1 Mục lục Mục lục 1 Chơng 1 cảm biến, vai trò v tính chất 2 1.1. Định nghĩa 2 1.2. Những đại lợng đợc cảm biến chuyển đổi qua lại 4 1.3. Những biểu thức cơ sở của cảm biến. 6 1.3.1. Đại lợng vào bất biến theo thời gian - Đặc tuyến tĩnh 6 1.3.2. Đại lợng vào biến đổi theo thời gian - đặc tuyến động 10 1.4. Những nguyên nhân chính gây sai số của cảm biến: 15 1.4.1 Tóm tắt những định nghĩa quan trọng về sai số 15 1.4.2 Những nguyên nhân chính gây sai số và biện pháp khắc phục. 17 1.5. Những đặc trng cơ sở của cảm biến 28 1.6. Những vấn đề cần tiếp tục nghiên cứu đối với cảm biến. 33 Chơng 2 cảm biến điện trở 35 2.1 Cảm biến điện và cảm biến điện trở 35 2.2 Cảm biến điện trở tiếp xúc 36 2.3. Cảm biến điện trở tiếp xúc trợt 40 2.3.1 Nguyên lý cấu tạo 40 2.3.2. Những số liệu đặc trng của cảm biến điện trở tiếp xúc trợt 42 2.3.3. Những u nhợc điểm của cảm biến điện trở tiếp xúc trợt 47 2.3.4. Chiết áp tạo dạng hàm 47 2.4. Cảm biến điện trở tiếp xúc thuỷ ngân 56 2.4.1 Nguyên lý cấu tạo 56 2.4.2 . Các số liệu đặc trng và u nhợc điểm 58 2.4.3 Tạo đặc tuyến phi tuyến gần đúng 58 2.5. Cảm biến điện trở phụ thuộc áp suất 59 2.5.1 Nguyên lý cấu tạo, hoạt động 59 2.5.2 Cảm biến điện trở quá độ 59 2.5.3 Cảm biến điện trở áp điện 62 Ti liệu tham khảo 70 2 Chơng 1 cảm biến, vai trò v tính chất 1.1. Định nghĩa Nh chúng ta đã biết, không có lĩnh vực khoa học kỹ thuật nào lại vắng bóng vai trò của đo lờng. Đo lờng đã giúp cho con ngời nắm bắt đợc đối tợng cần nghiên cứu. Thông qua đo lờng có thể quan sát đợc đặc tính và định lợng đợc tham số của đối tợng để rồi đề xuất ra các chân lý sử dụng đối tợng phục vụ cho con ngời. Có thể nói, không có đo lờng thì không thể phát triển đợc khoa học kỹ thuật và công nghệ. Vì trong quá trình giải quyết các nhiệm vụ đo cụ thể ta cần phải xác định đợc số đo của đại lợng cần đo, đo đó một vấn đề đợc đặt ra là: số đo của những đại lợng nào mà ta có thể xác định đợc một cách trực tiếp bẵng những giác quan của mình? Rõ ràng giác quan của con ngời sẽ bất lực khi phải xác định số đo của ngay chính các đại lợng gần gũi hàng ngày nh: cờng độ dòng điện, áp suất không khí, nhiệt độ môi trờng, khối lợng, độ chiếu sáng vv Bằng giác quan của mình, con ngời chỉ có thể cảm nhận và xác định đợc một cách trực tiếp - bằng con đờng chuẩn so sánh - số đo của các đại lợng: độ dài và góc. Các mẫu chuẩn (êtalon) sẽ làm cơ sở so sánh để xác định các số đo của những đại lợng này. Đối với mọi đại lợng khác, muốn đo, cần phải đợc chuyển đổi. Vấn đề là ở chỗ, bằng cách nào đó phải chuyển đổi những đại lợng vật lý cần đo cuối cùng thành những tín hiệu có thể cảm nhận đợc bằng trực giác. Trong trờng hợp cụ thể nào đó, việc chuyển đổi phải đợc thực hiện nối tiếp nhau suốt cả quá trình. Song thông thờng, để tiện lợi cho việc đo đạc chúng ta cần phải chuyển đổi các đại lợng cần đo thành những con số cảm nhận đợc bằng trực giác. Nhằm vào