NGÂN HÀNG CÂU HỎI MÔN: KỸ THUẬT CẢM BIẾN
Câu 1. Vẽ cấu tạo, trình bày nhiệm vụ các khối và giải thích nguyên lý
hoạt động của cảm biến tiệm cận điện điện cảm.
Đáp án:
Sơ đồ cấu tạo của cảm biến tiệm cận điện cảm:
- Nhiệm vụ các khối:
+ Đầu phát hiện gồm 1 dây quấn trên lõi sắt có nhiệm vụ tạo ra từ trường
biến thiên trong không gian phía trước.
+ Mạch dao động có nhiệm vụ tạo dao động điện từ tần số radio.
+ Mạch phát hiện mức dùng để so sánh biên độ tín hiệu của mạch dao động.
+ Mạch ngõ ra dùng để tạo mức logic cho tín hiệu ngõ ra của cảm biến.
- Nguyên lý hoạt động của cảm biến tiệm cận điện cảm:
+ Khi có mục tiêu cần phát hiện (đối tượng) bằng kim loại tới gần cảm biến (
vào vùng từ trường biến thiên của cảm biến), từ trường biến thiên do mạch
dao động gây ra
Tập trung ở lõi sắt sẽ gây ra một dòng điện xoáy trên bề mặt đối tượng.
Dòng điện xoáy sinh ra trên bề mặt đối tượng tạo nên một tải làm giảm biên
độ
Tín hiệu của mạch dao động. Khi biên độ của tín hiệu dao động nhỏ hơn một
ngưỡng định trước , mạch phát hiện mức sẽ tác động mạch ngõ ra để trạng
thái ngõ ra lên ON. Khi đối tượng rời khỏi vùng từ trường của cảm biến,
biên độ tín hiệu ở mạch dao động tăng lên, khi tín hiệu ở mạch dao động có
biên độ lớn hơn ngưỡng, mạch phát hiện mức sẽ tác động mạch ngõ ra tạo
trạng thái ngõ ra là OFF
Câu 2. Cho hình 1 minh hoạ hoạt động của cảm biến tiệm cận điện
cảm. Phân tích hoạt động của cảm biến điện cảm từ hình minh hoạ trên
Đáp án:
- Hình minh hoạ hoạt động của cảm biến tiệm cận điện cảm:
- Giải thích hoạt động:
+Trong vùng 1 ta thấy vị trí của đối tượng cách xa đầu phát hiện,đối tượng
không nằm trong vùng từ trường phát ra của cảm biến nên biên độ của mạch

khiển mạch ra ở trạng thái ON. Khi đối tượng ở xa cảm biến, biên độ tín
hiệu ở mạch doa động sẽ nhỏ, mạch phát hiện mức sẽ điều khiển mạch ra ở
trạng thái OFF.
Câu 4. Nêu các ứng dụng của cảm biến tiệm cận điện cảm, điện dung.
Vẽ một sơ đồ ứng dụng của cảm biến tiệm cận điện cảm và giải thích hoạt
động.
Đáp án:
- Cảm biến tiệm cận điện cảm được dùng để phát hiện sự xuất hiện của một
vật thể kim loại tại một vị trí xác định trước ( Vị trí đặt cảm biến) như: Phát
hiện cabin thang máy tại các tầng, phát hiện chai nước ngọt có nắp hay
không ( Nắp chai nước ngọt làm bằng kim loại), xác định vị trí hai đầu mút
của mũi khoan, phát hiện trạng thái đóng hay mở van, đo tốc độ quay của
động cơ, phat hiện trạng thái đóng mở các xi lanh.
- Cảm biến tiệm cận điện dung được dùng để phát hiện sự suất hiện của một
vật thể kim loại hoặc phi kim loại tại một vị trí xác định trước ( vị trí đặt
cảm biến) như: Phát hiện thuỷ tinh, nhựa, chất lỏng.
- Dưới đây trình bày một số ví dụ ứng dụng cảm biến tiệm cận.
Ví dụ 1. Dùng cảm biến tiệm cận điện cảm để đo tốc độ động cơ.
Ví dụ 2: Dùng cảm biến tiệm cận điện dung để phát hiện hộp sữa không đầy
trong dây chuyền sản xuất sữa hộp .
Cõu 5. V cu to v gii thớch hot ng ca cm bin nhit gin n
cht rn.
ỏp ỏn:
Nguyờn lý hot ng:
- Nhiệt kế gốm - kim loại(Dilatomet): gồm một thanh gốm (1) đặt trong
ống kim loại (2), một đầu thanh gốm liên kết với ống kim loại, còn đầu A
nối với hệ thống truyền động tới bộ phận chỉ thị. Hệ số giãn nở nhiệt của kim
loại và của gốm là k và g. Do k > g, khi nhiệt độ tăng một lng dt,
thanh kim loại giãn thêm một lng dlk, thanh gốm giãn thêm dlg với
dlk>dlg, làm cho thanh gốm dịch sang phải. Dịch chuyển của thanh gốm phụ

