BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP. HỒ CHÍ MINH

KHOA CƠ KHÍ
TẬP BÀI GIẢNG

KỸ THUẬT CẢM BIẾN
ĐO LƯỜNG VÀ ĐIỀU KHIỂN
Giảng viên: Đào Thái Diệu, TS
.

Những nội dung tập hợp trong tập bài giảng này được thực hiện trên cơ sở những tài liệu mới và
cập nhập, nêu trong mục “Tài liệu tham khảo”, phù hợp với những bài giảng trên lớp theo chương
trình, đề cương môn học của nhà trường. Tuy nhiên, do những hạn chế nhất đònh, việc tập hợp trình
bày trong một tập sách có thể còn nhiều khiếm khuyết. Rất mong các đồng sự, đồng nghiệp giúp
đỡ góp ý chỉnh lý và nhất là những sinh viên mà tập bài giảng này nhằm hướng tới.

Đào Thái Diệu, 01.2008’. Tập Bài giảng “Kỹ thuật Cảm biến Đo lường và Điều khiển”, Đào TháiDiệu, TS., ĐHCN TP.HCM, 2006.
2
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tập Bài giảng “Kỹ thuật Cảm biến Đo lường và Điều khiển”, Đào TháiDiệu, TS., ĐHCN TP.HCM, 2006.
3
BÀI 1. CƠ SỞ KỸ THUẬT CẢM BIẾN ĐO LƯỜNG.
CHƯƠNG 1. KHÁI NIỆM CHUNG.

Mục tiêu bài này tập trung vào những khái niệâm cơ bản và những
vấn đề tổng quát của kỹ thuật cảm biến đo lường ứng dụng –
gồm chương 1.
Nội dung cơ bản mà SV phải nắm được ở bài này là những vấn đề
trọng tâm sau:
 Khái niệm tổng quát về hệ thông tin đo lường và điều khiển
cùng những phần tử cấu thành cơ bản của nó, hoạt động chức
năng, các đặc tính kỹ thuật, đặc điểm ứng dụng. Đặc biệt cần

bao gồm cả các bộ chuẩn hoá tín hiệu và các mạch xử lý tín hiệu số và tương tự khác nhau. Nói ví
dụ, hệ thống có thể là hệ đo lường, hệ thu thập dữ liệu, hay hệ điều khiển quá trình công nghệ. Ở
Tập Bài giảng “Kỹ thuật Cảm biến Đo lường và Điều khiển”, Đào TháiDiệu, TS., ĐHCN TP.HCM, 2006.
4
đây, chúng ta tập trung vào các phần tử cảm biến trong hệ đo lường và điều khiển quá trình công
nghệ. Hình 1.1 giới thiệu mô hình điều khiển tự động quá trình công nghệ, được thực hiện bởi một
hệ thông tin đo lường điều khiển.

Hình 1.1 – Mô hình điều khiển tự động quá trình công nghệ.

Quá trình công nghệ là một hệ vật lý được mô tả bởi các biến trạng thái. Các biến này đặc trưng
đònh tính qualitative và đònh lượng quantative cho quá trình công nghệ bởi các phương trình mô tả
quan hệ toán-lý và các số liệu đo thực nghiệm. Quá trình công nghệ được điều khiển (hoặc điều
chỉnh) bởi một hệ thống đo lường và điều khiển tự động, hoạt động theo một chương trình program
đònh sẵn, trên cơ sở các dữ liệu thu nhận được từ các bộ phận, phần tử cảm biến đo lường
transducers và tính năng của các phần tử cơ cấu tác hoạt chấp hành actuators.
Như vậy, hệ thống thông tin đo lường và điều khiển là tập hợp phương tiện kỹ thuật với chức năng
chung và hoạt động theo một chương trình chung, thu nhận thông tin từ đối tượng (đo lường, biến
đổi, hiển thò hay lưu trữ) và xử lý tiếp theo để thực hiện những mục tiêu chức năng hệ thống (điều
khiển, hiệu chỉnh hay theo dõi giám sát).
Những năm gần đây, sự phát triển công nghệ điện tử–tin học–viễn thông đã có những bước tiến
căn bản về hiệu suất tính toán, dung lượng nhớ, tốc độ xử lý và truyền dẫn dữ liệu … cũng như
những phát triển phần mềm ứng dụng. Cùng với sự hình thành và phát triển mạng viễn thông
Internet, các mạng máy tính (cục bộ và cả diện rộng) cũng được sử dụng cho các hệ đo lường và
điều khiển, ứng dụng chủ yếu là thu thập và xử lý dữ liệu nhằm tự động điều chỉnh / điều khiển
quá trình công nghệ cũng như theo dõi giám sát trạng thái quá trình.
Hình 1.2 giới thiệu cấu trúc điển hình của một hệ cảm biến đo lường và điều khiển.