mục đích này, có thể chia các hệ thống đo thành hai nhóm chính: 1. Nếu ta chuyển đổi các đại lợng cần đo cuối cùng thành độ dài hoặc góc tỉ lệ với những số đo của chúng, khi đó hệ thống đo là hệ thống tơng tự. Ví dụ, để đo nhiệt độ trong phòng ta phải xem chiều cao của cột thuỷ ngân, bằng việc xác định góc quay của đồng hồ ta có thể đo đợc cờng độ dòng điện. 2. Nếu các đại lợng cần đo cuối cùng đ ợc chuyển đổi thành các con số biểu thị số đo, khi ấy hệ thống đo là hệ thống số. Ví dụ, ta thờng dùng cân để đo khối lợng, khi cân ở vị trí cân bằng, tổng trị số ghi ở các quả cân (đối Comment [S1]: 3 trọng) chính là khối lợng của đối tợng cần đo. Để đo thời gian ta chỉ việc đếm số xung của máy phát tần số chuẩn có tần số đã xác định. Ngời ta quen gọi tất cả những công cụ (thiết bị, dụng cụ, phần tử) dùng để chuyển đổi các đại lợng vật lý là những cảm biến tín hiệu (thờng đợc gọi tắt là cảm biến) với chuyển đổi có thể là tơng tự, có thể là số. Bao hàm trong khái niệm của cảm biến tín hiệu có hai tên gọi quen thuộc khác nhau đó là bộ đổi tín hiệu và cảm biến đo. Bộ đổi tín hiệu là những cảm biến tín hiệu làm nhiệm vụ chuyển đổi qua lại các đại lợng vật lý có cùng thứ nguyên. Ví dụ, đổi tần, đổi áp (biến áp), khuếch đại, kích thuỷ lực, bánh răng truyền động. v. v Cảm biến đo là các bộ cảm biến hoặc chuyển đổi tín hiệu làm nhiệm vụ chuyển đổi các đại lợng vật lý cần đo mà phần tử cốt lõi của nó là phần tử chuyển đổi. Nói một cách khác, cảm biến đo là những cảm biến có quan hệ trực tiếp với đại lợng cần đo. Đại lợng vật lý đợc cảm biến chuyển đổi gọi là đại lợng vào. Đại lợng vật lý đã đợc cảm biến chuyển đổi từ đại lợng vào gọi là đại lợng ra. Nh vậy đại lợng vào cảm biến đo chính là đại lợng vật lý cần đo. Sơ đồ khối của cảm biến đợc thể hiện trên hình 1.1. Chiều của mũi tên chỉ hớng đi của tín hiệu, các đại lọng vào, ra đợc ký hiệu bằng x và y Hình 1.1 Sơ đồ khối của cảm biến tín hiệu Ta gọi đại lợng ra của cảm biến đo là lợng thông tin hay là số liệu đã thu thập đợc từ đại lợng cần đo. Lợng thông tin này sẽ đợc gia công và xử lý tiếp tục theo ý muốn bằng hệ thống đo gồm những thiết bị định sẵn. Vì cảm biến đo (cảm biến tín hiệu nói chung) có mối liên hệ trực tiếp với đại lợng cần đo, do đó trong kỹ thuật đo lờng việc khảo sát cảm biến là một trong những vấn đề cơ bản và không thể thiếu đợc. Việc khảo sát các cảm biến đo (cảm biến nói chung) đợc tiến hành theo những bớc chính sau đây: Bớc 1: Cảm biến chuyển đổi qua lại những đại lợng nào? Đại lợng vào Cảm biến Đại lợng ra 4 Bớc 2: Cảm biến thực hiện chuyển đổi tuân theo những biểu thức toán học (quy luật) nào ? Bớc 3: Khi làm việc, cảm biến bị những can nhiễu nào tác động và mức độ của chúng ra sao? Ta sẽ lần lợt bàn luận kỹ về những quan điểm khảo sát này. 1.2. Những đại lợng đợc cảm biến chuyển đổi qua lại Số lợng cực kỳ lớn của những đại lợng vật lý cần đo và có thể đo đợc đòi