đề cương ôn tập kỹ thuật cảm biến

1.

Khái niệm chung về các loại cảm biến. Đường cong chuẩn.
 Khái niệm chung về các loại cảm biến:

Cảm biến là thiết bị dùng để cảm nhận và biến đổi các đại lượng vật lý
cần đo (có tính chất điện hoặc không) thành các đại lượng đo (thường
mang tính chất điện) chứa đựng thông tin cho phép xác định giá trị của
đại lượng cần đo.


Đường cong chuẩn:

Đường cong chuẩn là đường cong biểu diễn sự phụ thuộc của đáp ứng
(s) ở đầu ra của CB vào giá trị của đại lượng đo (m) ở đầu vào.
Đường cong chuẩn có thể biểu diễn bằng biểu thức đại số dưới dạng
s=F(m) hoặc bằng đồ thị.
-

Phương pháp chuẩn cảm biến:
• Là phép đo xác lập mối quan hệ giữa giá trị (s) đo được của đại
lượng đầu ra của CB và giá trị (m) của đại lượng cần đo có tính
đến các yếu tố ảnh hưởng, từ đó xây dựng đường cong chuẩn
dưới dạng tường minh (đồ thị hoặc biểu thức đại số)

Chuẩn đơn giản
Áp dụng khi cảm biến chỉ chịu
tác động của một đại lượng đo
duy nhất.
Đo các giá trị của đại lượng
đầu ra (si) ứng với một loạt các

giá trị xác định không đổi của đại
lượng đầu vào (mi).
⇒ Chuẩn trực tiếp: giá trị của
đại lượng đo lấy từ các mẫu
chuẩn hoặc các phần tử so sánh
có giá trị biết trước với độ chính
xác cao.
⇒ Chuẩn gián tiếp: kết hợp CB
cần chuẩn với một CB so sánh đã
có sẵn đường cong chuẩn (trong
cùng điều kiện làm việc).

Chuẩn nhiều lần
Áp dụng khi cảm biến có phần
tử trễ, kết quả đo theo hai
chiều tăng giảm của đại lượng
đo khác nhau.
Đo các giá trị (si) của đại
lượng đầu ra ứng với một loạt
các giá trị (mi)của đại lượng
đầu vào theo 2 chiều tăng và
giảm của đại lượng cần đo.


2.

Các nguyên lý chế tạo cảm biến tích cực và thụ động:
 Nguyên lý chế tạo cảm biến tích cực
Dựa trên các hiệu ứng vật lý:
• Hiệu ứng nhiệt điện

• Hiệu ứng hoả điện
• Hiệu ứng áp điện
• Hiệu ứng cảm ứng điện từ
• Hiệu ứng quang điện
• Hiệu ứng quang - điện - từ
• Hiệu ứng Hall
 Hiệu ứng nhiệt điện

Hai dây dẫn A và B có bản chất hóa học khác nhau được hàn lại với nhau
thành một mạch điện kín, nếu nhiệt độ ở 2 mối hàn là t 1 và t2 khác nhau,
khi đó trong mạch xuất hiện một sđđ e mà độ lớn của nó phụ thuộc vào
độ chênh lệch nhiệt độ giữa t1 và t2.


Hiệu ứng hỏa điện

Tinh thể hỏa điện có tính phân cực điện tự phát với độ phân cực phụ
thuộc vào nhiệt độ, làm xuất hiện trên các mặt đối diện của chúng những
điện tích trái dấu. Độ lớn của điện áp giữa hai mặt phụ thuộc vào độ phân
cực của tinh thể hỏa điện.
Hiệu ứng hỏa điện được ứng dụng để đo thông lượng của bức xạ ánh
sang. Khi ta chiếu một chùm ánh sáng vào tinh thể hỏa điện, tinh thể hấp
thụ ánh sáng và nhiệt độ của nó tăng lên, làm thay đổi sự phân cực điện
của tinh thể. Đo điện áp v ta có thể xác định thông lượng ánh sáng Φ.