Hình 1.2 – Cấu trúc điển hình một hệ cảm biến đo lường và điều khiển tự động.
Ứng dụng cảm biến trong một hệ điều khiển quá trình điển hình được trình bày trong hình 1.3. Giả

Hình 1.5 – Các phần tử cơ bản trong cảm biến linh hoạt.

Hình 1.6 – Một cảm biến thậm chí còn linh hoạt hơn.

1.2 – Các phần tử chủ yếu của hệ thống.
Sự gia tăng yêu cầu về độ chính xác, độ an toàn chất lượng sản phẩm và hiệu quả công nghệ dẫn
tới những tiến bộ kỹ thuật cơ bản làm tăng độ chính xác, độ tin cậy và tốc độ tác hoạt cao của các
phương tiện kỹ thuật đo lường và điều khiển. Phương tiện kỹ thuật trong hệ đo lường điều khiển là
tập hợp các thiết bò tự động đo lường, tự động điều khiển và tự động xử lý thông tin theo một
chương trình nhất đònh, được gọi chung là các phần tử tự động.
Ở đây chúng ta phân biệt ba dạng phần tử tự động chủ yếu:
• Phần tử cảm biến Transducer, trong đó gồm có:
o Phần tử cảm biến tham số (R,L,C);
o Phần tử cảm biến vật lý (nhiệt-điện, quang-điện, áp-điện, …).
• Phần tử chấp hành Actuator, trong đó gồm có:
o Các phần tử chấp hành dạng máy điện;
o Các phần tử chấp hành dạng cơ cấu điện-cơ.
o Các phần tử chấp hành thủy-khí.
• Phần tử thông tin, đặc trưng là:
o Tacho-generator;
o Selsyn;
Tập Bài giảng “Kỹ thuật Cảm biến Đo lường và Điều khiển”, Đào TháiDiệu, TS., ĐHCN TP.HCM, 2006.
7
o Biến áp quay;
o Các phần tử khuyếch đại (khuyếch đại từ, khuyếch đại máy-điện, khuyếch đại điện tử, …).
o …
Phần tử cảm biến Transducers. Cảm biến đo lường, ngày nay thường gọi là kỹ thuật cảm biến
sensorstechnique, được hiểu như kỹ thuật thu nhận và biến đổi thông tin trạng thái, là một bộ phận
thành phần quan trọng trong hệ điều khiển tự động.
Các biến trạng thái đặc trưng cho hệ thống và quá trình thường là các đại lượng không điện, như

phần tử quang-điện photoelements, tinh thể áp-điện piezocristall, vv…
Các phần tử thụ động tiêu thụ năng lượng từ nguồn phụ hoặc lấy từ biến kích thích đầu vào để
biến đổi thành tín hiệu đầu ra. Những phần tử thụ động được biểu diễn dưới dạng mạng hai cửa
không nguồn, có trở kháng trong phụ thuộc kích thích đầu vào. Điển hình là các phần tử cảm biến
tham số như đầu dò biến trở (chiết áp potentiometers, biến trở hệ số nhiệt âm hay dương NTC- /
PTC-, băng đo biến dạng DMS, biến trở quang photoresistances, …); cảm biến điện dung (tụ xoay /
tụ bản cực phẳng …); cảm biến điện cảm; cảm biến từ tính, vv…
Tập Bài giảng “Kỹ thuật Cảm biến Đo lường và Điều khiển”, Đào TháiDiệu, TS., ĐHCN TP.HCM, 2006.
8
Như vậy, chúng ta phân loại dạng phần tử tích cực hay thụ động là theo quan điểm biến đổi năng
lượng tự thân của phần tử cảm biến.
Điều cần lưu ý là cho tới nay, mặc dù sự phân biệt về tính tích cực và tính thụ động là rõ ràng và
khá thống nhất, nhưng trong các tài liệu khác nhau có nhiều cách nhìn nhận khác nhau (thậm chí
ngược lại) khi phân loại đối tượng là thụ động hay tích cực. Ví như có quan niệm phần tử tích cực
hay thụ động như sau [000]: Một cảm biến tích cực đòi hỏi một nguồn kích thích ngoài. Các cảm
biến trên cơ sở điện trở như thermistors, RTDs (Resistance Temperature Detectors – các bộ cảm
biến nhiệt kiểu trở kháng), và các dây đo căng (Strain Gages) là những ví dụ cảm biến tích cực,
bởi vì dòng điện phải chạy qua chúng và đo điện áp tương ứng để xác đònh giá trò điện trở (cách
khác là mắc dụng cụ vào một mạch cầu; tuy nhiên, trong trường hợp khác, đòi hỏi phải cung cấp
dòng điện hay điện áp từ ngoài). Mặt khác, các cảm biến thụ động (passive hay self-generating)
tạo ra tín hiệu điện áp ra của chính chúng mà không đòi hỏi dòng hay áp từ ngoài. Các ví dụ về
cảm biến thụ động là các cặp nhiệt ngẫu thermocouples và diodes quang photodiodes tạo ra điện
áp nhiệt-điện và dòng quang-điện tương ứng, không phụ thuộc vào mạch ngoài. Như vậy, người ta
phân loại cảm biến trên quan điểm chuẩn hoá tín hiệu, theo nhu cầu cần thiết (hoặc không) giải
pháp mạch tích cực ngoài để tạo tín hiệu điện ra từ cảm biến. Ta nêu hai cách phân loại đặc trưng,
chỉ để có thể hiểu logic vấn đề (về quan niệm, không nên vì thế mà nhầm lẫn về thuật ngữ trong
các tài liệu tham khảo).
Bảng 1.1 dưới đây là một tổng quan khái quát về cảm biến.

