1 TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ ĐỒNG THÁP KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ GIÁO TRÌNH MÔN HỌC: KỸ THUẬT CẢM BIẾN NGÀNH, NGHỀ: CNKT ĐI N, ĐI N T TRÌNH ĐỘ: CAO ĐẲNG/TRUNG CẤP (Ban hành kèm theo Quyết định Số: /QĐ-CĐNĐT ngày… tháng…năm 2018 của Hiệu trưởng Trường Cao đẳng nghề Đồng Tháp) Đồng Tháp, năm 2018 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. 1 LỜI GIỚI THIỆU Để thực hiện biên soạn bài giảng đào tạo nghề Điện tử công nghiệp, công nghệ kỹ thuật điện tử ở trình độ Cao Đẳng Nghề và Trung Cấp Nghề, bài giảng “kỹ thuật cảm biến” là một trong những mô đun đào tạo chuyên ngành được biên soạn theo nội dung chương trình khung. Khi biên soạn, tác giả đã cố gắng cập nhật những kiến thức mới có liên quan đến nội dung chương trình đào tạo và phù hợp với mục tiêu đào tạo.
Nội dung lý thuyết và thực hành được biên soạn gắn liền nguyên lý cơ sở với nhu cầu thực tế trong sản xuất đồng thời có tính thực tiển cao. Nội dung bài giảng được biên soạn với thời gian đào tạo ba tín chỉ gồm: tám bài. Bài 1: Đặc tính của cảm biến Bài 2: Mạch xử lý ngõ ra cảm biến Bài 3: Cảm biến nhiệt Bài 4: Cảm biến quang Bài 5: Cảm biến tiệm cận – Cảm biến đo khoảng cách Bài 6: Cảm biến áp suất và khối lượng Bài 7: Cảm biến độ ẩm và cảm biến từ Bài 8: Cảm biến đo vận tốc vòng quay và góc quay. Chân thành cảm ơn! Tất cả thành viên trong hội đồng thẩm định phản biện, đã đóng góp và điều chỉnh nội dung GIÁO TRÌNH được hoàn chỉnh.
Mặc dù đã cố gắng biên soạn để đáp ứng được mục tiêu đào tạo nhưng không tránh được những khiếm khuyết. Rất mong nhận được đóng góp ý kiến của các thầy, cô giáo, bạn đọc để bài gia hoàn thiện hơn. Các ý kiến đóng góp xin gửi về Trường Cao đẳng cộng đồng Đồng Tháp, cơ sở 1, số 2, Trần Phú, P.3, TP Sa Đéc, Đồng Tháp. Sa đéc, ngày tháng năm 2018 Biên soạn Nguyễn Thành Nhơn GT-KTCB-MĐ16 2 MỤC LỤC TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN LỜI GIỚI THI U.
2 GIÁO TRÌNH KỸ THUẬT CẢM BIẾN. Error! Bookmark not defined. Đặc tính của cảm biến. Cảm biến nhiệt.
Nhiệt điện trở (thermistors). Cảm biến nhiệt bán dẫn (Tiếp giáp bán dẫn P-N). Cảm biến quang (photosensors). LED (Light Emitting Diode) và Phototransistors.
Cảm biến vòng quay (Rotary sensors). Bộ mã hóa vòng quay (rotary encoder) loại từ. Bộ mã hóa vòng quay loại quang. Cảm biến rung (Vibration sensors).
Cảm biến siêu âm (ultrasonic sensors). Cảm biến rung (Vibration sensors). Cảm biến khí (Gas sensors). Cảm biến độ ẩm (Humidity Sensors).
Cảm biến áp suât (Pressure Sensors). Cảm biến trọng lượng (Weight sensors). Cảm biến tiệm cận (Proximity Sensors). Cảm biến HALL (Hall Sensors).
Cảm biến công tắc. Mạch xử lý ngõ ra cảm biến. Mạch thuật toán OP-AM. Mạch khuếch đại Op-Amp.
