Cảm biến công nghiệp

Cảm biến công nghiệp

Cảm biến công nghiệp. Cảm biến công nghiệp là gì? Khái niệm ? Phân loại ? Và các đặt trưng cơ bản là gì? Qua bài viết này sẽ giúp các bạn hiểu thêm về cảm biến trong công nghiệp.

1.Khái niệm

Cảm biến là thiết bị dùng để cảm nhận biến đổi các đại lượng vật lý và các đại lượng không có tính chất 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 điện ( như nhiệt độ, áp suất,..) tác động lên cảm biến cho ta một đặc trưng (s) mang tính chất điện ( như điện tích, điện áp, 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) 

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 đạt (s) cho phép nhận biết giá trị của (m).

2.Phân loại cảm biến

Các bộ cảm biến được phân loại theo các đặc trưng cơ bản sau đây:

  • Theo nguyên lý chuyển đổi giữa đáp ứng và kích thích
Phân loại cảm biến công nghiệp
Phân loại cảm biến công nghiệp
  • Phân loại theo dạng kích thích
Phân loại cảm biến công nghiệp
Phân loại cảm biến công nghiệp
  • Theo tính năng của bộ cảm biến
Phân loại cảm biến công nghiệp
Phân loại cảm biến công nghiệp
  • Phân loại theo phạm vi sử dụng
Phân loại cảm biến công nghiệp
Phân loại cảm biến công nghiệp
  • Phân loại theo thông số của mô hinh mạch thay thế:

Cảm biến tích cực có đầu ra là nguồn áp hoặc nguồn dòng.

Cảm biến thụ động được đặc trưng bằng các thông số R, L, C,M… tuyến tính hoặc phi tuyến.

3.Đường công chuẩn của cảm biến

Đường công chuẩn của cảm biến là đường cong biểu diễn sự phụ thuộc của đại lượng điện (s) ở đầu ra của cảm biến vào giá trị của đại lượng đo (m) ở đầu vào.

Đường cong chuẩn có thể biểu diễn bằng biểu thức đại số dưới dạng s=F(m), hoặc bằng đồ thị.

Hình cong chuẩn cảm biến
Hình cong chuẩn cảm biến

a) Dạng đường cong chuẩn

b) Đường cong chuẩn của cảm biến tuyến tính

Dựa vào đường cong chuẩn của cảm biến, ta có thể xác định giá trị m(i) chưa biết của m thông qua giá trị đo được S(i) của S.

Để dễ sử dụng, người ta thường chế tạo cảm biến có sự phụ thuộc tuyến tính giữa đại lượng đầu ra và đại lượng đầu vào, phương trình s=F(m) có dạng s = am+b với a,b là các hệ số, khi đó đường cong chuẩn là đường thẳng (hình b).

4.Phương pháp chuẩn cảm biến

Chuẩn cảm biến là phép đo nhằm mục đích xác lập mối quan hệ giữa giá trị s đo được của đại lượng điện ở đầu ra và giá trị m của đại lượng đo có tính đến các yếu tố ảnh hưởng, trên cơ sở đó xây dựng đường cong chuẩn dưới dạng tường minh ( đồ thị hoặc biểu thức đại số). Khi chuẩn cảm biến, với một loạt giá trị đã biết chính xác m(i) của m, đo giá trị tương ứng S(i) của S và dựng đường cong chuẩn.

Hinh

  • Chuẩn đơn giản

Trong trường hợp đại lượng đo chỉ có một đại lượng vật lsy duy nhất tác động lên một đại lượng đo xác đinh và cảm biến sử dụng không nhạy với tác động của các đại lượng ảnh hưởng, người ta dùng phương pháp chuẩn đơn giản. Thực chất của chuẩn đơn giản là đo các giá trị của đại lượng đầu ra ứng với các giá xác định không đổi của đại lượng đo ở đầu vào. Việc chuẩn được tiến hành theo hai cách:

Chuẩn trực tiếp: các giá trị khác nhau của đại lượng đo lấy từ các mẫu chuẩn hoặc các phần tử so sánh có giá trị biết trước với độ chính xác cao.

Chuẩn gián tiếp: kết hợp cảm biến cần chuẩn với một cảm biến so sánh đã có sẵn đường cong chuẩn, cả hai được đặt trong cùng điều kiện làm việc. Khi tác động lên hai cảm biến với cùng một giá trị của đại lượng đo ta nhận được giá trị tương ứng của cảm biến so sánh và cảm biến cần chuẩn. Lặp lại tương tự với các giá trị khác của đại lượng đo cho phép ta xây dựng được đường cong chuẩn của cảm biến cần chuẩn.