Hiệu ứng áp điện


Vật liệu áp điện (ví dụ thạch anh) khi bị biến dạng dưới tác dụng của lực

cơ học, trên các mặt đối diện của tấm vật liệu xuất hiện những lượng điện
tích bằng nhau nhưng trái dấu, được gọi là hiệu ứng áp điện. Đo v ta có
thể xác định được cường độ của lực tác dụng F.


Hiệu ứng cảm ứng điện từ:

Khi một dây dẫn chuyển động trong từ trường không đổi, trong dây dẫn
xuất hiện một sđđ tỉ lệ với từ thông cắt ngang dây trong một đơn vị thời
gian, nghĩa là tỉ lệ với tốc độ dịch chuyển của dây. Tương tự như vậy,
trong một khung dây đặt trong từ trường có từ thông biến thiên cũng xuất
hiện một sđđ tỉ lệ với tốc độ biến thiên của từ thông qua khung dây.


Hiệu ứng quang điện:

-

Hiệu ứng quang dẫn: là hiện tượng giải phóng ra các hạt dẫn tự do
trong vật liệu ( bán dẫn) khi chiếu vào chúng một bức xạ điện từ
(VD: bức xạ ánh sáng) có bước sóng nhỏ hơn một ngưỡng nhất định
 tính chất dẫn điện của vật dẫn thay đổi
Hiệu ứng quang phát xạ điện tử: là hiện tượng các điện tử được giải
phóng và thoát khỏi bề mặt vật liệu tạo thành dòng có thể thu lại
nhờ tác dụng của điện trường
Hiệu ứng quang điện từ:

-



Khi tác dụng một từ trường B vuông góc với bức xạ ánh sáng, trong vật
liệu bán dẫn được chiếu sáng sẽ xuất hiện một hiệu điện thế theo hướng
vuông góc với từ trường B và hướng bức xạ ánh sáng.


Hiệu ứng Hall

Khi đặt một tấm mỏng (thường là bán dẫn), trong đó có dòng điện chạy
qua, vào trong từ trường B có phương tạo với dòng điện I trong tấm một
góc θ sẽ suất hiện một hiệu điện thế v theo hướng vuông góc với B và I.
Hiệu ứng Hall được ứng dụng để xác định vị trí của một vật chuyển động,
vật cần xác định vị trí liên kết cơ học với thanh nam châm, vị trí thanh
nam châm xác định giá trị của từ trường B và góc θ ứng với tấm bán dẫn
mỏng làm vật trung gian. Vì vậy, hiệu điện thế v đo được giữa hai cạnh
tấm bán dẫn là hàm phụ thuộc vào vị trí của vật trong không gian.


Nguyên lý chế tạo cảm biến thụ động

Cảm biến thụ động thường được chế tạo từ một trở kháng có các
thông số chủ yếu nhạy với đại lượng cần đo
Khi đại lượng đo tác động đến kích thước hình học hoặc tính chất
điện (ρ, µ, ε…), hoặc đồng thời cả hai ⇒ thay đổi trở kháng, đo trở
kháng → đại lượng đo.
3.

Các phương pháp đo nhiệt độ. Các loại nhiệt kế: gốm - kim loại; kim
loại- kim loại, cặp nhiệt điện, hỏa kế.

