Đồ án môn học Trang Bị Điện

ĐỒ ÁN MÔN HỌC Trang 1

LỜI NÓI ĐẦU
Trước năm 1975 máy móc trong các nhà máy ở nước ta còn cũ kỹ,lạc hậu dây truyền
trong các nhà máy chủ yếu nhập từ liên xô, trong một thời gian dài không có sự thay thế
vì vậy năng suất rất thấp. Ngày nay với sự mở cửa, hợp tác song phương, có những máy
móc mới,dây truyền mới được đưa vào nên năng suất tăng cao rất nhiều lần,thay vì dùng
tới cả trăm người trong dây truyền thì giờ đây chỉ cần tới một hai người hoặc còn ít hơn
thế cụ thể như ở khu Công nghiệp Nhơn Trạch,công ty Fomosa, người lao động chỉ làm
nhiệm vụ chỉnh sửa lại một vài lỗi nhỏ. Việc sử dụng lao động ít như vậy là vì có sự áp
dụng những tiến bộ khoa học vào trong sản xuất ví dụ như PLC, vi điều khiển. Một thiết
bị không thể thiếu trong các dây truyền tự động đó là các bộ cảm biến. Các bộ cảm biến
đóng vai trò quan trọng trong lĩnh vực đo lường và điều khiển, chúng cảm nhận và đáp
ứng theo kích thước,thường là các đại lượng không điện,chuyển đổi các đại lượng này
thành các đại đại lượng khác và truyền thông tin về hệ thống đo lường điều khiển giúp
chúng ta nhận dạng,đánh giá và điều khiển mọi biến trạng thái của đối tượng, đó là một
vấn đề làm chúng ta phải suy nghĩ ? Để tìm hiểu, nghiên cứu và có được một cách nhìn
nhận về các bộ cảm biến cũng như những ứng dụng của các bộ cảm biến trong công
nghiệp mà chúng em chọn làm đồ án này, dưới sự hướng dẫn của thầy giáo “Trương
Đình Nhơn”.Chúng em hy vọng rằng qua đồ án môn học “Trang Bị Điện” này chúng em
sẽ hoàn thiện được kiến thức của mình về cả lĩnh vực lý thuyết và kiến thức trong thực
tế .Mặc dù đã rất cố gắng nhưng không thể nào tránh khỏi những thiếu sót.Vì vậy Rất
mong sự đóng góp của Thầy và các bạn đọc để chúng em hoàn thiện hơn kiến thức của
mình !
Khoa Điện - Trường ĐHSPKT TPHCM
ĐỒ ÁN MÔN HỌC Trang 2
PHẦN I: CẢM BIẾN CÔNG NGHIỆP
1. Khái niệm cơ bản về cảm biến.
Trong các hệ thống đo lường và điều khiển mọi quá trình đều được đặc trưng bởi
biến trạng thái như nhiệt độ, áp suất, tốc độ, mô men vv. Các biến trạng thái này thường
là các đại lượng không điện . Nhằm mục đích điều chỉnh, điều khiển các quá trình ta cần

thu thập thông tin, đo đạc, theo dõi sự biến thiên của biến trạng thái của quá trình. Các bộ
cảm biến thực hiện chức năng này,chúng thu nhận và đáp ứng với các tín hiệu và kích
thích,là tai mắt của các hoạt động khoa học và công nghệ của con người.
Các bộ cảm biến thường được định nghĩa là thiết bị cảm nhận và đáp ứng với các
thiết bị kích thích.

Đây là sơ đồ điều khiển tự động quá trình,trong đó bộ cảm biến đóng vai trò cảm
nhận, đo đạc và đánh giá các thông số của hệ thống,bộ vi xử lý bao gồm PLC, Gen, Logo
làm nhiệm vụ xử lý thông tin và đưa ra tín hiệu điều khiển quá trình, bộ phận chấp hành
bao gồm van, thuỷ lực, khí nén,hay các động cơ kéo các bộ phận chuyển động thực hiện
những quá trình điều khiển từ các bộ điều khiển trên.
2. Phân loại các bộ cảm biến.
Các bộ cảm biến có thể phân loại theo các phương pháp khác nhau.
2.1 Theo nguyên lý chuyển đổi giữa đáp ứng và kích thích:
Hiện tượng Chuyển đổi giữa đáp ứng và kích thích
Vật lý Nhiệt điện ,Quang điện, Quang từ v.v
Hoá học
Biến đổi hoá học
Biến đổi điện hoá
Phân tích phổ….
Sinh học Biến đổi sinh học
Biến đổi vật lý….
Khoa Điện - Trường ĐHSPKT TPHCM
Cơ cấu chấp hành
Bộ cảm biến
Full
Bộ vi xử lý
ĐỒ ÁN MÔN HỌC Trang 3
2.2 .Phân loại theo dạng kích thích:
Kích thích Các đặc tính của kích thích

Âm thanh Biên pha,phân cực
Phổ,tốc độ,truyền sóng
Điện
Điện tích,dòng điện
Điện thế, điện áp
Điện trường, điện dẫn…
Từ Từ trường, từ thông, độ từ thẫm
Quang
Tốc độ truyền
Hệ số phát xạ, khúc xạ
vị trí,lục, áp suất, gia tốc, ứng suất
Mô men,khối lượng,vận tốc chất lưu
Nhiệt Nhiệt độ,thông lượng,nhiệt dung
Bức xạ
Kiểu
Năng lượng
Cường độ
2.3. Tính theo năng :
- Độ nhạy
- Độ chính xác
- Độ phân giải
- Độ tuyến tính
- Độ trễ
- Có khả năng quá tải
- Tốc độ đáp ứng
- Độ ổn định, tuổi thọ
- Kích thước
- Điều kiện môi trường
2.4 Theo phạm vi sử dụng:
- Trong công nghiệp.

