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

2
R(l)
R
n
l
0
a)
α
α
M
2
1 3
R(α)
R
n
b)

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

0
N
2
S(1/(l
0
+l
f
/μ
f
)); Trong đó:
μ
0
: Độ từ thẩm không khí; N: Số vòng dây quấn cuộn dây; S:
Tiết diện mạch từ; l
f
,

l
0
: Chiều dài trung bình đường sức trong lõi
sắt và trong không khí; μ
f
: 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.
• Điện cảm L của cuộn dây có nòng di động :
( ) ( )( ) ( )
[ ]

2
.
[ ]
[ ]
[ ]
2'''
21
2
211221
1
'''
))()(()()(
)()(
xMxMLLRRLRLjRRR
exMxMRj
v
ii
i
m
−+−++++
−
=
ωω
ω

4.Microsyn
•
Cuộn dây sơ cấp được cung cấp tín hiệu sin e
s
có biên

E
2
= M
0
ωI
1
α , (đối với góc dịch chuyển α nhỏ);

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 = ε
r
ε
0
A/D. Đối với tụ điện trụ:
C= 2πε
r
ε
0
l/Log(r
2
/r
1
).
•
Trường hợp tụ điện phẳng: Sự dịch chuyển trong một
mặt phẳng song song với một bản cực cố định: A thay
đổi, D cố định. Sự dịch chuyển trong mặt phẳng thẳng

0
(1- x/X); Với KX = C
0
, X
= L/2 (L chiều dài bản cực di động đối với tụ điện trụ),
X = α
M
/2 (α
M
: góc tạo từ tâm của bản cực di động đối với tụ điện
xoay).

3.Tụ điện có khoảng cách thay đổi
•
Đây là những tụ điện để đo sự dịch chuyển thẳng.
a.Tụ điện đơn: C(d) = ε
0
A/(D
0
+d).
b.Tụ điện đôi: C
21
= C
0
/(1-(d/D
0
)); C
31
= C
0

Những điều bất lợi: Khoảng đo nhỏ (cở mm), hoạt
động không tuyến tính.

1.Cảm biến từ trở thay đổi
•
Điện áp thứ cấp có dạng không tuyến tính khi cuộn sơ
cấp được cung cấp tín hiệu sin, biên độ tín hiệu thu
được: V
m
= V
m0
/(1+ax)
2
; x: Khoảng cách giữa đối
tượng và cảm biến; V
m0
: Phụ thuộc vào độ từ thẩm,
dạng hình học và kích thước đối tượng.

2.Cảm biến dòng điện Foucault
•
Điện trở cuộn dây sơ cấp gia tăng:
R
1eq
= R
1
+ M
2
ω
2

2
).

3.Cảm biến hiệu ứng Hall
Hình 8.19.Nguyên lý hiệu ứng Hall.
Điện áp hiệu ứng Hall: V
H
= K
H
IB
N
/e.
Hằng số Hall K
H
= -1/qn; q: Điện tích âm điện tử, n: Mật
độ âm điện tử, B
N
: Thành phần từ trường theo trục z.

8.2.Cảm biến đo tốc độ
•
Trong công nghiệp, đo tốc độ quay thường gặp. Trong trường
hợp đo vận tốc dịch chuyển thẳng ta thường quy về việc đo
vận tốc quay tròn, vì thế các cảm biến đo tốc độ thường là các
cảm biến đo tốc độ góc. Trong công nghiệp, các cảm biến dùng
để đo tốc độ quay dựa trên định luật Faraday, đó là các tốc độ
kế loại điện từ. Khi các chuyển động có tính tuần hoàn như
chuyển động quay tròn chẳng hạn, việc đo tốc độ có thể bắt
đầu từ việc đo tần số, đó là cảm biến đo dịch chuyển giới hạn 2
đầu mà cảm biến đo đặt cách đối tượng một khoảng cách thay

phụ thuộc vào cấu tạo
máy; ω: vận tốc quay của rotor.

b.Máy phát không đồng bộ
•
Cuộn kích từ được cung cấp điện áp v
e
= V
e
cosω
e
t. Cuộn dây đo
thu được: e
m
= E
m
cos(ω
e
t+Φ); Với E
m
= KωV
e
. Góc lệch pha
khoảng vài độ. Khi rotor không quay sẽ xuất hiện 1 điện áp bé
(gọi là điện áp lệch cở mV) ở 2 đầu cuộn dây đo, do công nghệ
chế tạo không hoàn toàn đối xứng: Sự không đối xứng của
rotor hoặc sự bố trí 2 cuộn dây không hoàn toàn thẳng góc .

8.2.2.Tốc độ kế điện từ đo tốc độ thẳng
•

từ 1 nam châm thường trực. Như thế cuộn dây sẽ có sức điện
động cảm ứng mà tần số tỉ lệ với vận tốc quay. Độ lớn sức điện
động thu được tùy thuộc vào khoảng cách giữa cuộn dây với
điã và còn tỉ lệ với vận tốc quay. Đối với những vận tốc bé, độ
lớn sức điện động thu được quá nhỏ ta gọi là vùng chết không
thể đo được.

Trích đoạn 8.7.1.Cộng hưởng cơ của thạch anh 8.10.1.Phương pháp thủy tỉnh

---