 Các phương pháp đo nhiệt độ:
 Phương pháp đo tiếp xúc: khi đo, cảm biến tiếp xúc với môi trường
đo, phép đo dựa trên các hiện tượng:
+ Giãn nở của vật liệu.
+ Biến đổi trạng thái của vật liệu.
+ Thay đổi điện trở của vật liệu.
+ Hiệu ứng nhiệt điện.
 CB tiếp xúc có các loại:
+ CB giãn nở (nhiệt kế giãn nở)
+ CB điện trở (nhiệt điện trở)
+ Cặp nhiệt ngẫu
 Phương pháp đo không tiếp xúc: khi đo cảm biến không tiếp xúc với
môi trường đo, phép đo dựa vào sự phụ thuộc của bức xạ nhiệt của
môi trường đo vào nhiệt độ. Các loại CB không tiếp xúc:









+ Hỏa kế bức xạ.
+ Hỏa kế quang.
Các loại nhiệt kế:
Gốm – kim loại

Gồm một thanh gốm (1) đặt trong ống kim loại (2), một đầu
thanh gốm liên kết với ống kim loại, còn đầu A gắn với hệ thống

truyền động tới bộ phận chỉ thị. Hệ số giãn nở nhiệt của kim loại và
của gốm là αk và αg. Do αk > αg, khi nhiệt lượng tăng một lượng dt,
thanh kim loại dãn thêm một lượng dlk, thanh gôm dãn thêm một
lượng dlg với dlk > dlg, làm cho thanh gốm dịch sang phải. Dịch
chuyển của thanh gốm phụ thuộc vào dlk – dlg do đó phụ thuộc nhiệt
độ.
Nhiệt kế kim loại – kim loại:

Gồm 2 thanh kim loại (1) và (2) có hệ số dãn nở nhiệt khác
nhau liên kết với nhau theo chiều dọc. Giả sử α1 > α2, khi dãn nở
nhiệt 2 thanh kim loại cong về 2 phía. Dựa vào độ cong của thanh
kim loại để xác định nhiệt độ
Thường được dùng để đo nhiệt độ dưới 7000C hoặc làm rơle
nhiệt.
Cặp nhiệt điện:
o Hiệu ứng nhiệt điện

•

Hiện tượng: Xét một mạch kín gồm 2 dây dẫn (A) và (B) khác
nhau về bản chất hóa học hàn nối với nhau bằng các mối hàn,
khi nhiệt độ hai mối hàn là (t) và (t0) khác nhau thì trong mạch
xuất hiện một sức điện động EAB phụ thuộc độ chênh nhiệt độ
giữa hai mối hàn → Hiệu ứng nhiệt điện.


•

Giải thích:

- Ở đầu có nhiệt độ (t0) nồng độ điện tử
trong A là NA(t0), trong B là NB(t0) . Giả sử
NA(t0) > NB(t0) → trên tiếp giáp, (e)
khuếch tán từ A → B hình thành hiệu
điện thế eAB(t0).
- Ở đầu có nhiệt độ (t) tương tự có: e AB(t)

-

-

Giữa hai đầu mỗi dây dẫn có chênh lệch nồng độ: (e) → khuếch tán
→ hình thành eA(t,t0) và eB(t,t0).
Trong mạch kín:
EAB = eAB(t) + eBA(t0) + eA(t0,t) + eB(t0,t)
EAB = eAB(t) – eAB(t0) - eA(t,t0) - eB(t,t0)
EAB eAB(t) - eAB(t0)
Giữ t0 = const ⇒ EAB = eAB(t) + C = f(t)
Sức điện động của cặp nhiệt không thay đổi nếu chúng ta nối thêm
vào mạch một dây dẫn thứ ba và giữ cho nhiệt độ hai đầu nối của
dây thứ ba giống nhau.

o

Cấu tạo và vật liệu:
• Cấu tạo: Gồm Vỏ bảo vệ, mối hàn, dây cực, sứ cách điện, bộ
phận lắp đặt, vít nối dây, dây nối, đầu nối dây
• Vật liệu
Yêu cầu:
-

Sức điện động đủ lớn (để dễ dàng chế tạo dụng cụ đo thứ
cấp).
Có đủ độ bền cơ học và hoá học ở nhiệt độ làm việc.
Dễ kéo sợi.
Có khả năng thay lẫn.



•

Giá thành rẻ.

