cảm biến công nghiệp

Câu 1 cảm biến đo vị trí và dịch
chuyển
Phương pháp 1: bộ cảm biến cung cấp
tín hiệu là hàm phụ thuộc vào vị trí của
một trong các phần tử của cảm biến,
đồng thời phần tử này có liên quan đến
vật cần xác định vị trí hoặc dịch
chuyển.
Phương pháp 2: ứng với một dịch
chuyển cơ bản, cảm biến phát ra một
xung. Việc xác định vị trí hoặc dịch
chuyển được tiến hành bằng cách đếm
số xung phát ra.
điện thế kế điện trở:
1 dùng con chạy cơ học:gồm một điện
trở cố định (R
m
) và một tiếp xúc điện
(con chạy) liên kết với vật khảo sát.
Khi vật di chuyển, con chạy di chuyển
theo, điện trở đo phụ thuộc vào vị trí
con chạy. Đo điện trở  vị trí.

Điện trở dạng dây cuộn: được chế tạo
từ các hợp kim Ni - Cr, Ni - Cu , Ni -
Cr - Fe, Ag - Pd quấn thành vòng xoắn
dạng lò xo trên lõi cách điện (bằng thuỷ
tinh, gốm hoặc nhựa), giữa các vòng
dây cách điện bằng emay hoặc lớp oxyt
bề mặt.
Điện trở dạng băng dẫn: được chế tạo

bằng chất dẻo trộn bột dẫn điện là
cacbon hoặc kim loại cỡ hạt ~10
-2
m.
Đặc điểm:Cấu tạo đơn giản.
Đo được dịch chuyển lớn.
Khoảng chạy có ích nhỏ hơn chiều dài
điện trở (L
m
).
Độ phân giải của điện trở dạng dây
~10m, dạng băng dẫn ~ 0,1 m.
Thời gian sống thấp: dạng dây ~10
6

lần, dạng băng dẫn 5.10
7
- 10
8
lần
Chịu ảnh hưởng lớn của bụi và ẩm.
Câu 3:Cảm biến điện cảm đo vị trí
Cảm biến tự cảm đơn có khe từ biến
thiên


+ Z
phụ thuộc , s và :
s = f() phi tuyến
s = f(s) tuyến tính

s tăng khi  tăng.
cảm biến kép có khe từ biến thiên


Quay thẳng
Đặc điểm: độ nhạy lớn độ tuyến tính
cao hơn.
Cảm biến tự cảm có lõi từ di động
Dưới tác động của đại lượng đo Xv, lõi
từ dịch chuyển làm cho độ dài lf trong
ống thay đổi> thay đổi hệ số tự cảm
của cuộn dâycó sự phụ thuộc giữa L
với lf -> đo L tính ra lf-> dịch chuyển

b) Đặc điểm:
L = f(l
f
)  phi tuyến, độ nhạy và độ
tuyến tính của CB kép cao hơn CB
đơn.
Đo được dịch chuyển lớn hơn so với
CBTC có khe từ biến thiên.
cảm biến hỗ cảm

Khi cấp dòng xoay chiều ( )
vào cuộn sơ cấp, sinh ra  biến thiên
 trong cuộn thứ cấp sinh ra sức điện
động cảm ứng:

cảm biến hỗ cảm có lõi từ di động

mx
R
L
l
R 
m
m
RR




tI
sWW
e
m



cos
012

CÂU 4
cảm biến tụ điện đơn.
Nguyên lý: dựa trên sự thay đổi điện
dung của cảm biến khi phần tử gắn với

vật khảo sát di động  thay đổi kích
thước hình học của cảm biến (CB thụ
động).

đặc điểm
độ nhạy

cảm biến vi sai

gồm 3 bản cực một bản cực động A1
dịch chuyển còn 2 bản A2 A3 cố định
tạo thành 2 tụ C21 và C31.
đặc điểm
*Độ nhạy (S) cao hơn CB đơn
*Độ tuyến tính cao hơn CB đơn
*Cấu tạo phức tạp hơn
CÂU 5
cảm biến quang phản xạ.