hỏi phải hệ thống hoá các cảm biến đo. Việc hệ thống hoá có thể dựa theo đại lợng vào và đại lợng ra. Các đại lợng vào bao trùm tất cả mọi lĩnh vực vât lý, hoá học và lý hoá. Đại lợng vào có thể là: 1. Đại lợng cơ học bao gồm: Độ dài (độ dịch chuyển - độ lệch), góc (độ lệch góc), tốc độ, gia tốc, lực v.v 2. Đại lợng quang bao gồm: Cờng độ sáng, màu sắc 3. Đại lợng điện và từ bao gồm: Cờng độ, điện áp, từ thông, pha (góc pha) 4. Đại lợng nhiệt động bao gồm: Nhiệt độ, áp suất, mật độ khí 5. Đại lợng lý hoá và hoá bao gồm: Độ liên kết chất lỏng, độ ẩm, khả năng ôxy hoá và khử , v.v Và còn rất nhiều đại lợng của những lĩnh vực khoa học khác ta cha thể hoặc cha cần thiết liệt kê hết ra đây. Qua đó ta nhận thấy rằng sẽ không đơn giản, thậm chí rất rắc rối, khi căn cứ vào các đại lợng vào để hệ thống hoá cảm biến. Sự phong phú và đa dạng của các đối tợng cần đo làm mất khả năng hệ thống hoá theo những quan điểm thống nhất. Ngoài ra, nh ta đã hoặc sẽ thấy rằng cùng một công cụ có thể ứng dụng để đo nhiều đại lợng khác nhau trong những hoàn cảnh khác nhau. Vì thế việc phân nhóm theo các đại lợng vào sẽ không tạo đợc khả năng nghiên cứu sâu và thể hiện nhiều mặt của từng cảm biến. Hơn thế nữa, trong thời đại phát triển nh vũ bão của khoa học, công nghệ, chất và lợng của các đại lợng vào cũng liên tục phát triển và mở rộng. ứng với điều đó là càng ngày càng có nhiều đại lợng vật lý, lý hoá với những tính chất mới cần đợc đo. Nói tóm lại, ta hãy loại trừ quan điểm hệ thống hoá cảm biến theo đại lợng vào. 5 Dù ít dù nhiều ta cũng có thể tự do lựa chọn đại lợng ra của cảm biến. Điều đó có nghĩa là để chế tạo các cảm biến ta có thể lợi dụng những hiện tợng vật lý nào đó sao cho chúng có thể chuyển đổi đợc đại lợng cần đo thành đại lợng đã đợc xác định trớc theo ý muốn của chúng ta. Vấn đề đợc đặt ra là tại sao phải xác định trớc khuôn khổ của các đại lợng ra? Bởi vì, nh trên đã đề cập, đại lợng ra của cảm biến chính là đại lợng vào của hệ thống gia công số liệu tiếp theo sau cảm biến. Khuôn khổ của những đại lợng vật lý này đợc hình thành trong quá trình phát triển kỹ thuật, chúng đợc lựa chọn làm các đại lợng vào cho hệ thống gia công số liệu hợp lý nhất, thoả mãn các quan điểm về tính khả thi, tinh tế (độ nhạy, độ ổn định, chính xác ), nhu cầu và kinh tế. Vì đại lợng ra của các cảm biến thông thờng là số liệu nhận đợc từ đại lợng cần đo và tiếp tục đợc gửi đi gia công xử lý, do đó khuôn khổ của các đại lợng ra cần phải đợc nối khớp với hệ thống gia công số liệu đã đợc hình thành sẵn. Nhờ vậy, các cảm biến đợc chế tạo có tín hiệu ra nh nhau có thể ghép nối với các khối gia công xử lý số liệu nh nhau. Bằng việc thay thế các cảm biến tơng thích, có thể sử dụng cùng một hệ thống đo để đo các đại lợng vật lý khác nhau. Từ cách nhìn nhận trên, ta rút ra kết luận là phải hệ thống hoá các cảm biến theo các đại lợng ra. Những đại lợng ra