Thiết kế hệ thống điều chỉnh công suất đèn chiếu sáng công cộng

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………

i




BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO
TRƯỜNG ðẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI













ðẶNG TIẾN DŨNG




THIẾT KẾ HỆ THỐNG ðIỀU CHỈNH CÔNG SUẤT ðÈN
CHIẾU SÁNG CÔNG CỘNG

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT



Chuyên ngành: ðiện khí hoá sản xuất nông nghiệp và nông thôn
Mã số: 60.52.54

Người hướng dẫn khoa học: PGS.TSKH. TRẦN HOÀI LINH











Hà Nội – 2012



Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………

ii

LỜI CẢM ƠN

Sau một thời gian nghiên cứu thiết kế và chế tạo, tôi ñã hoàn thành luận
văn “Thiết kế hệ thống ñiều chỉnh công suất ñèn chiếu sáng công cộng” theo
yêu cầu ñược giao luận văn cao học.
Trước hết tôi xin gửi tới PGS.TSKH Trần Hoài Linh, người ñã trực tiếp
hướng dẫn và tạo ñiều kiện giúp ñỡ tôi hoàn thành luận văn này lời cảm ơn
trân trọng nhất.
Qua ñây tôi cũng xin bày tỏ lời cảm ơn tới Ban chủ nhiệm cùng các thầy
cô Bộ môn Tự ñộng hóa – Khoa Cơ ðiện – Trường ðại học Nông nghiệp Hà
Nội ñã tạo ñiều kiện, ñộng viên và giúp ñỡ tôi trong suốt quá trình học tập
chương trình ñào tạo thạc sỹ vừa qua.
Tôi cũng bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới Lãnh ñạo Sở Công Thương,
Trung tâm Tiết kiệm năng lượng Bắc Giang nơi tôi công tác và lời cảm ơn tới
gia ñình, bạn bè cùng khóa học ñã luôn ủng hộ tạo ñiều kiện, khích lệ tôi ñể
tôi có thể học tập, nghiên cứu và trưởng thành như ngày hôm nay.
Một lần nữa xin trân trọng cảm ơn!







Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………

iii

LỜI CAM ðOAN

Tôi xin cam ñoan rằng ñây là ñề tài nghiên cứu của riêng tôi. Các số
liệu, kết quả nêu trong luận văn này là trung thực và chưa công bố trong ñề tài
khoa học nào trước ñó.
Tôi xin cam ñoan rằng các thông tin trích dẫn trong bản luận văn của tôi
ñều ñược chỉ rõ nguồn gốc.

Người cam ñoan





ðặng Tiến Dũng











Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………

iv

MỤC LỤC
Danh sách các hình …………………………………………………………… …3

Danh sách các bảng………………………………………………………………….6
MỞ ðẦU 7
1. ðặt vấn ñề 7
2.
Mục tiêu
8
3. Nội dung nghiên cứu 8
4. Phương pháp nghiên cứu 9
5. Phạm vi ứng dụng 9
6. Cấu trúc luận văn 9
CHƯƠNG1: TỔNG QUAN VỀ ðÈN CHIẾU SÁNG VÀ MẠCH ðO ðIỀU
CHỈNH CÔNG SUẤT CỦA ðÈN 11
I.1. Một số khái niệm về ánh sáng và giải pháp công suất ñèn chiếu sáng 11
I.1.1. Một khái niệm cơ bản về ánh sáng và chiếu sáng…………………… 11
I.1.2. Giới thiệu một số loại ñèn chiếu sáng…………………………………16
I.1.3. Các giải pháp kiểm soát công suất ñèn chiếu sáng…………………… 20
I.2. Cảm biến ánh sáng 22
I.2.1. Giới thiệu chung về cảm biến………………………………………… 22
I.2.2. Phân loại cảm biến……………………………………………………22
I.2.3. Cảm biến quang (tế bào quang dẫn) …………………………………24
I.3. Kết luận chương I 31
CHƯƠNG II: GIẢI PHÁP ðIỀU CHỈNH TỰ ðỘNG CÔNG SUẤT CỦA ðÈN
SỬ DỤNG CÁC PHẦN TỬ CÔNG SUẤT 32
II.1. Triac và ứng dụng trong ñiều chỉnh công suất ñầu ra 33
II.1.1. Giới thiệu Triac ……………………………………………………… 33
II.1.2. ðiều khiển Triac………………………………………………………35
II.1.3. Ứng dụng……………………………………………………………….36
II.2. Máy biến áp và ứng dụng trong ñiều chỉnh công suất ñầu ra 38
II.2.1. Nguyên lý hoạt ñộng của máy biến áp 38
II.2.2. Máy biến áp có nhiều nấc ñiều chỉnh 41

CHƯƠNG III: THIẾT KẾ MẠCH ðIỀU KHIỂN ðIỀU CHỈNH TỰ ðỘNG
CÔNG SUẤT ðẦU RA CỦA BÓNG ðÈN 42
III.1. Sơ ñồ khối và chức năng của các khối 42
III.1.1. Sơ ñồ chung………………………………………………………… 42
III.1.2. Sơ ñồ khối cụ thể……………………………………………………42
III.2. Thiết kế chi tiết 44
III.2.1. Khối nguồn nuôi………………………………………………………44
III.2.2. Lựa chọn và thiết kế khối cảm biến ñộ sáng…………………………45
III.2.3. Lựa chọn và thiết kế khối triac……………………………………….47
III.2.4. Lựa chọn và thiết kế biến áp………………………………………….50
III.2.5. Lựa chọn và thiết kế khối LCD………………………………………50

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………

v

III.2.6. Lựa chọn và thiết kế khối phím………………………………………51
III.2.7. Lựa chọn và thiết kế khối truyền thông………………………………51
III.2.8. Lựa chọn và thiết kế vi xử lý…………………………………………53
III.3. Thiết kế tổng thể mạch thiết bị 58
III.4. Phân tích và thiết kế phần mềm vxl…………………………………58
III.4.1. Phân tích và thiết kế hệ thống phần mềm trên PC……………………59
III.4.2. Xây dựng mối liên hệ giữa cường ñộ sáng và góc mở ñèn…………59
III.5. Kết luận chương III 60
CHƯƠNG IV: KẾT QUẢ TRIỂN KHAI 61
IV.1. Mạch phần cứng 61
IV.1.1. Sơ ñồ nguyên lý các khối trong mạch công suất……………………61
IV.1.2. Sơ ñồ nguyên lý các khối mạch ñiều khiển…………………………64
IV.2. Phần mềm vi xử lý 68
IV.3. Phần mềm tích hợp trên PC 71