Bảng 1.1 – Các cảm biến điển hình và tín hiệu ra của chúng.

9
Phần tử (cơ cấu) tác hoạt chấp hành Actuators. Trong các hệ đo lường và điều khiển, bên cạnh
việc thu nhận giá trò các đại lượng vật lý, gia công xử lý chúng thành các tín hiệu điện, là việc
biến đổi tín hiệu thành những đại lượng khác (ví như cơ học, âm thanh hay ánh sáng …) cho những
mục đích điều khiển khống chế tiếp theo. Các cơ cấu biến đổi này được gọi là cơ cấu chấp hành.
Ngày nay cũng gọi chung là các phần tử tác hoạt chấp hành actuators. Phần tử tác hoạt chấp hành
được đặc trưng như một khâu chức năng trong hệ thống cảm biến đo lường và điều khiển, một
mạng hai cửa nói chung (hình 1.7).
Thông dụng các dạng phần tử tác hoạt chấp hành sau:
• Các phần tử chấp hành dạng máy-điện, như động cơ / máy phát đồng bộ / không đồng bộ, một
chiều / xoay chiều …;
• Các phần tử chấp hành dạng cơ cấu điện-cơ, như rele, khớp nối, khởi động từ, …
• Các phần tử chấp hành thủy-khí.
Phần tử thông tin. Trong các hệ đo lường và điều khiển còn có một kiểu dạng phần tử tự động
khá đặc biệt là các phần tử thông tin. Những phần tử này có tính năng khác nhau, trong nhiều
trường hợp cũng có tính năng cảm biến (như tachogenerators, selsyn, một số loại biến áp quay, …),
nhưng chung nhất là khả năng truyền đạt thông tin điều khiển trực tiếp, đồng bộ giưã các bộ phận
của hệ thống. Điển hình là:
• Tacho-generator;
• Selsyn;
• Biến áp quay;
• Các phần tử khuyếch đại (như khuyếch-đại-từ, khuyếch đại máy-điện, khuyếch đại thuật
toán,…)
Cùng với transducers và actuators, các phần tử thông tin và mạch xử lý tiếp theo nói chung tạo nên
hệ thống phương tiện biểu trưng trạng thái của một quá trình kỹ thuật hay công nghệ có điều khiển
nào đó trong một hệ đo lường điều khiển thống nhất.

1.3 – Các đặc tính cơ bản.
Cảm biến sensor là một dụng cụ chuyển đổi một hiện tượng vật lý thành tín hiệu điện. Như vậy,
cảm biến là một phần của giao diện giữa thế giới vật lý và thế giới kỹ thuật điện, cũng như máy

)(ty
v
(hình 1.7).
Khi đó, bản chất của mô hình toán học này sẽ chính là ánh xạ:
)()(: tytxT
v
a
v
; (1.1)
hay có thể viết dưới dạng:
{}
)()( txTty
vv
=
. (1.2)
Trên quan điểm kỹ thuật, thay vì tín hiệu vào-ra của phần tử, người ta thường sử dụng khái niệm
kích thích và đáp ứng với nghóa như sau: nếu kích thích phần tử bằng vector tín hiệu
)(tx
v
thì sẽ có
đáp ứng là
)(ty
v
.
Việc khảo sát, phân tích các đặc tính của một phần tử tự động thường được quy về phân tích mô
hình toán học của nó. Như vậy, chỉ cần phân tích, khảo sát đáp ứng của phần tử với một vài kích
thích điển hình, chẳng hạn như khảo sát đáp ứng của phần tử với kích thích là tín hiệu xung Dirac
)(t
δ
hay tín hiệu bước nhảy đơn vò Heaviside 1(t). Tùy theo dạng tín hiệu được biểu diễn trong

δ
, hay hàm quá độ h(t) khi kích thích đầu vào là tín hiệu
bước nhảy Heaviside 1(t).