Hỏa kế:
Hỏa kế bức xạ toàn phần:
o Nguyên lý dựa trên định luật: năng lượng bức xạ toàn phần của
vật đen tuyệt đối tỉ lệ với lũy thừa bậc 4 của nhiệt độ tuyệt đối của
vật.
E = σT 4

Với

o
o

σ

: hệ số bức xạ
T: nhiệt độ tuyệt đối
Cấu tạo: thông thường có 2 loại: hỏa kế bức xạ có ống kính hội tụ,

hỏa kính bức xạ có kính phản xạ.
Đặc điểm:
- Đo không tiếp xúc → giảm nhẹ điều kiện dao động.
- Đo được nhiệt độ cao >1000oC, sai số ±27oC.
- Loại hội tụ tổn thất năng lượng lớn (30 - 40%) nhưng ít chịu
ảnh hưởng của bụi và ẩm.
- Loại phản xạ tổn thất năng lượng bé (~ 10%) nhưng chịu
ảnh hưởng lớn của bụi và ẩm.
- Điều kiện đo:
- Vật đo phải có độ đen xấp xỉ bằng 1.
- Tỉ lệ giữa đường kính vật bức xạ và khoảng cách đo D/L
không nhỏ hơn 1/16. Khoảng cách đo tốt nhất là 1 ± 0,2 m.
- Nhiệt độ môi trường 20 ± 2oC.
- Hiệu chỉnh kết quả đo khi độ đen ε <1:
Tđo = Tđh +

•

Hỏa kế quang:
- Nguyên lý đo: dựa trên định luật Plank
C1
I λT =
C2
 RT

5

λ  e − 1



-

Trong đó IλT - cường độ bức xạ đơn sắc ứng với
bước sóng λ
ở nhiệt độ T(K).
R: hằng số khí lý tưởng.
C1, C2 : Hằng số.
Nguyên tắc đo nhiệt độ bằng hỏa kế quang học là đo cường độ
ánh sáng của vật cần đo và độ sáng của một đèn mẫu ở trong
cùng một bước sóng nhất định và theo cùng một hướng. Khi độ
sáng của chúng bằng nhau thì nhiệt độ của chúng bằng nhau
Đặc điểm:
- Đo không tiếp xúc.
- Đo nhiệt độ cao (> 1.000oC)


Kết quả đo phụ thuộc vào khả năng nhận xét màu.
Ảnh hưởng của khoảng cách đo nhỏ.
- Khi ε <1 → sai số, công thức hiệu chỉnh:
Tđo = Tđh +
4. Cảm biến quang: Tế bào quang điện chân không, dạng khí,
photodiot, phototranzito, tế bào quang dẫn.
Tế bào quang điện chân không:
 Cấu tạo:
• Catot: có phủ lớp vật liệu nhạy với ánh sáng (Cs 3Sb, K2CsSb,
Cs2Te, Rb2Te , CsTe …) đặt trong vỏ hình trụ trong suốt (a) hoặc
vỏ kim loại có một đầu trong suốt (b), được hút chân không (áp
suất ~ 10-6 - 10-8 mmHg).
• Anot: bằng kim loại.

 Nguyên lý hoạt động:
• Khi chiếu sáng catot (K) các điện tử phát xạ và dưới tác dụng
của điện đường do Vak tạo ra tập trung về anot (A)→ tạo thành
dòng anot (Ia).
• Đặc tính V - A có hai vùng:
- Vùng điện tích không gian.
- Vùng bão hòa.
•
TBQĐ làm việc ở vùng bão hòa → tương đương nguồn dòng,
cường độ dòng chủ yếu phụ thuộc thông lượng ánh sáng. Điện
trở trong ρ của tế bào quang điện rất lớn:
-



