ĐO ĐIỆN - Các cảm biến dùng trong đo lường

Những cảm biến này rất thông dụng. Một mặt, do việc kiểm soát vị trí, sự dịch chuyển rất quan trọng trong việc hiệu chỉnh hoạt động các máy móc, máy công cụ chẳng hạn. Mặt khác, một số đại lượng vật lý được đo từ sự dịch chuyển nhờ chi tiết thử nghiệm, như lực, áp suất, gia tốc…Có 2 phương pháp : • Ph. ph.1 thường được dùng. Cảm biến tạo ra tín hiệu gắn liền với vị trí của một trong những thành phần của cảm biến liên kết cơ khí với đối tượng di động, tổng trở cảm biến phụ thuộc đặc tính hình...
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
ĐO ĐIỆN - Các cảm biến dùng trong đo lường Ch.8: Các cảm biến dùng trong đo lường 8.1.Cảm biến đo vị trí và sự dịch chuyển. 8.2.Cảm biến đo tốc độ. 8.3.Đo nhiệt độ bằng điện trở. 8.4.Đo nhiệt độ bằng cặp nhiệt điện. 8.5.Đo nhiệt độ bằng diod và transistor. 8.6.Đo nhiệt độ bằng IC. 8.7.Đo nhiệt độ bằng thạch anh. 8.8.Cảm biến đo vận tốc chất lỏng. 8.9.Cảm biến đo lưu lượng chất lỏng. 8.10.Cảm biến đo và dò mực chất lỏng. 8.1.Cảm biến đo vị trí và sự dịch chuyển • Những cảm biến này rất thông dụng. Một mặt, do việc kiểm soát vị trí, sự dịch chuyển rất quan trọng trong việc hiệu chỉnh hoạt động các máy móc, máy công cụ chẳng hạn. Mặt khác, một số đại lượng vật lý được đo từ sự dịch chuyển nhờ chi tiết thử nghiệm, như lực, áp suất, gia tốc…Có 2 phương pháp : • Ph. ph.1 thường được dùng. Cảm biến tạo ra tín hiệu gắn liền với vị trí của một trong những thành phần của cảm biến liên kết cơ khí với đối tượng di động, tổng trở cảm biến phụ thuộc đặc tính hình học hoặc kích thước cảm biến. Đó là các cảm biến: Biến trở đo lường, điện cảm hay điện dung có lõi di động…. • Ph. ph.2 ít thông dụng. Cảm biến tạo ra một xung ứng với mỗi lần đối tượng di chuyển. Những cảm biến gọi là giới hạn 2 đầu được đặc trưng bởi không có sự liên kết cơ khí với vật mà thay vào đó là 1 trường (từ trường, điện trường, tĩnh điện) mà cường độ ghép phụ thuộc vị trí tương đối giữa vật và cảm biến, xác 8.1.1.Cảm biến dạng điện trở 1 L 2 l 2 Rn αM α R(l) 1 3 R(α ) 0 Rn a) 3 1 Rn R(α) ) b 1.Biến trở đo lường: a.Dạng hình học: Như hình trên. ) Biến trở thẳng:R(l) = (l/L)Rn;Biến trở góc: R(α)=(α/αM)Rn. Trong đó: Biến trở vòng αM3600 b.Điện trở • Được cấu tạo bởi dây quấn hoặc dạng màng (piste). Dây điện trở phải nêu những đặc tính sau: Hệ số nhiệt độ của điện trở suất, sức điện động nhiệt, độ ổn định tinh thể. Những hợp kim thường được dùng: Ni-Cr, Ni-Cu, Ni- Cr-Fe, Ag-Pd. Dây quấn được thực hiện trên vật liệu cách điện (thủy tinh, gốm hoặc nhựa), dây quấn có lớp vỏ cách điện. Điện trở màng được cấu tạo bởi một miếng nhựa phủ lớp than dẫn điện hoặc lớp oxyd kim loại, kích thước hạt