ỦY BÂN NHÂN DÂN TP THỦ ĐỨC TRƯỜNG TRUNG CẤP NGHỀ ĐÔNG SÀI GÒN GIÁO TRÌNH Tên mô đun: KỸ THUẬT CẢM BIẾN NGHỀ: ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP TRÌNH ĐỘ TRUNG CẤP (Ban hành kèm theo Quyết định số: 431/QĐ-TCN ngày 18 tháng 10 năm 2022 của Hiệu trưởng Trường trung cấp nghề Đông Sài Gòn) TP Thủ Đức, năm 2022 -1- M ỤC LỤC MỤC LỤC. Error! Bookmark not defined.7 KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ CÁC BỘ CẢM BIẾN. Khái niệm cơ bản về các bộ cảm biến:. Phạm vi sử dụng của cảm biến.
Phân loại cảm biến: .11 CẢM BIẾN NHIỆT ĐIỆN.2 Nhiệt độ cần đo và nhiệt độ được đo .2 Điện trở nhiệt .1 Điện trở kim loại thay đổi theo nhiệt độ .2 Điện trở nhiệt Platin .3 Cảm biến nhiệt vật liệu Silic .3 Diode nhiệt LM335.6 Bài tập thực hành:. Mạch ứng dụng .40 CẢM BIẾN QUANG ĐIỆN.1 Tính chất ánh sáng .2 Các loại nguồn sáng .2 Điện trở quang .5 IC thu quang .67 MỘT SỐ DẠNG CẢM BIẾN CÔNG NGHỆP. Cảm biến dạng quang. Cảm biến dạng dung.
Cảm biến dạng từ. Một số loại cảm biến khác. Bài tập thực hành. 95 -2- [1] Đề cương môđun/môn học nghề Sửa chữa thiết bị điện tử công nghiệp”, Dự án Giáo dục kỹ thuật và Dạy nghề (VTEP), Tổng cục Dạy Nghề, Hà Nội, 2003102 [2] Các bộ cảm biến trong kỹ thuật đo lường và điều khiển.
Lê văn Doanh, Phạm Thượng Hàn, Nguyễn Văn Hòa, Đào Văn Tân. NXB Khoa học và kỹ thuật Hà Nội, 2001. 102 [3] Cảm biến và ứng dụng. Dương Minh Trí .NXB Khoa học và kỹ thuật Hà Nội, 2001.
102 [4] Giáo trình cảm biến. Phan Quốc Phô, Nguyễn Đức Chiến. NXB Khoa học và kỹ thuật Hà Nội, 2001. 102 [5] Giáo trình đo lường không điện.
Trường ĐHSPKT TP HCM. 102 -3- CHƯƠNG TRÌNH MÔ ĐUN KỸ THUẬT CẢM BIẾN Tên mô đun: Kỹ thuật cảm biến Mã số mô đun: MĐ 15 Thời gian thực hiện mô đun: 60 giờ; (Lý thuyết: 30 giờ; Thực hành, thí nghiệm, thảo luận, bài tập: 26 giờ; Kiểm tra: 4 giờ) I. Vị trí, tính chất của mô đun: - Ví trí: Mô đun được bố trí dạy sau các môn học cơ bản như: Kỹ thuật điện, điện tử cơ bản, điện tử tương tự, đo lường điện tử, kỹ thuật xung - số, có thể học song song với các môn cơ bản khác như: Máy điện, điện tử công suất,. - Tính chất: Là mô đun bắt buộc II.
Mục tiêu mô đun: - Về kiến thức: Trình bày được đặc tính cấu tạo và nguyên lý làm việc của các loại cảm biến; Phân tích được các phương pháp kết nối mạch điện; Thiết kế được mạch cảm biến đơn giản đạt yêu cầu kỹ thuật. - Về kỹ năng: Thực hành lắp ráp một số mạch điều khiển thiết bị cảm biến đúng yêu cầu; Đo lường và sửa được các lỗi đơn giản trong quá trình lắp ráp. - Về năng lực tự chủ và trách nhiệm: Rèn luyện tác phong công nghiệp III. Nội dung mô đun: 1.