đầu thu quang đặt cùng phía với nguồn
phát.tia sáng từ nguồn phát qua thấu
kính hội tụ đập tới 1 thước đo chuyển
động cùng vật khảo sát,trên thước có
những vạch chia phản quang và không
phản quang kế tiếp nhau.khi tia sáng
gặp vạch chia phản quang sẽ bị phản xạ
lại đầu thu quang.


Nguồn phát, bộ thu bố trí một phía

Dễ bố trí.
Cự li cảm nhận bé.
Chịu ảnh hưởng của nhiễu từ nguồn
sáng khác.

cảm biến soi thâu


khi thước đo(gắn với đối tượng khảo
sát,chạy giữa thấu kính hội tụ và lưới
chia) có chuyển động tương đối so với
nguồn sáng sẽ làm xuất hiện một tín
hiệu ánh sáng hình sin.tín hiệu này sẽ
dc thu bởi tế bào quang điện đặt sau
lưới chia.các tín hiệu đầu ra được
khuếch đại trong một bộ tạo xung điện
tử tạo thành tín hiệu xung chử nhật.

b) Đặc điểm:
Cự ly cảm nhận lớn.
Có khả năng thu được tín hiệu mạnh và
tỉ số độ tương phản sáng tối lớn.
Ít ảnh hưởng nhiễu của nguồn sáng
khác.
Khó bố trí và chỉnh thẳng hàng nguồn
phát và đầu thu.
CÂU 6
Cảm biến điện trở: dựa vào sự thay
đổi điện trở của vật liệu khi có biến
dạng. Kích thước cảm biến nhỏ từ vài

mm đến vài cm, khi đo chúng được
dán trực tiếp lên cấu trúc biến dạng
 dùng phổ biến.
Cảm biến dạng dây rung: dựa vào sự
thay đổi tần số rung của sợi kim loại
khi sức căng cơ học thay đổi (khi
khoảng cách hai điểm nối thay đổi) 
dùng trong các kết cấu ngành xây
dựng.
CÂU 7
phương pháp đo biến dạng
Cảm biến điện trở: dựa vào sự thay
đổi điện trở của vật liệu khi có biến
dạng. Kích thước cảm biến nhỏ từ vài
mm đến vài cm, khi đo chúng được
dán trực tiếp lên cấu trúc biến dạng
 dùng phổ biến.
Cảm biến dạng dây rung: dựa vào sự
thay đổi tần số rung của sợi kim loại
khi sức căng cơ học thay đổi (khi
khoảng cách hai điểm nối thay đổi) 
dùng trong các kết cấu ngành xây
dựng.
Cảm biến điện trở kim loại

Dây điện trở tiết diện tròn
d20m hoặc chữ nhật.
Số nhánh n = 10 20 nhánh.
Đế cách điện: giấy (~ 0,1 mm),
chất dẻo (~ 0,03 mm).

CÂU 8: cảm biến áp trở silic
loại dùng mẫu căt

Điện trở: các mẫu cắt từ đơn tinh thể
silic pha tạp P hoặc N, kích thước: dài
~ 0,1 2 mm và chiều dày ~ 0,01mm.
Đế cách điện: nhựa.
Để tăng tín hiệu có thể ghép nối tiếp,
song song nhiều mảnh cắt.
loaị khuếch tán
Điện trở: silic pha tạp loại P (hoặc N).
Đế: silic pha tạp loại N (hoặc P).
Lớp tiếp giáp P – N phân cực ngược.




CÂU 9
Nguyên tắc đo lực: làm cân bằng lực
cần đo với một lực đối kháng sao cho
lực tổ ổng của chúng
bằng không.

gian 
.
 .
.

CÂU 10
Cấu tạo và nguyên lý hoạt động
:
,
gố
 tươ .

