Giáo trình Kỹ thuật: mô đun kỹ thuật cảm biến ngành điện tử công nghiệp

Tìm hiểu giáo trình mô đun kỹ thuật cảm biến ngành điện tử công nghiệp với kiến thức chuyên sâu, ứng dụng thực tế và phương pháp học hiệu quả.

• Tác giả: Thạc Sĩ Nguyễn Cao Cường
• Trường học: Trường Cao Đẳng Bình Phước
• Chuyên ngành: Điện Tử Công Nghiệp
• Đề tài: Mô Đun Kỹ Thuật Cảm Biến
• Loại tài liệu: Giáo Trình
• Năm xuất bản: 2023
• Địa điểm: Bình Phước

Tóm tắt

I. Khái Niệm Cơ Bản Về Mô Đun Kỹ Thuật Cảm Biến

Mô đun kỹ thuật cảm biến là một chương trình đào tạo chuyên ngành thiết yếu trong ngành Điện tử công nghiệp ở trình độ Cao đẳng. Đây là mô đun được biên soạn tại Trường Cao đẳng Bình Phước, nhằm cung cấp kiến thức lý thuyết và kỹ năng thực hành toàn diện về các loại cảm biến điện tử. Mô đun này được bố trí dạy sau các môn học cơ bản như linh kiện điện tử, đo lường điện tử và kỹ thuật xung-số, có thể học song song với các môn chuyên ngành khác như máy điện và điện tử công suất. Nội dung được thiết kế gắn liền với nhu cầu thực tế trong sản xuất công nghiệp, đảm bảo tính ứng dụng cao cho sinh viên kỹ sư điện tử.

1.1. Định Nghĩa Và Chức Năng Của Cảm Biến

Cảm biến là các thiết bị điện tử chuyên dụng có khả năng phát hiện, nhận biết và chuyển đổi các đại lượng vật lý (nhiệt độ, áp suất, khoảng cách) thành tín hiệu điện. Chúng đóng vai trò then chốt trong các hệ thống tự động hóa công nghiệp hiện đại, giúp theo dõi và điều khiển các quá trình sản xuất. Các loại cảm biến khác nhau được sử dụng tùy theo ứng dụng cụ thể.

1.2. Vị Trí Và Vai Trò Trong Chương Trình Đào Tạo

Mô đun kỹ thuật cảm biến là mô đun chuyên ngành bắt buộc trong chương trình đào tạo Điện tử công nghiệp. Nó cung cấp nền tảng kiến thức về các nguyên tắc hoạt động cảm biến, giúp sinh viên hiểu sâu về cách các thiết bị này phát hiện và xử lý thông tin từ môi trường. Kiến thức này là điều kiện tiên quyết để học các mô đun cao hơn về hệ thống tự động hóa.

II. Các Loại Cảm Biến Chính Trong Giáo Trình

Giáo trình mô đun kỹ thuật cảm biến bao gồm sáu bài chính, mỗi bài tập trung vào một loại cảm biến điện tử khác nhau. Cảm biến nhiệt độ bao gồm nhiệt điện trở Platin, Niken, vật liệu Silic và các IC cảm biến. Cảm biến tiệm cận được chia thành loại điện cảm và điện dung, có khả năng xác định vị trí và khoảng cách mà không tiếp xúc vật thể. Ngoài ra, giáo trình còn đề cập đến cảm biến đo lưu lượng, cảm biến đo vận tốc vòng quay, cảm biến đo góc quay và cảm biến quang điện. Mỗi loại cảm biến được cung cấp với kiến thức lý thuyết chi tiết cùng bài thực hành tương ứng để sinh viên có thể áp dụng vào thực tế.

2.1. Cảm Biến Nhiệt Độ Và Ứng Dụng

Cảm biến nhiệt độ là các thiết bị được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp để đo và kiểm soát nhiệt độ. Các loại bao gồm nhiệt điện trở Pt100, Pt1000, NTC, PTC và IC cảm biến ADT70, LM35. Mỗi loại có đặc tính riêng, phù hợp với các ứng dụng khác nhau từ đo lường tinh xác đến điều khiển tự động.