kim loại vào khoảng 10-2 μm. Điện trở Rn có giá trị từ 1kΩ đến 100kΩ và có thể đạt đến vài MΩ. 2.Biến trở không có con chạy dạng cơ H. Biến trở con chạy dạng quang và biến trở góc loại từ 8.1.2.Cảm biến dạng điện cảm 1.Nguyên lý và đặc tính tổng quát: Sự dịch chuyển mà ta muốn biến đổi thành tín hiệu điện được thực hiện nhờ một trong những phần tử mạch từ, kéo theo sự thay đổi từ thông cuộn dây. Khi phần tử di chuyển là một lõi sắt, một sự chuyển đổi sự dịch chuyển thẳng hay quay tròn được thực hiện bởi: • Sự thay đổi hệ số tự cảm hay sự thay đổi độ ghép giữa các cuộn dây sơ và thứ cấp tạo nên 1 sự thay đổi điện áp thứ cấp. Khi cuộn dây quay tròn so với 1 cuộn cố định thì 1 cuộn giữ vai trò phần cảm, còn cuộn kia là phần ứng nó tác động như 1 biến áp có độ ghép thay đổi. Những thay đổi hệ số tự cảm và hỗ cảm M theo sự dịch chuyển của lõi sắt thường có sự tuyến tính kém, để cải thiện ta bố trí 2 cuộn dây theo cách mắc push- pull. Cảm biến điện cảm có nguồn cung cấp là tín hiệu sin, có tần số thường giới hạn cở hàng chục kHz. Những cảm biến điện cảm nhạy với những từ trường nhiễu nên cần có màng bảo vệ từ. 2.Điện cảm thay đổi a.Mạch từ có khe hở không khí thay đổi: Như hình trên. Điện cảm cuộn dây: L = μ0N2S(1/(l0+lf/μf)); Trong đó: μ0: Độ từ thẩm không khí; N: Số vòng dây quấn cuộn dây; S: Tiết diện mạch từ; lf, l0 : Chiều dài trung bình đường sức trong lõi sắt và trong không khí; μf: Độ từ thẩm tương đối của vật liệu sắt từ. b.Cuộn dây có nòng di động H.8.7.Cuộn dây có nòng di động H.8.8.2 cuộn dây mắc push- pull. • [ ] Điện2cảm L của cuộn dây có nòng di động : L = µ 0 2 S 0l + ( µ f − 1) S f l f + 2k S0 ( S 0 + ( µ f − 1) S f ) . ( l − l f ) l f N l 3.Biến áp vi sai [ ] jω Ri M '' ( x) − M ' ( x) e1 vm = [ ] R1 ( Ri + R2 ) + jω [ L2 R1 + L1 ( R2 + Ri )] − ω 2 L1 L2 + ( M ' ( x) − M '' ( x)) 2 • Với; L2 = L’2 + L’’2 và R2 = R’2 + R’’2. 4.Microsyn H ì 6.   nh  11:Nguyeân aéc  áu aï M i os t ca t o  cr yn • Cuộn dây sơ cấp được cung cấp tín hiệu sin es có biên độ tối đa khoảng vài chục vôn và tần số dưới 10kHz.Tín hiệu thu được ở cuộn thứ cấp: vm = 4aωΔαsinωt ; (Δα góc dịch chuyển bé) 5.Biến trở điện cảm • Sơ cấp được cung cấp i1 = I1cos(ωt+Ψ); cuộn dây thứ cấp thu được điện áp có biên độ E2 = M0ωI1cosθ; (θ:Góc lệch giữa 2 cuộn dây, vị trí ban đầu θ =π/2 ). • Ta đặt: θ = α+π/2 nên E2 = M0ωI1sinα . Suy ra: 8.1.3.Cảm biến dạng điện dung 1.Nguyên lý và đặc tính tổng quát: Đây là những tụ điện dạng phẳng hoặc dạng trụ mà một trong những bản cực di động dẫn đến sự thay đổi điện dung. Đối với tụ phẳng: C = εrε0A/D. Đối với tụ điện trụ: C= 2πεrε0l/Log(r2/r1). • Trường hợp tụ điện phẳng: Sự dịch chuyển trong một mặt phẳng song song với ...