Tài liệu môn Cảm biến và đo lường
Trang I-1
Chương
1
:KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ CẢM BIẾN

I.

Định

nghĩa

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


hệ

thống

đo

lường

–

điều

khiển,

mọi

quá

trình

đều

được

đặc

trưng

bởi

này

thường

là

các
đại

lượng

không

điện.
Tuy nhiên, t
rong

các

quá

trình

đo

lường

–

điều


hình

mạch

điện,

ta

có

thể

coi

cảm

biến

như

một

mạch

hai

cửa.

Trong

ứng

y

của

bộ

cảm

biến

với

kích

thích
đầu

vào

x.

Phương

trình

quan

hệ:

trình:

-

Bộ

cảm

biến

đóng

vai

trò

cảm

nhận,

đo

đạc

và

đánh

giá


tin

và

đưa

ra

tín

hiệu

điều

khiển

quá

trình.

II.

Phân

loại

cảm

biến


Vật

lý:

nhiệt

điện,

quang

điện,

điện

từ,

từ

điện,…

-

Hóa

học:

hóa

điện,


thanh,

điện,

từ,

quang,

cơ,

nhiệt,…
c.

Phân

loại

theo

tính

năng:

độ

nhạy,

độ

chính

sử

dụng:

công

nghiệp,

nghiên

cứu

khoa

học,

môi

trường,
thông

tin,

nông

nghiệp…e.



(có

nguồn)

ngõ

ra

là

nguồn

áp

hoặc

nguồn

dòng.-

Cảm

biến

thụ



tích

cực

và

thụ

động1.

Cảm

biến

tích

cựcBộ

cảm

biến

tích

vật

lý

ứng

dụng

trong

các

cảm

biến

tích

cực:

a.

Hiệu

ứng

cảm

ứng



sẽ

xuất

hiện

sức

điện

động

tỉ

lệ

với

biến

thiên

từ

thông,

tức

là

định

tốc

độ

chuyển

động

của
vật

thông

qua

việc

đo

sức

điện

động

cảm

ứng.

bản

chất

hóa

học

khác

nhau

được

hàn

kín

sẽ

xuất

hiện

sức

điện

động


khi

cho

dòng

điện

chạy

qua

chất

có

bản

chất hóa

học

khác

nhau

sẽ

tạo



tinh

thể

hỏa

điện

có

tính

chất

phân

cực

điện

tự phát

phụ

thuộc

vào

nhiệt


độ

lớn

tỷ

lệ

thuận với

độ

phân

cực

điện

phụ

thuộc

vào

quang

thông

.

thể

hỏa

điện

hấp

thụ

ánh

sáng,

nhiệt

độ

của

chúng

tăng

lên

làm

thay



ứng

áp

điện.

(Pierre

Curie

phát

hiện

năm

1880)
Khi

tác

động

cơ

học

lên


và

xuất

hiện

các

điện

tích

bằng

nhau

và

trái

dấu.Ứng

dụng

để

đo

trên

hai

cực

tụ

điện.e.

Hiệu

ứng

quang

điện.

(A.

Einstein

phát

hiện

năm

do

trong

vật

liệu

dưới

tác

dụng

của

bức

xạ

ánh

sáng.Ứng

dụng

để

hiện

tượng

các

điện

tử
được

giải

phóng

khỏi

vật

liệu

tạo

thành

dòng

dưới

tác


trường

vuông

góc

với

bức

xạ ánh

sáng,

trong

vật

liệu

bán

dẫn

được

chiếu

sáng


sáng.

Cho

phép

nhận

được

dòng điện

hoặc

điện

áp

phụ

thuộc

vào

độ

chiếu

sáng.

đổi

thông

tin

dạng

ánh

sáng

thành

tín

hiệu

điện.g.

Hiệu

ứng

Hall.

(Hall

trong

từ
trường

B

có

phương

tạo

thành

góc



với

dòng

điện

sẽ

xuất

hiện


Hệ

số

K

phụ

thuộc

vào

vật

liệu

và

kích

thước

vật.Ứng

dụng


biến

thụ

độngCảm biến thụ động thường được chế tạo từ những trở kháng có một trong các thông
số chủ yếu nhạy với đại lượng cần đo
.

Chẳng

hạn,

giá

trị

trở kháng

phụ

thuộc

vào

kích

thước


hằng

số

điện

môi.

Do

đó,

giá

trị

trở

kháng

thay

đổi

được

dưới

tác

Điện trở suất,


Thuỷ tinh
Bán dẫn
Biến dạng
Điện trở suất,


Độ từ thẩm,


Hợp kim Ni, Si pha tạp
Hợp kim sắt từ
Vị trí (nam châm)
Điện trở suất,


Vật liệu từ điện trở: Bi, InSb
Tài liệu môn Cảm biến và đo lường
Trang I-4





Độ ẩm
Điện trở suất,




thay

đổi

trở

kháng

dưới

tác

dụng

của

đại
lượng

đo

chỉ

có

thể

xác



trường

hợp

cụ

thể,

mà

ta

chọn

mạch

đo

thích

hợp.IV.