Hình 1.7 – Mô hình một phần tử tự động được mô tả bởi hàm truyền đạt F(s).
Đối với các phần tử cảm biến đo lường thì thông thường kích thích đầu vào là sự tác động của các
đại lượng vật lý đặc trưng thông số trạng thái của quá trình; còn đáp ứng đầu ra là tín hiệu điện
tương ứng. Quan hệ đáp ứng – kích thích của bộ cảm biến, được đặc trưng bởi những đặc tính cơ
bản của phần tử cảm biến trong ảnh hưởng của rất nhiều yếu tố tác động, do vậy rất phức tạp. Ở
đây chúng ta đề cập đến những đặc tính cơ bản của phần tử cảm biến nói chung, trước tiên là để có
một cách nhìn khái quát và hệ thống.
Độ nhạy. Độ nhạy được xác đònh theo cách nói riêng liên quan tới mối quan hệ giữa tín hiệu vật lý
đầu vào và tín hiệu điện đầu ra. Nói chung, nó là tỷ số giữa sự thay đổi nhỏ trong tín hiệu điện đối
với một sự thay đổi nhỏ trong tín hiệu vật lý. Như thế, nó có thể được thể hiện như một dẫn xuất
của hàm truyền đạt liên quan với tín hiệu vật lý. Đơn vò đo lường điển hình là volts/kelvin,
millivolts/kilopascal, vv … Một nhiệt kế có “độ nhạy cao” nếu như một sự thay đổi nhỏ của nhiệt
độ đạt kết quả là một sự thay đổi điện áp lớn.
Trạng thái bền – Đặc tính tónh.
Các đặc tính bền mô tả tương quan thường ổn stationary giữa đại lượng đầu ra và đầu vào của một
phần tử trong hệ đo lường điều khiển, thông qua các biến trạng thái vật lý ở trạng thái tónh hay
trạng thái dừng. Mối tương quan này thường được biểu diễn bằng một trường các đường đặc tính
tónh. Khi đó tính năng truyền đạt của phần tử được mô tả bởi quan hệ hàm toán học giữa đại lượng
vật lý đầu vào x (kích thích đầu vào) và tín hiệu đầu ra y (đáp ứng đầu ra) dưới dạng biểu thức
(1.1), hay đồ thò, hay bảng giá trò số.
Chỉ có thể nói đến tính bền đối với các phần tử có đặc tính tham số tónh, mạch cân bằng mà trong
đó quá trình biến thiên đại lượng đầu vào x và đại lượng đầu ra y ứng với trạng thái tónh hay dừng
stationary. Với những phần tử không cân bằng (đại lượng đầu ra thay đổi khi đại lượng đầu vào là
hằng như phần tử đoạn mạch có tính tích phân) thì không thuộc dạng này.
Độ tuyến tính. Một phần tử là tuyến tính trong một dải biến thiên trạng thái đầu vào nếu trong dải
đó độ nhạy của cảm biến (hay chuyển đổi) không phụ thuộc vào giá trò (độ lớn) của biến đầu vào,


1,023 1,26 10 100
3
10

4
10
5
10
6
10
7
10

8
10

9
10

10
10
)(;
1212
iiuu

1,012 1,12 3,16 10 31,6 100 316
3
10
2

vào có xu hướng dao động lên xuống. Độ rộng của sai số kỳ vọng đối với đại lượng đo được xác
đònh như là hiện tượng trễ. Đơn vò đo lường điển hình là kelvin hay là phần trăm của toàn thang đo
FSO.
Dải động học (hoặc độ rộng phạm vi động học). Phạm vi biến thiên của các tín hiệu vật lý đầu
vào có thể chuyển đổi thành các tín hiệu điện của cảm biến là dải động học hay là độ rộng phạm
vi động học. Những tín hiệu ngoài phạm vi này được cho rằng sẽ gây nên sự mất chính xác không
chấp nhận được. Độ rộng hoặc dải động học thường được nhà cung cấp cảm biến đặc trưng như là
phạm vi bao trùm mà các đặc tính hoạt động của phần tử cảm biến đã nêu trong bản kê dữ liệu
củanó hy vọng sẽ có tác dụng. Các đơn vò đo lường điển hình là kelvin, pascal, newton, vv …
Độ tác động nhanh. Là khả năng đáp ứng theo thời gian tác động của biến đầu vào (thời gian hồi
đáp). Thời gian đáp ứng
τ
là khoảng thời gian biến thiên tín hiệu đáp ứng đầu ra, từ thời điểm tác
động của biến đầu vào, cho đến khi chỉ còn khác giá trò cuối một ngưỡng sai lệch quy đònh
ε
[%].
Hình 1.8 biểu diễn đáp ứng của một phần tử tự động khi được kích thích bởi tín hiệu bước nhảy đơn
Tập Bài giảng “Kỹ thuật Cảm biến Đo lường và Điều khiển”, Đào TháiDiệu, TS., ĐHCN TP.HCM, 2006.
13
vò Heaviside 1(t): dạng A là đáp ứng tức thời; B – đáp ứng trễ dạng hàm mũ; C – đáp ứng tức thời
có suy giảm; D – đáp ứng trễ có suy giảm; E – đáp ứng dao động tắt dần.