IV.4. Các kết quả thử nghiệm 73
IV.5. Kết luận chương IV 77
KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 78
1.Kếtluận………………………………………………………………………78
2.Hướng phát triển tiếp theo của ñề tài………………………………………78
PHỤ LỤC 80
Phụ lục 1: Chương trình chính (main.c)…………………………………….80
Phụ lục 2: Chương trình use.h………………………………………………83
Phụ lục 3: Sơ ñồ mạch công suất…………………………………………….84
Phụ lục 4: Sơ ñồ mạch ñiều khiển …………………………………………….85
Tài liệu tham khảo 86








Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………

vi

Danh sách các hình
Hình 1.1: Cường ñộ sáng theo 1 phương 16

Hình 1.2: Mô tả ñộ rọi và mật ñộ quang thông trên bề mặt chiếu sáng 17

Hình 1.3: Bóng ñèn sợi ñốt 19

Hình 1.4: Bóng ñèn Natri 20

Hình 1.5: Bóng ñèn Natri cao áp 21

Hình 1.6: Một số dạng bóng ñèn huỳnh quang 22

Hình 1.7: Một số dạng bóng ñèn compact 22

Hình 1.8: Bóng ñèn LED 23

Hình 1.9: Tủ ñiều chỉnh quang thông tự ñộng 24

Hình 1.10: Cảm biến phát 26

Hình 1.12: Hìnhdạng, ký hiệu và phân cực của quang
diode 29

Hình 1.13: ðặc tuyến của quang diode 30

Hình 1.14: Ký hiệu, cấu tạo và ñặc tuyến của quang transistor. 31

Hình 1.15: Mạch ño cường ñộ sáng 31

Hình 1.16: Mạch ñóng cắt rơle 32

Hình 1.17: Hình dạng và ký hiệucủa quang ñiện trở 32

Hình 1.18: Mối quan hệ giữa cường ñộ ánh sáng và giá trị ñiện trở 33

Hình 1.19: Mạch báo ñộng 33

Hình 1.20: Mạch mở ñiện tự ñộng 34

Hình 2.1:

Cấu tạo Triac 37

Hình 2.2:

ðặc tuyến V-A của Triac 38

Hình 2.3: 4 phương pháp ñiều khiển chuyển trạng thái của Triac 38

Hình 2.4:

Ứng dụng của Triac 39

Hình 2.5: Một số dạng sóng ñiện áp khi sử dụng các giải pháp ñiều khiển ñóng/cắt khác
nhau 41

Hình 2.6: Hình dạng bên ngoài của một máy biến áp 41

Hình 2.7:

Cấu tạo máy biến thế 42

Hình 2.8 : Nguyên lý hoạt ñộng của mạch MBA 42

Hình 3.1: Sơ ñồ ý tưởng thiết bị ñiều chỉnh công suất ra 45

Hình 3.2: Sơ ñồ khối chính của thiết bị ñiều chỉnh công suất ra 46


Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………

vii

Hình 3.3: Hình ảnh nguồn nuôi 47

Hình 3.4: Mạch nguyên lý khối nguồn 48

Hình 3.5: Nguyên lý cấu tạo quang trở LDR 48

Hình 3.6: ðặc tính của quang trở 49

Hình 3.7: Mạch nguyên lý khối cảm biến ñộ sáng 50

Hình 3.8: Các chân giao diện của triac 50

Hình 3.9: Sơ ñồ mở của Triac 51

Hình 3.10: Sơ ñồ hoạt ñộng Triac 51

Hình 3.11:Hình ảnh Triac BTA12-600 52

Hình 3.12: Mạch nguyên lý ghép nối triac với vi xử lý 52

Hình 3.13: Mạch nguyên lý khối biến áp 53

Hình 3.14: Mạch nguyên lý ghép nối khối LCD 53

Hình 3.15: Hình ảnh khối phím 54

Hình 3.16: Sơ ñồ nguyên lý kết nối USB 55

Hình 3.17 : Hình ảnh PIC18F4550 56

Hình 3.18: Hỗ trợ truyền thông qua USB 56

Hình 3.19: Sơ ñồ chân của PIC18F4550 trong hộp DIP-40 57

Hình 3.20: TQFP 58

Hình 3.21: QFN 58

Hình 3.22: Mạch nguyên khối vi xử lý 61

Hình 3.23: Mô hình ñiều khiển dùng Triac 62

Hình 3.24: ðiện áp ra trên tải sau khi ra xung ñiều khiển triac 63

Hình 4.1: Khối kết nối 64

Hình 4.2: Khối phát hiện ñiểm O 64

Hình 4.3: Khối ñiều khiển ñiện áp vào 65

Hình 4.4: Khối phản hồi ñiện áp 65

Hình 4.5: Khối chỉ thị 65

Hình 4.6: Khối chuyển mạch ñiện áp ra 66

Hình 4.7: Mạch công suất 67

Hình 4.8: Khối nguồn nuôi 67

Hình 4.9: Khối cảm biến ánh sáng 68

Hình 4.10: Khối kết nối 68


Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………

viii

Hình 4.11: Khối cách ly quang 69

Hình 4.12: Khối chuyển mạch rơle 69

Hình 4.13: Khối vi xử lý 70

Hình 4.14: Mạch ñiều khiển 70

Hình 4.15: Hình ảnh 3 chiều 71

Hình 4.16: Sơ ñồ khối thuật toán chương trình main 72

Hình 4.17: Sơ ñồ khối thuật toán chương trình ngắt ngoài 2 73

Hình 4.18: Sơ ñồ khối thuật toán chương trình ñiều chỉnh góc mở Triac 74

Hình 4.19: Giao diện màn hình chính 75






















Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………

ix

Danh sách các bảng

Bảng 1: Quang thông của một số nguồn sang thông dụng…………………………… 12

Bảng 2: Cường ñộ sáng của một số nguồn sáng thông dụng………………………… 13
Bảng 3: ðộ rọi trên một số bề mặt thường gặp…………………………………………14
Bảng 4: Tiêu chuẩn chiếu sáng các khu vực dành cho người ñi bộ…………………….14
Bảng 5: ðộ chói của một số nguồn thông dụng ………………………………………15
Bảng 6: Thông số chính của BTA12-600……… …………………………………… 49
Bảng 7: Mô tả các chức năng từng chân của Vi xử lý PIC18F455…………… 56
Bảng 8: Các thông số ño……………………………………………………… 74


