Download miễn phí Kỹ thuật cảm biến
Khái niệm cảm biên và xu hướng phát triể
ã Đặc tính kỹ thuạt của cảm biến
ã Các ky thuat cảm biên cơ bản dùng trong công nghiep
– Nguyên lý và hiệu ứng vật lý của các chuyển đổi sơ câp
ã Ứng dụng các chuyen doi sơ câp cho viec đo các đai lượng vật lý - thiết b ị và cảm biên do
– Do nhiet do
– Do áp suât, do lưu lượng
– Do tải trọng
– Do mức
– Do tôc do dong cơ
– Do gia tôc chuyen động
Để tải bản Đầy Đủ của tài liệu, xin Trả lời bài viết này, Mods sẽ gửi Link download cho bạn sớm nhất qua hòm tin nhắn.
Ai cần download tài liệu gì mà không tìm thấy ở đây, thì đăng yêu cầu down tại đây nhé:
Nhận download tài liệu miễn phí
Tóm tắt nội dung tài liệu:
Kỹ thuật cảm biếnTS. Nguyễn Thị Lan Hương
Bộ môn Kỹ thuật đo và Tin học Công nghiệp
Sưu tầm bởi: www.daihoc.com.vn
2Tài liệu tham khảo
[1] Các bộ cảm biến trong kỹ thuật đo lường và điều khiển,
Nhà XB Khoa học Kỹ thuật (2001), Chủ biên tập PGS.TS.
Lê Văn Doanh
[2]Cảm biến, Nhà XB Khoa học kỹ thuật (2000), Phan Quốc
Phô, Nguyễn Đức Chiến
[3] Process/Industrial Instruments and Controls Handbook,
Mc GRAW-Hill (1999), Gregory K.McMillan; Douglas M.
Considine,
Sưu tầm bởi: www.daihoc.com.vn
3Nội dung giảng dạy
• Khái niệm cảm biến và xu hướng phát triển
• Đặc tính kỹ thuật của cảm biến
• Các kỹ thuật cảm biến cơ bản dùng trong công nghiệp
– Nguyên lý và hiệu ứng vật lý của các chuyển đổi sơ cấp
• Ứng dụng các chuyển đổi sơ cấp cho việc đo các đại
lượng vật lý- thiết bị và cảm biến đo
– Đo nhiệt độ
– Đo áp suất, đo lưu lượng
– Đo tải trọng
– Đo mức
– Đo tốc độ động cơ
– Đo gia tốc chuyển động
Sưu tầm bởi: www.daihoc.com.vn
4Chương 1. Khái niệm và các đặc tính kỹ thuật
của cảm biến
• Sơ đồ các cảm biến trong công nghiệp
Sưu tầm bởi: www.daihoc.com.vn
5Phân loại Cảm biến
• Theo nguyên lý hoạt động
– Chuyển đổi điện trở
– Chuyển đổi điện từ
– Chuyển đổi nhiệt điện
– Chuyển đổi điện tử và ion
– Chuyển đổi hóa điện
– Chuyển đổi tĩnh điện
– Chuyển đổi lượng tử
• Theo kích thích: quang, cơ học, âm học…
• Theo chức năng
• Theo ứng dụng
• Theo mô hình thay thế: Tích cực và thụ động
Sưu tầm bởi: www.daihoc.com.vn
6Đ¹i l−îng Th«ng sè biÕn ®æi VËt liÖu lµm c¶m biÕn
NhiÖt ®é
NhiÖt ®é rÊt thÊp
ĐiÖn trë suÊt
H»ng sè ®iÖn m«i
Kim lo¹i : platine, nickel,
®ång, chÊt b¸n dÉn
Thuû tinh
BiÕn d¹ng
ĐiÖn trë suÊt
Đé tõ thÈm
Hîp kim niken vµ silic m¹
Hîp kim s¾t tõ
VÞ trÝ ĐiÖn trë suÊt Tõ trë
Tõ th«ng cña bøc x¹
quang
ĐiÖn trë suÊt B¸n dÉn
Đé Èm ĐiÖn trë suÊt
H»ng sè ®iÖn m«i
Chlorure de lithium
Hîp kim polymere
Møc H»ng sè ®iÖn m«i C¸ch ®iÖn láng
VÝ dô vÒ c¶m biÕn thô ®éng
Sưu tầm bởi: www.daihoc.com.vn
7VÝ dô vÒ c¶m biÕn tÝch cùc
Đ¹i l−îng vËt lý cÇn ®o HiÖu øng sö dông TÝn hiÖu ra
Lùc
¸p suÊt
Gia tèc
¸p ®iÖn ĐiÖn tÝch
NhiÖt ®é NhiÖt ®iÖn ĐiÖn ¸p
Tèc ®é (vËn tèc) Cảm øng ®iÖn tõ ĐiÖn ¸p
VÞ trÝ HiÖu øng Hall ĐiÖn ¸p
Tõ th«ng bøc x¹ quang