- Nghiên cứu khoa học.
- Môi trường, khí tượng.
- Nông nghiệp,dân dụng,giao thông,quân sự.
2.5 Theo thông số của mạch thay thế:
- Cảm biến tích cực(có nguồn) đầu ra là nguồn áp hoặc nguồn dòng.
- Cảm biến thụ động ( không nguồn) được đặc trưng bởi các thông số
R,L,C,M tuyến tính hoặc phi tuyến.
3. Mạch giao diện của các cảm biến.
- Đáp ứng của các bộ cảm biến nói chung không phù hợp với tải về điện áp công suất,
nhiệt độ …vì vậy cần có bộ giao diện giữa bộ cảm biến và tải. Cần phải phối hợp giữa
Khoa Điện - Trường ĐHSPKT TPHCM
ĐỒ ÁN MÔN HỌC Trang 4
đầu ra của bộ cảm biến và đầu vào của hệ thống xử lý dữ liệu,các mạch điện tửễe thực
hiện nhiệm vụ này là,các mạch giao diện này thường được xây dựng trên cơ sở các bộ
khuếch đại thuật toán, đó là các bộ khuếch đại một chiều có hệ số khuếch đại rất lớn và
tổng trở vào rất lớn,bộ khuếch đại thuật toán này là mạch tích hợp có hang trăm
Tranzito,tụ điện và điện trở có.
+ Hai đầu vào,một đầu vào đảo(âm) và một đầu không đảo (dương ).
+ Điện trở vào rất lớn cỡ hàng trăm mê.
+ Điện trở ra rất nhỏ khoảng 10 Ω
+ Điện áp lệch đầu vào rất nhỏ.
+ Dòng điện phân cực đầu vào rất nhỏ.
+ Hệ số khuếch đại hở mạch rất lớn.

+ Dải tần làm việc rộng.Thông thường là các Bộ khuếch đại dòng
Bộ khuếch đại khử điện áp lệch
Bộ khuếch đại lặp lại điện áp .
Nguồn điện áp chính xác.
CHƯƠNG 1: CẢM BIẾN NHIỆT
Khoa Điện - Trường ĐHSPKT TPHCM

I
U
U
E
I
C
B
V1
I1 I2
Vd
V2
Hình a Hình b
Hình c
ĐỒ ÁN MÔN HỌC Trang 5
Để đo được nhiệt độ người ta có thể dùng nhiều cách, đơn giản nhát là sử dụng
nhiệt kế sử dụng hiện tượng dãn nỡ nhiệt,trong các đại lượng vật lý nhiệt độ được quan
tâm nhiều nhất vì nhiệt độ đóng vai trò quyết định đến nhiều tính chất của vật chất, để
chế tạo các bộ cảm biến nhiệt độ người ta sử dụng nhiều nguyên lý cảm biến khác nhau
như các nhiệt điện trở,nhiệt ngẫu,phương pháp quang, phương pháp dựa trên sự giản nở
của vật rắn,chất lỏng,khí hoặc dựa trên tốc độ âm .
1. Cảm biến nhiệt điện trở:
Nhiệt điện trở kim loại có dạng dây kim loại hoặc màng mỏng kim loại,có điện trở
suất thay đổi theo nhiệt độ, dựa vào dãi nhiệt độ cần đo và các tính chất của môi trường
người ta thường làm điện trở bằng Platin,Niken đôi khi còn sử dụng đồng , Vonfram.
Cảm biến nhiệt điện trở Silic ( thiếu ).
Cảm biến vi mạch bán dẫn đo nhiệt độ.
Linh kiện điện tử rất nhạy cảm với nhiệt độ, do đó có thể sử dụng một số linh kiện
bán dẫn như diode,Trazito.
1.1 Cảm biến vi mạch bán dẫn đo nhiệt độ:
Linh kiện điện tử rất nhạy cảm với nhiệt độ, do đó ta có thể sử dụng một số linh kiện

bán dẫn như diode,tranzito nối theo kiểu diode. Khi đó điện áp giữa 2 cực Colecto và
Emito là hàm của nhiệt độ.
S = du/dt
Để tăng độ tuyến tính và khả năng thay thế ta thường mắc theo sơ đồ hình c dùng 1 cặp
tranzito mắc đối nhau với 2 dòng I1, I2 không đổi chạy qua và đo điện áp B-E.
Dãi nhiệt độ làm việc bị hạn chế trong khoảng T = -50
o
C → 150
o
C . trong khoảng này bộ
cảm biến có độ ổn định cao.
Ứng dụng của cảm biến vi mạch ( LM335) đo nhiệt độ.
Khoa Điện - Trường ĐHSPKT TPHCM
LM308
Ura (100mv/
o
C)
250K
15V
12K 12K
20K
20K
180K
50K
LM335 LM335
100pF
chỉnh zero
-
+
15V