:
: Dưới tác dụng của lực
cơ học, tấm áp điện bị biến dạng, làm
xuất hiện trên hai bản cực các điện tích
trái dấu. Hiệu điện thế xuất hiện giữa hai
bản cực (V) tỉ lệ với lực tác dụng (F).

Các dạng biến dạng cơ bản:
Có các loại cảm biến theo chiều dọc,
theo chiều ngang, theo bề dày, theo bề
mặt.
Cách ghép các phần tử áp điện thành
bộ: hai phần tử song song(điện dung
tăng gấp đôi),hai phần tử nối tiếp(điện
áp hở mạch,trở kháng tăng gấp 2 nhưng
điện dung giảm 1 nửa) ,nhiều phần tử
song song.
Câu 11
Dưới tác động của từ trường, một số
vật liệu sắt từ thay đổ ất
hình học hoặc tính chất cơ học (mô
đun Young)  hiệu ứng từ giảo.
: Khi có tác dụng của lực cơ

học gây ra ứng lực trong vật liệu sắt từ
đường cong từ hoá củ
 hiệu ứng từ giảo nghịch.khi đó
dựa vào sự thay đổi của lượng từ thẩm
hoặc từ dư có thể xác định được độ
lớn của lực tác dụng.

Từ hóa lần đầu
Chu kỳ từ trễ.
• Khi trong vật liệu sắt từ có ứng lực,
kích thước mạng tinh thể thay đổi, các
hướng dễ từ hoá thay đổi dẫn đến làm
thay đổi định hướng của các domen 
 hiệu
ứng từ giảo nghịch.
Trên hình biểu diễn ảnh hưởng của
ứng lực đến đường cong từ hoá của
permalloy 68.
Câu 12
Cảm biến đo lực dựa trên phép đo dịch
chuyển:
Lực cần đo tác dụng lên vật trung gian
và gây nên sự thay đổi kích thước l
.Trong cảm biến loại này, lực cần đo
tác dụng lên vật trung của nó. Sự thay
đổi kích thước được đo bằng một cảm
biến dịch chuyển. Khi đó tín hiệu ra V
m

và lực tác dụng được biểu diễn bằng

biểu thức:

Vm/l: tỉ số truyền đạt của cảm
biến._; l/F : độ mềm của vật trung
gian.
Câu 13:nguyên lý chế tạo cảm biến
đo vận tốc
:
): Dựa trên hiện tượng cảm ứng điện
từ. Cảm biến gồm có hai phần: phần
cảm (nguồn từ thông) và phần ứng
(phần có từ thông đi qua). Khi có
chuyển động tương đối giữa phần cảm
và phần ứng  từ thông () đi qua
phần ứng biến thiên  trong phần ứng
xuất hiện suất điện động cảm ứng (e) 
()  
. Đo (e)  (v).
: Tốc độ kế một chiề

:
dt
d
te

)(

:
dt
d

te

)(

.

2 (Sử dụng tốc độ kế
vòng loại xung): làm việc theo nguyên
tắc đo tần số chuyển động của phần tử
chuyển động quay. Cảm biến có một
đĩa được mã hoá gắn với trụ

.
: Tốc độ kế từ trở biến thiên,
tốc độ kế quang…
Câu 14 cấu tạo nguyên lý hđ đặc
điểm của gia tốc kế
1 chiều

1) Stato 2) Rôto 3) Cổ góp 4) Chổi quét
.
.
 :
iN
i
i
Blr
dt
d
e






Trong nửa số dây ở bên phải đường trung tính:
00

2
 NnNE
p



Trong nửa số dây ở ờng trung tính:
00

2
 NnNE
t



xoay chiều


1)stato 2)roto
:
tEe  sin.


.
1
KE  ;

.
2
K
K
1
và K
2
là các thông số
.
  .
Đo E  
.
Đo  
.