Hình 1.8 – Các dạng đáp ứng của phần tử tự động đối với tác động đầu vào dạng bước nhảy.
Độ rộng băng tần. Mọi phần tử đều có thời gian đáp ứng nhất đònh đối với sự thay đổi liên tục của
kích thích. Đối với các cảm biến thì chúng phải có thời gian để đáp ứng với sự biến thiên liên tục
của tín hiệu vật lý đầu vào. Thêm vào đó, nhiều cảm biến có thời gian tổn hao, là khoảng thời gian
cần thiết sau biến động dạng bước nhảy trong tín hiệu vật lý để đầu ra của cảm biến đạt tới giá trò
thực của nó (hình 1.8). Quan hệ tương hỗ của những khoảng thời gian này tùy theo tần số tương
ứng giới hạn trên hay dưới. Độ rộng băng tần của một cảm biến là phạm vi tần số giữa hai tần số
giới hạn ấy.


Lý thuyết sai số xây dựng cơ sở để nhận biết và đánh giá sai số của các phép đo thực nghiệm. Lý
thuyết sai số là một bộ phận của thống kê toán học, có nhiệm vụ xác đònh trò số của những đại
lượng chưa biết theo kết quả của những phép đo thực nghiệm có chứa sai số ngẫu nhiên. Công cụ
toán học xác suất thống kê là cơ sở tìm ra quy luật phân bố các sai số ngẫu nhiên, tìm cách đánh
giá các đại lượng chưa biết theo các kết quả quan sát và xác đònh sai số của các cách đánh giá đònh
lượng (lượng giá) chúng.
Sai số tuyệt đối của phép đo đại lượng cảm biến X – là độ lệch giữa giá trò đo được
do
X
và giá trò
thực
τ
X
.
τ
XXX
do
−=∆
. (1.5)
Sai số tương đối của cảm biến:
%100.[%]
τ
ε
X
X∆
=
. (1.6)
Đối với phương tiện đo, thông thường sai số tuyệt đối được xác đònh theo phạm vi đo của thiết bò
(Pvd), được gọi là thang đo. Phạm vi đo Pvd của một thiết bò đo là giá trò chuẩn đònh của thang đo,

15
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
±≅∆±=
%100
.
)(
ClPvd
XXXX
dodo
; (1.8)
ở đây:
do
X
– giá trò đo thu được trên máy đo; Pvd – phạm vi thang đo; Cl. – cấp chính xác máy đo,
[%].
Không thể loại trừ hoàn toàn được sai số, người ta chỉ có thể đánh giá sai số – nói đúng hơn là
đánh giá được giới hạn trên của sai số – mắc phải trong các phép đo và ảnh hưởng của nó tới kết
quả đo. Tùy tính chất và nguyên nhân sai số, tùy theo cách đánh giá mà giảm thiểu hay loại trừ
ảnh hưởng của sai số, người ta phân biệt hai loại sai số: sai số hệ thống và sai số ngẫu nhiên.
Sai số hệ thống – là những sai lệch có trò số gần như không đổi hoặc thay đổi theo một quy luật
nhất đònh, trong một loạt phép đo giống nhau (không phụ thuộc số lần đo lặp). Nguyên nhân có thể
là:
•
Do nguyên lý cảm biến, biến đổi không phù hợp;
•

i
X
trong một phép đo lặp đại lượng cảm biến X cho ta kết quả phép đo
do
X
được coi là gần giá trò thật
τ
X
nhất, với độ sai lệch trung bình bình phương (gọi là sai lệch
chuẩn
σ
, hay gọi tắt là phương sai). Từ đó tính được độ tin cậy thống kê (tức là xác suất P) xuất
hiện một giá trò đo lẻ X
i
trong khoảng giá trò (phạm vi tin cậy) nào đó cho trước X
1

≤
X
i

≤
X
2
.
Giá trò thật vốn không nhận biết trực tiếp và đích xác được. Dù cho có tiến hành đo lặp nhiều lần
(lý thuyết là vô số lần) giá trò đo bằng một phương tiện đo trong cùng một điều kiện đo, thì cũng sẽ
cho các kết quả quan sát không giống nhau, không phụ thuộc nhau và biến đổi một cách ngẫu
nhiên. Tuy vậy, trong thực tế phép đo lặp cho phép đánh giá đại lượng cảm biến theo các đặc tính
cơ bản nêu trên của phép toán tính xác suất thống kê.