-15V
2
3
7
8
ĐỒ ÁN MÔN HỌC Trang 6


Hai cảm biến LM335 và 2 điện trở 12K được mắc thành mạch cầu với nguồn cung
cấp 15V.Biến trở 50K dùng hiệu chỉnh giá trị 0 ban đầu. Điện áp ra của mạch cầu được
đưa vào OP-AM LM308 khi đo, do nhiệt độ của 2 cảm biến khác nhau, cầu mất cân bằng,
tín hiệu ra được khuếch đại và đưa vào chỉ thị.
Người ta dùng linh kiện điện tử để điều khiển nhiệt độ của các lò đốt như lò nung gốm
sứ,hệ thống điều hoà nhiệt độ …vv.
ở nhiệt độ 70
o
C thì cảm biến đưa tín hiệu về bộ điều khiển, điều khiển tim nung hoạt
động.
Khi nhiệt độ 100
o
C thì cảm biến đưa tín hiệu về bộ điều khiển ngắt tim nung, quá trình
cứ tuần tự tiếp diễn, ta có sơ đồ như hình vẽ.
CHƯƠNG 2: CẢM BIẾN QUANG
Khoa Điện - Trường ĐHSPKT TPHCM
5V
Tim nung
Lò nhiệt
cảm biến T
o
220V

5V
el
er
+
-
+Vcc
-Vcc
Rf1
Rf2
D1
D2
ĐỒ ÁN MÔN HỌC Trang 7

2.1 Khái niệm cơ bản về ánh sáng.
Khi chiếu ánh sáng vào chất điện môi và bán dẫn tinh khiết,các điện tích được giải
phóng là cặp điện tử lỗ trống,với bán dẫn pha tạp khi chiếu sáng nó sẽ giải phóng điện tử
lỗ trống tuỳ thuộc vào chất pha tạp
Hiện tượng giải phóng các hạt dẫn dưới tác dụng của ánh sáng do hiệu ứng quang điện sẽ
gây nên sự thay đổi tính chất điện của vật liệu đó là nguyên lý cơ bản của các cảm biến
quang
2.2 Đặc điểm của cảm biến quang:
- Nhỏ, tiết kiệm chổ.
- Khoảng cách phát hiện xa từ 30m trở xuống.
- Phát hiện được tất cả mọi vật bóng,trong.
- Nguồn cấp là xoay chiều.
- Phân biệt được mức nhỏ,không bị ảnh hưởng bởi màu sắc.
- Chịu được hoá chất như dầu,chịu được nhiệt độ tới 400
o
C hoạt động ở chân không.
- Ánh sáng đưa từ đầu phát đến đầu thu hoặc ánh sáng tại đầu phát gặp vật sẽ phản xạ

lại đầu thu. Đầu phát và thu gắn trên cùng một cảm biến.
2.3 Cấu tạo:
2.3.1 Thu phát độc lập:

2.3.2 Thu phát chung (Retro Replective).
2.3.3 Khuếch tán: (Diffure-Replective).
Khoa Điện - Trường ĐHSPKT TPHCM
Vật
Đầu phát
Đầu thu
K/C phát hiện
Sensor
Vật
K/C phát hiện
Gương
ĐỒ ÁN MÔN HỌC Trang 8
2.3.4 Cảm biến quang phản xạ giới hạn (limited Reflective).
2.3.5 Cảm biến quang đặt khoảng cách( Distance Settble).
2.3.6 Cảm biến quang loại phát hiện mark (Mark Dêtction).
2.3.7 Cảm biến màu (Color Sensor).
Khoa Điện - Trường ĐHSPKT TPHCM
Vật
Dãi cài đặt
Dãi cảm biến
Vật
Khoảng cách phát hiện
Trục thu
Trục phát
Bộ nhận
Nền

Bộ phát

Vùng phát hiện
Vật
Kính
Gương cầu
Thấu kính thu
Photodiode
ĐỒ ÁN MÔN HỌC Trang 9
2.4 Cảm biến quang điện.
Cảm biến quang điện thực chất là các linh kiện quang điện, chúng thay đổi tính chất
khi có ánh sáng thích hợp chiếu vào bề mặt của chúng.
2.4.1 Tế bào quang dẫn.(quang điện trở)
Nguyên lý làm việc của quang điện trở là sự phụ thuộc của điện trở vào thông lượng
bức xạ và phổ bức xạ.
Tế bào quang dẫn là cảm biến quang điện có độ nhạy cao.Cơ sở vật lý của tế bào quang
dẫn là hiện tượng quang dẫn do hiệu ứng quang điện. Đó là hiện tượng giải phóng các hạt
tải điện trong vật liệu dưới tác dụng của ánh sáng làm tăng độ dẫn điện của vật liệu.
2.4.2 Phôtô diode.
Nguyên lý làm việc.
sự tiếp xúc của hai bán dẫn loại Nvà P tạo nên vùng nghèo hạt dẫn vì ở đó tồn tại một
điện trường và hình thành một hàng rào điện thế. Khi không có điện thế bên ngoài đặt lên
phần chuyển tiếp, dòng điện qua chuyển tiếp bằng không.Khi đặt một điện áp lên
diode,với điện áp đủ lớn,chiều cao của hàng rào thế năng tăng và trên diode có dòng điện
ngược.
Khi chiếu ánh sáng vào diode bằng bức xạ có bước sóng sẽ xuất hiện các cặp điện từ
lỗ trống dưới tác dụng của điện trường các cặp điện từ lỗ trống chuyển động và dòng điện
ngược tăng lên rất nhanh.