chính và thờng đợc dùng cho các cảm biến đợc liệt kê sau đây: 1. Đại lợng cơ, gồm :Độ dài (độ dịch chuyển, độ lệch) góc (độ dịch chuyển góc, độ lệch góc), tốc độ góc, lực, mô men 2. Đại lợng điện, gồm: Cờng độ, điện áp, tổng trở 3. Đại lợng nhiệt động, gồm: áp suất (khí động và thuỷ lực), nhiệt độ. Ngoài ra, đại lợng ra của cảm biến cũng có thể là số. Nh vậy căn cứ vào đại lợng ra, có thể chia cảm biến ra thành những nhóm chính sau đây: 1. Cảm biến cơ 2. Cảm biến điện 3. Cảm biến khí động và thuỷ lực. 4. Cảm biến nhiệt 5. Cảm biến số . 6 Về cách gọi, tên của cảm biến đợc chia làm hai phần, phần đầu chỉ đại lợng vào và phần sau chỉ đại lợng ra của cảm biến. Ví dụ, đồng hồ đo dòng với phần tử chuyển đổi (cảm biến) là khung dây đặt trong từ trờng. Đại lợng vào của nó là dòng (tín hiệu điện) và đại lợng ra là độ lệch góc (tín hiệu cơ). Vì vậy, cảm biến này đợc gọi là cảm biến điện cơ. Và theo đó sẽ có tên gọi cho các cảm biến khác nh quang điện, nhiệt điện, nhiệt cơ 1.3. Những biểu thức cơ sở của cảm biến. Những biểu thức mô tả sự hoạt động của các cảm biến là những phơng trình, những định luật vật lý, hoá học, và lý hoá. Dạng toán học của những định luật này thông thờng là phơng trình vi phân hoặc hệ phơng trình vi phân, từ đó về mặt nguyên lý có thể xác định đợc sự biến đổi theo thời gian của đại lợng ra ứng với sự thay đổi bất kỳ của đại lợng vào. Khả năng này thờng bị hạn chế bởi những khó khăn của toán học, cho nên trong nhiều trờng hợp nguyên lý vẫn chỉ là nguyên lý. Chúng ta sẽ không bàn đến vấn đề giải các phơng trình vi phân, vì trớc hết đó là nhiệm vụ của toán học và sau đó là vì ta có thể ứng dụng đợc các phơng pháp giải hệ của lĩnh vực kỹ thuật điều khiển vào lĩnh vực đo lờng của chúng ta nhờ tính đồng dạng tơng tự của hai lĩnh vực này. Ta gọi biểu thức giới thiệu và mô tả mối quan hệ giữa các đại lợng vào ra là đặc tuyến. Tất nhiên, cùng một mối quan hệ đó, ở những lĩnh vực kỹ thuật khác có thể mang những tên khác. Khi khảo sát các cảm biến, mối quan hệ trên thờng đợc mang tên đặc tuyến. Cảm biến có hai loại đặc tuyến khác biệt nhau: đặc tuyến tĩnh và đặc tuyến động dựa trên hành vi của đại lợng vào theo thời gian. Sau đây ta sẽ bàn sâu hơn về các loại đặc tuyến này. 1.3.1. Đại lợng vào bất biến theo thời gian - Đặc tuyến tĩnh Nếu đại lợng vào là hằng số theo thời gian, khi ấy ta có thể xác định đợc các giá trị dừng của đại lợng ra ở những giá trị hằng số (theo thời gian) khác nhau của đại lợng vào. Dãy các giá trị này lập thành biểu thức quan hệ giữa các đại lợng vào, ra. Biểu thức đó chính là đặc tuyến tĩnh. Đặc tuyến tĩnh ở hầu hết các cảm biến là hàm số liên tục. Có thể thấy đợc một đặc tuyến tĩnh trên hình 1.2. Ta nhận đợc các giá trị của đại lợng ra y trên trục tung tơng ứng với các đại lợng vào x trên trục hoành. Gọi lợng biến đổi vào là x và lợng biến đổi ra tơng ứng với nó là y, ta tính đợc độ nhạy S bằng