Một số dạng cảm biến thường dùng
Một số dạng cảm biến thường dùng
1. Nhiệt điện trở kim loại – Resistance Temperature Dectector:
Nguyên lý: căn cứ vào tính chất thay đổi điện trở suất của kim loại nói chung
Các kim loại nói chung đều có tính chất: Điện trở suất tăng lên khi tăng nhiệt độ. Căn cứ vào tính chất này người ta đã tạo ra các thiết bị đo nhiệt độ sử dụng cảm biến thụ động nhiệt điện trở kim loại.
Cấu tạo: Thường được cấu tạo dưới dạng cuộn dây kim loại như platinum, niken hoặc dây hợp kim niken - đồng.
Cảm biến này có ưu điểm:
Điện trở của nó thay đổi tuyến tính tỷ lệ thuận theo nhiệt độ: Rt = R0(1 + αt) trong đó α là hệ số trở nhiệt.
Cảm biến này có tính ổn định cao, có thể đáp ứng lặp lại trong một khoảng thời gian dài.
Khuyết điểm:
Là cảm biến thụ động, nên không đo và xử lý trực tiếp tín hiệu được.
Có kích thước cồng kềnh.
Hình 1. Điện trở nhiệt
2. Nhiệt điện trở bán dẫn – Thermistor:
Nguyên lý: Căn cứ vào tính chất thay đổi điện trở suất của các chất bán dẫn
Các chất bán dẫn nói chung đều có tính chất: Điện trở suất giảm xuống khi tăng nhiệt độ. Căn cứ vào tính chất này người ta đã tạo ra các thiết bị đo sử dụng cảm biến thụ động nhiệt điện trở bán dẫn.
Cấu tạo: Thường được cấu tạo là các mảnh nhỏ hỗn hợp các oxit kim loại như của clomiun, coban, mange và niken – chất bán dẫn, được thể hiện dưới nhiều hình dạng (hạt, đĩa, trụ).
Ưu điểm:
Kích thước nhỏ, đáp ứng nhanh khi có sự thay đổi nhiệt
Tỷ số thay đổi trở theo nhiệt độ lớn
Khuyết điểm:
Quan hệ điện trở - nhiệt độ của cảm biến là không tuyến tính mà là một hàm mũ Rt = Keβ/t với K và là các hằng số (K là hệ số điện trở vật liệu, β là hệ số năng lượng), nên gây khó khăn cho quá trình xử lý số liệu.
Sau một thời gian làm việc cảm biến loại này bị già hóa, dẫn đến các hệ số đặc trưng bị thay đổi.
3. Cặp nhiệt ngẫu – Thermocuples:
Nguyên lý: Nếu nối hai kim loại với nhau, tại mối nối đó sẽ sinh ra sự chênh điện thế. Cặp nhiệt ngẫu là một mạch qua hai mối nối kim loại như vậy. Khi có sự chênh nhiệt độ giữa hai mối nối (một mối nối dùng để đo nhiệt độ, một mối chuẩn thường được giữ ở 0°C trong phòng thí nghiệm hay một nhiệt độ t1 lớn hơn nhiệt độ môi trường khi đo bên ngoài do vấn đề ổn định nhiệt độ cao sẽ dễ dàng hơn ôn định nhiệt độ thấp) sẽ sinh ra một sức điện động E = at + bt2. Với a, b là các hằng số phụ thuộc kim loại.
Hình 2. Cặp nhiệt ngẫu
Ưu điểm:
Quán tính nhỏ, khoảng đo rộng, sai số không đáng kể
Nhược điểm:
Cần sử dụng các bộ khuếch đại có hệ số khuếch đại lớn và độ nhạy cao do suất điện động nhỏ.
Bảng 1.1. Một số cặp nhiệt ngẫu
|
Kiểu |
Vật liệu |
Toàn thang (0C) |
Độ nhạy (μV/C) |
|
E |
Chromel – constantan |
0 đến 980 |
63 |
|
J |
Sắt – constantan |
-180 đến 760 |
53 |
|
K |
Chromel – alumel |
-180 đến 1260 |
41 |
|
R |
Platin – platin (hoặc 13% rhdium) |
0 đến 1750 |
8 |
|
T |
Đồng – canstantan |
-180 đến 370 |
43 |
Cần ổn định nhiệt độ mối hàn còn lại trong quá trình đo.
Trong thực tế, ngoài ba cách đã nêu để đo nhiệt độ, người ta còn sử dụng thêm một số phương pháp đo khác như đo bằng phổ bức xạ, hay đo năng suất bức xạ… các hệ thống đo này đều là các hệ thống đo không tiếp xúc dựa trên tính chất về mối quan hệ nhiệt – quang để làm và sử dụng các cảm biến quang nhiệt điện.
4. Cảm biến đo vị trí:
Để đo vị trí, người ta dùng các loại cảm biến như sau: Cảm biến phát hiện sự kiện (cảm biến chỉ có hai trạng thái là có – 1, hay không – 0) và cảm biến đo liên tục.
5. Cảm biến phát hiện sự kiện:
Các cảm biến phát hiện sự kiện dùng để đo chuyển vị được sử dụng trong các hệ thống đo thông thường phải kết hợp với một thước chuẩn khác (thước kính, thước từ, …) và một bộ đếm để có thể xác định được giá trị cần đo.
Các cảm biến loại này thông thường được gắn trong hệ thống đo với sơ đồ khối như sau:
Hình 3. Sơ đồ khối cảm biến phát hiện sự kiện
Phương pháp đo này có ưu điểm: không phụ thuộc nhiều vào môi trường, khoảng đo lớn, có thể xây dựng các hệ đo linh hoạt: đo của dụng cụ đo, hay đo trong các thiết bị hiện đại, quan hệ tín hiệu và khoảng đo là tuyến tính không phụ thuộc chiều dài đo.