Đặc điểm và ứng dụng:
• Độ nhạy lớn ít phụ thuộc Vak.
• Tính ổn định cao
 Chuyển mạch hoặc đo tín hiệu quang.
Tế bào quang điện dạng khí:
 Cấu tạo và nguyên lý làm việc:
• cấu tạo tương tự TBQĐ chân không, chỉ khác bên trong được
điền đầy bằng khí (acgon) dưới áp suất cỡ 10 -1 - 10-2 mmHg.
•
Khi Vak < 20V, đặc tuyến I - V có dạng giống TBQĐ. Khi điện
áp cao, điện tử chuyển động với tốc độ lớn → ion hoá các
nguyên tử khí → Ia tăng 5 ÷10 lần.
 Đặc điểm và ứng dụng:
• Dòng Ia lớn.
• S phụ thuộc mạnh vào Vak.

 Chuyển mạch và đo tín hiệu quang.
Photodiot:









Cấu tạo và nguyên lý hoạt động:
• Cấu tạo: Gồm 2 tiếp giáp P, N ghép tiếp xúc với nhau. Tại mặt
tiếp xúc hình thành một vùng nghèo hạt dẫn vì tại vùng này
tồn tại một điện trường và hình thành hàng rào thế V b.
• Nguyên lý hoạt động:
- Khi không có điện thế ngoài đặt lên chuyển tiếp U = 0 thì I = 0
(gồm dòng khuếch tán hạt dẫn cơ bản và dòng hạt dẫn không
cơ bản)
- Khi đặt một điện áp lên điôt, với điện áp ngược đủ lớn U d >>,
chiều cao của hàng rào thế tăng lên và trên điôt chỉ còn dòng
điện ngược Ir = I0 (dòng điện tối)
- Khi chiếu sáng điôt bằng bức xạ có bước sóng nhỏ hơn bước
sóng ngưỡng  xuất hiện các cặp điện tử - lỗ trống, dưới tác
dụng của điện trường tạo chúng chuyển động rất nhanh và I r
tăng nhanh
Khả năng hấp thụ bức xạ phụ thuộc nhiều vào bề rộng
vùng nghèo  để tăng khả năng mở rộng vùng nghèo ta
dùng điôt PIN (I là một lớp bán dẫn riêng), chỉ cần 1
điện áp ngược vài Vôn có thể mở rộng vùng nghèo ra

toàn bộ lớp bán dẫn I.



Chế độ hoạt động:

Chế độ quang dẫn:
+ Độ tuyến tính cao.
+ Thời gian hồi đáp ngắn.
+ Dải thông lớn.



Chế độ quang thế:
+ Có thể làm việc ở chế độ tuyến
tính hoặc logarit.
+ Ít nhiễu.
+ Thời gian hồi đáp lớn.
+ Dải thông nhỏ.
+ Nhạy cảm với nhiệt độ ở chế độ
logarit.

Độ nhạy:
• S không phụ thuộc thông lượng ánh sáng Φ.
• S phụ thuộc vào λ, với λ ≤ λs:

S→Smax khi
•

λ

=

λp

Khi To tăng λp dịch sang phải.


S phụ thuộc η, R, α.
 ứng dụng:
• Chuyển mạch: điều khiển rơ le, cổng logic, ….
• Đo ánh sáng không đổi (Chế độ tuyến tính)
Phototranzito
•







Cấu tạo và nguyên lý hoạt động:
• Gồm 3 lớp bán dẫn ghép nối tiếp tạo thành 2 tiếp giáp E - B và
B – C tương tự như một tranzito.
• Phân cực: chỉ có điện áp đặt lên C, không có điện áp đặt lên B,
B – C phân cực ngược.
Nguyên lý làm việc:

Khi đặt điện áp E lên C, điện áp VBE

≈

0,6

÷

0,7 V, VBC

≈

E.