2.2. Cảm Biến Vị Trí Khoảng Cách Và Cảm Biến Quang

Cảm biến tiệm cận điện cảm và cảm biến tiệm cận điện dung được sử dụng để phát hiện vị trí và khoảng cách của vật thể. Cảm biến quang điện hoạt động dựa trên nguyên tắc phát/thu ánh sáng, gồm ba loại: phát thu độc lập, phản xạ gương và phản xạ khuếch tán. Các cảm biến này có ứng dụng rộng rãi trong các hệ thống tự động hóa.

III. Nội Dung Lý Thuyết Và Thực Hành Trong Mô Đun

Giáo trình mô đun kỹ thuật cảm biến được thiết kế theo phương pháp kết hợp giữa lý thuyết và thực hành. Mỗi bài học bao gồm phần lý thuyết chi tiết về nguyên tắc hoạt động cảm biến, đặc tính kỹ thuật và ứng dụng thực tế. Phần thực hành gồm các bài tập động hands-on với các loại cảm biến điện tử thực tế như Pt100, LM35, cảm biến tiệm cận, cảm biến quang và các thiết bị đo lưu lượng. Nội dung được cập nhật liên tục để phù hợp với sự phát triển của công nghệ hiện đại, đảm bảo sinh viên tiếp cận được kiến thức mới nhất trong ngành điện tử công nghiệp.

3.1. Cấu Trúc Các Bài Học Và Yêu Cầu Đánh Giá

Mỗi bài học trong mô đun kỹ thuật cảm biến được cấu trúc rõ ràng với mục tiêu học tập cụ thể, nội dung lý thuyết và các bài thực hành tương ứng. Kết thúc mỗi bài, sinh viên phải đạt được các yêu cầu về đánh giá kết quả học tập, bao gồm kiểm tra kiến thức lý thuyết và kỹ năng thực hành với các cảm biến điện tử thực tế.

3.2. Phương Pháp Giảng Dạy Và Ứng Dụng Thực Tế

Giáo trình sử dụng phương pháp giảng dạy kết hợp, trong đó nội dung lý thuyết được gắn liền trực tiếp với các ứng dụng thực tế trong sản xuất công nghiệp. Sinh viên sẽ thực hành với các thiết bị thực tế, học cách lắp đặt, cấu hình và vận hành các loại cảm biến khác nhau, giúp họ sẵn sàng cho các vị trí công việc trong lĩnh vực điện tử công nghiệp.

IV. Tầm Quan Trọng Và Triển Vọng Của Mô Đun Kỹ Thuật Cảm Biến

Mô đun kỹ thuật cảm biến đóng vai trò quan trọng trong đào tạo những kỹ sư điện tử công nghiệp chất lượng cao. Với sự phát triển nhanh chóng của công nghiệp 4.0 và tự động hóa, nhu cầu về các chuyên gia hiểu biết sâu về cảm biến điện tử ngày càng tăng. Các kỹ năng thu được từ mô đun này sẽ giúp sinh viên có thể làm việc hiệu quả trong các lĩnh vực như kiểm soát chất lượng sản phẩm, hệ thống giám sát môi trường, điều khiển quá trình sản xuất và nhiều ứng dụng công nghệ cao khác. Giáo trình được biên soạn với mục tiêu không chỉ cung cấp kiến thức mà còn phát triển năng lực thực hành của sinh viên, chuẩn bị họ sẵn sàng cho thế giới công việc ngành điện tử công nghiệp.

4.1. Ứng Dụng Của Cảm Biến Trong Công Nghiệp 4.0

Cảm biến là thành phần cốt lõi của các hệ thống tự động hóa trong công nghiệp 4.0. Chúng được sử dụng để thu thập dữ liệu từ các quy trình sản xuất, giúp hệ thống đưa ra những quyết định điều khiển chính xác và kịp thời. Kiến thức về kỹ thuật cảm biến là nền tảng để hiểu được cách hoạt động của các hệ thống IoT và xử lý dữ liệu công nghiệp hiện đại.