Nội dung tổng quát và phân phối thời gian: Thời gian (giờ) SỐ Thực hành, Tên chương, mục Tổng Lý thí nghiệm, Kiểm TT số thuyết thảo luận, tra bài tập 1 Bài 1: Khái niệm cơ bản về các bộ 2 2 0 0 cảm biến 1. Phạm vi ứng dụng 0,5 3. Phân loại các bộ cảm biến 1 2 Bài 2: Cảm biến nhiệt điện 18 8 9 1 -4- 1. Điện trở nhiệt 2 3.
Diode nhiệt LM335 2 4. IC nhiệt LM35 2 5. Bài tập thực hành 6. Thực hành về điện trở nhiệt a.
Khảo sát đặc tính 1 b. Mạch ứng dụng 2 6. Thực hành về Diode nhiệt LM335 1 a. Khảo sát đặc tính 2 b.
Mạch ứng dụng 6. Thực hành về IC nhiệt LM35 a. Khảo sát đặc tính 1 b. Mạch ứng dụng 2 3 Bài 3: Cảm biến quang điện 20 10 9 1 1.
Điện trở quang 2 3. Bài tập thực hành 6. Điện trở quang a. Khảo sát đặc tính 1 b.
Mạch ứng dụng 1 6. Khảo sát đặc tính 1 b. Mạch ứng dụng 1 6. Khảo sát đặc tính 1 -5- b.
Mạch ứng dụng 1 6. Khảo sát đặc tính 1 b. Mạch ứng dụng 2 4 Bài 4: Một số dạng cảm biến công 20 10 8 2 nghiệp 1. Cảm biến dạng quang 3 2.
Cảm biến dạng dung 2 3. Cảm biến dạng từ 2 4. Một số loại cảm biến khác 3 5. Bài tập thực hành 5.
Cảm biến dạng quang 5. Cảm biến quang 1,5 dạng thu phát chung a. Cảm biến quang dạng thu phát riêng 1,5 a. Cảm biến quang dạng phản xạ gương 1 a.
Cảm biến dạng dung 1 a. Cảm biến dạng từ 1 a. Một số loại cảm biến khác 5. Cảm biến cửa 1 a.
Cảm biến sợ quang a. Đấu nối Cộng 60 30 26 4 * Ghi chú : Thời gian kiểm tra được tích hợp giữa lý thuyết với thực hành được tính vào giờ thực hành -7- BÀI 1 KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ CÁC BỘ CẢM BIẾN GIỚI THIỆU Các bộ cảm biến được sử dụng nhiều trong các lĩnh vực kinh tế và kỹ thuật, các bộ cảm biến đặc biệt rất nhạy cảm được sử dụng trong các thí nghiệm, các lĩnh vực nghiên cứu khoa học. Trong lĩnh vực tự động hoá người ta sử dụng các sensor bình thường cũng như đặc biệt. Cảm biến có rất nhiều loại, rất đa dạng và phong phú, do nhiều hãng sản xuất, giúp con người nhận biết các quá trình làm việc tự động của máy móc hoặc trong tự động hoá công nghiệp.
MỤC TIÊU BÀI HỌC Sau khi học xong bài này học viên có đủ khả năng : - Phát biểu được khái niệm về các bộ cảm biến - Trình bày được các ứng dụng và phương pháp phân loại các bộ cảm biến - Rèn luyện tính tư duy và tác phong công nghiệp 1. Khái niệm cơ bản về các bộ cảm biến: * Khái niệm: Cảm biến là thiết bị dùng để cảm nhận và biến đổi các đại lượng vật lý và các đại lượng không có tính chất về điện cần đo thành các đại lượng mang tính chất về điện có thể đo và xử lý được Các đại lượng cần đo (m) thường không có tính chất về điện như nhiệt độ,áp suất,…tác động lên cảm biến cho ta một đặc trưng (s) mang tính chất điện như điện áp, điện tích,dòng điện hoặc trở kháng chứa đựng thông tin cho phép xác định giá trị của đại lượng đo. Đặc trưng (s) là hàm của đại lượng cần đo (m) : s = f(m) (1) Người ta gọi (s) là đại lượng đầu ra hoặc là phản ứng của cảm biến,(m) là đại lượng đầu vào hay kích thích(có nguồn gốc là đại lượng cần đo). Thông qua đo đạc (s) cho phép nhận biết giá trị (m).