2.4.3 Photo Tranzito.
Photo Tranzito là các Tranzito Silic loại N-P-N mà vùng bazo( cực B) được chiếu
sáng, không có điện áp đặt lên cực B, chỉ có điện áp trên cực C, đồng thời chuyển tiếp B-
Khoa Điện - Trường ĐHSPKT TPHCM
φ
Ud
R
UR
I
+
-
E
ĐỒ ÁN MÔN HỌC Trang 10
C phân cực ngược. Điện áp đặt chủ yếu vào phần chuyển tiếp B-C, trong khi đó sự chênh
lệch điện thế giữa Evà B thay đổi không đáng kể (UBE = 0,6->0,7V).
Khi phần chuyển tiếp B-C được chiếu sáng, sự hoạt động của Photo Tranzito giống như
Photo diode. Coi photo Tranzito giống như tổ hợp của một Photo diode và một Tranzito.

2.4.4 Cảm biến phát xạ: (tế bào quang điện)
Nguyên lý làm việc của cảm biến phát xạ là biến đổi tín hiệu quang điện thành tín
hiệu điện nhờ hiện tượng phát xạ điện tử ở điện cực Catot khi có thông lượng ánh sáng
chiếu vào.
Cảm biến phát xạ được phân thành
- Tế bào quang điện chân không .
- Đèn Ion khí .
- Bộ nhân quang điện.
- Cơ chế hoạt động của tế bào quang điện là khi có thông lượng ánh sáng chiếu vào,
Catot hấp thụ photon và giải phóng điện tử,các điện tử di chuyển lên bề mặt và thoát
ra ngoài.
2.5 Ứng dụng của cảm biến quang :

2.5.1 Dùng tế bào quang dẫn để điều khiển rơle.

Nguyên lý làm việc của hệ điều khiển là khi chưa có ánh sáng chiếu vào tế bào
quang dẫn,dòng điện qua quang dẫn và rơle rất nhỏ chưa đủ để rơle tác động. Khi được
Khoa Điện - Trường ĐHSPKT TPHCM
φ
Rm
Rm
Ir
ĐỒ ÁN MÔN HỌC Trang 11
chiếu sáng điện trở của quang dẫn giảm đi rất nhanh, dòng điện qua quang dẫn tăng lên
đủ lớn để Rơle tác động
Cảm biến quang với hai đầu thu phát độc lập được dùng để phát hiện mũi khoan bị gẫy
với cảm biến phát ra tia nhỏ.Khi mũi khoan chưa gẫy ánh sáng từ đầu phát sẽ không
truyền được từ đầu phát tới đầu thu.Nếu mũi khoan bị gẫy thì ánh sáng từ đầu phát sẽ đến
được đầu thu đưa lên cơ cấu hiển thị báo kết quả.Với loại cảm biến sử dụng là E3S-C.
Cảm biến quang được dùng trong các nhà máy sản xuất sữa, đồ hộp, chất lỏng bên trong
hộp màu trắng không trong suốt với cảm biến sử dụng là E3Z-T61,với tia sáng mạnh có
thể xuyên qua vỏ bọc bên ngoài vì vậy có thể phát hiện được nước ở thời điểm hiện tại
cũng như phát hiện được mức của chất lỏng này.
Cảm biến với 2 đầu thu phát độclập Cảm biến thu phát chung
Cảm biến khuếch tán
* Cảm biến quang có đầu thu phát chung được ứng dụng trong thang máy, được gắn ở
hai bên cánh cửa để phát hiện người vào trong thang máy từ đó khống chế số người vào
trong thang ứng dụng này được sử dụng với cảm biến loại E3JK-R.

Khoa Điện - Trường ĐHSPKT TPHCM
Gương
ĐỒ ÁN MÔN HỌC Trang 12
* Cảm biến màu được ứng dụng nhiều trong công nghiệp cụ thể là trong khu vực xử lý

nước thải tại khu chế xuất LINH TRUNG với cảm biến sử dụng là E3MC phân biệt mầu
bằng cách phát hiện sự khác nhau giữa màu phát hiện với màu chuẩn đã đăng ký ( sử
dụng một tấm panel trắng phía sau giúp độ phản xạ cao hơn).
Với màu chuẩn đã đăng ký bằng nút nhấn trên bộ điều khiển cảm biến, khi mực nước
trong ống còn bẩn thì đầu thu nhận được sẽ khác nhiều so với màu chuẩn đã đăng ký và
đưa tín hiệu về khâu xử lý qua cơ cấu chấp hành mở van đưa nước ngược trở lại để xử
lý.Đến khi nào cảm biến màu nhận được tín hiệu chuẩn như màu đã đăng ký thì điều
khiển cơ cấu chấp hành mở van xả nước ra ngoài, ở đây cảm biến chỉ phát hiện và so
sánh với các thông số đã cài đặt từ trước, còn việc sử lý nước bị ô nhiễm thành nước
sạch phải có những hợp chất hoá học
và nhiều công đoạn khác chứ cảm biến
không làm được điều này mà chỉ phát
hiện .
Phát hiện mức chất lỏng trong bồn
mà không bị ảnh hưởng bởi bot1.
Sử dụng cảm biến loại điện dung
với mức điều chỉnh độ nhạy giúp triệt tiêu
ảnh hưởng của bọt ,cảm biến E2KQ-X10ME1.
Cảm biến ứng dụng điện dung
Phát hiện theo nguyên tắc tĩnh điện ( Sự thay đổi điện dung giữa vật cảm biến và đầu
sensor.
Phát hiện mực chất lỏng trong bồn.
Khoa Điện - Trường ĐHSPKT TPHCM
Led
Thu
Ống nước
(1)
(1)
ĐỒ ÁN MÔN HỌC Trang 13
Sử dụng ống nhựa kèm theo, mực nước trong bồn sẽ chính là mực nước trong ống

