Cảm biến công nghiệp

Câu 1: Nguyên lí đo nhiệt độ theo điện trở vật liệu? Nhiệt kế điện trở đo nhiệt độ?
Câu 2: Nguyên lí đo nhiệt độ theo hiệu ứng nhiệt điện?CB nhiệt ngẫu?
Câu 3: Điện thế kế con chạy cơ học đo vị trí dịch chuyển
Câu 4: Điện thế kế con trỏ từ đo vị trí và dịch chuyển.
Câu 5: Điện thế kế quang đo vị trí và dịch chuyển
Câu 6: Các CB quang đo vị trí và dịch chuyển
Câu 7: Nguyên lí đo biến dạng bằng các cảm biến điện trở? CB điện trở đo biến
dạng?
Câu 8: Nguyên lí đo lực đựa trên hiệu ứng áp điện? CB thạch anh đo lực?
Câu 9: Tốc kế điện từ xoay đo vận tốc góc kiểu máy phát đồng bộ
Câu 10: Tốc kế điện từ trở biến thiên đo vận tốc
Câu 11: Tốc độ kế quang đo vận tốc góc
Câu 12: CB Áp điện đo gia tốc rung
Câu 13: CB đo vận tốc rung
Câu 14: CB đo áp suất kiểu lò xo 1 vòng và bộ biến đổi độ tự cảm đơn có khe từ
biến thiên.
Câu 15: CB đo áp suất động của chất lưu bằng cảm biến màng đàn hồi và bộ
chuyển dổi điện kiểu áp điện
Câu 16: CB đo lưu lượng theo độ giảm áp dùng màng chắn và áp kế điện cảm kiểu
khe từ biến thiên
Câu 17: CB đo lưu lượng theo độ giảm áp tụ điện đơn
Câu 18: CB đo lưu lượng theo độ giảm áp dùng màng chắn và áp kế vành khuyên


Câu 1: Nguyên lí đo nhiệt độ theo điện trở vật
liệu


1. Nhiệt kế điện trở
Nguyên lý đo: dựa vào sự thay đổi điện trở của vật
liệu khi nhiệt độ thay đổi:

R  T  R0 . f T  T0 

Ví dụ cảm biến kim loại:

Đo R(T)  T


1. Nhiệt kế điện trở kim loại
a) Cấu tạo: chế tạo bằng điện trở kim loại.
- Loại điện trở dây quấn:
1

2

1

1

2

3

3
3

1. Vỏ

2

2. Dây điện trở 3. Lõi cách điện

1. Nhiệt kế điện trở kim loại
• Nhiệt kế bề mặt:
- Cấu tạo:

1. Điện trở

1
2

2. Tấm vật liệu
cách điện

- Vật liệu:
Tính chất

Ni

Ni – Fe

Pt

Độ nhạy nhiệt αR.103 (oC-1)

~ 5,0

~ 5.0

~ 4,0

Khoảng n.độ làm việc (oC)

- 195260

- 195 260

- 260 1400


1. Nhiệt kế điện trở kim loại
• Nguyên lý làm việc: dựa trên sự thay đổi điện trở:



R (T ) R0 1  AT  BT 2  CT 3

Khi biến thiên T nhỏ:
Hệ số:



R (T  T ) RT  1   RT 

 Hệ số nhiệt điện trở

1 dR
R  .
R dT

1 dR 1 d 1 dl 1 ds
R  .
 .
 .
 .
R dT  dT l dT s dT


1. Nhiệt kế điện trở kim loại
Đặt:

1 d  1 dl ;   1 ds 2
 
; l
s
l
s
dT
l
dT
 dT

1 dR
  R  .     l  2. l     l
R dT
Do α >> αl  αR  α  sự thay đổi kích thước ảnh hưởng
không đáng kể.
Vậy: Khi nhiệt độ tăng điện trở suất vật liệu tăng  điện trở
tăng  đo điện trở  nhiệt độ.

1. Nhiệt kế điện trở kim loại
c) Đặc điểm, ứng dụng:
- Kết cấu đơn giản, dễ chế tạo
- Độ chính xác khá cao
 Đo nhiệt độ thấp và trung bình (thường dưới
1000oC) môi trường khí, lỏng, rắn.
 Đo nhiệt độ bề mặt.


a)Cấu tạo: chế tạo từ đơn tinh
thể Si pha tạp loại N, kích thước cỡ
500x500x240 (m).
b)Nguyên lí làm việc: Trong
khoảng nhiệt độ (-55  200oC) hệ
số nhiệt điện trở dương (~7.10-3/
oC ở 25 oC). Sự phụ thuộc của điện
trở vào nhiệt độ biểu diễn gần
đúng theo công thức:



R T R 0 1 A  T  T0   B T  T0 

2



500m

1. Nhiệt kế điện trở silic

500m

240m

R()

2400
2200
2000
1800
1600
1400
1200
1000

800
600
400
-50

0

50

100

T oC

1. Nhiệt kế điện trở oxyt bán dẫn
a)Cấu tạo: được chế tạo từ
hỗn hợp oxyt bán dẫn đa tinh thể
như: MgO, MgAl2O4, Mn2O3,
Fe3O4, Co2O3, NiO, ZnTiO4.
Hỗn hợp bột oxyt được trộn
theo tỉ lệ thích hợp  được nén
định dạng  thiêu kết ở nhiệt độ
~ 1000oC. Vỏ bọc bằng thủy tinh.

