Đặc trưng cảm biến

Công thức tính độ nhạy cảm biến

Đặc trưng cảm biến. Để biết được các đặc trưng cơ bản của cảm biến như thế nào? Công thức tính các đặc trưng độ nhạy ra sao, mời các bạn theo dõi bài viết sau đây.

Các đặc trưng cơ bản

1.Độ nhạy của cảm biến – Đặc trưng 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.

2.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.

3. Độ nhạy trong chế độ động – Đặc trưng cảm biến 

Độ nhạy trong chế độ động được xác định khi đại lượng đo biến thiên tuần hoàn theo thời gian.

Giả sử biến thiên của đại lượng đo theo m theo thời gian có dạng:

m=(t) = m(o) + m(i)cosωt

Trong đó m(0) là giá trị không đổi, m(i) là biên độ và ω tần số góc của biến thiên đại lượng đo.

Ở đầu ra của cảm biến, hồi đáp s có dạng:

s(t) = s(o) + S(i)cos(ωt + φ)

Trong đó:

– S(o) là giá trị không đổi tương ứng với m(o) xác định làm việc Q(o) trên đường cong chuẩn ở chế độ tĩnh.

-S(1) là biên độ biến thiên ở đầu ra do thành phần biến thiên của đại lượng đo gây nên.

-φ là độ lệch pha giữa đại lượng đầu vào và đại lượng đầu ra.

Trong chế độ động, độ nhạy S của cảm biến được xác định bởi tỉ số giữa biên độ của biến thiên đầu ra s(i) và biên độ của biến thiên đầu vào m(1) ứng với điểm làm việc được xét Q(0) theo công thức:

Công thức tính độ nhạy cảm biến
Công thức tính độ nhạy cảm biến

Độ nhạy trong chế độ động phụ thuộc vào tấn số đại lượng đo, S=S(f). Sự biến thiên của độ nhạy theo tần số có nguồn gốc là do quán tính cơ, nhiệt hoặc điện của đầu đo, tức là của cảm biến và các thiết bị phụ trợ, chúng không thể cung cấp tức thời tín hiệu điện theo kịp biến thiên của đại lượng đo. Bởi vậy khi xét sự hồi đáp có phụ thuộc vào tần số cần phải xem xét sơ đồ mạch đo của cảm biến một cách tổng thể.

4. Độ tuyến tính – Đặc trưng cảm biến 

Một cảm biến được gọi là tuyến tính trong một dải đo xác định nếu trong dải chế độ đó, độ nhạy không phụ thuộc vào đại lượng đo.

Trong chế độ tĩnh, độ tuyến tính chính là sự không phụ thuộc của độ nhạy của cảm biến vào giá trị của đại lượng đo, thể hiện bởi các đoạn thằng trên đặc trưng tĩnh của cảm biến và hoạt động của cảm biến là tuyến tính chừng nào đại lượng đo còn nằm trong vùng này.

Trong chế độ động, độ tuyến tính bao gồm sự không phụ thuộc của độ nhạy ở chế độ tĩnh S(0) vào đại lượng đo, đồng thời các thông số quyết định sự hồi đáp (như tần số riêng F(0) của dao động không tắt, hệ số tắt dần ξ cũng không phụ thuộc vào đại lượng đo.

Neeud cảm biến không tuyến tính, người ta đưa vào mạch đo các thiết bị hiểu chỉnh sao cho tín hiệu điện nhận được ở đầu ta tỉ lệ với sự thay đôi của đai lượng đo ở đầu vào. Sự hiểu chỉnh đó được gọi là sự tuyến tính hóa.

Đường thẳng tốt nhất 

Khi chuẩn cảm biến, từ kết quả thực nghiệm ta nhận được một loạt điểm tương ứng(s(i), m(i)) của đại lượng đầu ra và đại lương đầu vào. Về mặt lý thuyết, đối với các cảm biến tuyến tính, đường cong chuẩn là một đường thẳng. Tuy nhiên, do sai số khi đo, các điểm chuẩn(m(i), s(i)) nhận được bằng thực nghiệm thường không nằm trên cùng một đường thẳng.

Đường thẳng được xây dựng trên cơ sở các số liệu thực nghiệm sao cho sai số là bé nhất, biểu diễn sự tuyến tính của cảm biến được gọi là đường thẳng tốt nhất. Phương trình biểu diễn đường thẳng tốt nhất được lập bằng phương pháp binhg phương bé nhất. Giả sử khi chuẩn cảm biến ta tiến hành với N điểm đo, phương trình có dạng:

S=am+b

Trong đó:

Công thức tính độ nhạy cảm biến
Công thức tính độ nhạy cảm biến

5.Độ lệch tuyến tính – Đặc trưng cảm biến 

Đối với các cảm biến không hoàn toàn tuyến tính, người ta đưa ra khái niệm độ lệch tuyến tính, xác định bởi độ lệch cực đại giữa đường cong chuẩn và đường thẳng tốt nhất, tính bằng % trong dải đo.

Bài viết mang tính chất chia sẽ, cảm ơn các bạn đã lựa chọn và bỏ thời gian ra xem bài viết của mình. Hy vọng có thể giúp các bạn trong quá trình học tập và nghiên cứu.

Trả lời

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

ZALO Chat