Chương mở ñầu

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………

10

MỞ ðẦU
1. ðặt vấn ñề
Năng lượng có vai trò vô cùng quan trọng trong sự phát triển của mỗi Quốc
gia, là một trong những nhu cầu thiết yếu ñối với sinh hoạt và cũng chính là yếu tố
ñầu vào không thể thiếu của rất nhiều ngành kinh tế khác, có ảnh hưởng không nhỏ
ñến các hoạt ñộng kinh tế, chính trị, văn hoá và xã hội.
ðiện năng trong chiếu sáng công cộng chiếm tỷ trọng khá lớn trong cơ cấu
tiêu thụ ñiện và ñược ngân sách nhà nước chi trả nên tiết kiệm ñiện năng trong
chiếu sáng công cộng chính là tiết kiệm ngân sách.
Trong chiếu sáng công cộng, về ban ñêm khi lưu lượng các phương tiện giao
thông giảm bớt thì nhu cầu chiếu sáng cũng giảm, việc duy trì 100% công suất
chiếu sáng là không cần thiết và gây lãng phí ñiện năng. ðể giảm bớt công suất
chiếu sáng vào ban ñêm, hiện nay ñang áp dụng phổ biến giải pháp cắt bớt 30% và

50 % số bóng ñèn. Giải pháp trên có nhược ñiểm là tạo nên những khoảng tối trên
ñường không ñảm bảo an ninh và giảm mỹ quan ñô thị. ðặc biệt giải pháp này
không tiết kiệm ñiện năng trong thời gian ñèn sáng.
• Tình hình nghiên cứu ngoài nước
Ngày nay, do tốc ñộ phát triển nhanh chóng của khoa học kỹ thuật, các ngành
công nghiệp sử dụng năng lượng tăng mạnh. Khai thác năng lượng thiên nhiên cũng
tăng theo nhằm ñáp ứng nhu cầu sử dụng năng lượng trên toàn cầu, chính vì vậy
nguồn năng lượng thiên nhiên ñang dần cạn kiệt và bắt ñầu xảy ra khủng khoảng về
năng lượng trên toàn thế giới. Do ñó nhiều quốc gia trên thế giới (ñặc biệt là các
nước phát triển) ñã tập chung nghiên cứu tìm ra những giải pháp quản lý và kỹ
thuật, ứng dụng những công nghệ tiên tiến, thiết bị hiện ñại nhằm sử dụng năng
lượng tiết kiệm và hiệu quả, ñồng thời sử dụng hạn chế, tiết kiệm năng lượng truyền
thống như than ñá, dầu mỏ , ñẩy mạnh sử dụng năng tái sinh, năng lượng sạch như
năng lượng mặt trời, thủy ñiện, năng lượng gió .
Hiện nay một số nước trên thế giới ñã có các sản phẩm và thiết bị tiết kiệm
ñiện năng cho chiếu sáng công cộng có trình ñộ công nghệ hiện ñại, Tuy nhiên do
giá thành cao, nên việc triển khai ứng dụng ở Việt Nam gặp nhiều khó khăn.
• Tình hình nghiên cứu trong nước
Tại Việt Nam ñã có rất nhiều kết quả nghiên cứu của nhiều ñơn vị, cá nhân về
các sản phẩm tiết kiệm ñiện, tiết kiệm năng lượng như của Viện Khoa học Việt
Chương mở ñầu

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………

11

Nam trong một số năm gần ñây về lĩnh vực tiết kiệm ñiện năng trong chiếu sáng
giao thông ñô thị:
+ Thiết bị ñiều khiển tự ñộng TKðN cho ñèn ñường 1 pha, tác giả: Trương
Quốc Thành và cộng sự (ðề tài cấp cơ sở Viện Khoa học Vật Liệu. Phân viện Công

nghệ năng lượng thực hiện năm 2001).
+ Thiết bị ñiều khiển tự ñộng TKðN cho ñèn ñường 3 pha, tác giả: Trương
Quốc Thành và cộng sự (ðề tài cấp cơ sở Viện Khoa học Vật Liệu, Phân viện Công
nghệ năng lượng thực hiện năm 2003).
Trong các ñề tài trên các tác giả nghiên cứu ứng dụng thiết bị tự ñộng giảm
công suất ñể tiết kiệm ñiện năng cho ñèn ñường dựa trên nguyên lý ổn áp và ñiều
chỉnh tự ñộng ñiện áp kiểu cơ ñiện tử, kết hợp rơle thời gian ñể giảm ñiện áp và
dòng ñiện ñặt vào ñèn dẫn ñến giảm công suất tiêu thụ ñèn. Thiết bị có các mạch
bảo vệ quá áp, ngắn mạch và quá tải.
Các thành phố lớn như Hà Nội, thành phố Hồ Chí Minh ñã xây dựng trung
tâm ñiều khiển chiếu sáng công cộng với quy mô ñiều khiển 12.000 ñiểm sáng. Từ
khi ứng dụng trung tâm ñiều khiển vào việc quản lý hệ thống ñèn chiếu sáng các
ñơn vị quản lý chiếu sáng công cộng ñều thấy ñược các hiệu quả góp phần nâng cao
công tác quản lý: ðiều chỉnh linh hoạt thời gian ñóng cắt Hệ thống chiếu sáng tại
các khu vực từ trung tâm theo tình hình thời tiết, giảm tiêu thụ ñiện năng.
Các kết quả nghiên cứu này ñã ñược ứng dụng một vài nơi và ñem lại hiệu quả
nhất ñịnh trong việc tiết kiệm ñiện năng.
2. Mục tiêu
Xây dựng một hệ thống ñiều chỉnh tự ñộng công suất của mạch chiếu sáng sử
dụng các phần tử công suất và biến áp ña cấp sử dụng tín hiệu ñiều khiển từ cảm
biến ño ñộ sáng.
3. Nội dung nghiên cứu
– Tìm hiểu về các mạch ño ñộ sáng.
– Nghiên cứu bài toán kiểm soát công suất, tiêu chuẩn chiếu sáng công cộng.
– Tìm hiểu về các phần tử công suất cơ bản và mạch ño và ñiều khiển tự ñộng
giá trị ñiện áp ñầu ra của mạch nguồn.
– Thiết kế, chế tạo mạch ñiều khiển tự ñộng công suất ñầu ra khi ñộ sáng thay
ñổi.
– Khảo sát lấy kết quả.
Chương mở ñầu