Khi chiếu sáng tiếp giáp B – C → các điện tử và lỗ trống phát sinh
trong vùng bazơ dưới tác dụng của ánh sáng sẽ bị phân chia dưới tác
dụng của điện trường trên chuyển tiếp B – C → điện tử bị kéo về C, lỗ
trống ở lại trong B tạo ra dòng điện tử từ E→B→C tạo ra dòng ngược:
I r = I0 + I p


 Phototranzito tương đương tổ hợp của một photodiot và tranzito
Độ nhạy:

Độ nhạy:

Ic ∈ Ip ∈ Φ và β ∈ Ic → β ∈Φ
⇒ S ∈ Φ ⇒ độ nhạy phụ thuộc thông lượng ánh sáng.
Độ nhạy phụ thuộc λ
S(λp) = 1 ÷ 100A/W
 ứng dụng:
- Chuyển mạch: thông tin dạng nhị phân (có hay không có bức

xạ, bức xạ nhỏ hơn hoặc lớn hơn ngưỡng)→ điều khiển rơle,
cổng logic hoặc thyristo
- Sử dụng ở chế độ tuyến tính:
Đo ánh sáng không đổi (giống luxmet).
Thu nhận tín hiệu thay đổi (Điều kiện biên độ dao động
nhỏ):




Độ tuyến tính kém hơn photodiot.
Quang trở:
 Cấu tạo: thực chất TBQD là một điện trở được chế tạo từ các chất
bán dẫn: đa tinh thể đồng nhất, đơn tinh thể, bán dẫn riêng, bán
dẫn pha tạp.
 Đặc trưng chủ yếu:
• Điện trở: điện trở trong tối lớn (từ 104 Ω - 109 Ω ở 25oC đối
với PbS, CdS, CdSe ) và giảm nhanh khi độ rọi sáng tăng.
• Độ nhạy:

Nhận xét:
+ TBQD là CB không tuyến tính, độ nhạy giảm khi
= 1)

Φ

tăng (trừ

γ

+ Khi điện áp đặt vào đủ nhỏ, độ nhạy tỷ lệ thuận với điện áp
đặt vào TBQD. Khi điện áp lớn, nhiệt độ tăng (hiệu ứng Joule)
thì độ nhạy giảm
+ Độ nhạy phụ thuộc vào bước sóng ánh sáng.


Đăc điểm:
+ Tỷ lệ chuyển đổi tĩnh cao.
+ Độ nhạy cao.
+ Hồi đáp phụ thuộc không tuyến tính vào thông lượng Φ.
+ Thời gian hồi đáp lớn.
+ Các đặc trưng không ổn định do già hoá.
+ Độ nhạy phụ thuộc nhiệt độ, một số loại đòi hỏi làm nguội.



ứng dụng:
Thông thường, TBQD không dùng để xác định chính xác thông
lượng mà dùng để phân biệt mức sáng khác nhau: trạng thái
sáng – tối, xung ánh sáng.
TBQD được dùng trong 2 trường hợp sau:
• Điều khiển rơ le: khi có bức xạ ánh sáng chiếu lên tế bào quang
dẫn, điện trở giảm, cho dòng điện chạy qua đủ lớn → sử dụng
trực tiếp hoặc qua khuếch đại để đóng mở rơle.
• Thu tín hiệu quang: dùng tế bào quang dẫn để thu và biến tín
hiệu quang thành xung điện. (thiết kế mạch đếm vật hoặc đo
tốc độ quay của đĩa).


5.

Nguyên lý đo lực, cảm biến áp điện:
 Nguyên lý đo lực:
- Làm cân bằng lực cần đo với một lực đối kháng sao cho lực tổng
hợp và momen tổng của chúng bằng không.
- Lực cần đo F → tác động lên vật trung gian → gây ra biến dạng
và lực đối kháng.
- Đo trực tiếp biến dạng ⇒ Lực.
- Đo gián tiếp qua sự thay đổi tính chất của vật liệu chế tạo vật
trung gian khi bị biến dạng.
 Cảm biến áp điện:
 Cấu tạo: Cảm biến có dạng tấm mỏng chế tạo từ vật liệu áp điện
(thạch anh, gốm PZT…) hai mặt có phủ kim loại → tương tự một tụ
điện.