C, R
(T)
là điện trở của cảm biến ở nhiệt độ T, R
0
là điện
trở của cảm biến ở nhiệt độ 0
o
C, A, B, C là các hằng số được xác định bằng
cách đo điện trở của cảm biến tại các nhiệt độ đã biết trước. Ở nhiêt độ thấp,
phương trình chuyển đổi của cảm biến là tuyến tính (2).
R
(T)
= R
0
(1 + αT) (2).
Với α là hệ số nhiệt của điện trở, tuỳ thuộc vào kim loại như ở bảng sau:
Kim loại Platin Đồng Niken
Α(
o
C) 3,9.10
-3
4,3.10
-3
5,4.10
-3
Do có tính chất của các kim loại chế tạo cảm biến có tính chất lý hoá khác
nhua nên tầm đo của các cảm biến sử dụng các kim loại khác nhau cũng
khác nhau.
Cảm biến Platin
Tầm đo (

R
-
2
1
-
2
1
2
1
2
0
CC
CC
V
RR
R
V
RR
RR
R
R
V
Δ+
Δ
=
Δ+
Δ+
=
R
x

- gii thớch hot ng ta xột hiu ng nhit sau:
Phng pháp đo nhiệt độ bằng cảm biến nhiệt ngẫu dựa trên cơ sở hiệu ứng
nhiệt điện. Ngi ta nhận thấy rằng khi hai dây dẫn chế tạo từ vật liệu có bản
chất hoá học khác nhau đợc nối với nhau bằng mối hàn thành một mạch kín
và nhiệt độ hai mối hàn là t và t0 khác nhau thì trong mạch xuất hiện một
dòng điện. Sức điện động xuất hiện do hiệu ứng nhiệt điện gọi là sức điện
động nhiệt điện. Nếu một đầu của cặp nhiệt ngẫu hàn nối với nhau, còn đầu
thứ hai để hở thì giữa hai cực xuất hiện một hiệu điện thế. Hiện tng trên
có thể giải thích nh sau:
Trong kim loại luôn luôn tồn tại một nồng độ điện tử tự do nhất định phụ
thuộc bản chất kim loại và nhiệt độ. Thông thng khi nhiệt độ tăng, nồng
độ điện tử tăng.
Giả sử ở nhiệt độ t
0
nồng độ điện tử trong A là N
A
(t0), trong B là N
B
(t
0
) và
ở nhiệt độ t nồng độ điện tử trong A là N
A
(t), trong B là NB(t), nếu N
A
(t
0
) >
N
B

0
) và trong B là e
B
(t,t
0
).
Sức điện động tổng sinh ra do hiệu ứng nhiệt điện xác định bởi công thức
sau:
E
AB
= e
AB
(t) + e
BA
(t
0)
) + e
A
(t
0
,t) + e
B
(t,t
0
) (1)
Vì e
A
(t
0,
t) và e