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………

12

4. Phương pháp nghiên cứu
– Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: Tìm hiểu cơ sở lý luận ñể thiết kế, lựa
chọn các bộ ñiều khiển.
– Phương pháp thử nghiệm, so sánh: Chạy thử nghiệm ñể hiệu chỉnh thông số
của thiết bị theo yêu cầu ñặt ra.
5. Phạm vị ứng dụng
Ứng dụng trong chiếu sáng ñường giao thông, bến bãi, các khu cụm công
nghiệp những nơi sử dụng ánh sáng thay ñổi theo yêu cầu.
6. Cấu trúc của luận văn
1. Mở ñầu:
– Giới thiệu qua về vấn ñề ñược giải quyết trong luận văn
– Giới thiệu về các chương mục của luận văn
2. Tổng quan về ñèn chiếu sáng và mạch ño ñiều chỉnh công suất của ñèn:
– Các giải pháp kiểm soát công suất ñèn chiếu sáng phụ thuộc ñộ sáng môi trường

– Cảm biến ño ñộ sáng (nói chung) và lựa chọn của ñồ án
3. Phân tích giải pháp ñiều chỉnh tự ñộng sử dụng các phần tử công suất:
– Triac và ứng dụng trong ñiều chỉnh công suất ñầu ra
– Biến áp phân phối và ứng dụng trong ñiều chỉnh công suất ñầu ra
4. Thiết kế mạch ñiều khiển tự ñộng công suất ñầu ra của bóng ñèn:
– Sơ ñồ khối + chức năng các khối
– Lựa chọn khối nguồn nuôi
– Lựa chọn và thiết kế khối cảm biến ñộ sáng
– Lựa chọn và thiết kế khối triac
– Lựa chọn và thiết kế khối biến áp

– Lựa chọn và thiết kế khối LCD
– Lựa chọn và thiết kế khối phím
– Lựa chọn và thiết kế khối truyền thông
– Lựa chọn và thiết kế khối vi xử lý
Chương mở ñầu

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………

13

– Thiết kế tổng thể mạch thiết bị
– Phân tích và thiết kế phần mềm vi xử lý
– Phân tích và thiết kế hệ thống phần mềm trên PC
5. Các kết quả triển khai:
– Mạch phần cứng
– Phần mềm vi xử lý
– Phần mềm tích hợp trên PC
– Các kết quả thử nghiệm:
6. Kết luận và hướng phát triển:
Trong tình hình thiếu ñiện hiện nay tiết kiệm ñiện là quốc sách nhất là ñiện
năng tiêu thụ cho chiếu sáng công cộng ñang chiếm một tỷ trọng khá cao và ñược
chi trả bằng nguồn ngân sách của Nhà nước. ðược sự hướng dẫn tận tình của
PGS.TSKH. Trần Hoài Linh tôi ñã tiến hành thực hiện ñề tài “Thiết kế hệ thống
ñiều chỉnh công suất ñèn chiếu sáng công cộng”.
Luận văn ñề xuất giải pháp sử dụng cảm biến ño ñộ sáng tích hợp với hệ thống
ñiều chỉnh tự ñộng sử dụng biến áp và các phần tử công suất ñể ñiều chỉnh công
suất phù hợp với yêu cầu của môi trường cần chiếu sáng. Giải pháp này sẽ cho phép
cung cấp công suất chiếu sáng thích nghi với thực tế vận hành ñể tiết kiệm năng
lượng.

Chương I: Tổng quan về ñèn chiếu sáng và mạch ño – ñiều chỉnh công suất…

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………

14

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ ðÈN CHIẾU SÁNG VÀ
MẠCH ðO - ðIỀU CHỈNH CÔNG SUẤT CỦA ðÈN
Trong chiếu sáng công cộng, ñèn chiếu sáng ngoài trời thường ñược ñiều
khiển bởi công tắc bật/tắt, nhưng người sử dụng có thể quên tắt khi không còn sử
dụng gây lãnh phí một lượng ñiện năng rất lớn. ðể khắc phục ñiều này người ta
thường dùng các giải pháp kiểm soát công suất ñèn bằng các phương pháp ñiều
khiển ñặc biệt hữu ích sử dụng cho việc ñiều khiển chiếu ngoài trời ñạt ñược hiệu
quả cao trong chiếu sáng công cộng mà vẫn tiết kiệm ñiện. Trong chương này ta sẽ
giới thiệu sơ bộ về một số khái niệm liên quan tới chiếu sáng và giải pháp kiểm soát
công suất ñèn chiếu sáng.
I.1. Một số khái niệm về ánh sáng và giải pháp kiểm soát công suất ñèn
chiếu sáng
I.1.1. Một số khái niệm cơ bản về ánh sáng và chiếu sáng
a) Khái niệm ánh sáng
Bất kỳ vật thể nào có nhiệt ñộ lớn hơn 0
0
K ñều có khả năng bức xạ năng lượng
dưới dạng sóng ñiện từ. Sóng ñiện từ có hai tính chất là sóng và hạt. Bước sóng (λ)
của các sóng ñiện từ trong khoảng 10
-10
m-3km. xét về tính chất hạt, cấu tạo của các

