− μ
;C7BE!(4!
ZXX
( "F$+ (4i(7BE− −
J5
ρ 4(S[6J69T
Z*Bf
Z>G(** ρ Z*Bf
Z!B(
ρ
1cg4SμT
a"#4J6d#(#
a"#4Rc
hI+-S4_4T ρ hc+LMZ6rd

K]uK
1.5. M¹ch ®o
1.5.1. S¬ ®å m¹ch ®o
^(Y4 5!IS+4!T#U#G*Iμ
-G**+IC( "F+&A;−
LF C4(64!I*5C( "F_/-μ −
4?2(F
LF+C4(6-H<G7' "@B(−
 "+ !#*+IF,4C( "hg4− −
4„*+ICOIF+ D>45*+IC( "*− −
5
LF C4(μ
l(DC4(Y4454!65#!@-μ
!IOI6-BE4(5Y445$#U#A+ !#45
42!
1+/ !6B*/F*64( Y4−
 #F+*AA *# G7'B&6zμ − μ
(4(!-*-c4!64(7B'6
μh
a,XXudDY4(5N$#
W9
SXT
l
S]T
[s
SkT
[9
SnT
STsl9
ST

^*
9[
ST
^
,
a,XXX^(!4$
XT^*#*>Q]T94!-kT1!(
nTd#mT!(T9@ D AT^*-
K]XK
*5@/65!(65#m65@
D KA65G7'6*!I+"1+/,XXXBmDYA
454(!+/4$4 (< "R#+*#c
#F
7
1.5.2. Một số phần tử cơ bản của mạch đo
a) Bộ khuếch đại thuật toán (KĐTT)
Z5!(*4(-"# 5!(B:45
F 45F+6 Y4 +Q4+ *+L6
E
U#AdDY5!(*Bm+/,XX]
9*$-DC5!(*M
KZ5!(F M45FSKT645F2SpT
K+L +;6} +Q4^ !j
K+L++;6}#FE
K*#F +;6} h
KaA!(L4(+;6}Xuuuuu
KlF 4+5
KaA4?*A9^qq xAA!(C5μ
!(*A*- A!(?*Aμ
C85!(*12 9^qq |u− μ

BZ
K1A5Q(! !/ (C*#-Nhwμ
b) Bé khuÕch ®¹i ®o l êng IA−
Z5!( rsF  45F+1-F+x− μ μ
C*#F Mμ
…+sS……Ts…Vp  V− − Δ
p

a,XX]dDY5!(*

…+V… μ
…+
K]]K
F +:+;<++7mL!5μ
 Q+L C11*#+/q#N*#F μ μ μ
Δ…
 (/B:μ
q


Δ
V9**#+c11…X …]#Nμ
/5  "#*#…kCF>!@F+ − − μ
F+D aA!(@CrsNM
X
k
q
q
q
]q

Xs⎟
⎟⎠

⎜ ⎜⎝

Vp
c) Khö ®iÖn ¸p lÖch
A455!11' LL4(#*#+N−
2F A4*1 !,**#/+/(+45μ
*#•S*##_ TLF 11} 4h6 7BE4(μ μ −
-
*#  "!( (/*#*LF+7*#μ − μ
7BEDY,XXn6N*O!+Lqk
a,XXkdDY5!( Y411U#A+L−
p

p

p
− q
Xu
q
Xu
q
X
q]XuqkXu
q]Xu
qk
X|u
…X

…]
…k
F+

p
a,XXndDY4(7*#
p|h
qk
Xu
q]
Xuu
K|h
F+
p

X
]
k
n

•Xn‚
qX
F X6uXμ

K]kK
d) M¹ch lÆp l¹i ®iÖn ¸p
$#(*#-G*6 7BE511 4L!5− μ
2A!(NXDY ,XX€−
1+5$#*#6 B DC11 "A+ !#- 6− − μ
: _4 "A+ !#F+6(/*##YXuuyB−

A
!(NX^($#*#>QQ+LF 6Bμ
 B8A&_+4(−
e) M¹ch cÇu
9F‡??  "7BE+*4(56 6*#;6− −
c+ 9FY4A+LqX6q]6qkAI qn@S4R − μ −
,
XX‚T(5 F2_NB +/#**#<−
 −
UCF
1+4(F6*#+  4#! A!@•μ μ −
SΔˆu6u€T !-qXVq] qkVqn5(CF  μ μ μ
(
1+ "#qX‰‰q]$q]‰‰qX*#+CF4$VqXwq]5−
(CF Mμ
SXT]

q

p
Vα 
a,XX€dDY4($#*#
p|h

×