Bù ngõ ra DC. Khuếch đại vi sai (mạch trừ). Mạch so sánh điện áp. Mạch lặp lại điện áp.
Bộ chuyển đổi A/D và D/A. Bộ chuyển đổi tương tự sang số (A/D). Bộ chuyển đổi số sang tương tự (D/A). cảm biến nhiệt.
Thực hành cảm biến nhiệt trở RTD. Thực nghiệm với cảm biến nhiệt Pt 100. Thực nghiệm với cảm biến nhiệt điện trở NTC. Thực nghiệm với cảm biến nhiệt điện trở PTC (positive temperature coefficient) 34 2.
Thực hành cảm biến cặp nhiệt (TC). Thực hành cảm biến nhiệt độ với vật liệu silic. Cài đặt bộ điều khiển nhiệt độ. cảm biến quang.
Cảm biến quang. Thực hành bộ cảm biến quang. Một số ứng dụng của cảm biến quang điện. Cài đặt cảm biến quang.
cảm biến tiệm cận – Cảm biến đo khoảng cách. Cảm biến tiệm cận điện cảm:. Cảm biến tiệm cận điện dung. Các bài thực hành ứng dụng các loại cảm biến tiệm cận.
Thực hành với cảm biến tiệm cận điện cảm. Thực hành với cảm biến tiệm cận điện dung. Thực hành với cảm biến siêu âm. Cảm Biến Áp Suất Và Cảm Biến Khối Lượng.
Cảm biến áp suất. Cảm biến khối lượng:. Cảm biến độ ẩm và cảm biến từ. Cảm biến độ ẩm.
cảm biến từ. Cảm biến đo vận tốc vòng quay và góc quay. Đo tốc độ vòng quay và xác định hướng. Xác định vị trí góc và số vòng quay trong 1 phút (RPM).
90 Tài liệu cần tham khảo. 96 GT-KTCB-MĐ16 5 Bài 1. ĐẶC TÍNH CỦA CẢM BIẾN M m un: MĐ 16-1 Giới thiệu Cảm biến là thiết bị dùng để cảm nhận biến đổi các đại lượng vật lý và các đại lượng không có tính chất về điện cần đo thành các đại lượng 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 - Sai số và độ chính xác - Độ nhanh và thời gian hồi đáp Một số loại cảm biến được sử dụng trong công nghiệp: Cảm biến nhiệt; cảm biến quang; Cảm biến quay; Cảm biến rung; Cảm biến khí gas; Cảm biến độ ẩm; Cảm biến áp suât; Cảm biến trọng lượng; Cảm biến tiệm cận; cảm biến HALL; Cảm biến công tắc,. Mục tiêu: - Kiến thức: + Phân tích, giải thích đặc tính kỹ thuật cho các loại cảm biến - Kỹ năng + Nhận dạng các loại cảm biến trong công nghiệp + Xác định các thông số đặc trưng cho các bộ cảm biến trong công nghiệp - Về năng lực tự chủ và trách nhiệm: + Rèn luyện tính an toàn, tỷ mỉ, cẩn thận, nghiêm túc, thẩm mỹ, vệ sinh công nghiệp, hình thành tư duy khoa học phát triển năng lực làm việc theo nhóm + Rèn luyện tính chính xác khoa học và tác phong công nghiệp Nội dung: 1.
Cảm biến nhiệt 1. Cặp nhiệt < Cơ sở lý thuyết> Cặp nhiệt điện là một cặp dây dẫn không giống nhau nối với nhau tại hai điểm. Khi nhiệt độ tại hai mối nối thay đổi thì giá trị điện áp cũng sẽ thay đổi đươc tính theo đơn vị (mV), sức điện động được sinh ra tại 2 mối nối do hiệu ứng nhiệt điện. GT-KTCB-MĐ16 6 Cấu trúc điển hình và khái niệm về những tác động nhiệt của một cặp nhiệt điện được thể hiện trong hình 1.1 Cấu trúc cặp nhiệt <Đặc iểm> Kích cỡ nhỏ; Tầm đo: -100oC <1400oC; Độ nhạy thấp (khoảng 41 μV/ºC) và tương đối tuyến tính <Sử dụng> Chủ yếu là trong các ứng dụng công nghiệp 1.