sóng ñiện từ là các hạt photon mamg năng lượng cực nhỏ. Tùy theo bước sóng mà
năng lượng photon khác nhau. Năng lượng của một hạt photon có bước sóng λ là
hc/λ, với h là hằng số Planck và c là vận tốc ánh sáng trong chân không. Như vậy,
bước sóng càng dài thì năng lượng photon càng nhỏ.
Sóng ñiện từ với bước sóng nawmg trong vùng quang phổ nhìn thấy ñược
băng mắt thường (khoảng 380nm và 780nm) ñược gọi là ánh sáng. Ánh sáng do mặt
trời tạo ra ñược gọi là ánh nắng. Ánh sáng mặt trăng mà chúng ta nhìn thấy ñược
gọi là ánh trăng thực tế do mặt trời chiếu tới mặt trăng phản xạ ñi tới mắt người.
Ánh sáng do ñèn tạo ra ñược gọi là ánh ñèn. Ánh sáng do các loài vật phát ra gọi là
ánh sáng sinh học.
b) Các ñại lượng ño ánh sáng
Ánh sáng là các bức xạ ñiện từ mang năng lượng và ñược ñặc trưng bằng các
ñại lượng ño năng lượng. Tất cả các nguồn sáng ñều biến ñổi năng lượng mà nó tiêu
thụ thành một hoặc nhiều hiệu ứng trong ba hiệu ứng hóa, nhiệt, ñiện từ. Tia sáng
chỉ là phần nhỏ của bức xạ ñiện từ do vậy chúng chỉ mang theo một phần công suất
Chương I: Tổng quan về ñèn chiếu sáng và mạch ño – ñiều chỉnh công suất…

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………

15

của nguồn. Thông thường năng lượng bức xạ ñược tính bằng oát (W) theo công
thức:
0
w
d
λ
φ λ
∞
=

∫

trong ñó W là phân bố phổ của năng lượng bức xạ
c) Quang thông
φ
lumen (lm)
Cùng một bức xạ nhưng bước song khác nhau sẽ gây ra các tác ñộng khác
nhau ñối với mắt. Do ñó cần phải hiệu chỉnh ñơn vị ño ñộ nhạy cảm phổ của mắt
người (ñường cong V (λ)). ðơn vị hiệu chỉnh ñó là quang thông
φ
, ñơn vị là lumen
(lm).
2
1
kW( )
v d
λ
λ
λ
φ λ λ
=
∫

Nếu năng lượng bức xạ ño bằng oát, quang thông ño bằng lumen thì
k=683lm/W.
2
1
683 W( )
v d
λ

λ
λ
φ λ λ
=
∫
(lm)
Bảng 1:

Quang thông của một số nguồn sang thông dụng
Nguồn sáng Quang thông (lumen)
ðèn sợi ñốt 60W 685
ðèn compact 11W 560
ðèn huỳnh quang 60W 2.700
ðèn Narit cao áp 400W 47.000
ðèn Halogen kim loại 2kW 180.000
d) Cường ñộ sáng I, cadela (cd)
Nói chung, các nguồn sáng thường có bức xạ không ñều trong không gian. ðể
ñặc trưng cho khả năng phát xạ của nguồn sáng luôn gắn liền với một phương cho
trước người ta dùng khái niệm cường ñô sáng.
Trước tiên, ta xét góc khối Ω, là góc không gian thường sử dụng trong kỹ
thuật chiếu sáng. Trên hình có một nguồn ñiểm O ñặt tại tâm hình cầu rỗng bán
kính R và chắn diện tích S trên mặt cầu.
Chương I: Tổng quan về ñèn chiếu sáng và mạch ño – ñiều chỉnh công suất…

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………

16

2
s

R
Ω =

Khi O chắn cả không gian (toàn bộ mặt cầu)
2
2 2
4
4 er
s R
st adian
R R
π
π
Ω = = =
dФ
A
O
dΩ

Hình 1.1: Cường ñộ sáng theo 1 phương
Cường ñộ sáng theo một phương ñược tính theo công thức:
0
lim
OA
d
d
I
d
φ
Ω→

=
Ω

ðơn vị cường ñộ sáng là cadela (cd) là cường ñộ sáng theo một phương của
nguồn sáng ñơn sắc có tần số 540.10
12
Hz (555nm) có cường ñộ năng lượng theo
phương này là 1/683 oát trên góc khối 1 steradian.
Bảng 2: Cường ñộ sáng của một số nguồn sáng thông dụng
Nguồn sáng Cường ñộ sáng cadela (cd)
Ngọn nến 0,8 theo mọi phương
ðèn sợi ñốt 40W 35 theo mọi phương
ðèn sợi ñốt 300W có bộ phản xạ 1.500 ở tâm chùm tia
ðèn Halogen kim loại 2kW 14.800 theo mọi phương
có bộ phản xạ 250.000 ở tâm chùm tia
Trường hợp ñặc biệt khi bức xạ không phụ thuộc vào phương thì
4
I
φ
π
=
e) ðộ rọi E (lux)
ðộ rọi là mật ñộ quang thông trên bề mặt chiếu sáng. Khi quang thông vuông
góc với bề mặt chiếu sáng thì:
lx
lx
lx
E
S
φ

=
hay 1lux= 1lm/m
2
Chương I: Tổng quan về ñèn chiếu sáng và mạch ño – ñiều chỉnh công suất…

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………

17


Hình 1.2: Mô tả ñộ rọi và mật ñộ quang thông trên bề mặt chiếu sáng
Khi mặt ñược chiếu sáng không ñều thì ñộ rọi ñược tính bằng trung bình ñại
số của ñộ rọi các ñiểm. Quan hệ giữa ñộ rọi và khoảng cách ñược tính bằng công
thức sau:
2
cos
d I
E
dS
r
φ α
= =

Bảng 3: ðộ rọi trên một số bề mặt thường gặp
ðịa ñiểm ñược chiếu sáng ðộ rọi (lx)
Ngoài trời giữa trưa nắng 100.000
Ngoài trời giữa trưa ñầy mây 10.000
Trăng tròn 0,25
Phòng làm việc 300 - 500
Lớp học 300 - 400

ðường phố về ban ñêm 20 -50

ðộ rọi ngang trung bình và ñộ rọi ngang nhỏ nhất trên mặt ñường và khu vực
dành cho người ñi bộ không ñược nhỏ hơn trị số quy ñịnh như sau:
Bảng 4: Tiêu chuẩn chiếu sáng các khu vực dành cho người ñi bộ
TT

ðối tượng chiếu sáng En (tb) (lx) En (min)
(lx)
1 ðường và khu ñi bộ ở vùng trung tâm ñô thị , gần
các câu lạc bộ giải trí, khu vực mua sắm, có mật ñộ
giao thông cao , tình hình an ninh trật tự phức tạp
10 5
Chương I: Tổng quan về ñèn chiếu sáng và mạch ño – ñiều chỉnh công suất…

