1 BỘ LAO ĐỘNG - THƯƠNG BINH & XÃ HỘI TỔNG CỤC DẠY NGHỀ GIÁO TRÌNH Tên mô đun: Kỹ thuật cảm biến NGHỀ: ĐIỆN DÂN DỤNG TRÌNH ĐỘ CAO ĐẲNG NGHỀ (Ban hành kèm theo Quyết định số: 120 /QĐ-TCDN Ngày 25 tháng 02 năm 2013 của Tổng cục trưởng Tổng cục Dạy nghề) Năm 2013 2 TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN Tài liệu này thuộc loại sách giáo trình nên các nguồn thông tin có thể được phép dùng nguyên bản hoặc trích dùng cho các mục đích về đào tạo và tham khảo. Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc hoặc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu lành mạnh sẽ bị nghiêm cấm. 3 LỜI GIỚI THIỆU Trong các hệ thống đo lường và điều khiển dân dụng, thì mọi quá trình đều được đặc trưng bởi các trạng thái. Các trạng thái này thường là các đại lượng không điện như: Nhiệt độ, độ ẩm, áp suất, lưu lượng, … Để thực hiện được tự động hóa trong các hệ thống thì phải có các cảm biến để đo đạc, theo dõi trạng thái của các quá trình đó.
Do đó việc hiểu và nắm bắt được các loại cảm biến trên thị trường hiện nay là rất quan trọng. Giáo trình kỹ thuật cảm biến được biên soạn dựa trên các giáo trình và tài liệu tham khảo đã có, và giáo trình này được dùng để giảng dạy và làm tài liệu tham khảo cho sinh viên nghề điện dân dụng. Nội dung của giáo trình gồm 10 bài. Bài 1 trình bày các khái niệm chung về cảm biến, Bài 2 trình bày về các loại cảm biến nhiệt, Bài 3 trình bày về cảm biến điện hóa, Bài 4 trình bày về cảm biến áp suất, Bài 5 trình bày về cảm biến quang, Bài 6 trình bày về cảm biến vị trí, Bài 7 trình bày về cảm biến tiệm cận, Bài 8 trình bày về cảm biến từ trường, Bài 9 trình bày về cảm biến ẩm, Bài 10 trình bày về cảm biến rung.
Trong quá trình biên soạn, nhóm tác giả đã tham khảo các tài liệu và giáo trình khác như ở phần cuối giáo trình đã thống kê. Chúng tôi rất cảm ơn các cơ quan hữu quan của TCDN, BGH và các thày cô giáo trường CĐN Bách nghệ Hải Phòng và một số giáo viên có kinh nghiệm, cơ quan ban ngành khác đã tạo điều kiện giúp đỡ cho nhóm tác giả hoàn thành giáo trình này. Lần đầu được biên soạn và ban hành, giáo trình chắc chắn sẽ còn khiếm khuyết; rất mong các thày cô giáo và những cá nhân, tập thể của các trường đào tạo nghề và các cơ sở doanh nghiệp quan tâm đóng góp để giáo trình ngày càng hoàn thiện hơn, đáp ứng được mục tiêu đào tạo của Mô đun nói riêng và ngành điện dân dụng cũng như các chuyên ngành kỹ thuật nói chung. 4 Mọi ý kiến đóng góp xin gửi về địa chỉ: Trường Cao đẳng nghề Bách Nghệ Hải Phòng Khoa Điện – Điện tử Số 196/143 Đường Trường Chinh - Quận Kiến An - TP Hải Phòng Email: khoadienbn@gmail.com Hà Nội, ngày….
năm…… Nhóm biên soạn 1. Chủ biên: KS. Mai Ngọc Phong 5 MỤC LỤC NỘI DUNG TRANG LỜI GIỚI THIỆU. 2 BÀI 1: KHÁI NIỆM CHUNG VỀ CẢM BIẾN.
Mục đích yêu cầu của môn học kỹ thuật cảm biến. Khái niệm chung về kỹ thuật cảm biến. Nhận biết các loại cảm biến. Ứng dụng kỹ thuật cảm biến.
12 BÀI 2: CẢM BIẾN NHIỆT. Cảm biến nhiệt điện trở. Cảm biến cặp nhiệt điện. Nhận dạng, phân biệt các loại cảm biến nhiệt.
