Cảm biến và đo lường Chương 1: KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ CẢM BIẾN

Cảm biến trong tiếng Anh gọi là “sensor”, xuất phát từ chữ “sense” theo nghĩa la tinh là cảm nhận. Cảm biến được định nghĩa theo nghĩa rộng là thiết bị cảm nhận và đáp ứng với các tín hiệu và kích thích. Trong hệ thống đo lường – điều khiển, mọi quá trình đều được đặc trưng bởi các biến trạng thái: nhiệt độ, áp suất, tốc độ, moment… Các biến trạng thái này thường là các đại lượng không điện. ...
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Cảm biến và đo lường Chương 1:KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ CẢM BIẾNTài liệu môn Cảm biến và đo lư ờngChương 1 : KHÁI N IỆM CƠ BẢN VỀ CẢ M BIẾNI. Định ng hĩa Cảm b iến trong tiếng Anh gọi là “sensor”, xu ất phát từ chữ “sense” theo ngh ĩa latinh là cảm nhận. Cảm b iến được định ngh ĩa theo nghĩa rộ ng là t hiết b ị cảm nhậ n và đápứng với các tín hiệu và kích thích. Trong hệ thố ng đo lường – đ iều khiển, mọi quá trình đ ều được đ ặc trưng b ởi cácbiến trạng thái: nhiệt độ, áp suất, tốc độ, moment… Các b iến trạng thái này thường là cácđại lượ ng không điện. T u y nhi ê n, t rong các q uá trình đo lường – đ iều khiển, t hông t inđược tru yền tải và xử lý dưới dạng điện. D o đ ó , c ảm biến đ ược đ ịnh nghĩa như nhữngthiết b ị d ùng đ ể b iến đ ổi các đại lượng vật lý và các đại lượng khô ng đ iện cần đo thành cácđại lượng đ iện có thể đo đ ược (như dòng đ iện, đ iện thế, đ iện dung, trở kháng v.v…). Trong mô hình mạch điện, ta có thể co i cảm biến như mộ t m ạch hai cửa. Trong đ ócử a vào là biến trạng thái cần đo x và cửa ra là đ áp ứng y của bộ cảm b iến với kích thíchđầu vào x. Phương trình quan hệ: y = f(x) t hườ ng rất p hức tạp. Sơ đồ điều khiển tự động quá trình: Bộ cảm b iến đ óng vai trò cảm nhận, đo đạc và đánh giá các thô ng số hệ thống. - Bộ xử lý làm nhiệm vụ xử lý thông tin và đ ưa ra tín hiệu điều khiển quá trình. -II. Phâ n lo ại cảm biến a. Phân loại theo ngu yên lý chu yể n đổi giữa đáp ứng và kích thích Vật lý: nhiệt điện, qu ang điện, đ iện từ, từ đ iện,… - Hóa họ c: hóa đ iện, phổ,… - Sinh học: sinh đ iện, … - b. Phân loại theo d ạng kích thích: âm thanh, đ iện, từ, quang, cơ, nhiệt,… c. Phân loại theo tí nh năng: đ ộ nhạ y, độ chính xác, độ phân giải, đ ộ tu yến tính… Trang I-1Tài liệu môn Cảm biến và đo lư ờng d. Phân loại theo phạm vi sử dụng: công nghiệp, nghiên cứu khoa họ c, mô i trườ ng, t hông tin, nông ngh iệp… e. Phân loại theo thô ng số của mô hình thay thế: Cảm b iến tích cự c (có nguồ n) ngõ ra là ngu ồ n áp ho ặc ngu ồn d òng. - Cảm b iến thụ đ ộng (không có ngu ồn): R, L, C, tuyến tính, phi tu yến. -III. Bộ cảm biến tích cực và thụ động 1. Cảm biến tích cực Bộ cảm biến tích cực có ngu ồn, ho ạt độ ng như một nguồn áp hoặc nguồn dòng.Các hiệu ứng vật lý ứng dụ ng tro ng các cảm biến tích cực: a. Hiệu ứ ng cảm ứng đ iện t ừ. (Faraday p hát hiện năm 1831) Khi một t hanh dẫn chu yển động trong từ trườngsẽ xu ất hiện sức đ iện độ ng tỉ lệ với biến thiên từ thông,tức là t ỷ lệ với tốc độ chu yển đ ộng củ a t hanh dẫn. Ứng dụng để xác định tốc đ ộ chu yể n đ ộng củavật thông q ua việc đ o sứ c điện độ ng cảm ứng. b . Hiệu ứ ng nhiệt điện. (Seebeck p hát hiện năm 1 821) Khi hai dâ y d ẫn có b ản chất hóa học khác nhau được hànkín sẽ xu ất hiện sứ c điện độ ng tỉ lệ nhiệt đ ộ mối hàn. Ứng d ụng đ ể đo nhiệt đ ộ. Ngược lại khi cho dòng đ iện chạ y qu a chất có bả nchất hóa học khác nhau sẽ tạo nên sự chênh lệch nhiệt độ .(Peltire p hát hiện) c. Hiệu ứ ng hỏ a điện. Một số tinh thể hỏa điện có tính chất p hân cực đ iệntự phát p hụ thuộc vào nhiệt đ ộ. Trên các mặt đ ối diệ ncủa chúng xu ất hiện các đ iện tích trái dấu có độ lớn t ỷ lệthu ận với đ ộ p hân cự c điện p hụ thuộc vào quang thông . Được ứ ng d ụng đ ể đo thông lượng của bức xạ ánhsáng. Khi t inh thể hỏa đ iện hấp thụ ánh sáng, nhiệt độ của chú ng tăng lên làm t hay đ ổ iphân cực điện, xu ất hiện điện áp trên hai cực của tụ điện. d . Hiệu ứ ng áp đ iện. (Pierre Curie phát hiện năm 18 80) Khi tác đ ộng cơ học lên b ề mặt vật liệu áp điện(thạch anh, mu ối Segnet…) làm vật liệu biến dạng và xu ấthiện các đ iện tích b ằng nhau và trái d ấu. Ứng dụ ng để đo các đ ại lượng cơ như áp suất, ứ ngsu ất… thông q ua việc đ o đ iện áp trên hai cự c tụ điện. e. Hiệu ứ ng quang điện. (A. Einstein p hát hiện năm 1 905) Bản chất hiệu ứ ng qu ang đ iện là việc giải phóng các hạt dẫntự d o trong vật liệu d ướ i tác dụ ng của bứ c xạ ánh sáng. Ứng dụ ng đ ể chế t ạo các cảm b iến q uang. Hiệu ứng quang p hát xạ đ iện tử là hiện tượng các điện tửđược giải p hó ng khỏi vật liệu tạo thành d òng dưới tác d ụng củ ađiện trường. Trang I-2Tài liệu môn Cảm biến và đo lư ờng f. Hiệu ứ ng quang-điện-từ. Khi tác d ụng một từ trường vuông góc vớ i bứ cxạ ánh sáng, trong vật liệu bán d ẫn được chiếu sáng sẽxu ất hiện hiệu điện thế vuông gó c với p hươ ng từtrường và p hư ơng b ức xạ ánh sáng. Cho p hép nhậ nđược d òng điện hoặc đ iện áp p hụ thuộc vào đ ộ chiếusáng. Ứng d ụng trong các b ộ c ...