Các

đặc


và

kích

thích

của

cảm

biến

có

thể

cho

dưới

dạng

bảng

giá
trị,

đồ

thị

1



b

ln

x
- Hàm

mũ: y



a.e
kx

-
Hàm

lũy

thừa: y= a
0
+ a
1
k
x



từng

đoạn.2.

Dãy

độngDãy

động

là

khoảng

giá

trị

tín

hiệu

kích

sẽ

tạo

ra

những

đáp

ứng

không

chính

xác.3.

Sai

số

và

độ

chính

đại

lượng

vật

lý
khác

gây

nên

sai

số

giữa

giá

trị

đo

được

và

giá


sai

số

của

cảm

biến:
Sai

số

hệ

thống:

có

giá

trị

không

đổi

Nguyên

nhân:-

Do

nguyên

lý

của

cảm

biến.-

Giá

trị

đại

lượng


kiện

và

chế

độ

sử

dụng.-

Do

xử

lý

kết

quả

đo.

Sai số ngẫu nhiên
:



tính

của

thiết

bị.-

Do

nhiễu

ngẫu

nhiên.Tài liệu môn Cảm biến và đo lường
Trang I-5
-

Do

ảnh

hưởng

Độ

phân

giải

Độ

phân

giải

cảm

biến

được

hiểu

là

khả

năng

phát

hiện



Tất

cả

cảm

biến

đều

có

giới

hạn

thời

gian

đáp

ứng

đối

với

sự

đáp

ứng

tắt

dần,

tức

là

khoảng

thời

gian

đáp
ứng

giảm

dần

thay

đổi

theo


giá

trị

m
i
của

kích

thích

được

xác

định

bởi

tỉ

số

giữa

độ

biến


thích.

i
m m
s
S
m


 

 

 

Độ

nhạy

được

định

nghĩa

bằng

giới


đổi

nhỏ

trong

đáp

ứng

với

sự

thay

đổi

nhỏ

trong

tín

hiệu

kích

thích.


tính

trong

một

dải

đo

xác

định

nếu

trong

dải

đo

đó

độ

nhạy

S



ngay

cả

trong

lý

thuyết

cảm

biến

là

tuyến

tính

thì

các

điểm

S
i
,

chính

xác

trong

khi

đo

và
sai

lệch

trong

khi

chế

tạo

cảm

biến.Từ



thẳng

đó

gọi

là

đường

thẳng

tốt

nhất

có

phương

trình:

S

=

am

+
Độ

lệch

tuyến

tính

cho

phép

đánh

giá

độ

tuyến

tính

của

đường

cong



thẳng

tốt

nhất

trong
dải

đo

(tính

bằng

%).8.

Độ

nhanh

và

thời

gian

ra

có

đáp

ứng

được

về

mặt

thời

gian

với

độ

biến

thiên

của

đại



của

độ

nhanh.9.

Hiện

tượng

trễ

Tài liệu môn Cảm biến và đo lường
Trang I-6

Một

số

cảm

biến

không

đáp

được

gọi

là

hiện

tượng

trễ.10.

Nhiễu

Nhiễu

xuất

hiện

ở

ngõ

ra

cảm


của

tín

hiệu

kích

thích.

Nhiễu

làm

giới

hạn

khả

năng

hoạt

động

của

cảm


chỉ

có

thể

phòng

ngừa.

Làm

giảm

ảnh

hưởng

và

khắc
phục

nhiễu

đòi

hỏi


Nhiễu

nội

tại

phát

sinh

do

sự

không

hoàn

thiện

trong

việc

thiết

kế,

công


so

với

dạng

lý

tưởng.-

Nhiễu

do

truyền

dẫn.Để

chống

nhiễu

ta



là

hiệu

của

hai

tín

hiệu

ra

của

từng

bộ.

Một

bộ

được

gọi

là


Để

giảm

nhiễu

đường

truyền

ta

có

thể

sử

dụng

các

biện

pháp

sau:

linh

kiện

hợp

lý,

không

để

dây

cao

áp

gần

đầu

vào

và

cảm

biến.

Trong

quá

trình

sử

dụng,

các

cảm

biến

luôn

chịu

ứng

lực

cơ

khí

hoặc



sẽ

làm

thay

đổi

các

đặc
trưng

của

cảm

biến.

Do

đó

người

sử

dụng



ứng

với

điều

kiện

sử

dụng

bình

thường

của

cảm

biến.-

Vùng

không


được

xác

định

bởi

giá

trị

giới

hạn

của

vùng

đại

lượng

đo

mà
trong

vùng


với

vùng
danh

định.