Mức độ tích hợp cao của các vi mạch tích hợp IC ngày nay cho phép chúng đóng vai trò đầy ý
nghóa trong lónh vực chuẩn hoá cả tín hiệu số và tín hiệu tương tự. Các ADC (chuyển đổi tương tự –
số) được thiết kế chuyên dụng cho các ứng dụng đo lường thường bao gồm các bộ khuyếch đại lập
trình được độ khuyếch đại bên trong con chíp (PGAs – Programmable-Gain Amplifiers) và các
mạch tiện ích khác như các nguồn dòng để điều khiển các RTDs đồng thời giảm thiểu những yêu
cầu về mạch chuẩn hoá tín hiệu ngoài.
Hầu hết các đầu ra của cảm biến là phi tuyến đối với các kích thích, và các đầu ra của chúng phải
được tuyến tính hoá nhằm mang lại phép đo đúng. Có thể dùng các kỹ thuật tương tự analog để
thực hiện chức năng đó. Tuy nhiên, ngày nay đã có các chuyển đổi A/D có tính năng hoạt động
cao cho phép thực hiện tuyến tính hoá một cách hiệu qủa và chính xác hơn nhiều bằng các phần
mềm và giới hạn sự cần thiết phải có những hiệu chuẩn bằng tay phiền phức bằng cách sử dụng bộ
nhân và đôi khi là các mạch cắt tương tác trimpots.
Các phần tử tích cực hay thụ động. Có thể phân loại các phần tử tự động theo dạng phần tử –
linh kiện tích cực active hay thụ động passive. Như trên đã nêu, có hai cách nhìn khác nhau về việc
đó. đây chúng ta đi theo cách nhìn nhận và cách phân loại chung nhất, trên cơ sở nguyên lý biến
đổi năng lượng.
Các phần tử tích cực tác hoạt như một nguồn (nguồn áp hay nguồn dòng), không phải cung cấp
nguồn năng lượng phụ. Những phần tử này được biểu diễn dưới dạng mạng hai cửa có nguồn trong.
Các phần tử tích cực điển hình là các phần tử cảm biến vật lý như cảm biến nhiệt-điện
thermoelements, cặp nhiệt ngẫu thermocouples, các hệ điện-động electro-magnetic generators,
phần tử quang-điện photoelements, tinh thể áp-điện piezocristall, vv…
Các phần tử thụ động tiêu thụ năng lượng từ nguồn phụ hoặc lấy từ biến kích thích đầu vào để
biến đổi thành tín hiệu đầu ra. Những phần tử thụ động được biểu diễn dưới dạng mạng hai cửa
không nguồn, có trở kháng trong phụ thuộc kích thích đầu vào. Điển hình là các phần tử cảm biến
tham số như đầu dò biến trở (chiết áp potentiometers, biến trở hệ số nhiệt âm hay dương NTC- /
Tập Bài giảng “Kỹ thuật Cảm biến Đo lường và Điều khiển”, Đào TháiDiệu, TS., ĐHCN TP.HCM, 2006.
17
PTC-, băng đo biến dạng DMS, biến trở quang photoresistances, …); cảm biến điện dung (tụ xoay /
tụ bản cực phẳng …); cảm biến điện cảm; cảm biến từ tính, vv…
Các phần tử lý tưởng và thực tế. Các phần tử tự động, nhất là các phần tử cảm biến, về nguyên