nhựa,sensor họ E2K-L có thể phát hiện chính xác mực nước trong bồn và cho ra tín hiệu
khi nước đầy , nước cạn .
Tuy nhiên với mức độ không quan trọng khi cần phát hiện mực nước và điều khiển
quá trình đóng ngắt bơm người ta có thể dùng Liquid level Relay . Với việc điều khiển
đóng ngắt bơm bằng hai quả phao gắn ở trên bể trên cao và hai quả phao gắn ở bể dưới,
Hai phao này được nối vơi nhau và nối với hai công tắc trái cực nhau một thường đóng
và một thường mở,hai công tắc này về chức năng đúng như công tắc đèn,việc đóng cắt rất
nhạy và giá thành rẻ, dễ lắp ráp.
Cũng dùng Sensor E8AA là sensor do áp suất códãi từ 0->10kgt/cm
2
có thể dễ dàng kết
nối đầu ra 4->20mA của sensor với bộ điều khiển thích hợp.

Dùng 2 cảm biến
Tuy nhiên mực nước trong nồi hơi(Sử dụng trong công ty may mặc dùng để xấy
khô,là quần áo.Để không bị cháy người ta Nà bằng hơi nước,khi nước trong nồi sôi hơi
bốc lên được đưa qua van hút đưa tới bàn Nà, nước trong nồi có hiện tượng bốc hơi và
cạn ta phải thường xuyên bơm nước vào vậy để phát hiện mực nước trong nồi hơi đó khi
nào hết chúng ta bơm vào và khi nào đầy nước để chúng ta ngừng bơm nước vào.Thì
chúng ta phải sử dụng thiết bị gì để đo? Chúng ta không thể dùng rơle được bởi khi mức
nước sôi, áp suất được đẩy từ dưới lên và 2 quả phao luôn nổi vì vậy các tiếp điểm (công
tắc ) không đóng do đó bơm sẽ không được cấp điện vì vậy không thể bơm nước vào nồi
hơi được .
- Trong trường hợp này người ta dùng cảm biến điện dung hoặc cảm biến siêu âm, ngõ ra
analog của sensor sẽ dựa vào bộ điều hiển thị K3MA-J để hiển thị và để diều khiển đóng
ngắt bơm khi đầy hoặc cạn 4->20mA
Khoa Điện - Trường ĐHSPKT TPHCM
Full
Empty
20.000

K3MAJ
Tín hiệu ra
ĐỒ ÁN MÔN HỌC Trang 14
Người ta cũng dùng cảm biến quang phát ra một chùm tia (cảm biến có đầu thu phát
chung).dùng đóng mở cửa tự động như tại Bưu điện Thủ Đức hoặc tại siêu thị Metro…
Hình a và hình b thể hiện vị trí lặp đặt và vùng phát hiện của cảm biến , hình c là hình
giáng của loại cảm biến trên .
2.5.2 Ứng dụng cảm biến quang trong hệ thống cảnh báo:
Cấu tạo của cảm biến như hình vẽ
Khoa Điện - Trường ĐHSPKT TPHCM
Hình a
Hình b
Hình c
ĐỒ ÁN MÔN HỌC Trang 15
Cảm biến quang được sử dụng trong hệ thống cảnh báo (báo động) trong Biệt Thự và
trong những khu vực cần độ an ninh cao …
Hệ thống được thiết kế bằng cách dựng các cảm biến tại các góc tường,mỗi bức tường
được dựng một bộ cảm biến gồm một đầu thu và một đầu phát.Như vậy nếu cần bảo vệ
khu vực phía ngoài như tường rào của một ngôi nhà trên một miếng đất hình vuông với
tường rào là 4 bức thì cần tới 4 bộ cảm biến, các đầu dây của mỗi bộ cảm biến được đua
về bộ xử lý trung tâm có thể đặt tại phòng bảo vệ hoặc chỗ nào đó thuận tiện.
Ngoài việc bảo vệ trên tường rào dùng cảm biến quang người ta còn kết hợp với các bộ
cảm biến từ gắn tại các cửa sổ của lầu một và lầu hai ở bốn xung quanh nhà.Hệ thống này
làm việc hay không làm việc là do người sử dụng cài đặt bằng cách điều chỉnh đóng mở
tại bộ xử lý.Các cảm biến từ có dạng như hình vẽ và được nối như hình vẽ.

Mạch chỉ hoạt động khi tiếp điểm 1 và 2 được nối kín,để việc bảo vệ có kết quả cao
người ta gắn phần A vào cánh cửa,phần B được gắn vào khung cửa,các cửa đều được gắn
như vậy và mỗi đầu dây của cảm biến này được mắc nối tiếp với nhau tạo thành một
mạch kín và có hai đầu dây đưa về bộ xử lý.