  • Chuẩn nhiều lần

Khi cảm biến có phần tử bị trễ (trễ cơ hoặc trễ từ), giá trị đo được ở đầu ra phụ thuộc không những vào giá trị tức thời của đại lượng cần đo vào mà còn phụ thuộc vào giá trị trước đó của đại lượng này. Trong trường hợp như vậy, người ta áp dụng phương pháp chuẩn nhiều lần và tiến hành như sau:

  • Đặt lại điểm 0 của cảm biến: đại lượng cần đo và đại lượng đầu ra có giá trị tương ứng với điểm gốc, m=0 và s=0.
  • Đo giá trị đầu ra theo một loạt giá trị tăng dần đến giá trị cực đại của đại lượng đo ở đầu vào.
  • Lặp lại quá trình đo với các giá trị giảm dần từ giá trị cực đại.

Khi chuẩn nhiều lần cho phép xác định đường cong chuẩn theo cả hai hướng đo tăng dần và đó giảm dần.

5.Các đặc trưng cơ bản

  1. Độ nhạy của cảm biến

Đối với cảm biến tuyến tính, giữa biến thiên đầu ra Δs và biến thiên đầu vào Δm có sự liên hệ tuyến tính:  Δs = S.Δm

Đại lượng S xác định bới biểu thức:

Công thức tính độ nhạy cảm biến
Độ nhạy cảm biến

 

 

 

 

=> Được gọi là độ nhạy cảm biến. 

Trường hợp tổng quát, biểu thức xác định độ nhạy S của cảm biến xung quanh giá trị mi của đại lượng đo xác định bởi tỷ số giữa biến thiên Δs của đại lượng đầu ra và biến thiên Δm tương ứng của đại lượng đo ở đầu vào quanh giá trị đó:

Công thức đo độ chính xác cảm biến
Công thức đo độ chính xác cảm biến

Để phép đo đặt độ chính xác cao, khi thiết kế và sử dụng cảm biến cần làm sao cho độ nhạy S của nó không đổi, nghĩa là ít phụ thuộc nhất vào các yếu tố sau:

  • Giá trị của đại lượng cần đo m và tần số thay đổi của nó
  • Thời gian sử dụng
  • Ảnh hưởng của các đại lượng vật lý khác ( không phải là đại lượng đo) của môi trường xung quanh

Thông thường nhà sản xuất cung cấp giá trị của độ nhạy S tương ứng với những điều kiện làm việc nhất định của cảm biến.

Độ nhạy trong chế độ tĩnh và tỷ số chuyển đổi tĩnh và tỷ số chuyển đổi tĩnh 

Đường chuẩn cảm biến, xây dựng trên cơ sở đo các giá trị si ở đầu ra tương ứng với các giá trị không đổi mi của đại lượng đo khi đại lượng này đạt đến chế độ làm việc danh định được gọi la đặc trưng tĩnh của cảm biến. Một điểm Qi (mi, si) trên đặc trưng tĩnh xác định một điểm làm việc của cảm biến ở chế độ tĩnh.

Trong chế độ tĩnh, độ nhạy S xác định theo công thức trên, chính là tốc độ đốc của đặc trưng tĩnh ở điểm làm việc đàng xét. Như vậy, nếu đặc trưng tĩnh không phải là tuyến tính thì độ nhạy trong chế độ tĩnh phụ thuộc điểm làm việc.

Đại lượng r(i) xác định bởi tỷ số giữa giá trị s(i) ở đầu ra và giá trị m(i) ở đầu vào được gọi là tỷ số chuyển đổi tĩnh:

Độ nhạy cảm biến chế độ tĩnh
Độ nhạy cảm biến chế độ tĩnh

Từ công thức ta nhận thấy tỷ số chuyển đổi tĩnh r(i) không phụ thuộc vào điểm làm việc Qi và chỉ bằng S khi đặc trưng tĩnh là đường thẳng đi qua gốc tọa độ.

Bài viết mang tính chất chia sẽ, hi vọng có thể giúp các bạn trong quá trình học tập và nghiên cứu.

Xem thêm: Cảm biến nhiệt độ 

Xem thêm: Cảm biến áp suất

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *

ZALO Chat