* Các đặc trưng cơ bản của cảm biến : - Độ nhạy của cảm biến Đối với cảm biến tuyến tính,giữa biến thiên đầu ra s và biến thiên đầu vào m có sự liên hệ tuyến tính: s = S. m (2) s Đại lượng S được xác định bởi biểu thức S (3) được gọi là độ nhạy của cảm biến. m - Sai số và độ chính xác Các bộ cảm biến cũng như các dụng cụ đo lường khác, ngoài đại lượng cần đo (cảm nhận) còn chịu tác động của nhiều đại lượng vật lý khác gây nên sai số giữa giá trị đo được và giá trị thực của đại lượng cần đo. Gọi x là độ lệch tuyệt đối giữa giá trị đo và giá trị thực x (sai số tuyệt đối), sai số tương đối của bộ cảm biến được tính bằng : -8- x .100 ,[%] (4) x Sai số của cảm biến mang tính chất ước tính bởi vì không thể biết chính xác giá trị thực của đại lượng cần đo.
- Độ nhanh và thời gian hồi đáp Độ nhanh là đặc trưng của cảm biến cho phép đánh giá khả năng theo kịp về thời gian của đại lượng đầu ra khi đại lượng đầu vào biến thiên. Thời gian hồi đáp là đại lượng được sử dụng để xác định giá trị số của độ nhanh. Độ nhanh t r là khoảng thời gian từ khi đại lượng đo thay đổi đột ngột đến khi khi biến thiên của đại lượng đầu ra chỉ còn khác giá trị cuối cùng một lượng giới hạn tính bằng %. Thời gian hồi đáp tương ứng với (%) xác định khoảng thời gian cần thiết phải chờ đợi sau khi có sự biến thiên đại lượng đo để lấy giá trị của đầu ra với độ chính xác định trước.
thời gian hồi đáp đặc trưng cho chế độ quá độ của cảm biến và là hàm của các thông số thời gian xác định chế độ này. Trong trường hợp sự thay đổi của đại lượng đo có dạng bậc thang, các thông số thời gian gồm thời gian trễ khi tăng (t dm ) và thời gian tăng (t m ) ứng với sự tăng đột ngột của đại lượng đo hoặc thời gian trễ khi giảm (t dc ) và thời gian giảm (t c ) ứng vơi sự giảm đột ngột của đại lượng đo. Khoảng thời gian trễ khi tăng (t dm ) là thời gian cần thiết để đại lượng đầu ra tăng từ giá trị ban đầu của nó đến 10% của biến thiên tổng cộng của đại lượng này và khoảng thời gian tăng (t m ) là thời gian cần thiết để đại lượng đầu ra tăng từ 10% đến 90% biến thiên tổng cộng của nó. Tương tự khi đại lượng đo giảm, thời gian trễ khi giảm (t dc ) là thời gian cần thiết để đại lượng đầu ra giảm từ giá trị ban đầu của nó đến 10% biến thiên tổng cộng của đại lượng này và khoảng thời gian giảm (t c ) là thời gian cần thiết để đại lượng đầu ra giảm từ 10% đến 90% biến thiên tổng cộng của nó.
Các thông số về thời gian (t r ) ,(t dm ) ,(t m ) ,(t dc ) ,(t c ) của cảm biến cho phép ta đánh giá về thời gian hồi đáp của nó. -9- Hình 1 Xác định các khoảng thời gian đặc trưng cho chế độ quá độ 2. Phạm vi sử dụng của cảm biến Ngày nay các bộ cảm biến được sử dụng nhiều trong các ngành kinh tế và kỹ thuật như trong các ngành công nghiệp, nông nghiệp, giao thông vận tải,….Các bộ cảm biến đặc biệt rất nhạy được sử dụng trong các thí nghiệm và trong nghiên cứu khoa học. Trong lĩnh vực tự động hóa, các bộ cảm biến được sử dụng nhiều nhất với nhiều loại khác nhau kể cả các bộ cảm biến bình thường cũng như đặc biệt.