25 BÀI 3: CẢM BIẾN ĐIỆN HÓA. Khái niệm cảm biến điện hoá. Phạm vi ứng dụng. Cấu tạo, nguyên lý làm việc.
Nhân dạng, phân biệt các loại cảm biến điện hóa. Kiểm tra, hiệu chỉnh, thay thế. 31 BÀI 4: CẢM BIẾN ÁP SUẤT. Khái niệm cảm biến áp suất.
Phạm vi ứng dụng. Cấu tạo, nguyên lý làm việc. Nhân dạng, phân biệt các loại cảm biến áp suất. Kiểm tra, hiệu chỉnh, thay thế.
36 BÀI 5: CẢM BIẾN QUANG. Cảm biến quang dẫn. Cảm biến Diode quang. Cảm biến Transistor quang.
Cảm biến quang phát xạ. Nhân dạng, phân biệt các loại cảm biến quang. Kiểm tra, hiệu chỉnh, thay thế các loại cảm biến quang. 48 Bài 6: CẢM BIẾN VỊ TRÍ.
Khái niệm cảm biến vị trí. Cấu tạo, nguyên lý làm việc. Nhân dạng, phân biệt các loại cảm biến vị trí. Kiểm tra, hiệu chỉnh, thay thế .57 Bài 7: CẢM BIẾN TIỆM CẬN.
Khái niệm cảm biến tiệm cận. Cấu tạo, nguyên lý làm việc. Nhân dạng, phân biệt các loại cảm biến tiệm cận. Kiểm tra, hiệu chỉnh, thay thế .68 Bài 8: CẢM BIẾN TỪ TRƯỜNG.
Khái niệm cảm biến từ trường. Các loại cảm biến từ trường. Nhân dạng, phân biệt các loại cảm biến từ trường. Kiểm tra, hiệu chỉnh, thay thế .76 Bài 9: CẢM BIẾN ẨM.
Khái niệm cảm biến ẩm. Các loại cảm biến ẩm. Nhận dạng, phân biệt các loại cảm biến ẩm. Kiểm tra, hiệu chỉnh, thay thế .81 Bài 10: CẢM BIẾN RUNG.
Khái niệm cảm biến rung. Vi âm tụ điện. Vi âm áp điện. Vi âm động lực.
Nhận dạng, phân biệt các loại cảm biến rung. Kiểm tra, thay thế các loại cảm biến rung .84 7 TÊN MÔ ĐUN: KỸ THUẬT CẢM BIẾN Mã mô đun: MĐ27 Vị trí, tính chất, ý nghĩa và vai trò của mô đun: - Vị trí mô đun: Mô đun được bố trí sau khi sinh viên học xong các môn học chung, các môn học/ mô đun: An toàn lao động; Mạch điện; Vẽ điện; Vật liệu điện; Kỹ thuật điện tử cơ bản; Khí cụ điện hạ thế; Đo lường điện và không điện; Kỹ thuật xung; Kỹ thuật số. - Tính chất của mô đun: Là mô đun chuyên môn nghề. Mục tiêu của mô đun: * Về kiến thức: Trình bày được đặc tính cấu tạo và nguyên lý làm việc của các loại cảm biến.
* Về kỹ năng: - Thiết kế được mạch cảm biến đơn giản đạt yêu cầu kỹ thuật. - Thực hành lắp ráp một số mạch điều khiển thiết bị cảm biến đúng yêu cầu - Kiểm tra, vận hành và sửa chữa được mạch ứng dụng các loại cảm biến đúng yêu cầu kỹ thuật. * Về thái độ: Có tính tỉ mỉ, tuân thủ các quy tắc an toàn điện khi sử dụng các loại cảm biến. Nội dung của mô đun: 8 BÀI 1 KHÁI NIỆM CHUNG VỀ CẢM BIẾN Mã bài: MĐ 27.01 Giới thiệu: Trong các hệ thống điện nối chung và trong hệ thống điện dân dụng nói riêng thì việc sử dụng các loại cảm biến ngày càng trở nên phổ biến và thông dụng.