Nhiệt iện trở (thermistors) < Cơ sở lý thuyết> Nhiệt điện trở (hay Thermistor) là loại điện trở có trở kháng của nó thay đổi một cách rõ rệt dưới tác dụng nhiệt, hơn hẳn so với các loại điện trở thông thường. Từ thermistor được kết hợp bởi từ thermal (nhiệt) và resistor (điện trở). Có hai loại thermistors tùy thuộc vào hướng thay đổi điện trở suất là: NTC và PTC NTC ( negative temperature coefficient): Loại khi nhiệt độ tăng thì trở kháng lại giảm, gọi loại này là nhiệt điện trở âm. PTC (positive temperature coefficient): Loại khi nhiệt độ tăng thì trở kháng tăng, gọi là nhiệt điện trở dương.
Sự phụ thuộc nhiệt độ của điện trở phần tử thermistor NTC có thể biểu diễn theo công thức: : Điện trở phần tử thermistor NTC ở nhiệt độ T R0: Điện trở thermistor NTC ở nhiệt độ dẫn xuất T0 B: Hằng số nhiệt điện trở T: Nhiệt độ thermistor (K) T0 : Nhiệt độ ban đầu thermistor (K) Từ phương trình trên, hệ số nhiệt độ điện trở được định nghĩa là: GT-KTCB-MĐ16 7 Cần lưu ý điện trở tỷ lệ nghịch với bình phương của nhiệt độ. <Đặc iểm> Các đường cong đặc tính của các thermistor NTC và PTC được thể hiện trong hình 1.2 Đặc tuyến của thermistor NTC và PTC Hình 1.3 Đường đặc tính cảm biến nhiệt độ ZNI 1000 Bảng Các giá trị cơ bản tính bằng Ω để đo điện trở Pt 100 theo DIN / IEC 751 C Ω °C Ω °C Ω °C Ω °C Ω °C Ω -200 18,49 0 100,00 200 175,84 400 247,04 600 313,59 -190 22,80 10 103,90 210 179,51 410 250,48 610 316,80 800 375,51 -180 27,08 20 107,79 220 183,17 420 253,90 620 319,99 810 378,48 -170 31,32 30 111,67 230 186,82 430 257,32 630 323,18 820 381,45 -160 35,53 40 115,54 240 190,45 440 260,72 640 326,35 830 384,40 -150 39,71 50 119,40 250 194,07 450 264,11 650 329,51 840 387,34 -140 43,87 60 123,24 260 197,69 460 267,49 660 332,66 850 390,26 -130 48,00 70 127,07 270 201,29 470 270,86 670 335,79 GT-KTCB-MĐ16 8 -120 52,11 80 130,89 280 204,88 480 274,22 680 338,92 -110 56,19 90 134,70 290 208,45 490 277,56 690 342,03 -100 60,25 100 138,50 300 212,02 500 280,90 700 345,13 - 90 64,30 110 142,29 310 215,57 510 284,22 710 348,22 - 80 68,33 120 146,06 320 219,12 520 287,53 720 351,30 - 70 72,33 130 149,82 330 222,65 530 290,83 730 354,37 - 60 76,33 140 153,58 340 226,17 540 294,11 740 357,42 - 50 80,31 150 157,31 350 229,67 550 297,39 750 360,47 - 40 84,27 160 161,04 360 233,17 560 300,65 760 363,50 - 30 88,22 170 164,76 370 236,65 570 303,91 770 366,52 - 20 92,16 180 168,46 380 240,13 580 307,15 780 369,53 - 10 96,09 190 172,16 390 243,59 590 310,38 790 372,52 Ưu điểm: Rất nhạy đối với thay đổi nhỏ nhiệt độ Độ chính xác cao (±0.020C); Ổn định; tin cậy.