(t
0
) = -e
AB
(t
0
)
Như vậy : E
AB
=e
AB
(t) – e
AB
(t). Đây là phương trình cơ bản của cặp nhiệt
ngẫu
Câu 10.Điều kiện để mắc thêm dây dẫn vào đầu tự do của cặp nhiệt. Viết
phương trình sức điện động tổng khi mắc thêm dây dẫn thứ ba vào đầu tự do
của cặp nhiệt và cho nhận xét về phương trình tìm được.
Đáp án:
- Điều kiện để mắc thêm dây dẫn vào đầu tự do của cặp nhiệt là nhiệt độ tại
mối hàn vào hai đầu tự do phải bằng nhau.
- Sức điện động của cặp nhiệt không thay đổi nếu chúng ta nối thêm vào
mạch một dây dẫn thứ ba (hình 1.1) nếu nhiệt độ hai đầu nối của dây thứ ba
giống nhau.
+ Ta có, trường hợp ở hình vẽ a.
E
ABC
(t,t
0
) = e

AB
(t
0
) (1.1).
Hình 1.1. Sơ đồ nối cặp nhiệt với dây thứ ba
Từ công thức 1.1 ta thấy khi nối thêm dây dẫn thứ ba vào hai đầu dây tự do
thì sức điện động tổng không thay đổi, tuy nhiên sức điện động tổng sẽ sai
số khi hai đầu mối hàn tự do vào dây thứ ba có nhiệt độ khác nhau ( suất
hiện sức điện động ký sinh).
+ Trường hợp ở hình vẽ b.
Ta có : E
ABC
(t,t
1
,t
0
) = e
AB
(t) – e
AB
(t
0
) + e
BC
(t
1
) + e
CB
(t
1

- Sơ đồ cấu tạo của hoả kế quang học:
+ Cấu tạo: 1 là nguồn nhiệt cần đo, 2 là vật kính, 3 là kính lọc, 4 và 6 là vách
kính, 5 là nguồn nhiệt mẫu, 7 là kính lọc ánh sáng đỏ, 8 là mắt kính.
- Nguyên lý hoạt động của hoả kế quang học:
+ Khi đo, hướng hoả kế vào vật cần đo, ánh sáng từ vật bức xạ cần đo nhiệt
độ (1) qua vật kính (2), kính lọc (3), và các vách ngăn (4), (6), kính lọc ánh
sáng đỏ (7) tới thị kính (8) và mắt. Bật công tắc K để cấp điện nung nóng
dây tóc bóng đèn mẫu (5), điều chỉnh biến trở R
b
để độ sáng của đèn mẫu
trùng với độ sáng của vật cần đo và dừng lại, đọc kết quả trên đồng hồ đo
của đèn mẫu cũng chính là nhiệt độ của vật cần đo.
+ Sai số khi đo:
Sai số đo đen của vật đo ε <1. khi đó T
đo
xác định bởi công thức:
ελ
λ
1
ln
1
2
CT
đo
=
Công thức hiệu chỉnh: T
đo
= T
đọc
+∆T

- Nguyên lý hoạt động:
+ Cảm biến gồm một điện trở cố định R
n
, trên đó có một tiếp xúc điện có thể
di chuyển được gọi là con chạy. Con chạy được liên kết cơ học với vật
chuyển động cần khảo sát. Giá trị của điện trở R
x
giữa con chạy và một đầu
của điện trở R
n
là hàm phụ thuộc vào vị trí con chạy, cũng chính là vị trí của
vật chuyển động.
+ Đối với điện thế chuyển động thẳng ở hình a.
nX
R
L
R
1
=
+ Trường hợp điện thế kế dịch chuyển tròn xoắn hình b:
n
M
X
RR
α
α
=
Trong đó α
M
<360