1

2

3

Cấu tạo
1. Vỏ bọc
2. Điện trở
3. Dây nối


1. Nhiệt kế điện trở oxyt bán dẫn
• Nguyên lí làm việc
• Sự phụ thuộc của điện trở của nhiệt điện trở vào nhiệt độ
2
theo biểu thức:
  1 1 
T

 
R(T ) R 0   exp  
 T0 
  T T 0 
Hệ số nhiệt điện trở:
• Gần đúng:

R 

b
T2

 1
1 
 
R (T ) R0 exp B 
 T T 0 
 và

Với B = 3.000 - 5.000K.

 R 

B
T2


1. Nhiệt kế điện trở oxyt bán dẫn
b) Đặc điểm:
- Kích thước nhỏ  có thể đo T theo điểm.

- Nhiệt dung nhỏ  thời gian hồi đáp bé.
- Hệ số nhiệt điện trở lớn  đo được Tmin =10-4 10-3K.
 Đo nhiệt độ trong khoảng 0  300oC.


Câu 2: Nguyên lí đo nhiệt độ dựa trên hiệu ứng nhiệt điện
CB nhiệt ngẫu


2. Cặp nhiệt ngẫu
4.1. Nguyên lí đo
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.

t0

1

A

B

t

2
Sơ đồ nguyên lý


2. 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:
eAB(t)

NA(t0)

NB(t0)

+ + + EAB(t0)
NA(t)

NB(t)
+ + + -

EAB(t)


2. Hiệu ứng nhiệt điện
- 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:
E AB e AB ( t )  e BA ( t 0 )  e A ( t 0 , t )  e B ( t , t 0 )
E AB e AB ( t )  e AB ( t 0 )  e A ( t , t 0 )  e B ( t , t 0 )
E AB e AB ( t )  e AB ( t 0 )

Giữ t0 = const 

E AB eAB (t)  C f (t)


2. Hiệu ứng nhiệt điện
- 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.
t0

C
t0

2

3

2

t0

3
A

B
1
t

Sơ đồ nối cặp nhiệt với dây dẫn thứ ba

A

4
1
t

B
t1
C
t1
B


2. Cấu tạo và vật liệu
7

8

6

1. Vỏ bảo vệ
2. Mối hàn

5

3. Dây cực
4. Sứ cách điện
5. Bộ phận lắp đặt

4

6. Vít nối dây

7. Dây nối

3
1
2

8. Đầu nối dây


Nguyên lí làm việc

Đầu làm việc của các điện cực 3 được hàn nối với nhau bằng hàn vảy, hàn khí hoặc hàn bằng tia điện tử. Đầu tự do nối với dây nối 7 tới dụng cụ đo nhờ các viets nối 6 dây đặt
trong đầu nối dây 8. để cách ly các điện cực người ta dùng các ống sứ cách điện 4, sứ cách điện phải trơ về hóa học va đủ độ bằng cơ và nhiệt ở nhiệt dộ làm việc. Để bảo vệ
các điện cực , các cặp nhiệt có vỏ bảo vệ 1 làm bằng sứ chịu nhiệt hoặc thép chịu nhiệt. Hệ thống vỏ bảo vệ phải có nhiệt dung đủ nhỏ để giảm bớt quán tính nhiệt à vật liệu
chế tạo vỏ phả có độ dẫn nhiệt không quá nhỏ nhưng cũng không được quá lơn. Trường hợp vở bằng thép mối hàn ở đầu làm việc có thể tiếp xúc với vở để giảm thời gian hồi
đáp


2. Cấu tạo và vật liệu
 Đặc điểm và phạm vi sử dụng:

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 rẽ.


Câu 3: Điện thế kế con chạy cơ học đo vị trí
dịch chuyển


3. Điện thế kế điện trở
2.1. Điện thế kế dùng con chạy cơ học

a) Cấu tạo và nguyên lý làm việc: gồm một điện
trở cố định (Rm) 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.


3. Điện thế kế con chạy cơ học
Rx, l

2
2 1



Rm, , Lm
Rm

Mm

1

1

R

Đo dịch chuyển
thẳng

Đo dịch chuyển
quay  < 360o

l
Rx  Rm
L


R 
Rm
m

2

Rm
R

Đo dịch chuyển
quay  > 360o
R 


Rm
m


3. Điện thế kế con chạy cơ học
• 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.


3. Điện thế kế con chạy cơ học
b) Đặc điểm:
• Cấu tạo đơn giản.
• Đo được dịch chuyển lớn.
• Khoảng chạy có ích nhỏ hơn chiều dài điện trở (Lm).

• Độ phân giải của điện trở dạng dây ~10m, dạng
băng dẫn ~ 0,1 m.
• Thời gian sống thấp: dạng dây ~106 lần, dạng băng
dẫn 5.107 - 108 lần.
• Chịu ảnh hưởng lớn của bụi và ẩm.