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………

18

2 ðường và khu ñi bộ ở vùng ngoại thành có mật ñộ
giao thông ở mức trung bình
7 3
3 ðường và khu ñi bộ ở vùng nông thôn, thị trấn, trong
các khu nhà ở , mật ñộ giao thông thấp , tình hình an
ninh trật tự tốt
3 1

f) ðộ chói L (cd/m
2
)

Khi ta nhìn vào một nguồn sáng hoặc một vật ñược chiếu sáng, ta có cảm giác
bị chói mắt. ðể dặc trưng cho khả năng bức xạ ánh sáng của nguồn hoặc bề mặt
phản xạ gây nên cảm giác chói sáng ñối với mắt, người ta ñưa ra ñịnh nghĩa ñộ chói.
Các nguyên tố diện tích của các vật ñược chiếu sáng nói chung phản xạ ánh sáng
nhận ñược một cách khác nhau và tác ñộng như một nguồn sáng thứ cấp phát các
cường ñộ sáng khác nhau theo mọi hướng. ðộ chói L theo phương cho trước của
một diện tích mặt phát sáng ds cho bởi công thức dưới ñây:
2
2
/
d cos
cd
cd m
m
dI
I
S
α
=
Như thế ñộ chói của một bề măt bức xạ phụ thuộc vào hướng quan sát mà
không phụ thuộc vào khoảng cách từ mặt ñó ñến ñiểm quan sát. Khi α=0, ñộ chói
I
L
dS
=
. ðô chói ñóng vai trò cơ bản trong kỹ thuật chiếu sáng, nó là cơ sở của các
khái niệm về tri giác và tiện nghi thị giác. ðộ chói phản ánh chất lượng chiếu sáng
còn ñộ rọi phản ánh số lượng chiếu sáng.
Bảng 5: ðộ chói của một số nguồn thông dụng
Nguồn sáng ðộ chói L (cd/m

2
)
Bề mặt mặt trời 165.10
7

Bề mặt mặt trăng 2.500
Bầu trời xanh 1.500
Bầu trời xám 1.000
ðèn sợi ñốt 100W 6.10
6

ðèn huỳnh quang 40W 7.000
Giấy trắng khi ñộ rọi 400 lux 80
ðộ chói của mặt ñường 1 -2
Chương I: Tổng quan về ñèn chiếu sáng và mạch ño – ñiều chỉnh công suất…

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………

19

I.1.2. Giới thiệu một số loại ñèn chiếu sáng
Theo nguyên lý hoạt ñộng ta có thể phân chia các ñèn thành hai nhóm lớn là:
ðèn sợi ñốt:
là loại ñèn ñược phát sáng khi ñốt nóng. Trong ñèn sợi ñốt có hai
loại là sợi ñốt thông thường và sợi ñốt có bổ sung khí halogen;
ðèn phóng ñiện:
là loại ñèn sử dụng phương pháp phóng ñiện hồ quang ñể
chiếu sáng. Trong loại ñèn phóng ñiện trong chất khí gồm 4 nhóm: ðèn huỳnh
quang, ñèn thuỷ ngân, ñèn Natri (Sodium) và ñèn Halogen kim loại (Metal Halide).
Về hình dạng, có thể phân loại như ñèn dạng ống tròn, sợi ñốt, ñèn nấm, ñèn uốn

cong, ñèn giọt lệ…
Loại ñèn chúng ta thường sử dụng là bóng ñèn sợi ñốt thông thường, ñèn sợi
ñốt bổ sung khí halogen, ñèn huỳnh quang ống, và huỳnh quang compact và ñèn
LED.
a) ðèn sợi ñốt:


1: Vỏ bóng ñèn;
2: Khí trơ áp suất thấp;
3: Dây may-xo;
4-5-6-7-8: Các dây dẫn hoặc dây
gia cố
9: ðui ñèn;
10: Vật liệu cách ñiện (bên trong);
11: Tiếp ñiểm

Hình 1.3: Bóng ñèn sợi ñốt
ðèn sợi ñốt gồm 3 phần là sợi ñốt, bóng và ñui. Sợi ñốt làm bằng vonfram
chịu ñược nhiệt ñộ rất cao, dạng lò xo xoắn. Sợi ñốt nằm trong bóng thủy tinh chịu
nhiệt ñã rút chân không. ðuôi ñèn làm bằng ñồng mạ kẽm có dạng xoắn và ngạnh
gài, trên ñui có 2 cực tiếp xúc với nguồn ñiện.
Các ñặc tính của ñèn:
–

Hiệu suất chiếu sáng thấp cỡ 10 – 20 lm/W
–

Nhiệt ñộ màu 2500 – 30000K
–

Chỉ số IRC 100
–

Tuổi thọ khoảng 1000 giờ
Chương I: Tổng quan về ñèn chiếu sáng và mạch ño – ñiều chỉnh công suất…

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………

20

Mặc dù hiệu quả chiếu sáng rất thấp, các ñèn sợi ñốt có chỉ số màu gần 100,
cho phép chiếu sáng cục bộ hoặc chiếu sáng trang trí. Vì nhiệt ñộ màu thấp, các
bóng ñèn sợi ñốt rất thuận tiện cho việc chiếu sáng mức thấp và mức trung bình ở
các khu vực dân cư.
Các ưu ñiểm chủ yếu là nối trực tiếp vào lưới ñiện, kích thước nhỏ, bật sáng
ngay và có thể ñiều chỉnh ñược cường ñộ sáng, giá rẻ, tạo ra màu sắc ấm áp. Các
nhược ñiểm là tốn ñiện và phát nóng.
b) ðèn phóng ñiện:
Gồm một ống thủy tinh chứa một loại hơi kim loại, tạo áp suất thấp. Hai ñầu
ống ñặt 2 ñiện cực. ðặt một ñiện áp cao giữa 2 ñiện cực sẽ tạo ra hiện tượng phóng
ñiện hồ quang tác ñộng vào hơi trong ống tạo ra ánh sáng. Như vậy ñể hoạt ñộng tốt
ta cần phải: Tạo ñiện áp ñủ lớn ñể khởi ñộng ñèn (mồi ñèn), giảm ñiện áp lúc làm
việc ñể giữ ổn ñịnh.
Ví dụ về một số loại ñèn phóng ñiện ta có ñèn hơi Natri áp suất thấp với ánh
sáng màu vàng cam (bước sóng 589nm và 589,6nm). ðèn này có các ñặc ñiểm:



Hình 1.4: Bóng ñèn Natri
–

Hiệu suất cao 100 – 200 lm/
–

Ánh sáng ñơn sắc vàng – cam IRC =0
–

Công suất nhỏ 18 – 180 W
–

ðộ chói nhỏ
–

Tuổi thọ cao khoảng 8000 giờ
ðèn áp suất thấp thường dùng chiếu sáng bảo vệ, lối ñi, bãi xe. Còn ñèn hơi
Natri áp suất cao thì nhiệt ñộ trên 1000
0
C trong hơi natri cao áp ánh sáng phát ra là
màu trắng.
Chương I: Tổng quan về ñèn chiếu sáng và mạch ño – ñiều chỉnh công suất…

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………

21


Hình 1.5: Bóng ñèn Natri cao áp
ðèn hơi cao áp Natri có ñặc ñiểm:
–

Hiệu suất cao 70 – 130 lm/W
–

Chỉ số IRC 20 -80
–

Nhiệt ñộ màu 2000 – 2500
0
K
–

Tuổi thọ cao khoảng 10.000 giờ
Thường dùng chiếu sáng các trung tâm thương mại, triển lãm, ngân hành,
khách sạn, sân thể thao, phòng hội thảo…
Ngoài ra ta còn có ñèn hơi thủy ngân áp suất cao với các ñặc ñiểm:
–

Hiệu suất chiếu sáng 60 – 95 lm/W
–

Chỉ số IRC 40 -60
–

Nhiệt ñộ màu 3000 – 4500
0
K
–

Tuổi thọ cao khoảng 4.000 giờ
Thường dùng chiếu sáng các trung tâm thương mại, triển lãm, ngân hành,

khách sạn, sân thể thao, phòng hội thảo…
c) ðèn huỳnh quang
ðèn huỳnh quang gồm hai bộ phận chính là:
1.

Ống thủy tinh ñược phủ một lớp bột huỳnh quang ở mặt phía trong ñể phát ra
ánh sáng nhìn thấy khi chịu tác dụng của tia tử ngoại. Trong ống chứa khí trơ
argon ñể mồi cho bóng ñèn phóng ñiện ban ñầu và ít hơi thủy ngân dùng ñể
dẫn ñiện.
Chương I: Tổng quan về ñèn chiếu sáng và mạch ño – ñiều chỉnh công suất…

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………

22

2.

ðiện cực làm bằng dây vonfram dạng lò xo xoắn ñược tráng một lớp bari oxit
ñể phát ra ñiện tử, có hai ñầu tiếp ñiện ñưa ra ngoài ñể nối với nguồn ñiện.


Hình 1.6: Một số dạng bóng ñèn huỳnh quang
ðặc ñiểm của ñèn huỳnh quang:
–

Hiệu suất chiếu sáng 40 – 105 lm/W
–

Chỉ số IRC 55 -92
–

Nhiệt ñộ màu 2800 – 65000 K
–

Tuổi thọ cao khoảng 7.000 giờ
Các ưu ñiểm chủ yếu là nối trực tiếp vào lưới ñiện, hiệu suất phát quang cao
nên tiết kiệm ñiện hơn ñèn sợi ñốt. Các nhược ñiểm là có hiện tượng nhấp nháy, cần
mồi mới phóng ñiện.
ðây là loại ñèn ñược dùng phổ biến trong chiếu sáng dân dụng và công nghiệp
d) ðèn compact

Hình 1.7: Một số dạng bóng ñèn compact
Chương I: Tổng quan về ñèn chiếu sáng và mạch ño – ñiều chỉnh công suất…

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………

23

ðây là dạng ñền mới của ñèn huỳnh quang, có ñặc ñiểm là chất lượng ánh
sáng tốt, nhiệt ñộ màu từ 2700 ñến 4000
0
K, chỉ số IRC = 85, Công suất tiêu thụ
ñiện thấp hơn ñèn sợi ñốt 4-5 lần và nhỏ hơn ñèn huỳnh quang thông thường. Hiệu
suất 85 lm/W. Tuổi thọ khoảng 8000 giờ, sinh nhiệt thấp ít hơn ñèn sợi ñốt 4 lần,
kích thước nhỏ gọn, kiểu dáng ñẹp.
e) ðèn LED
Các bộ ñèn led có cấu tạo từ các bóng led nhỏ, các bóng led liên kết với nhau
qua một bo mạch ñiện tử (bo mạch có chức năng trung gian cung cấp nguồn và tín
hiệu ñiều khiển cho bóng led).

Hình 1.8: Bóng ñèn LED

Bóng led thông thường có 2 loại :

–

Mini Power Led : Công suất nhỏ hơn 0.5W
–

High Power Led : Công suất lớn hơn 0.5 W (0.5W,1W,2W )
Nếu dùng Mini Power Led cho các bộ ñèn có kích thước nhỏ, có thể ứng dụng
trong các khe hoặc không gian nhỏ hẹp, không phải lo về vấn ñề nhiệt ñộ làm nóng
xung quanh. High Power Led ñược sử dụng cho các bộ ñèn có công suất lớn. Các
bộ ñèn này cần có kết cấu tản nhiệt tốt (thường bằng nhôm ñúc ép) vì bóng High
Power Led rất nóng. Bộ ñèn không tỏa ñược nhiệt sẽ dẫn ñến làm giảm quang thông
(ñộ sáng) của bóng led và làm nhanh hư mạch ñiều khiển của bóng led. ðây là ñiều
cần ñặc biệt lưu ý ñến khi mua các bộ ñèn led.
Do tính chất phổ biến và tiên lợi của ñèn LED, càng ngày, nhiều loại ñèn LED
mới ra ñời, ñáp ứng nhu cầu ña dạng của người tiêu dùng. Nhờ ñó, người sử dụng
cũng có nhiều sự lựa chọn hơn.
I.1.3. Các giải pháp kiểm soát công suất ñèn chiếu sáng
a) ðiều chỉnh quang thông tự ñộng
Thiết bị nguồn ñiều chỉnh quang thông tự ñộng, bởi hiệu quả cao trong chiếu
sáng công cộng và không ñặt bất cứ ñiều kiện gì khi lắp ñặt, ñặc biệt cho vùng có
Chương I: Tổng quan về ñèn chiếu sáng và mạch ño – ñiều chỉnh công suất…

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………

24

ñiện áp không ổn ñịnh hoặc ñiện áp quá cao, quá thấp; ñèn sáng ổn ñịnh ñúng thông
số kỹ thuật của nhà sản xuất do có ổn áp tự ñộng góp phần tăng tuổi thọ ñèn.

