Đề cương bài giảng: Kỹ thuật cảm biến

Môn học kỹ thuật cảm biến là một môn học chuyên môn của học viên ngành điện công nghiệp. Mô đun này nhằm trang bị cho học viên những kiến thức về nguyên lý, cấu tạo, các mạch ứng dụng trong thực tế của một số loại cảm biến
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Đề cương bài giảng: Kỹ thuật cảm biến Đề cương bài giảng: Kỹ thuật cảm biến LỜI NÓI ĐẦU Trong nền công nghiệp sản xuất hiện đại ngày nay, rất nhiều nhà máy xí nghiệpđã trang bị cho mình những dây chuyền sản xuất tự động hoặc bán tự động. Các loạicảm biến đã có mặt trong hầu hết các lĩnh vực điều khiển tự động, nó đóng một vai tròrất quan trọng, không một thiết bị nào có thể thay thế được. Việc trang bị cho mình mộtkiến thức về các loại cảm biến là nhu cầu bức thiết của các kỹ thuật viên, kỹ sư ngànhđiện cũng như các ngành khác. Môn học kỹ thuật cảm biến là một môn học chuyên môn của học viên ngànhđiện công nghiệp. Mô đun này nhằm trang bị cho học viên những kiến thức về nguyênlý, cấu tạo, các mạch ứng dụng trong thực tế của một số loại cảm biến...Với các kiếnthức này học viên có thể áp dụng trực tiếp vào lĩnh vực sản xuất cũng như đời sống.Ngoài ra các kiến thức này dùng làm phương tiện để học tiếp các mô đun chuyên ngànhđiện như trang bị điện, PLC cơ bản, PLC nâng cao... Mô đun này cũng có thể là tài liệutham khảo cho các học viên, cán bộ kỹ thuật của các ngành khác quan tâm đến lĩnh vựcnày.Biên soạn: GV Nguyễn Đức Quý Page 1 Đề cương bài giảng: Kỹ thuật cảm biến BÀI MỞ ĐẦU: CẢM BIẾN VÀ ỨNG DỤNG1. Khái niệm cơ bản về các bộ cảm biến Trong quá trình sản xuất có nhiều đại lượng vật lý như: Nhiệt độ, áp suất, tốcđộ, khoảng cách, lưu lượng... cần được xử lý cho đo lường và điều khiển. Các bộ cảmbiến thực hiện chức năng này. Bộ cảm biến còn có tên gọi khác là đ ầu dò, bộ nhậnbiết. Cảm biến là một bộ chuyển đổi kỹ thuật để chuyển đổi các đại l ượng vật lýkhông mang bản chất điện như nhiệt độ, áp suất, khoảng cách...sang một đại lượngkhác để đo, đếm được. Các đại lượng này phần lớn là tín hiệu điện như điện áp, dòngđiện, điện trở, tần số...Các bộ cảm biến được định nghĩa theo nghĩa rộng là thiết bịcảm nhận và đáp ứng các tín hiệu. Cảm biến là một thiết bị chịu tác động của đại lượng cần kiểm tra m không cótính chất điện và cho ta một đặc trưng mang bản chất điện (như điện tích, điện áp,dòng điện hoặc trở kháng) ký hiệu là s. Đặc trưng điện s là hàm của đại lượng cần đom. Công thức tính : s = f(m) Trong đó s là đại lượng đầu ra hoặc phản ứng của cảm biến và m là đại l ượngđầu vào hay kích thích (có nguồn gốc là đại lượng cần đo). Việc đo đ ạc s cho phépnhận biết giá trị của m.Biên soạn: GV Nguyễn Đức Quý Page 2 Đề cương bài giảng: Kỹ thuật cảm biến Hình 1.1: Sự biến đổi của đại lượng cần kiểm tra m và phản ứng s theo thời gian.2 Các đặc tính tĩnh và động của cảm biến.2.1 Độ nhạy a) Định nghĩa Độ nhạy S xung quanh một giá trị không đổi mi của đại lượng cần kiểm tra đượcxác định bởi tỷ số biến thiên Δs của đại lượng ở đầu ra và biến thiên Δm tương ứngcủa đại lượng kiểm tra ở đầu vào:  ∆s  S=   ∆m  m=mi Thông thường cảm biến được sản xuất có những độ nhạy S tương ứng vớinhững điều kiện làm việc nhất định của cảm biến. Điều này cho phép lựa chọn đ ượccảm biến thích hợp để sao cho mạch kiểm tra thoả mãn các điều kiện đặt ra. Đơn vị đo của độ nhạy phụ thuộc vào nguyên lý làm việc của cảm biến và cácđại lượng liên quan, ví dụ: - Ω/OC đối với nhiệt điện trở. - µV/ OC đối với cặp nhiệt. Đối với các cảm biến khác nhau cùng dựa trên một nguyên lý vật lý, trị số củađộ nhạy S có thể phụ thuộc vào vật liệu, kích thước hay kiểu lắp ráp. Vấn đề quan trọng là khi thiết kế và chế tạo cảm biến làm sao để khi sử dụngcảm biến độ nhạy S của chúng không đổi, nghĩa là S ít phụ thuộc nhất và các yếu tốsau: - Giá trị của đại lượng cần đo m (độ tuyến tính) và tần số thay đ ổi của nó (dải thông) - Thời gian sử dụng (độ già hoá). - Ảnh hưởng của các đại lượng vật lý khác (không phải đại lượng cần đo) củamôi trường xung quanh. Đây chính là những căn cứ để so sánh và lựa chọn cảm biến.Biên soạn: GV Nguyễn Đức Quý Page 3 Đề cương bài giảng: Kỹ thuật cảm biến b) Độ nhạy trong chế độ tĩnh. Chuẩn cảm biến ở chế độ tĩnh là dựng lại các giá trị si của đại lượng điện ở đầura tương ứng với các giá trị không đổi mi của đại lượng đo khi đại lượng này đạt giá trịlàm việc danh định (ứng với giá trị cực đại tức thời). Đặc trưng tĩnh của cảm biếnchính là dạng chuyển đổi đồ thị của việc chuẩn đó và điểm l ...