Xoay chiều đồng bộ
quay.

c
= V
e
.cos
e
t.
Khi rô to
:

   

 tKtEe
eemm
cos cos.
m
= K. ).
Đo E
m
 .
Đo vận tốc dài
trong trường hợp đo vận tốc nhỏ thì có thể dung
cảm biến đo vận tốc dài.có 2 phần; phần thứ
nhất cố định phần thứ gắn với vật chuyển
động,chuyển động tương đối giữa cuộn dây và
nam châm làm xuất hiện trong cuộn dây 1 sức
điện động tỷ lệ với vận tốc cần đo.
e = 2pi*rNBv
Câu 15 tốc độ kế xung
***tốc độ kê từ trở biến thiên

  
 
thiên 
(n):

:
-
quay (
min

, n  E n
min
 .
Dải đo của cảm biến phụ thuộc vào số răng
(p) củ  n
min
 n
max
: p = 60 răng  dải đo n = 50  500 vg/ph,
p = 15 răng  dải đo n = 500  10.000 vg/ph.
F
l
.
l
V
F
V
mm



dt
dx
.
dx
)x(dF
.
dt
)x(dF
.)t(e

00

***tốc độ kế quang

1.Nguồn sáng 2. Thấu kính hội tụ 3. Đĩa quay
;4. Đầu thu quang
nguồn sang là 1 diot phát quang,đầu thu quang
là 1 photodiod hoặc phototranzitor .có 2 trường
hợp cần xét đến như trên hình vẽ.khi đĩa quay
thì đầu thu nhận được t1 thông lượng ánh sáng
biến điệu và phát tín hiệu có tần số tỉ lệ với tốc
độ quay,nhưng biên độ k phụ thuộc vào tốc
độ.=>
:
+ Số lượng lỗ trên đĩa.
+ Dải thông của đầu thu quang và mạch điện tử.
Để đo tốc độ nhỏ (~ 0,1 v/ph) phải dùng đĩa có
số lượng lỗ lớn (500  1.000 lỗ ốc độ lớn
(~ 10
5
- 10
6
v/ph) phải sử dụng đĩa quay chỉ một
lỗ, khi đó tần số ngắt của mạch điện xác định
tốc độ cực đại có thể đo được
Câu 16.nguyên lý chế tạo cảm biến đo gia tốc
Gia tốc là đại lượng vật lý thể hiện mối quan hệ
giữa lực và khối lượng. Phép đo gia tốc có thể
thực hiện qua việc đo lực (cảm biến áp điện,
cảm biến cân bằng ngẫu lực) hoặc đo gián tiếp

thông qua sự biến dạng hay di chuyển của vật
trung gian.

ển độ
tâm tần số thấp (f = 0  ~20 Hz) 
đo dịch chuyể ến dạng.
 hàng trăm Hz (của các cấu
trúc cứ )  CB từ trở biến thiên,
CB đo biến dạng (kim loại hoặc áp điện trở).
(f) trung bình và tương đối cao
(f~10kHz) (vật có khối lượng nhỏ)  CB gia
tốc áp trở hoặc áp điện.
Gia tốc khi va đập, gia tố ạng xung 
CB gia tốc có dải thông rộng về cả hai phía f
thấp và cao.
Đặc trưng cảm biến đo rung
* .
* .
* .
* .
Câu 17
cấu tạo nguyên lý làm việc của cảm biến đo
rung.


Đại lượng đo sơ cấp m
1
là tốc độ rung dh
0
/dt.