Hình 1.9: Tủ ñiều chỉnh quang thông tự ñộng
Với thiết bị nguồn ñiều chỉnh quang thông tự ñộng thì việc lắp ñặt rất ñơn
giản. Cụ thể là chỉ cần lắp ñặt thiết bị vào sau lưng các tủ ñóng ngắt ñiện ngoài
ñường hay tại các trạm biến áp. Sau ñó, các cán bộ kỹ thuật ñặt các thông số tự
ñộng ñiều chỉnh cho thiết bị ñể nó tự hoạt ñộng.
Các tính năng kỹ thuật của thiết bị này cho phép ổn áp tự ñộng ñối với hệ
thống chiếu sáng tự ñộng bật ñèn khi trời tối và tự ñộng tắt ñèn khi trời sáng; tự
ñộng giảm công suất 20% - 40% vào ban ñêm. Rơ - le thời gian hoạt ñộng chính
xác kể cả trong thời gian mất ñiện mà không phải ñặt lại giờ, có khả năng ñiều
chỉnh mức công suất theo yêu cầu. Chế ñộ chuyển mức công suất chậm cho phép
khắc phục hiện tượng tắt ñèn ở các bóng ñèn già ñã hết tuổi thọ. Kết quả, mức tiết
kiệm ñiện năng trung bình của hệ thống thiết bị này ñạt từ 30%-40% hoặc cao hơn.
b) Thiết bị ñiều khiển bật tắt ñèn theo giờ mặt trời
Một hạn chế lớn của các thiết bị ñang sử dụng hiện nay là ñược cài ñặt bật –
tắt theo giờ cố ñịnh. Thế nên, có khi trời chưa tối nhưng ñèn ñã sáng. “ðiều khiển
theo giờ mặt trời – chỉ có cách này mới có thể khắc phục ñược những nhược ñiểm
và lãng phí ñiện năng hiện có” .
Một thách thức lớn là phải tối ưu hóa các công thức ñể có thể thực hiện các
tính toán theo thiên văn phức tạp trên, vì ñiều khiển tốc ñộ khá chậm ñể thiết bị có
thể tính toán và tự bật tắt phù hợp với giờ mặt trời lặn và mọc ở từng vị trí khác
Chương I: Tổng quan về ñèn chiếu sáng và mạch ño – ñiều chỉnh công suất…

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………

25

nhau. Về nguyên lý hoạt ñộng của thiết bị như sau: một con chíp trung tâm ñiều

khiển 8 rơ-le ñộc lập bật tắt theo các chương trình khác nhau có tính ñến yêu cầu
của người ñiều khiển, không chỉ cho phép bật tắt thông thường mà còn cho phép tiết
giảm 1 phần công suất khi ñêm khuya
ðiều ñặc biệt là người sử dụng có thể ñiều khiển thiết bị này bằng cách nhắn
tin qua ñiện thoại. Chỉ cần gửi tin nhắn theo cú pháp, thiết bị sẽ tự ñộng bật/tắt theo
thời gian trong lệnh của người ñiều khiển. Các tính năng thông minh này giúp giải
quyết vấn ñề tối ưu hóa chiếu sáng ngoài trời một cách trọn vẹn.

I.2. Cảm biến ño ñộ sáng
I.2.1. Giới thiệu chung về cảm biến.
Cảm biến là các phần tử nhạy cảm dùng ñể biến ñổi các ñại lượng ño lường,
kiểm tra hay ñiều khiển từ dạng này sang dạng khác thuận tiện hơn cho việc tác
ñộng của các phần tử khác. Cảm biến là một thiết bị chịu tác ñộng của các ñại lượng
cần ño mà không có tính chất ñiện và cho một ñặc trưng mang bản chất ñiện (như
ñiện tích, ñiện áp, dòng ñiện, trở kháng), ký hiệu là s có s=F(m). Cảm biến thường
dùng ở khâu ño lường và kiểm tra.
Các loại cảm biến ñược dùng rộng rãi trong tự ñộng hóa các quán trình sản
xuất và ñiều khiển tự ñộng các hệ thống khác nhau. Chúng có chức năng biến ñổi sự
thay ñổi liên tục các ñại lượng ñầu vào (ñại lượng ño lường, kiểm tra, là các ñại
lượng không ñiện nào ñó thành sự thay ñổi của các ñại lượng ñầu ra là ñại lượng
ñiện. Ví dụ như: ñiện trở, ñiện dung, ñiện kháng, dòng ñiện, tần số, ñiện áp rơi, góc
pha…
Căn cứ theo dạng ñại lượng ñầu vào người ta phân ra các loại cảm biến như:
cảm biến chuyển dịch thẳng, chuyển dịch góc quay, tốc ñộ, gia tốc, mô mên quay,
nhiệt ñộ, áp suất, quang, bức xạ…
I.2.2. Phân loại cảm biến
Có thể phân các cảm biến làm hai nhóm chính: cảm biến tham số (thụ ñộng)
và cảm biến phát (chủ ñộng hay tích cực).
Nhóm phát bao gồm các loại cảm biến sử dụng hiệu ứng cảm ứng ñiện từ, hiệu
ứng ñiện áp, hiệu ứng Hall và sự xuất hiện sức ñiện ñộng của cặp nhiệt ngẫu, tế bào

quang ñiện.
–
Hiệu ứng cảm ứng ñiện từ
: Trong một dây dẫn chuyển ñộng trong một từ
trường không ñổi sẽ xuất hiện một sức ñiện ñộng tỉ lệ với từ thông cắt ngang
dây trong một ñơn vị thời gian, nghĩa là tỉ lệ với ñộ dịch chuyển của dây dẫn.