bộ phận phản xạ lại băng quang dẫn.
- Nguyên lý hoạt động:
Điện thế kế tròn dùng con trỏ quang gồm điốt phát quang (1), khi hoạt động
điốt phát quang chiếu vào bộ phận phản xạ của trục, ánh sáng phản xạ chiếu
vào vùng băng quang dẫn rất mảnh làm bằng CdSe, khi ánh sáng chiếu vào
tạo nên sự liên kết giữa băng đo và băng tiếp xúc, vị trí dịch chuyển càng
nhanh thì diện tích giữa băng đo và băng tiếp xúc càng lớn. Từ đây ta xác
định được giá trị điện trở và suy ra vị trí của vật cần tìm.
Câu 16. Vẽ cấu tạo cảm biến điện thế kế dùng con trỏ từ, và giải thích
nguyên lý hoạt động của cảm biến.
Đáp án:
- Sơ đồ cấu tạo điện thế dùng con trỏ từ.
+ Cấu tạo của điện thế kế dùng con trỏ từ gồm hai điện trở R
1
và R
2
mắc nối
tiếp và một nam châm vĩnh cửu gắn với trục quay của điện thế kế, bao phủ
lên một phần của điện trở R
1
, R
2
, vị trí phần bị bao phủ phụ thuộc góc quay
của trục.
+ Nguyên lý hoạt động:
Điện áp nguồn E
s
được dặt giữa hai điểm (1) và (3), điện áp đo V
m
lấy từ

tuyến tính chỉ cỡ vài mm.
Câu 17.Vẽ cấu tạo của cảm biến từ, giải thích nguyên lý hoạt động và nêu
các ứng dụng của cảm biến.
Đáp án:
- Cấu tạo của cảm biến từ:
Cảm biến tự cảm đơn gồm một cuộn dây quấn trên lõi thép cố định(phần
tĩnh) và một lõi thép có thể di động dưới tác động của đại lượng đo (phần
động), giữa phần tĩnh và phần động có khe hở không khí tạo nên một mạch
từ hở.
Nguyên lý hoạt động của cảm biến từ:
Trong hình a dưới tác động của đại lượng đo X
V
, phần ứng của cảm biến di
chuyển, khe hở không khí δ trong mạch từ thay đổi, làm cho từ trở của mạch
từ biến thiên, do đó hệ số tự cảm và tổng trở của cuộn dây thay đổi theo.
Trong hình b, khi phần ứng quay, tiết diện khe hở không khí thay đổi, làm
cho ktừ trỏ của mạch từ biến thiên, do hệ số tự cảm và tổng trở của cuộn dây
thay đổi theo.
Nếu bở qua điện trở của cuộn dây và từ trở của lõi thép ta có:
δ
μ
δ
sW
R
W
L
22
=
+ Tróng đó: W – số vòng dây.
s

sẽ làm cho hai đầu 1 và 4
của cuộn dây có sự chênh lệch điện áp, dẫn đến có dòng biến thiên trên cuộn
dây và tạo ra dòng điện cảm ứng bên phía cuộn thứ cấp, dòng qua mạch
chỉnh lưu nên xuất hiện dòng điện một chiều đầu ra đưa đến bộ phận xử lý
tín hiệu.
Điện áp đầu ra V
0
phụ thuộc vào sự thay đổi của L
x
- Các ứng dụng của cảm biến từ:
+ Đo độ dày mỏng của kim loại (hình 1)
Hình 1.
+ Dùng cảm biến từ để đo độ cao của đinh ốc (hình 2)
Hình 2.
Câu 19. Vẽ cấu tạo và phân tích nguyên lý hoạt động của cảm biến biến áp
vi sai. Nêu các ứng dụng của cảm biến.
Đáp án:
-Sơ đồ cấu tạo của cảm biến biến áp vi sai:
+ Cấu tạo của cảm biến biến áp vi sai gồm một cuộn sơ cấp V
i
, hai cuộn thứ
cấp quấn trên cùng một ống hình trụ, trong ống có một lõi ferite di chuyển tự
do. Hai cuộn thứ cấp đươc mắc đối xứng so với cuộn sơ cấp sao cho sức
điện động cảm ứng sinh ra trên hai cuộn dây này ngược pha với nhau. Cuộn
dây sơ cấp được nuôi bằng nguồn xoay chiều V
i
.
+ Sơ đồ nguyên lý của biến áp vi sai:
- Hoạt động: Lõi ferite được liên kết cơ khí với đối tượng cần đo vị trí. Khi
lõi ferite nằm ở vị trí cách đều giữa hai cuộn dây thứ cấp (x=0), sức điện