4.2. Hướng Phát Triển Và Cập Nhật Giáo Trình

Giáo trình được thiết kế có tính linh hoạt để có thể cập nhật các kiến thức mới. Tuỳ theo yêu cầu và sự phát triển của khoa học công nghệ, các trường có thể điều chỉnh thời gian và bổ sung những nội dung mới về cảm biến tiên tiến. Điều này đảm bảo rằng sinh viên luôn tiếp cận được những công nghệ mới nhất trong lĩnh vực điện tử công nghiệp.

Trích đoạn nội dung tài liệu

UBND TỈNH BÌNH PHƯỚC TRƯỜNG CAO ĐẲNG BÌNH PHƯỚC GIÁO TRÌNH MÔ ĐUN: KỸ THUẬT CẢM BIẾN NGÀNH: ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP TRÌNH ĐỘ : CAO ĐẲNG Ban hành kèm theo Quyết định số: /QĐ-CĐBP ngày tháng năm 2023 của Hiệu trưởng trường Cao đẳng Bình Phước Bình Phước, năm 2023 (Lưu hành nội bộ) TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN LỜI GIỚI THIỆU Để thực hiện biên soạn giáo trình đào tạo ngành Điện tử công nghiệp ở trình độ Cao Đẳng, giáo trình Cảm biến là một trong những giáo trình mô đun đào tạo chuyên ngành. Khi biên soạn, nhóm biên soạn 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 với nhu cầu thực tế trong sản xuất đồng thời có tính thực tiễn cao. Nội dung của giáo trình bao gồm các bài sau: Bài 1: Các khái niệm cơ bản về bộ cảm biến Bài 2: Cảm biến nhiệt độ Bài 3: Cảm biến tiệm cận và một số loại cảm biến xác định vị trí và khoảng cách khác Bài 4: Phương pháp đo lưu lượng Bài 5: Đo vận tốc vòng quay và góc quay Bài 6: Cảm biến quang điện Trong quá trình sử dụng giáo trình, tuỳ theo yêu cầu cũng như khoa học và công nghệ phát triển có thể điều chỉnh thời gian và bổ sung những kiến thức mới cho phù hợp. Tuy nhiên, tuy theo điều kiện cơ sở vật chất và trang thiết bị, các trường có thề sử dụng cho phù hợp.

Mặc dù đã cố gắng tổ chức 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 nhóm biên soạn sẽ hiệu chỉnh hoàn thiện hơn. Các ý kiến đóng góp xin gửi về Trường Cao đẳng Bình Phước. Bình Phước, ngày tháng năm 2023 Tham gia biên soạn 1.

Chủ biên ThS. Nguyễn Cao Cường 2. Nguyễn Thị Đào 1 MỤC LỤC LỜI GIỚI THIỆU.2 MÔ ĐUN KỸ THUẬT CẢM BIẾN. 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:.10 YÊU CẦU VỀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ HỌC TẬP BÀI 1. CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ.

Nhiệt độ cần đo và nhiệt độ được đo. Nhiệt điện trở Platin và Niken. Điện trở kim loại thay đổi theo nhiệt độ. Nhiệt điện trở Platin.

Nhiệt điện trở Niken. Cảm biến nhiệt độ với vật liệu Silic. IC cảm biến nhiệt độ. Nhiệt điện trở NTC.

Nhiệt điện trở PTC. Thực hành với cảm biến nhiệt độ Platin Pt 100, Pt1000 và ADT70. Thực hành với cảm biến LM35. Thực hành với cảm biến nhiệt điện trở NTC.

Thực hành với cảm biến nhiệt điện trở PTC.37 YÊU CẦU VỀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ HỌC TẬP BÀI 2. CẢM BIẾN TIỆM CẬN.40 VÀ CÁC LOẠI CẢM BIẾN XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ, KHOẢNG CÁCH. Cảm biến tiệm cận (Proximity Sensor). Cảm biến tiệm cận điện cảm (Inductive Proximity Sensor).