công thức: 7 y S = (1.1) x Nếu mối quan hệ vào, ra đã cho dới dạng hàm số y = f(x) thì độ nhạy đợc định nghĩa là đạo hàm của hàm số đó: dy S = (1.2) dx Tóm lại, độ nhạy của cảm biến đợc định nghĩa dựa trên cơ sở của đặc tuyến tĩnh. Hình 1.2. Đặc tuyến tĩnh của cảm biến Nếu đặc tuyến tĩnh đợc cho dới dạng biểu thức hàm, khi ấy có thể tính độ nhạy bằng cách lấy đạo hàm biểu thức đó với điều kiện hàm là khả vi. Ta sẽ tính độ nhạy bằng cách này khi cha biết các giá trị chia nhỏ (các số của số liệu các đại lợng vào, ra) của đặc tuyến. Theo các định nghĩa và ý nghĩa trên ta có thể rút ra hai kết luận quan trọng là: 1. Thông thờng, độ nhạy là hàm số của đại lợng vào (của điểm làm việc). 2. ở các cảm biến đo, độ nhạy thờng mang thứ nguyên, ở các cảm biến là những bộ biến đổi, độ nhạy không có thứ nguyên. Theo các quan điểm khai thác sử dụng và nghiên cứu sản xuất, độ nhạy là một trong những số liệu (chỉ tiêu) quan trọng nhất của cảm biến. Biết đợc y y x x 8 nó ta có thể quyết định dùng cảm biến vào mục đích nào là hợp lý và có hiệu quả nhất. Dựa vào nó có thể so sánh chất lợng của nhiều cảm biến cùng loại, xác định đợc một vài số liệu quan trọng của hệ thống gia công số liệu tiếp theo sau cảm biến (ví dụ nh khuếch đại, lọc ), đánh giá đợc chất lợng đơn chiếc hoặc loạt cảm biến trong quá trình chế thử và sản xuất v.v Cũng cần ghi nhớ rằng, độ nhạy trong kỹ thuật đo lờng còn đợc gọi là hệ số truyền tĩnh. Trong kỹ thuật điều khiển, đây là hệ số không thể thiếu đợc khi tính toán thiết kế mạch điều khiển. Một hệ số quan trọng khác của cảm biến cũng sẽ đợc bàn kỹ đến, đó là hệ số chuyển đổi k, đợc tính bằng thơng giữa lợng biến đổi tơng đối của đại lợng ra và lợng biến đổi tơng đối của đại lợng vào: dy y y y k = = dx x x x Từ ý nghĩa độ nhạy là đạo hàm của đặc tuyến tĩnh (với điều kiện là khả vi) ta suy ra: đặc tuyến tĩnh là tích phân của độ nhạy. Trên cơ sở đó chúng ta hãy làm quen với một vài đặc tuyến thờng gặp và các độ nhạy tơng ứng cuả chúng theo bảng 1.1. Quan sát các đờng cong đặc tuyến tĩnh và độ nhạy, ta có nhận xét sau: 1. Nếu đặc tuyến là hàm tuyến tính y = c. x, khi đó độ nhạy là hằng số S = c. 2. Nếu đặc tuyến là hàm bậc hai y = c.x 2 , khi đó độ nhạy là hàm bậc nhất S = 2c.x, do đó tỷ lệ với đại lợng vào. 3. Nếu đặc tuyến là hàm logarit y = c.lnx, khi đó độ nhạy là hàm hiperbol S = c/x, do đó tỷ lệ nghịch với đại lợng vào. 4. Nếu đặc tuyến là hàm mũ y = c.e -ax , khi đó độ nhạy cũng là hàm mũ S = - c.a.e -ax . 