Các cảm biến đó giúp cho các thiết bị tự động hay các hệ thống tự động luôn luôn giám sát được các thông số cần thiết trong hệ thống để đưa ra quyết định điều khiển tiếp theo. Do đó đối với một người thợ điện thì kiến thức về các loại cảm biến thông dụng là không thể thiếu, và để nắm bắt được các loại cảm biến đó thì trước tiên phải hiểu được các khái niệm chung và cơ bản về cảm biến. Mục tiêu: - Trình bày được các khái niệm về cảm biến. - Trình bày được phạm vi ứng dụng của các linh kiện cảm biến dùng trong các mạch tự động điều khiển dân dụng.
- Nhận dạng, phân biệt được các loại cảm biến. Nội dung chính: 1. Mục đích yêu cầu của môn học kỹ thuật cảm biến Mục tiêu: Trình bày được mục đích và yêu cầu của môn học kỹ thuật cảm biến 1. Mục đích Mục đích của môn học kỹ thuật cảm biến là trang bị cho sinh viên những kiến thức cơ bản về đặc điểm cấu tạo, nguyên lý hoạt động, các tham số kỹ thuật, ứng dụng, cách kiểm tra chỉnh định của các loại cảm biến thông dụng.
Yêu cầu Để học và hiểu được các kiến thức trong phạm vi môn học này, yêu cầu người học đã hoàn thành các học phần cơ sở như: Điện tử cở bản, Kỹ thuật xung số, Đo lường các đại lượng điện và không điện, vật liệu điện,. Khái niệm chung về kỹ thuật cảm biến Mục tiêu: Trình bày được khái niệm chung về kỹ thuật cảm biến 2. Khái niệm về kỹ thuật cảm biến Kỹ thuật cảm biến là một ngành kỹ thuật nghiên cứu về các hiệu ứng vật lý như hỏa điện, áp điện, quang điện, nhiệt điện,…từ đó chế tạo ra các loại cảm biến đo các đại lượng vật lý khác nhau thông qua các việc đo kết quả của các hiệu ứng vật lý này, và thông thương kết quả đầu ra là tín hiệu điện. 9 - Hiệu ứng hỏa điện: Một số tinh thể gọi là tinh thể hoả điện (ví dụ tinh thể sulfate triglycine) có tính phân cực điện tự phát với độ phân cực phụ thuộc vào nhiệt độ, làm xuất hiện trên các mặt đối diện của chúng những điện tích trái dấu.
Độ lớn của điện áp giữa hai mặt Hình: Hiệu ứng hỏa điện phụ thuộc vào độ phân cực của tinh thể hoả điện. Hiệu ứng hoả điện được ứng dụng để đo thông lượng của bức xạ ánh sáng. Khi ta chiếu một chùm ánh sáng vào tinh thể hoả điện, tinh thể hấp thụ ánh sáng và nhiệt độ của nó tăng lên, làm thay đổi sự phân cực điện của tinh thể. Đo điện áp V ta có thể xác định được thông lượng ánh sáng F.
- Hiệu ứng áp điện: Một số vật liệu gọi chung là vật liệu áp điện (như thạch anh chẳng hạn) khi bị biến dạng dước tác động của lực cơ học, trên các mặt đối diện của tấm vật liệu xuất hiện những lượng điện tích bằng nhau nhưng trái dấu, được gọi là hiệu ứng áp điện. Đo V ta có thể xác định được cường độ của lực tác dụng F. Hình: Hiệu ứng áp điện - Hiệu ứng cảm ứng điện từ: Khi một dây dẫn chuyển động trong từ trường không đổi, trong dây dẫn xuất hiện một suất điện động tỷ lệ với từ thông cắt ngang dây trong một đơn vị thời gian, nghĩa là tỷ lệ với tốc độ dịch chuyển của dây. Tương tự như vậy, trong một Hình: Hiệu ứng điện từ khung dây đặt trong từ trường có từ thông biến thiên cũng xuất hiện một suất điện động tỷ lệ với tốc độ biến thiên của từ thông qua khung dây.
Hiệu ứng cảm ứng điện từ được ứng dụng để xác định tốc độ dịch chuyển của vật thông qua việc đo suất điện động cảm ứng.