Cảm biến tiệm cận điện dung (Capacitive Proximity Sensor). Một số loại cảm biến xác định vị trí, khoảng cách khác. Xác định vị trí và khoảng cách dùng biến trở (Resistance Transducer 52 2. Xác định vị trí khoảng cách bằng tự cảm (Inductance Transducers).

Xác định vị trí khoảng cách bằng cảm biến điện dung (Capacitance Transducers ). Cảm biến từ. Cảm biến phân loại màu. Thực hành với cảm biến tiệm cận điện cảm.

Thực hành với cảm biến tiệm cận điện dung. Thực hành với cảm biến từ. Thực hành với cảm phân loại màu. PHƯƠNG PHÁP ĐO LƯU LƯỢNG.

Phương pháp đo lưu lượng theo nguyên tắc chênh lệch áp suất. Phương pháp đo lưu lượng bằng tần số dòng xoáy. Nguyên tắc hoạt động. Các ưu, nhược điểm của phương pháp đo lưu lượng dùng nguyên tắc tần số dòng xoáy.

Một số ứng dụng của cảm biến đo lưu lượng dùng nguyên tắc tần số dòng xoáy. Thực hành với cảm biến đo lưu lượng. Ghi nhận các thông số của cảm biến. Thiết lập các thông số cho cảm biến.81 YÊU CẦU VỀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ HỌC TẬP BÀI 4.

ĐO VẬN TỐC VÒNG QUAY VÀ GÓC QUAY. Một số phương pháp đo vận tốc vòng quay cơ bản. Đo vận tốc vòng quay bằng phương pháp Analog. Đo vận tốc vòng quay bằng phương pháp quang điện tử.

Đo vận tốc vòng quay với nguyên tắc điện trở từ. Cảm biến đo góc với tổ hợp có điện trở từ. Thực hành đo góc với encoder tương đối và tuyệt đối. Thực hành với cảm biến đo vòng quay.1 Cảm biến KMI15/1.2 Cảm biến đo vòng quay KMI16/1.3 Thực hành với cảm biến đo góc KM110BH/2430, KM110BH/2470.

100 YÊU CẦU VỀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ HỌC TẬP BÀI 5. CẢM BIẾN QUANG ĐIỆN. Tính chất ánh sáng. Các loại nguồn sáng.

Các cảm biến quang. Một số cảm biến quang thông dụng. Cảm biến quang loại thu phát độc lập. Cảm biến quang loại phản xạ gương.

Cảm biến quang loại phản xạ khuếch tán. Một số ứng dụng của cảm biến quang điện. Thực hành với cảm biến quang. Thực hành với cảm biến quang loại phát thu độc lập.

Thực hành với cảm biến quang loại gương phản xạ. Thực hành với cảm biến quang loại phản xạ khuếch tán.123 YÊU CẦU VỀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ HỌC TẬP BÀI 6.124 TÀI LIỆU THAM KHẢO………………………………….125 4 GIÁO TRÌNH MÔ ĐUN KỸ THUẬT CẢM BIẾN 1. Tên mô đun: KỸ THUẬT CẢM BIẾN 2. Vị trí, ý nghĩa, vai trò của môđun: 3.

Vị trí:: Mô đun được bố trí dạy sau các môn học cơ bản như linh kiện điện tử, 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, Vi mạch tương tự. Tính chất: Là mô đun chuyên ngành 3. Ý nghĩa và vai trò của mô đun: Là mô đun kỹ thuật chuyên môn thuộc mô đun đào tạo chuyên ngành bắt buộc Mô đun Kỹ thuật cảm biến là một mô đun chuyên môn của học viên ngành Điện tử công nghiệp. Mô đun này nhằm trang bị cho học viên các trường cao đẳng nghề, trung cấp nghề và các trung tâm dạy nghề những kiến thức về nguyên lý, cấu tạo, các mạch ứng dụng trong thực tế của các loại cảm biến … với các kiến thức này học viên có thể áp dụng trực tiếp vào lĩnh vực sản xuất cũng như đời sống.