9 Bảng 1.1 Đặc tuyến tĩnh và độ nhạy tơng ứng của cảm biến dy Đặc tuyến tĩnh y = f(x) Độ nhạy S = dx y y = c.x S S = c c x x y y y = c.x 2 S = 2c.x x x c y y = c.lnx S S = x x c 1 x 1 y S y = c.e -ax S = - c.a.e -ax c x x -ca 10 1.3.2. Đại lợng vào biến đổi theo thời gian - đặc tuyến động Trớc hết, ta hãy xét một ví dụ làm sáng tỏ chân lý là khi đại lợng vào của cảm biến là hàm thời gian thì sự biến đổi theo thời gian của các đại lợng vào và sự biến đổi theo thời gian của đại lợng ra, thông thờng sẽ theo các cách thức không trùng nhau. Sự giãn nở ( biến dạng) tuyến tính theo nhiệt độ của vật rắn là hiện tợng vật lý thờng đợc ứng dụng để chế tạo cảm biến đo nhiệt độ. Về thực chất, sự thay đổi độ dài của vật rắn là hàm số của thời gian. Trong trờng hợp này, nhiệt độ sẽ đợc chuyển đổi thành đại lợng cảm nhận trực tiếp đợc bằng giác quan con ngời, đó là độ dài. Vì vậy, cảm biến đợc gọi là cảm biến đo nhiệt cơ. Trên hình 1.3 sẽ biểu hiện rõ nguyên lý của cảm biến này. Một đầu của thanh kim loại đợc gắn cố định, đầu kia đợc gắn kim chỉ thị. Có rất nhiều cách đo độ dài, ta chọn cách giản đơn nhất làm ví dụ cho trờng hợp này. Theo độ dài thay đổi, kim sẽ xê dịch trớc bảng chia độ. Độ chia trên bảng có thể là mm hoặc chuẩn theo nhiệt độ ( o C). Ghi chú: T(t) là nhiệt độ biến đổi theo thời gian; L(t) là chiều dài thanh kim loại thay đổi theo thời gian dới tác dụng của biến đổi nhiệt độ. Hình 1.3. Sơ đồ nguyên lý của cảm biến nhiệt - biến dạng o C T(t ) L(t) [...]... 0 ,1. 1 0-4 (m2) 0 ,1 (m) = 0, 01 1 0-4 m3; Ta tính đợc các số liệu cần thiết cho phép đo là: Trọng lợng của không khí: Gkk = 0 ,1 0, 916 = 0,0 91 kG = 91, 6 G; Gs = 0, 01. 1 0-4 7800 = 0.0078kG = 7,8 G; Trọng lợng của sắt: Trạng thái dừng của nhiệt thể hiện bằng biểu thức: Gkk ckk T1 + Gs cs To = (Gkk ckk + Gs cs ) T2 Từ đó ta tính đợc: 91, 6 0 ,17 2 10 0 + 7,8 0 ,14 25 = 95,5 oC T2 = 91, 6 0 ,17 2 + 7,8 0 ,14 ... trọng lợng tác động: Lo L1 = (1. 14) G A.E Hai là biến đổi chiều cao L2 do thay đổi nhiệt độ gây ra: L2 = Lo T (1. 15) Tổng biến đổi chiều cao L theo nguyên lý xếp chồng là: Lo L = L1 + L2 = G + Lo T (1. 16) A.E Khi tiến hành đo, rõ ràng là để có đợc tổng biến đổi chiều cao L tơng ứng phải có trọng lợng G + G nào đó gây nên, vì vậy: L = Lo Lo (G + G) = A.E G+ A.E Lo G (1. 17) A.E G chính là sai số... Chú ý: Giá trị bằng số của các sai số phải luôn đặt cùng dải đo 1 Sai số tuyệt đối sa : sa = Xđo - Xcx (1. 10) 2 Sai số tơng đối sr: Xđo - Xcx (1. 11) sr = Xcx 3 Sai số đặc tuyến: Đợc thiết lập nh sai số tơng đối sr , và khi đặc tuyến gần tuyến tính thì đợc thiết lập nh sai số tuyến tính st 4 Sai số tuyến tính st: Xđo - Xlt (1. 12) st = Xmax - Xmin Trong các biểu thức trên, Xđo là giá trị đo; Xcx là giá... năng có thể có tốt hơn của hệ đo E Những nguồn gây nhiễu khác Nhiễu điện: Nguồn gây nhiễu mạnh nhất chính là nguồn nhiễu trong các thiết bị điện và điện tử Các nguồn nhiễu này rất đa dạng Chúng có thể là nhiễu điện trở, nhiễu tụ điện do nhiễu điện trở dẫn và nhiễu điện tích của điện tử, nhiễu của cuộn từ (do nhiễu từ hoá) và nhiễu điện trở dây Để đánh giá tính chất của nhiễu, ta thờng sử dụng biểu thức... một bộ biến đổi dòng, có dòng vào là 0,1mA và dòng ra đo đợc là 10 0mA, vậy hệ số chuyển đổi k lúc này chính là hệ số khuếch đại dòng Aa của nó, k = Aa = 10 00 Nên lu ý: Cảm biến có thể là một chuyển đổi đơn giản nhất và cũng có thể là một tổ hợp bao gồm nhiều phần tử chuyển đổi nhỏ tạo thành, vì vậy các đặc trng cho một cảm biến chỉ có thể xác định từ một cảm biến cụ thể Trong thực tế, đối với cảm biến, ... (a) (b) o T1 = 10 0 C 10 0 lít Nhiệt kế sắt T2 = ? oC To = 25oC Hình 1. 