Bài giảng Kỹ thuật cảm biến - Chương 1: Khái niệm chung về cảm biến - Đào Đức Thịnh

Đào Đức Thịnh - BM Kỹ thuật đo và THCN
Kỹ thuật cảm biến
Khái niệm chung về cảm biến
Đào Đức Thịnh - BM Kỹ thuật đo và THCN
Mở đầu- Vai trò của cảm biến
trong ĐL và ĐK
z Cảm biến đóng vai trò quan trọng trong hệ
thống đo lường và ĐK hiện đại.
z Nó quyết định việc có thể ĐK tự động hay 
TĐH các qua trình hay không.
z Nó quyết định độ chính xác và chất lượng
của hệ thống.
Đào Đức Thịnh - BM Kỹ thuật đo và THCN
Mở đầu - Khả năng phát triển
z Gần như có các cảm biến cho hầu hết các
đại lượng vật lý .
z Vi điện tử hoá.
z Áp dụng công nghệ mới và vật liệu mới.
z Giảm kích thức và trọng lượng.
z Nâng cao tính năng, độ chính xác
z Thông minh hoá cảm biến
Đào Đức Thịnh - BM Kỹ thuật đo và THCN
Mở đầu – Nghiên cứu cảm
biến
z Ứng dụng cảm biến trong ĐL và ĐK.
z Mạch đo và xử lý tín hiệu.
z Các tính năng đo lường của CB.
z Thông minh hoá cảm biến.
z Phù hợp CB với các đối tượng đo.
Đào Đức Thịnh - BM Kỹ thuật đo và THCN
Khái niệm chung
z Transducer: Biến đổi tín hiệu vật lý từ dạng
này sang một dạng khác.
z Đại lượng vật lý đó có thể là điện hay không điện.
z Giữa đầu vào và ra có các đặc trưng đo lường.
Đào Đức Thịnh - BM Kỹ thuật đo và THCN
Khái niệm chung
z Sensor: Là một bộ chuyển đổi đo lường với
đầu vào là các đại lượng không điện - đầu ra
là các đại lượng mang tính chất điện.
z Actuator: Ngược với CB.
Đào Đức Thịnh - BM Kỹ thuật đo và THCN
Khái niệm chung
z Mô hình của một thiết bị đo đơn giản.
Đào Đức Thịnh - BM Kỹ thuật đo và THCN
Khái niệm chung
Phân loại CB: Tuỳ theo từng tiêu chí ta có thể
phân loại CB như sau
Đào Đức Thịnh - BM Kỹ thuật đo và THCN
Khái niệm chung
z Theo nguyên lý hoạt động:
z Điện trở
z Điện từ
z Tĩnh điện
z Nhiệt điện
z Điện tử và ion
z Quang điện
z Quang từ
z 
Đào Đức Thịnh - BM Kỹ thuật đo và THCN
Khái niệm chung
z Theo dạng kích thích: quang, cơ học, âm 
z Theo đại lượng đầu vào: Tốc độ, di chuyển, 
nhiệt độ
z Theo tính năng.
z Theo ứng dụng.
Đào Đức Thịnh - BM Kỹ thuật đo và THCN
Đặc tính tĩnh
z Khoảng đo (Span/Full Scal/Range):
z Ngưỡng nhậy: Khi X thay đổi một lượng
thì không có Y ở đầu ra thì là ngưỡng nhậy
minmax XXDx −=
xx ε≤∆
xε
Đào Đức Thịnh - BM Kỹ thuật đo và THCN
Đặc tính tĩnh
z Khả năng phân ly/độ phân giải:
z Với thiết bị tương tự: 
z Với thiết bị số: 
Đào Đức Thịnh - BM Kỹ thuật đo và THCN
Đặc tính tĩnh
z Độ nhạy: Y=F(X,a,b.c..)
Đào Đức Thịnh - BM Kỹ thuật đo và THCN
Đặc tính tĩnh
z Chuẩn định cảm biến (calibration):
Đặc tính của cảm biến thường được xác
định bằng thực nghiệm.
Đào Đức Thịnh - BM Kỹ thuật đo và THCN
Đặc tính tĩnh
z Độ trễ của cảm biến:
Đào Đức Thịnh - BM Kỹ thuật đo và THCN
Đặc tính tĩnh
z Tính lặp lại: thời gian ngắn, thời gian dài
Đào Đức Thịnh - BM Kỹ thuật đo và THCN
Đặc tính tĩnh
Đào Đức Thịnh - BM Kỹ thuật đo và THCN
Đặc tính tĩnh
z Hệ số phi tuyến: 
Đào Đức Thịnh - BM Kỹ thuật đo và THCN
Đặc tính tĩnh
z Độ chính xác/sai số của cảm biến:
z Sai số tuyệt đối
z Sai số tương đối.
Đào Đức Thịnh - BM Kỹ thuật đo và THCN
Đặc tính tĩnh
z Sai số hệ thống: 
z Do nguyên lý, cấu trúc và công nghệ chế tạo.
z Trôi điểm Zero.
z Do biến đổi của qua trình đo.
z Do thay đổi của thiết bị.
z Do người vận hành.
Lỗi này có thể hiệu chỉnh băng cách bù.
Đào Đức Thịnh - BM Kỹ thuật đo và THCN
Đặc tính tĩnh
z Lỗi ngẫu nhiên: Do các hiện tượng ngẫu
nhiên mà ta không biết trước được.
Đào Đức Thịnh - BM Kỹ thuật đo và THCN
Đặc tính tĩnh
Đào Đức Thịnh - BM Kỹ thuật đo và THCN
Đặc tính tĩnh
z Tính đơn trị: 1 giá trị vào chỉ có một giá trị ra.
z Khả năng thay thế.
z Mức độ tác động ngược.
z Kích thước khối lượng của CB.
Đào Đức Thịnh - BM Kỹ thuật đo và THCN
Đặc tính động
z Cảm biến phải đáp ứng được với đầu vào
biến đổi ở các dạng khác nhau.
z Đáp ứng động thể hiện năng lượng trữ ở
trong CB như: quán tính, khả năng lưu trữ.
Đào Đức Thịnh - BM Kỹ thuật đo và THCN
Đặc tính động
z Một vài kiển kích thích:
Đào Đức Thịnh - BM Kỹ thuật đo và THCN
Đặc tính động
z Mô hình đáp ứng động biểu diễn bằng PT 
tuyến tính:
z Thông thường người ta xem xét các bậc
1,2,3.
Đào Đức Thịnh - BM Kỹ thuật đo và THCN
Đặc tính động
z Khi xem xét đặc tính động người ta xem xét
một số đáp ứng sau:
z Quá trình quá độ.
z Đáp ứng xung.
z Đáp ứng tần.
Đào Đức Thịnh - BM Kỹ thuật đo và THCN
Vật liệu chế tạo CB
z Vật liệu điện: dẫn điện, cách điện, bán dẫn.
z Vật liệu từ.
z Các vật liệu khác.