Hoa quang
Ph¸t x¹ quang
HiÖu øng quang ¸p
HiÖu øng quang ®iÖn tõ
ĐiÖn tÝch
Dßng ®iÖn
ĐiÖn ¸p
ĐiÖn ¸p
Sưu tầm bởi: www.daihoc.com.vn
8Đặc điểm của các phương pháp đo các đại lượng không
điện
c. C¸c lo¹i c¶m biÕn hay ®−îc sö dông trong c«ng
nghiÖp vµ d©n dông
C¶m biÕn ®o nhiÖt ®é (37,29%*)
C¶m biÕn ®o vÞ trÝ (27,12%*)
C¶m biÕn ®o di chuyÓn (16,27%*)
C¶m biÕn ®o ¸p suÊt (12,88%*)
C¶m biÕn ®o l−u l−îng (1,36%*)
C¶m biÕn ®o møc (1,2%*)
C¶m biÕn ®o lùc (1,2%*)
C¶m biÕn ®o ®é Èm (0,81%*)
*: XÕp theo sè l−îng c¸c lo¹i c¶m biÕn b¸n ®−îc t¹i Ph¸p n¨m
2002
Sưu tầm bởi: www.daihoc.com.vn
9Đặc điểm của các phương pháp đo các đại lượng không
điện
d. C¸c lÜnh vùc øng dông
Xe h¬i : (38%*)
S¶n xuÊt c«ng nghiÖp: (20%*)
§iÖn gia dông : (11%*)
V¨n phßng: (9%*)
Y tÕ: (8%*)
An toµn: (6%*)
M«i tr−êng: (4%*)
N«ng nghiÖp: (4%*)
*: XÕp theo sè l−îng c¸c lo¹i c¶m biÕn b¸n ®−îc t¹i Ph¸p n¨m
2002
Sưu tầm bởi: www.daihoc.com.vn
10
Sơ đồ chuyển đổi giữa các đại lượng - các loại
cảm biến
En co d er
Bi Õn tr ë
T r−ît
1
2
§i Ön
c ¶m
3
5
§ iÖn t rë
l ùc c¨ ng
¸p
® i Ön
4
7
¸p t õ
6
Qu an g
®i Ön trë
NhiÖ t
®i Ön t rë
Q uang
®i Ön
11
10
N hi Öt
® iÖn
8
9
T
(M ,Φ)
T
( L ,Φ)
T
( t ,Φ)
T
(L s , t)
T
(M ,t )
T
( L,Μ)
T
( L, U )
T
( C , U)
T
( R , U)T ( L, U)
T (L , C)
T ( M, U)
T (M , R)
T ( M, L )
T ( t, U)
T ( t, R)
T (Φ, U )
T (Φ,R )
Qu a ng
Nhi Öt ® é
D i ch uyÓ n
kÝc h t h−íc
(L )
Kh èi l −îng
lù c ( M )
U, I
R
L
C
T ( δ, L)
§i Ön
dung
Sưu tầm bởi: www.daihoc.com.vn
11
Biến đổi giữa các đại lượng (điện) của tín
hiệu- Biến đổi thống nhất hóa
Sưu tầm bởi: www.daihoc.com.vn
12
Hoµ hîp t¶i gi÷a c¶m biÕn vµ m¹ch ®o
CÊp nguån cho c¶m biÕn thô ®«ng
TuyÕn tÝnh ho¸ ®Æc tÝnh phi tuyÕn cña c¶m biÕn
TuyÕn tÝnh ho¸ tÝn hiÖu ra cña m¹nh ®o (VD cÇu
Wheastone)
KhuyÕch ®¹i tÝn hiÖu ra cña c¶m biÕn
Läc nhiÔu t¸c ®éng lªn tÝn hiÖu ra cña c¶m biÕn
KhuyÕch ®¹i ®o l−êng ®Ó triÖt tiªu hoÆc lµm gi¶m c¸c
nhiÔu t¸c ®éng (®iÖn ¸p ký sinh vµ dßng ®iÖn rß trªn ®−êng
truyÒn)
4. C¸c d¹ng biÕn ®æi chuÈn ho¸ th−êng gÆp
Sưu tầm bởi: www.daihoc.com.vn
13
Vấn đề của bộ thống nhất hoá
Cảm biênCảm biên
Chuẩn hoá tín
hiệu
Signal
Cảm biếnCảm biến
Thống nhất hoá
cảm biến
thụ động
Signal Tín hiệu
Đã thống nhất
hoá
Thích ứng về trở kháng
tuyến tính hoá
Khuếch đại
Thống nhất
Hoá cảm biến
thụ động
Sưu tầm bởi: www.daihoc.com.vn
14
Ví dụ
ChuyÓn ®æi /tÝn hiÖu
CÆp nhiÖt ngÉu
NhiÖt ®iÖn trë RTD
C¶m biÕn ®iÖn trë
lùc c¨ng
§Êt chung
hoÆc ®Þªn ¸p cao
C¸c t¶I yªu cÇu chuyÓn
m¹ch xoay chiÒu hoÆc
dßng ®iÖn lín
C¸c tÝn hiÖu víi
nhiÔu tÇn sè cao
KhuÕch ®¹i, tuyÕn tÝnh ho¸
vµ bï ®Çu tù do
Thèng nhÊt hãa tÝn hiÖu
Nguån nu«I, cÊu h×nh 4 d©y
vµ 3 d©y, tuyÕn tÝnh hãa
Nguån ®iÖn ¸p cung cÊp
cho cÇu, cÊu h×nh vµ
tuyÕn tÝnh ho¸
KhuÕch ®¹i c¸ch ly
(c¸ch ly quang)
R¬le ®iÖn c¬ hoÆc r¬le
b¸n dÉn
Läc th«ng thÊp
ThiÕt bÞ DAQ
Sưu tầm bởi: www.daihoc.com.vn
15
Hoà hợp trở kháng
VO = Vi .