ở đây: Acc là trò số đo gia tốc; V là trò số điện áp ra.
Có thể dùng biểu thức này để hiệu chính đặc tính của cảm biến, và bao gồm cả thông tin về độ
nhạy và điện áp đònh thiên offset ở đầu ra của cảm biến.
Độ nhạy.
Độ nhạy của cảm biến được cho bởi dẫn xuất điện áp đối với gia tốc tại một điểm vận hành nhất
đònh. Đối với dụng cụ này độ nhạy là 167 mV/g.
Dải động học.
Dải động học được nêu ra đối với ADXL322 là ±2g. Ngoài phạm vi này tín hiệu sẽ tiếp tục tăng
lên hay hạ xuống, nhưng độ nhạy không còn được nhà sản xuất đảm bảo là 167 mV/g nữa. Cảm
biến có thể chòu đựng được tới 3500g.
Độ trễ.
Trong dụng cụ này không có nguồn trễ cơ bản nào. Trong bản kê dữ liệu không nói gì đến độ trễ.
Hệ số nhiệt độ.
Trong cảm biến này độ nhạy thay đổi theo nhiệt độ, và sự thay đổi này được đảm bảo nhỏ hơn
0.025%/C. Điện áp bù (đònh thiên offset) khi không có gia tốc (đònh mức là 1,5V) cũng thay đổi
Tập Bài giảng “Kỹ thuật Cảm biến Đo lường và Điều khiển”, Đào TháiDiệu, TS., ĐHCN TP.HCM, 2006.
18
trong khoảng 2 mg/C. Biểu diễn bằng điện áp, sự thay đổi điện áp bù này không lớn hơn 0,3
mV/C.
Độ tuyến tính.
Ở trường hợp này, độ tuyến tính là sự khác biệt giữa hàm truyền đạt thực tế và đường thẳng nhất
trong suốt phạm vi hoạt động đặc trưng. Đối với dụng cụ này, nó được nêu là nhỏ hơn 0.2% toàn
bộ thang đo tín hiệu ra. Bản kê dữ liệu cũng cho độ sai lệch khỏi độ tuyến tính có thể có.
Nhiễu.
Nhiễu được biểu diễn như mật độ nhiễu và không lớn hơn 300 microg/root Hz. Để biểu thò số liệu
đó theo điện áp, ta nhân nó với độ nhạy (167 mV/g) được 0,5 microV/Rt Hz. Khi đó, sử dụng bộ
lọc thông tần thấp 10Hz, ta sẽ có nhiễu khoảng 1,5 microV hiệu dụng, và sai số về gia tốc khoảng
1 milligr.
Độ phân giải.
Bản kê dữ liệu cảm biến cho số liệu là 300 miroG/Rt Hz.

độ nhạy cao, cộng hưởng thấp, người ta đã chọn máy đo gia tốc áp-điện piezoelectric. Những va
Tập Bài giảng “Kỹ thuật Cảm biến Đo lường và Điều khiển”, Đào TháiDiệu, TS., ĐHCN TP.HCM, 2006.
19
đập diễn ra khi bánh xe chạm các mối nối giữa các phần đường làm bộ khuyếch đại bão hoà, làm
cho nó không còn khả năng thu nhận bất kỳ dữ liệu có nghóa nào.
2. Một mục thử nghiệm phải bộc lộ sự kết hợp môi trường rung động và nhiệt độ thay đổi nhanh.
Người kỹ sư chọn một máy đo gia tốc cho phạm vi nhiệt độ cao mà không tham khảo ý kiến nhà
sản xuất. Tín hiệu nhiệt đầu ra làm tràn ngập dữ liệu về độ rung động.
3. Sự quan tâm các mạch điện cơ bản nhắc tới sự chọn lựa một máy đo gia tốc có vỏ bọc cách ly.
Cấu trúc thử nghiệm được làm từng phần, từ các hợp chất nhẹ, và trường hợp của vài máy đo gia
tốc đã không được tham khảo một cách cơ bản. Điện dung ký sinh của nhiễu giao thoa phát xạ lên
đường tín hiệu bao phủ cả luồng dữ liệu.
Từ những ví dụ trên, ta hy vọng nhấn mạnh được rằng: đối với tất cả các hệ đo lường, chỉ nhận
thức đơn thuần những gì ta muốn đo là điều không đủ, không tương xứng. Trên thực tế, mỗi hiện
ượng vật lý và hiện tượng điện hiện hữu đều cần phải được nhận thức rằng ít ra chúng đều bò bao
phủ, hay tệ hơn, làm ô nhiễm một cách tinh vi các dữ liệu của ta. Người sử dụng nên nhớ rằng mỗi
hệ đo lường phải hoàn toàn tương ứng với môi trường của nó.

1.4.2 – Các vấn đề ứng dụng.
Các đặc tính cảm biến. Nói chung, người sử dụng nỗ lực tìm cách lựa chọn dựa trên cơ sở những
đặc tính kỹ thuật sẵn có trong bản kê dữ liệu sản phẩm. Nhiều đặc tính ứng dụng được nêu trong
bản kê dữ liệu điển hình. Nhiều nhà sản xuất cảm thấy rằng bản kê dữ liệu phải cung cấp càng
nhiều thông tin càng tốt. Không may thay, sự dư thừa dữ liệu này có thể tạo ra sự lúng túng nào đó
cho người sẽ sử dụng chúng, nhất là người mới sử dụng. Do đó người kỹ sư phải chắc chắn rằng
anh (hay cô ta) hiểu biết những đặc tính cơ bản và chúng sẽ ảnh hưởng thế nào tới phép đo. Nếu
điều đó không còn nghi ngờ gì nữa, thì nên tiếp xúc với nhà sản xuất để làm rõ hơn.
Các đặc tính của hệ. Cảm biến và các bộ chuẩn hoá tín hiệu phải được lựa chọn để làm việc
chung với nhau như trong một hệ thống nhất. Hơn nữa, hệ thống phải được lựa chọn để hoạt động
tốt trong mục tiêu ứng dụng đã đònh. Độ chính xác toàn phần của hệ thường bò ảnh hưởng nhiều
nhất bởi các đặc tính của cảm biến như các ảnh hưởng của môi trường và các đặc tính động học.