Khoa Điện - Trường ĐHSPKT TPHCM
Nam châm
Lá thép từ
Đầu đầu
Đầu cuối
A
B
1
2
ĐỒ ÁN MÔN HỌC Trang 16
Bình thường muốn hệ thống làm việc thì các cửa sổ phải đóng kín (có nghĩa là đóng
các công tắc lại,nối kín mạch từ,1 và 2 được nối với nhau ) như vậy tín hiệu sẽ chạy từ
đầu đầu tới đầu cuối nhờ các tiếp điểm của các cảm biến đã được đóng kín.Khi mở bất
kỳ một cửa nào ra thì mạch kín này bị ngắt ra tại 1 và 2 và tín hiệu từ đầu đầu sẽ không
đưa được tới đầu cuối .Tín hiệu đưa về bộ xử lý thông qua bộ chuyển mạch đóng rơle cấp
nguồn cho chuông hoặc đèn để báo tín hiệu.
Với cảm biến gắn trên tường rào cũng gồm một đầu thu và một đầu phát,đầu phát phát
ánh sáng và đầu thu sẽ nhận được.
Việc đầu phát phát ánh sáng đầu thu nhận được là một kỹ thuật buộc người lắp đặt
phải có kinh nghiệm để sao cho ánh sáng giữa đầu thu và phát truyền theo một đường
thẳng và chiếu đúng vào tâm điểm của nhau.Ở chế độ bình thường thì ánh sáng phát ra từ
đầu phát và đầu thu sẽ nhận đượcvà không có tín hiệu từ bộ cảm biến đưa về. Khi có sự
cố như người chèo qua tường che, chắn tia sáng,ánh sáng từ đầu phát sẽ không đến được
đầu thu,tín hiệu đưa về sẽ khác với bình thường hoặc đầu phát sẽ phát ánh sáng mà đầu
thu không nhận được . Mỗi đâu cảm biến này đều được cấp nguồn với điện áp 12v DC và
có 2 đầu tín hiệu 1 vào và 1 ra thông qua bộ biến đổi và cơ cấu chấp hành đưa tín hiệu
vào chuông. Để kiểm xoát hệ thống người điều khiển có thể nhấn nút điều khiển trên bàn
phím để tắt hoặc mở hệ thống báo động.
Sơ đồ nguyên lý mạch bảo vệ và cơ cấu chấp hành
Khoa Điện - Trường ĐHSPKT TPHCM

-
MA741
+
1k 10k
10k
10μ
1μ
10k
10μ
BC547
D1
Relay12v
B40C00
+
-
S
S
4,7μ
- 10μ
10μ
10k
10μ
10k
10k 10k
IC
L165
220V
ĐỒ ÁN MÔN HỌC Trang 17

Ưu điểm của hệ thống này là

Bảo vệ tin cậy và an toàn cao
Dễ lắp đặt,giá thành rẻ
Khoa Điện - Trường ĐHSPKT TPHCM
Cảm biến
ĐỒ ÁN MÔN HỌC Trang 18
Hình dáng to vì vậy không mỹ quan
Đôi khi bị nhiễu do hiện tượng
chim bay qua.
Khoảng cách phát hiện rất xa , tuỳ theo
loại mà khoảng cách là 20m, 35m 70m.
CHƯƠNG 3: CẢM BIẾN THÔNG MINH
3.1 Khái niệm chung :
Khoa Điện - Trường ĐHSPKT TPHCM
ĐỒ ÁN MÔN HỌC Trang 19
Cảm biến thông minh (Intelligent Sensor)là sự kết hợp giữa vi điều khiển và các mạch
vi điện tử với cảm biến thông thường để thực hiện các chức năng mới mà các cảm biến
thông thường không thực htực hiện được. Cảm biến thông minh có khả năng mã hoá tín
hiệu đo,ghép nối được với các thiết bị ngoại vi,ghép nối với các bộ nhớ để lưu giữ số
liệu,tự động chọn thang đo,tự động bu sai số
Nhờ tính năng cao của mạch vi xử lý, kỹ thuật đo lường đã đưa ra nhiều phương
pháp, biện pháp đo để đa dạng hoá các cảm biến, đưa ra nhiều biện pháp để xử lývà
nâng cao độ chính xác, ổn định,tăng độ tác động nhanh…loại bỏ các yếu tố ảnh hưởng
đến độ chính xác của dụng cụ đo cũng như hệ thống đo
Cảm biến thông minh thực hiện được các chức năng mới mà cảm biến thông thường
không thực hiện được đó là.
 Chức năng thu thập số liệu đo từ nhiều đại lượng đo khác nhau với các klhoảng
đo khác nhau
 Chức năng chương trình hoá quá trìnhđo túc là đo theo một chương trình đã định
sẵn, chương trình này thay đổidược bằng thiết bị lập trình
 Cớ thể gia công sơ bộ kết quả đo theo các thuật toán đã định sẵn và đưa ra kết

quả hiển thị trên màn hình hoặc máy in.
 Có thể thay đổi toạ độ bằng cách đưa vào các thừa số nhân thích hợp
 Tiến hành tính toán đưa đưa ra các kếtquả đo khi thực hiện phép đo gián tiếp hay
hợp bộ hay thống kê.
 Hiệu chỉnh sai số của phép đo
 Bù các kết quả đo bị sai lệch do ảnh hưởng của sự biến động các thông số môi
trường như nhiệt độ, độ ẩm…
 Điều khiển các khâu của dụng cụ đo cho phù hợp với đại lương đo.
 Mã hoá tín hiệu đo.
 Ghép nối với các thiết bị ngoại vi như màn hình, máy in, bàn phím với các kênh
liên lạc để truyền đi xa theo chu kỳ hay theo địa chỉ.
 Có thể ghép nối với bộ nhớ để nhớ số liệu của kết quả đo hay giá trị tức thời của
tín hiệu đo
 Có khả năng tự động khắc độ.
 Sử dụng µp có thể thực hiện các phép tính như cộng,trừ nhân, chia, điều khiển quá
trình đo và sự làm việc của các khâu như chuyển đổi tương tự sang số, dồn kênh.
Khoa Điện - Trường ĐHSPKT TPHCM
ĐỒ ÁN MÔN HỌC Trang 20
 Sử dụng µp có khả năng phát hiện những vị trí hỏng hóc trong thiết bị đo và đưa
thông tin về chúng nhờ cài đặt chương trình kiểm tra và chuẩn đoán kỹ thuật về sự làm
việc của thiết bị đo.
3.2 Cấu tạo của cảm biến thông minh.
Sơ đồ cấu trúc của cảm biến thông minh
Các thiết bị trong sơ đồ trên .
- X1,X2 ……Xn là các đại lượng đo.
- CB1,CB2….CBn là cảm biến thông minh.
- CH1,CH2….CHn là các bộ chuẩn hoá.
- MUX là bộ dồn kênh .
- ADC là bộ chuyển đổi tương tự số .
- ΔP là bộ vi xử lý.