Ngoài ra các kiến thức này dùng làm phương tiện để học tiếp các môn chuyên môn của nghề Điện tử công nghiệp như PLC, Điều khiển điện-khí nén,…. Mục tiêu của môđun: Sau khi học xong mô đun này học viên có năng lực 4. 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 4. 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 4.

Năng lực tự chủ và trách nhiệm: + Sử dụng tiết kiệm năng lượng và nguyên vật liệu + Rèn luyện tính tỉ mỉ, cẩn thận, tác phong công nghiệp cho học sinh, sinh viên 5. Nội dung chính của môđun : 5. Chương trình khung 5 Thời gian (giờ) Trong đó Thực hành/ STT Tên môn học Số thực tập/thí Thi/ Tổng Lý tín nghiệm/bài Kiểm số thuyết chỉ tập/thảo tra luận 6 I Môn chung MH1.C Giáo dục Chính trị 4 75 41 29 5 MH2.C Pháp luật 2 30 18 10 2 MH3.C Giáo dục thể chất 2 60 5 51 4 Giáo dục quốc phòng MH4.C 4 75 36 35 4 - An ninh MH5.C Tin học 3 75 15 58 2 MH6.C Tiếng anh 5 120 42 72 6 II Các môn học, mô đun chuyên môn Mô đun, Môn học II.CĐT Kỹ năng mềm 2 30 9 20 1 MH8.CĐT An toàn lao động 2 30 14 15 1 MH9.CĐT Điện kỹ thuật 2 45 20 22 3 MH10.CĐT Đo lường điện tử 2 45 12 30 3 MĐ12.CĐT Điện tử tương tự 2 45 12 30 3 MĐ13.CĐT Kỹ thuật cảm biến 4 100 30 64 6 MĐ16.CĐT Trang bị điện 2 60 18 40 2 Thiết kế mạch bằng MĐ17.2 Môn học, mô đun chuyên môn MĐ18.CĐT Linh kiện điện tử 2 60 18 40 2 Chế tạo mạch in và 2 MĐ19.CĐT hàn linh kiện 45 14 29 2 MĐ20.CĐT Mạch điện tử cơ bản 4 100 30 64 6 MĐ21.CĐT Điện tử công suất 4 100 30 64 6 MĐ22.CĐT Kỹ thuật xung số 4 90 27 60 3 MĐ23.CĐT Điện tử nâng cao 4 90 27 60 3 MĐ26.CĐT Vi điều khiển 4 100 30 66 4 MĐ27.CĐT Vi mạch số lập trình 2 60 18 40 2 MĐ28.CĐT PLC nâng cao 4 100 36 60 4 7 Thực tập tốt nghiệp 4 MĐ29.3 Môn học, mô đun tự chọn ( Đã chọn) Điều khiển điện khí 4 100 MĐ30.CĐT nén 30 66 4 Điều khiển lập trình 4 90 MĐ31.CĐT Rô bốt công nghiệp 4 100 30 66 4 Xử lý lỗi Simatic 4 100 MĐ33.CĐT S7300 30 65 5 Mạng truyền thông 4 MĐ34.CĐT công nghiệp 100 30 66 4 Tổng cộng 107 2635 784 1738 113 5. Chương trình chi tiết mô đun Thời gian SỐ TT Tên các bài trong mô đun Tổng Lý Thực Kiểm số thuyết hành tra* 1 Các khái niệm cơ bản về bộ 2 2 0 0 cảm biến 2 Cảm biến nhiệt độ 26 6 19 1 Cảm biến tiệm cận và một số 24 8 15 1 3 loại cảm biến xác định vị trí và khoảng cách khác 4 Phương pháp đo lưu lượng 12 4 8 Đo vận tốc vòng quay và góc 5 16 4 10 2 quay 6 Cảm biến quang điện 20 6 12 2 Cộng 100 30 64 6 8 BÀI 1 KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ CÁC BỘ CẢM BIẾN Mã bài: MĐ 15.CĐT-01 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:  Về kiến thức: - 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  Về năng lực tự chủ và trách nhiệm - Rèn luyện tính tư duy và tác phong công nghiệp 1.