Cộng hưởng thứ cấp.
Điện dung bên trong.
Độ nhạy xuyên ngang.
Biên độ độ tuyến tính và độ trễ.
Dao động nhiệt độ.
Trọng lượng và kích thước.
Trở kháng trong ở nhiệt độ tối đa.
Đôï chính xác hiệu chuẩn.
Độ nhạy sức căng.
Suy giảm ở các cực trò nhiệt độ.
Điểm 0 số đo đầu ra.
Độ trôi nhiệt điểm 0.
Đáp ứng nhiệt dẫn.
Liệu phương pháp lắp đặt dùng cho ứng dụng này có phù hợp hay không?
Kiểm thử:
Có cần lớp cách ly (điện, nhiệt) hay không?
Mạch tiếp đòa.
Mô phỏng hiệu chuẩn.
Có cần chất kết dính lắp ráp không?
Kích thước dài, độ sâu và cấp bậc.
Cáp nối. Các đường cable và đầu nối thường là mối liên kết yếu nhất trong chuỗi hệ đo lường.
Liệu đường cáp có hoạt động thoả mãn trong môi trường đo hay không?
Kiểm thử:
Phạm vi nhiệt độ.
Các điều kiện độ ẩm.
Liệu các đặc tính kỹ thuật của cáp có cung cấp dữ liệu với độ chính xác mong muốn hay không?
Kiểm thử:
Độ nhiễu tạp thấp.
Kích thước và trọng lượng.
Tính linh hoạt.

Ổn đònh nhiệt.
n đònh thời gian.
Độ gợn sóng và nhiễu.
Trở kháng ra.
Đáp ứng đường truyền.
Nhiễu tới đất.
Cách ly điện một chiều DC.
Bộ khuyếch đại. Bộ khuyếch đại phải cung cấp độ khuyếch đại, phối hợp trở kháng, dòng điều
khiển ra, và các xử lý tín hiệu khác.
Liệu bộ khuyếch đại có hoạt động thỏa mãn trong môi trường đo hay không?
Kiểm thử:
Phạm vi nhiệt độ.
Độ va đập và rung động tối đa.
Độ ẩm.
p suất.
Mức âm thanh.
Độ ăn mòn dây đo.
Từ trường và trường điện-từ RF.
Phóng xạ hạt nhân.
Hơi muối.
Đây đã là bộ khuyếch đại phù hợp với ứng dụng này chưa?
Tập Bài giảng “Kỹ thuật Cảm biến Đo lường và Điều khiển”, Đào TháiDiệu, TS., ĐHCN TP.HCM, 2006.
22
Kiểm thử:
Đường dây vào có dài không?
Sự cần thiết bộ khuyếch đại nạp.
Sự cần thiết bộ khuyếch đại nạp từ xa.
Đường dây ra dài.
Sự cần thiết bộ khuyếch đại công suất.
Đường truyền không trung.

Bề mặt lắp ráp.
Đầu nối.
Lắp ráp phần cứng.
Kiểm tra đầu làm sạch.
Điện trở trong.
Liệu việc lắp ráp phần cứng đã trong trạng thái tốt và sẵn sàng để sử dụng?
Kiểm thử:
Tập Bài giảng “Kỹ thuật Cảm biến Đo lường và Điều khiển”, Đào TháiDiệu, TS., ĐHCN TP.HCM, 2006.
23
Điều kiện bề mặt lắp ráp.
Điều kiện đường ren.
Đáy khoan của các khe cắm.
Đầu cách ly.
Điện trở cách ly.
Hư hại đầu nối bởi lực xoắn quá mức.
Lỗ khoan và độ sâu được đo đủ lượng.
Hiệu chỉnh kích thước lắp ráp.
Lỗ được đặt thẳng góc thích hợp với bề mặt lắp ráp.
Đường ren của đầu nối đã được bôi trơn.
Sensor đã được ráp với độ xoắn khuyến nghò.
Gắn kết mối lắp.
Kiểm nghiệm:
Bề mặt lắp ráp sạch và phẳng.
Trám cement chỗ bề mặt lồi lõm.
Trộn cement một cách thích hợp.
Sensor được ráp vào đầu gắn cement với lực xoắn khuyến nghò.
Đường cáp.
Đường cáp đã trong tình trạng tốt vàsẵn sàng để sử dụng?
Kiểm thử:
Điều kiện vật lý.