Đại lượng đo thứ cấp m
2
là dịch chuyển tương
đối z
/dt.
để chuyển đổi vận tốc tương đối của khối lượng
rung so với võ hộp thành tín hiệu điện thực hiện
bởi 1 cảm biến đo vị trí tương đôi kiểu điện từ
gồm 1 cuộn dây và một lõi nam châm.cuộn dây
nối với khối rung lõi nam châm đặt bên trong
cuộn dây và gắn với võ cảm biến.bằng cách đo
suất điện động của cuộn dây có thể đánh giá
được tốc độ rung.
Câu18 gia tốc áp kế điện
cấu tạo chung gồm 1 khối rung M và 1 phần tử
áp điện dặt trên giá đở cứng,và toàn bộ dc dặt
trong võ hộp kín.
KIỂU NÉN
KIỂU UỐN CONG

:
** :
Có tần số cộng hưởng cao.
Kết cấu chắc chắn.
Nhạy với ứng lực của đế.
** :
Độ nhạy rất cao
Tần số và gia tốc rung đo được bị hạn chế.

gia tốc áp trở.

1.khối rung;2.tấm đàn hồi;3.áp trở;4.đế
một đầu gắn với giá đỡ,một đầu gắn với khối
lượng rung,trên đó có gắn từ 2 đến 4 áp trở mắc
trong 1 mạch cầu wheatstone.dưới tác dụng của
gia tốc, tấm đàn hồi bị uốn cong,gây nên biến
dạng trong đầu đo một cách trực tiếp hay gián
tiếp qua bộ khuếch đại cơ.

CÂU 19
vi áp kế kiểu phao.

gồm 2 bình thông nhau ,bình (1) có tiết diện lớn
(F) bình 2 có tiết diện nhỏ (f).chất lõng làm việc
là thủy ngân hay dầu biến áp,khi đo áp suất lớn
(p1) được đưa vào bình lớn,áp suất bé được đưa
vào bình nhỏ,để tránh chất long phun ra ngoài
khi cho áp suất động về 1 phía,người ta mở van
5 và khi áp suất hai bên cân bằng,van 5 được
khóa lại.

1
>p
2
:




.

* ,
*Cấp chính xác cao (1; 1,5),
* ất lỏng độc hại.
 Đo áp suất tĩnh không lớn hơn 25MPa
cấp chính xác của áp kế này cao nhưng chứa
chất long độc hại mà khi áp suất thay đổi đột
ngột có thể tràn ra ngoài ảnh hưởng đến đối
tượng đo và môi trường.

câu 20.áp kế vành khuyên.

gồm vành khuyên có tiết diện hình chữ S,trong
 
 
211
.
1
1
pp
g
f
F
h
m














đó chứa chất lỏng,trên vành khuyên có treo đối
trọng, vành khuyên có thể quay quanh tâm
O.ban đầu đối trọng nằm ở giửa do p1=p2.giả sử
p1 tăng lên,deltap>0,mực nước bên trái giảm
xuống,bên phải tăng lên mô men quay.
Mq=RSdeltap làm quay vành khuyên theo
chiều kim đồng hồ đối trọng được nâng lên làm
quay kim chỉ thị.
*Giới hạn đo khi dịch thể là nước: 25 - 160
mmH
2
O, thủy ngân: 400-2.500mmH
2
O,
*Cấp chính xác 1; 1,5.
CÂU 21 áp kế đàn hồi
lò xo.

có dạng lò xo,là 1 ống kim loại uốn cong,một
đầu giữ cố định còn 1 đầu giữ tự do.khi đưa chất
lưu vào trong ống làm ống bị biến dạng và đầu
tự do dịch chuyển.

đặc điểm
- ,
-
.
- :
+Đồng thau: < 5 MPa,
+ Hợp kim nhẹ hoặc thép <1.000 Mpa
>1.000 Mpa.
áp kế màng


Phần tử biến dạng có dạng màng mỏng được
chia làm 2 loại màng đàn hồi và màng dẽo.
màng đàn hồi có dạng tròn phẳng hoặc uốn nếp
được làm bằng thép.khi áp suất tác dụng lên bề
mặt màng làm cho nó biến dạng.biến dạng của
màng là hàm phi tuyến của áp suất.


câu 22
áp kế áp trở
sử dụng bộ chuyển đổi điện kiểu áp trở,phần tử
nhạy cảm dc chế tạo từ vật liệu có điện trở nhạy
cảm với tác dụng của lực do áp suất.
phần tử áp trở gồm đế silic loại N trên đó có
khuếch tán tạp chất tạo thành lớp bán dẫn loại
p.mặt trên dc bọc cách điện.và có hai tiếp xúc
kim loại để nối dây.