Nguyên lý làm việc của cảm biến .
Các đại lượng đo X1,X2… Xn được đưa vào các cảm biến CB1,CB2….CBn để biến
đổi thành các tín hiệu điện sau đó đưa qua các bộ chuẩn hoá để chuẩn hoá tín hiệu thành
dòng hoặc áp.
Bộ dồn kênh (MUX) làm nhiệm vụ chuyển các tín hiệu điện theo chương trình định
trước đến ADC, biến đổi tín hiệu dang tương tự sang tín hiệu số và đưa vàoµP ( bộ vi xử
lý .µP điều khiển MUX và ADC làm việc theo chương trình.
Khoa Điện - Trường ĐHSPKT TPHCM
.
.
.
CB1
CB2
CBn
X1
X2
.
.
.
CH1
CH2
CHn
MUX ADC
µP
Y1
Y2
Yn
CẢM BIẾN
Xn
Cảm biến thông minh

cảm biến tiệm cận
cảm biến quang
ĐỒ ÁN MÔN HỌC Trang 21
3.3 Ứng dụng cảm biến thông minh 4301 đo áp suất.
Trong hình vẽ trên biểu diễn sơ dồ khối của một cảm biến thông minh kiểu điện
dung mắc vi sai.Trong đó áp suất P1và P2 tác động lên hai phía của màng .Bình thường
điện dung C1và C2 có giá trị bằng nhau với P1 = P2. Khi làm việc giả sử P >P2 điện cực ở
giữa của hai tụ điện bị tác động lúc đó giá trị điện dung C1>C2.Tín hiệu ra của cảm biến
được dưa qua mạch
chuẩn hoá và biến đổi thành tần số.Qua mạch cách ly bằng photo diode tín hiệu được đưa
vào CPU. Để hiệu chỉnh sai số. do nhiệt độ môi trường thay đổi người ta dùng thêm cảm
biến nhiệt độ.Các tín hiệu trên được đưa qua MUX,A/D và µP v.v…trong CPU.
CPU làm nhiệm vu quản lý mọi thao tác của tất cả các khâu trong bộ cảm biến như tuyến
tính hoá đường cong của cảm biến và truyền thông tin đi xa qua modem hoặc vào máy
tính.Chương trình được cất ở Prom bên trong bộ vi xử lý khi thu thập số liệu thông tin
được đưa vào bộ nhớ RAM
Một bộ EFROM khác cũng được lắp đặt để ghi và đọc thông tin và độ chênh lệch áp
suất và nhiệt độ môi trường.Bộ đầu ra output thực hiện nhiệm vụ đưa thông tin ra dưới
dạng tương tửơ dạng dòng một chiều 4-20mA hoặc chỉ thị số
Sơ đồ khối của cảm biến thông minh
Chức năng của bộ cảm biến
tuỳ thuộc vào cách sử dụng bộ cảm biến thông minh có thể thực hiện các chức năng
-Đo trực tiếp đại lượng đo,sử dụng trong trường hợp đo áp suất,độ chênh áp suất và đo
mức
-Đo căn bậc hai,sử dụng trong trường hợp đo lưu lượng với các chuyển đổi áp suất vi sai
-Đo căn bậc hai sử dụng cho trường hợp đo lưu lượng một kênh nước mở có tiết diện
hình thang hay hình chữ V
Khoa Điện - Trường ĐHSPKT TPHCM
Mạch Chuẩn Hoá
Mạch cách ly

Tín hiệu
CB
CH
MUX
A/D
EEPROM-RAM

D/A
ĐK
chỉ
thị số
Modem
EELL
202
EEPRO
M
PROM
T
o
Tín hiệu tương tự
Truyền lên PC
C1
C2
OUT PUT
CPU
ĐỒ ÁN MÔN HỌC Trang 22
Cảm biến thông minh còn ứng dụng trong công nghiệp như phát hiện các vật có sự khác
biệt dù rất nhỏ với độ phân biệt cao.như phát hiện lỗi nhỏ xuất hiện ở các lô tơ lụa ,với
cảm biến sử dụng là ZX-LT kết hợp với amplifier
Cảm biến thông minh còn ứng dụng phát hiện những tem màu khác biệt về dán không