Nguyên lý hoạt động: dựa trên cơ sở hiệu ứng áp điện: 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:
Theo chiều dọc
- Theo chiều ngang
- Cắt theo bề dày
- Cắt theo bề mặt
• Cách ghép các phần tử áp điện thành bộ:
- Hai phần tử song song
- Hai phần tử nối tiếp

- Nhiều phần tử song song
Nguyên lý đo vận tốc. Kể tên các cảm biến đo vận tốc. Tốc độ kế xung
 Nguyên lý đo vận tốc:
 Phương pháp 1 (sử dụng tốc độ kế điện từ):
•

6.

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 (Φ) đi qua


phần ứng biến thiên → trong phần ứng xuất hiện suất điện động cảm ứng
(e) phụ thuộc tốc độ biến thiên (Φ) → tốc độ dịch chuyển. Đo (e) → (v).
Các loại: Tốc độ kế một chiều, tốc độ kế xoay chiều…
Phương pháp 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 trục quay, ứng với một
chuyển dịch cơ bản → xung. Tần số xung tỉ lệ với tốc độ cần đo.
Các loại: Tốc độ kế từ trở biến thiên, tốc độ kế quang…
Kể tên các cảm biến đo vận tốc:
 Tốc độ kế điện từ
 Tốc độ kế xung
 Tốc độ kế quang
Tốc độ kế xung:
 Cấu tạo và nguyên lý làm việc:






Khi đĩa quay → khe hở δ biến thiên → từ trở mạch từ biến thiên → Φ
qua cuộn dây biến thiên → trong cuộn dây xuất hiện s.đ.đ cảm ứng (e) có
tần số (f) tỉ lệ với tốc độ quay (n): f = pn
Đặc điểm:
• Biên độ (E) của s.đ.đ cảm ứng phụ thuộc: khoảng cách giữa cuộn
dây - đĩa quay và tốc độ quay (δmin↓, n↑ → E↑). Với n≤nmin nhất định
E quá bé không thể đo được → vùng chết.
• Dải đo của cảm biến phụ thuộc vào số răng (p) của đĩa: p lớn →
nmin nhỏ, p nhỏ → nmax lớn. Ví dụ: p = 60 răng → dải đo n = 50 ÷
500 vg/ph, p = 15 răng → dải đo n = 500 ÷ 10.000 vg/ph.
Khái niệm và phương pháp đo áp suất. Kể tên các cảm biến đo áp suất
 Khái niệm và phương pháp đo áp suất:
 Áp suất: đại lượng có giá trị bằng lực tác dụng vuông góc lên một
đơn vị diện tích bề mặt bình chứa:
p = (N/m2)
 Nguyên lý đo áp suất:
• Đo áp suất tĩnh


7.

Đo trực tiếp: thông qua một lỗ được khoan trên thành bình: p →
F tác động lên cảm biến → Đo F ⇒ p.


Đo gián tiếp: đo biến dạng của thành bình chứa (cảm biến đo
biến dạng).

•

Đo áp suất động
Đo hiệu áp suất tổng và áp suất tĩnh
pđ = p - pt

Kể tên các cảm biến đo áp suất:
Áp kế dùng dịch thể: - áp kế vi sai kiểu phao
- áp kế vi sai kiểu chuông
- áp kế vi sai bù
- áp kế vành khuyên
Áp kế đàn hồi: - áp kế lò xo
- áp kế màng
- áp kế ống trụ
- áp kế kiểu đèn xếp
Áp kế điện: - áp kế áp trở
- áp kế áp điện
- áp kế điện dung
- áp kế điện cảm
Cảm biến đo độ dịch chuyển: con trỏ từ, con trỏ quang, điện cảm, điện
dung, quang
 Con trở quang:
 Cấu tạo vào nguyên lý làm việc


8.