R2
R1+R2
Vi
R1 R2 0
Một chuỗi đo có thể coi là một
phân áp
VO = Vi .
R2
R1+R2Vi
R1 R2
Z1 << Z2
Nguồn áp
Nguồn dòng
bộ biến đổi
dòng - áp
kiểu mạch lặp lại
Nguồn Tại đo lường
Nguồn
tại đo
lường
Sưu tầm bởi: www.daihoc.com.vn
16
Hoà hợp trở kháng
Nguồn điện tích
khuếch đại điện tích
Điện tích được đưa vào một tụ điện không đổi Cr, khi tích luỹ vào tụ tạo ra một điện áp trên
cực của tụ điện tỉ lệ với điện tích nạp vào
Khuếch đại đo lường
Mạch vào vi saiMạch vào vi sai
Sưu tầm bởi: www.daihoc.com.vn
17
Thông số kỹ thuật của cảm biến
• Dải đo, ng−ìng nh¹y vµ độ ph©n giải kh¶ n¨ng ph©n
ly
• §é nh¹y vµ TÝnh tuyÕn tÝnh cña thiÕt bÞ
• Sai sè hay ®é chÝnh x¸c
• §Æc tÝnh ®éng
• Mét sè th«ng sè kh¸c nh−: c«ng suÊt tiªu thô, trở
kh¸ng, kÝch th−íc, träng l−îng cña thiÕt bÞ
Sưu tầm bởi: www.daihoc.com.vn
18
4.2.1. Độ nhạy
Phương trinh cơ bản
Y= F(X,a,b,c...)
∂F/∂X - Đé nh¹y víi x (Sensibility)
∂F/∂a - Đé nh¹y cña yÕu tè anh h−ëng a hay nhiÔu
∆F/∆X = KXt- Đé nh¹y theo X ë Xt hay ng−êi ta cßn ký hiÖu lµ S
Khi K=const -> X,Y lµ tuyÕn tÝnh.
K=f(X) -> X, Y lµ kh«ng tuyÕn tÝnh - > sai sè phi tuyÕn.
ViÖc x¸c ®Þnh K b»ng thùc nghiÖm gäi lµ kh¾c ®é thiÕt bÞ ®o. Víi mét gi¸ trÞ
cña X cã thÓ cã c¸c gi¸ trÞ Y kh¸c nhau, hay K kh¸c nhau.
dKXt/KXt –(Repeatability)ThÓ hiÖn tÝnh æn ®Þnh cña thiÕt bÞ ®o hay tÝnh lÆp l¹i
cña thiÕt bÞ ®o .
dKXt/KXt = dS/S=γs- Sai sè ®é nh¹y cña thiÕt bÞ ®o -> nh©n tÝnh.
(Hysteresis)
Sưu tầm bởi: www.daihoc.com.vn
19
Độ nhạy
Sưu tầm bởi: www.daihoc.com.vn
20
Trễ hay trơ của thiết bị (Hysteresis)
Sưu tầm bởi: www.daihoc.com.vn
21
Tính lặp lại
Sưu tầm bởi: www.daihoc.com.vn
22
4.2.2. Hệ số phi tuyến của thiết bị
ĐÓ ®¸nh gi¸ tÝnh phi tuyÕn cña thiÕt bÞ ®o ta x¸c ®Þnh hÖ sè
phi tuyÕn cña nã.
HÖ sè phi tuyÕn x¸c ®Þnh theo c«ng thøc sau:
. ∆Xmax- lµ sai lÖch lín n...