đúng quy cách với cảm biến mang tên ZX-LD, có đầu thu phát chung,lợi dụng vật để
phản xạ ánh sáng chiếu tới
CHƯƠNG IV: CẢM BIẾN ĐO BIẾN DẠNG,LỰC
TRỌNG LƯỢNG, ÁP SUẤT
Khoa Điện - Trường ĐHSPKT TPHCM
ĐỒ ÁN MÔN HỌC Trang 23
4.1. Đo biến dạng:
- Độ biến dạng là tỉ số giữa sự biến thiên kích thước ∆L và kích thước ban đầu l của
vật.
ε = ∆L/L
- Biến dạng gọi là đàn hồi khi ứng lực mất đi thì biến dạng cũng không còn.
- giới hạn đàn hồi là ứng lực tối đa không gây nên biến dạng cố định, độ của giới hạn
đo bằng Kg lực/mm
2
.
4.1.1. Cảm biến áp trở:
Nguyên lý : Khi vật dẫn chịu biến dạng cơ học là điện trở của nó thay đổi, hiện tượng
đó được gọi là hiệu ứng áp trở (Piezo resistive effect).Cảm biến có nguyên lý hoạt động
dựa trên hiệu ứng đó gọi là hiệu ứng áp trở.
Ta biết điện trở của vật dẫn được biểu diễn bằng biểu thức.

R = ρ
S
L
Do chịu ảnh hưởng của biến dạng nên điện trở của cảm biến bị thay đổi một lượng ρR.
Ta có.

R
ΔR
=

L
ΔL
+
ρ
Δρ
-
S
ΔS
ρR/R : Lượng biến thiên tương đối của điện trở khi bị biến dạng.
ρL/L : lượng biến thiên tương đối theo chiều dài.
ρ ρ/ρ : Lượng biến thiên tương đối theo điện trở suất.
ρS/S : Lượng biến thiên tương đối theo tiết diện.
Cảm biến áp trở chia thành 2 dạng cơ bản là áp trở kim loại và bán dẫn.
Cảm biến áp trở kim loại. mảnh
Chúng được phân thành áp trở dây mảnh,lá mỏng và màng mỏng.
- Cảm biến áp trở dây mảnh gồm có dây điện trở uốn hình răng lược hai đầu dây hàn với
hai lá đồng để nối với mạch đo.
- Cảm biến lá mỏng là một lá mỏng làm từ hợp kim Constantan chế atọ theo phương pháp
ăn mòn quang hợp có độ nhạy lớn, ít biến dạng ngang, điện trở lớn.
- Cảm biến áp trở màng mỏng chế tạo bằng phương pháp bốc hơi kim loại.
Cảm biến áp trở bán dẫn.
- Được chế tạo từ các chất bán dẫn như Silic,Germani, asenua…vv.
Khoa Điện - Trường ĐHSPKT TPHCM
ĐỒ ÁN MÔN HỌC Trang 24
- Cảm biến áp trở chia thành 2 loại loại cắt và loại khuếch tán.
- Nguyên lý : Bình thường các điện tử phân bố trong tinh thể bán dẫn bằng nhau, độ dẫn
điện không thay đổi khi bị biến dạng các điện trở thay đổi do đó độ dẫn điện thay đổi và
điện trở thay đổi theo.
4.1.2 Mạch đo và ứng dụng:
Mạch đo có thể dùng mạch cầu 2 hoặc 4 nhánh hoạt động mà các áp trở là điện trở nhánh

kết hợp với khuếch đại và chỉ thị
với cầu một nhánh hoạt động của chúng như sau.
Giả sử R1=R2=R3=Rx=R khi đó biến dạng Rx thay đổi một lượng Δr
R'x=Rx+ΔR
Ta có Ura=
4
Uo
·
R
ΔR
với cầu có hai nhánh hoạt động ta có
U
2
=
2
Uo
·
2R
RΔ


Khi cầu có 4 nhánh hoạt động
U
ra
= U
0·
R
ΔR

Khoa Điện - Trường ĐHSPKT TPHCM

R4 = R10
Rt
R2
R3
Rra
U
RT
RT
R2
R3
Ura
U
U
R
Rt
UT
Ura
C
ĐỒ ÁN MÔN HỌC Trang 25
Khi cần đo biến dạng động với tần số lớn hơn1khz (biến dạng do va đập).Người ta
dùng mạch đo như hình 12-4c.Điện áp ra được đo trên Rt mắc nối tiếp với R.Để loại bỏ
thành phần một chiều người ta mắc thêm tụ C
Điện áp rơi trên áp trở U
t
=
RtR
RtU.
Khi có biến dạng với tần số w.
U
t

=
εrSinwtRt(1R
εSinwt)U.Rt(1
với ε<<1 ta có
U
t
= U[
RtR
Rt
+
RtR
rSinwtRtε

Điện áp lấy ra chỉ lấy thành phần xoay chiều
U
ra
=U·
RtR
Rt
·ε
r
Sinwt
Trong quá trình đo biến dạng và ứng lực cần quan tâm đến một số khâu như chọn vi
trí,công nghệ dán,làm mát.Khi đo ứng lực theo một hướng nào đó,cảm biến được dán
theo hướng tác động của ứng lực.
Ưu điểm của cảm biến áp trở là quán tính nhỏ,dải tần rộng từ 0÷100 KHz
Hình vẽ trên là sơ đồ ứng dụng của cảm biến áp trở đo biến dạng
4.2 Đo Lực
Theo định luật cơ bản của động lực học ta có F=ma,trong đó m là khối lượng của vật
chịu tác động,Lực F tính bằng Newton gây nên gia tốc a.

Thông thường đo lực có hai phương pháp đo
Đo trực tiếp là phương pháp có sử dụng các cảm biến có đại lượng vào là lực F tác
động trực tiếp lên nó và đại lượng ra là tín hiệu điện
Khoa Điện - Trường ĐHSPKT TPHCM
1
1
3
3
1
3
Ur
3
1
4
2