10 Khảo sát tác động ngợc của phép đo bằng nhiệt kế sắt Nh vậy, hình 1. 10 (a) thể hiện nhiệt độ trong bình đã biết trớc khi đặt nhiệt kế và hình 1. 10 (b) chỉ rõ sau khi đặt nhiệt kế, nhiệt độ trong bình sẽ giảm Nhiệt độ này là bao nhiêu khi hệ đã ở trạng thái dừng, T2 ? oC Dung tích của bình có thể suy ra bằng 10 0dm3 hoặc 0,1m3; Nhiệt... thức: e - .t Ta gọi khoảng thời gian là hằng số thời gian, vì giá trị này sẽ làm cho giá trị tuyệt đối của số mũ (của biểu thức mũ) bằng một: 14 1 . = 1, = (1. 9) Trong khoảng thời gian đó, giá trị của biểu thức mũ giảm xuống e lần Nhìn vào công thức (1. 9) ta nhận thấyrằng hằng số thời gian chính là số nghịch đảo hệ số nhân của t trong số mũ 1. 4 Những nguyên nhân chính gây sai số của cảm biến: 1. 4 .1 Tóm... môi trờng biến động lớn và nhiễu mạnh 7 Không đợc nhạy với quá tải Vấn đề này gắn bó mật thiết với chất lợng của cảm biến Để bảo đảm điều kiện này, nhất thiết phải gắn chức năng chống quá tải cho cảm biến 8 Tác động ngợc phải bé 9 Kết cấu và công nghệ chế tạo phải đơn giản 10 Theo quan điểm sản xuất, cảm biến có thể đợc chế tạo lặp và loạt 11 Việc thao tác, bảo quản phải gọn nhẹ và dễ dàng 12 Làm thoả... là khi đại lợng vào biến đổi theo bớc nhảy Cần phải luôn chú ý trờng hợp này Sau đây ta tiếp tục xem xét một vài số liệu quan trọng khi đã biết hàm 12 thời gian của đại lợng ra (đáp ứng) với đại lợng vào (kích thích) là bớc nhảy (xem hình 1. 4) x x2 x1 t y y y2 yn y1 Tn t Tđ Hình 1. 4 Biến đổi đại lợng ra của cảm biến ứng với bớc nhảy theo hàm thời gian của đại lợng vào Rõ ràng, biến đổi của đại lợng... loại (hệ số nở nhiệt); T là mức biến đổi nhiệt độ của thanh so với 0oC Thay hàm số thời gian của nhiệt độ thanh (1. 4) vào hàm số thời gian của thanh (1. 5), ta nhận đợc phơng trình: L(t) = Lo (1 + .T2) + .Lo.(T1 - T2).e - .t (1. 6) Hãy xét xem, chiều dài của thanh sẽ là bao nhiêu sau một khoảng thời gian cần thiết (khá lâu) để bớc nhảy nhiệt độ thực hiện đợc hoàn tất Sau 11 khoảng dài thời gian cần thiết . cảm biến. 33 Chơng 2 cảm biến điện trở 35 2 .1 Cảm biến điện và cảm biến điện trở 35 2.2 Cảm biến điện trở tiếp xúc 36 2.3. Cảm biến điện trở tiếp xúc trợt 40 2.3 .1 Nguyên lý cấu tạo 40 2.3.2 Cảm biến điện trở phụ thuộc áp suất 59 2.5 .1 Nguyên lý cấu tạo, hoạt động 59 2.5.2 Cảm biến điện trở quá độ 59 2.5.3 Cảm biến điện trở áp điện 62 Ti liệu tham khảo 70 2 Chơng 1 cảm biến, . 1 Mục lục Mục lục 1 Chơng 1 cảm biến, vai trò v tính chất 2 1. 1. Định nghĩa 2 1. 2. Những đại lợng đợc cảm biến chuyển đổi qua lại 4 1. 3. Những biểu thức cơ sở của cảm biến. 6 1. 3 .1.