đặc điểm

kích thước nhỏ,dễ lắp đặt, khoảng nhiệt độ làm
việc -40
0
125
0

áp kế áp điện
sử dụng bộ chuyển đổi điện kiểu áp điện làm
việc theo nguyên tắc hiệu ứng áp điện.


Hồi đáp tần số tố ất thay đổi
nhanh)
Nhạy cảm với sự thay đổi nhiệt độ
Giới hạ ất đo 2,5  100 Mpa
Cấ 1,5; 2
áp kế điện dung
sử dụng bộ chuyển đổi điện dung.
bản cực động là màng kim loại và bản cực tỉnh
gắn với đế cách điện thạch anh.dưới tác dụng
của áp suát cân đo làm dịch chuyển bản cực
động  khoảng cách giữa 2 bản cực thay đổi,và
điện dung giữa 2 bản cực thay đổi theo.






: < 120 MPa, Sai số  (0,2 - 5)%.

áp kế điện cảm.
**áp kế điện cảm có khe từ biến thiên.
sử dụng bộ chuyển đổi điện cảm làm việc theo
hiện tượng cảm ứng điện từ kiểu khe từ biến
thiên.


**áp kế kiểu vi sai

hai cuộn dây 5 và 6 giống nhau nhưng đấu
ngược pha.

CÂU 23
cảm biến đo lưu lượng theo thể tích
kiểu bánh răng
làm việc theo nguyên tắc đếm trực tiếp lượng
thể tích chất lưu đi qua buồng chứa có thể tích
xác định của cảm biến.


.

đặc điểm
*Giới hạn đo từ 0,01 - 250 m
3
/giờ,
*Cấp chính xác 0,5; 1,
*Tổn thất áp suất nhỏ,
* ất lỏng đo phải được lọc tốt,
*Gây ồn khi làm việc.

lưu lượng kế kiểu cánh

khi cánh (2) như ở vị trí như hình vẽ,áp suất
chất khí tác động lên cánh làm tang quay.trong
quá trình quay các cánh luôn tiêp xúc với cam
nhờ các con lăn.  điều chỉnh cánh luôn ở vi trí
thích hợp.

(q
v
.


.
:
Đo .
Đo lưu lượng đến 100 - 300 m
3
/giờ
Cấp chính xác 0,25; 0,5.
Cảm biến đo lưu lượng kế theo tốc độ
**lưu lượng kế tuabin hướng trục

bộ phận chính của lưu lượng kế là 1 tuabin
hướng trucjnhor đặt theo chiều chuyển động của
dòng chảy. trước tuabin có bộ điều chỉnh dòng
chảy,để san phẳng dòng chảy rối và loại bỏ
dòng chảy xoáy.chuyển động quay của tuabin
qua bộ truyền bánh răng trục vít dc truyền thiết
bị đếm.

đo lưu lượng băng tuabin tiếp tuyến.

tua bin của lưu lượng kế đặt vuông góc với dòng
chảy.chất lưu qua màng lọc qua ống dẫn vào lưu
lượng kế theo hướng tiếp tuyến với tuabin làm
tuabin quay.cơ cấu đếm được liên keert với truc
tuabin để đưa tín hiệu đến mạch đo.
* Đường kính tuabin từ 15 - 40 mm;
* Phạm vi đo từ 3 - 20 m
3
/giờ
* Cấ 2; 3
CÂU 25
nguyên lý đo
.

).

Phân bố vận tốc của một dòng chảy lý tưởng
qua thiết
bị
v
1
(A-A)

max
(B-B)

3

’(C- C).
Phân bố
1
’ (A-A)

 p
1
2
)
2
’ (B-B)  p
3
’ (C-C).