1. Điot phát quang; 2.Băng đo
3. Băng tiếp xúc; 4. Băng quang dẫn
Băng điện trở đo được phân cách với băng tiếp xúc bởi một băng

quang dẫn rất mảnh làm bằng CdSe trên đó có con trỏ quang dịch chuyển
khi trục của điện thế kế quay. Điện trở của vùng quang dẫn giảm đáng kể
trong vùng được chiếu sáng tạo lên sự liên kết giữa băng đo và băng tiếp
xúc.
Đặc điểm:
- Không có tiếp xúc cơ học tránh mòn, tránh gây tiếng ồn.
- Tuổi thọ cao.
- Thời gian hồi đáp ngắn (~20µs).
Con trỏ từ:
 Cấu tạo và nguyên lý làm việc:





Cấu tạo:
• R1 và R2: từ điện trở.
• NC: nam châm vĩnh cửu.
• 1-2-3: dây nối.
Nguyên lý:
• Nam châm quay. Chiều dài từ điện trở
nằm trong từ trường thay đổi → điện
trở thay đổi.
Vm =



R1
R
ES = 1 ES

R1 + R2
R

Tín hiệu ra:
Đo Vm⇒ vị trí góc.
• Thường dùng trong khoảng tuyến
tính: góc quay ~ 90o, dịch chuyển
thẳng ~ 1 – 2 mm.
Cảm biến điện cảm:
Nguyên lý chế tạo: Cảm biến điện cảm là nhóm các cảm biến làm
việc dựa trên nguyên lý cảm ứng điện từ. Vật cần đo vị trí hoặc dịch
chuyển được gắn vào một phần tử của mạch từ gây nên sự biến
thiên từ thông qua cuộn đo.
Cảm biến điện cảm được chia ra: cảm biến tự cảm và
hỗ cảm





Cảm biến điện dung
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).
Cảm biến quang:
Nguyên lý cấu tạo: theo nguyên tắc của cảm biến xung.
Gồm 3 bộ phận:
+ Bộ phát quang.
+ Thước đo.
+ Bộ thu quang.

Gồm cảm biến quang phản xạ và cảm biến quang soi thấu.

9.

Cảm biến đo lưu lượng: công tơ thể tích
 Cấu tạo và nguyên lý làm việc
1&2. Bánh răng
3. Vỏ
4. Chất lưu
5. Của vào
6. Cửa ra


•
•
•

•
•

Ở vị trí (a) chất lưu làm quay bánh răng (2) đẩy thể tích chất lỏng
(V1) sang cửa ra đồng thời làm bánh răng (1) quay theo (vị trí b).
Ở vị trí (c) chất lưu làm bánh răng (1) quay → quá trình lặp lại.
Thể tích chất lưu đẩy sang cửa ra:

Đếm số vòng quay hoặc đo tốc độ ⇒ Q trung bình hoặc Q tức thời.
Thường đo thể tích chất lưu ∆V trong khoảng thời gian t1 đến t2:

Đặc điểm:
• Giới hạn đo từ 0,01 - 250 m3/giờ,

• Cấp chính xác 0,5; 1,
• Tổn thất áp suất nhỏ,
• Yêu cầu chất lỏng đo phải được lọc tốt,
• Gây ồn khi làm việc.
10. Cảm biến đo mức chất lưu:
 Khái niệm và phương pháp đo
 Khái niệm: Đo mức: xác định mức hoặc lượng chất lưu trong bình
chứa (dạng đo liên tục)
Xác định ngưỡng: phát hiện mức ngưỡng có đạt hay không
(dạng đo theo ngưỡng).
 Phương pháp đo:
• Phương pháp thuỷ tĩnh dùng biến đổi điện.
• Phương pháp điện dựa trên tính chất điện của chất lưu.
• Phương pháp bức xạ dựa trên sự tương tác giữa bức xạ và chất
lưu.
