MÔN HỌC KỸ THUẬT CẢM BIẾN VÀ ĐO LƯỜNG CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ KỸ THUẬT ĐI DÂy

THÍCH MỘT NGƯỜI BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TPHCM TPHCM Tháng 04 2014 MÔN HỌC KỸ THUẬT CẢM BIẾN VÀ ĐO LƯỜNG 15 16 PM NHÓM 7 SV1 MSSV SV2 MSSV SV3 MSSV NỘI DUNG BÁO CÁO SV cần làm rõ các.

Trang 1

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TPHCM

TPHCM Tháng 04 -2014

MÔN HỌC:

KỸ THUẬT CẢM BIẾN VÀ ĐO LƯỜNG

1 5:16 PM

Trang 2

NỘI DUNG BÁO CÁO

Trang 3

PHƯƠNG PHÁP THỰC HIỆN

▪ SV cần làm rõ các nội dung được gợi ý từ các

slide có đề nghị phương pháp thực hiện màu tím

▪ SV tìm hiểu thêm tài liệu và đưa vào nội dung

để là rõ cho các ý của bài.

▪ SV cần tìm các datasheet liên quan các cảm

biến mà mình báo cáo để chỉ dẫn cách sử dụng

▪ SV phải tìm các ứng dụng thức tế (video)

Trang 4

6.1 Khái niệm

6.2 Đặc tính cảm biến nhiệt độ

6.3 Nhiệt điện trở với Platin và Nickel

6.4 Cảm biến nhiệt độ với vật liệu bán dẫn silic 6.5 Kỹ thuật nối dây

Trang 5

▪ Không giống với các đại lượng khác như:

chiều dài, thời gian, Nhiệt độ là đại lượng vật lý không thể đo trực tiếp được, nhưng có thể xác định được thông qua sự thay đổi của các đại lượng phụ thuộc (điện trở, sự giãn nở).

▪ Vì vậy mà nhiệt độ còn có thể gọi là đại

lượng “ảo” Và việc nhân chia, cộng trừ giá trị của đại lượng nhiệt độ là không có ý

Đại lượng nhiệt độ

Phân tích và giải thích

Trang 6

Các đại lượng nhiệt độ cĩ thể xác định dựa vào:

▪ Sự thay đổi trạng thái của chất lỏng Sự

thay đổi chiều dài (hay biến dạng) của vật

thể.

▪ Sự thay đổi điện trở của dây dẫn.

▪ Sự thay đổi áp suất của chất khí (với điều

kiện thể tích là CONST ).

▪ Sự thay đổi màu sắc của bóng đèn dây

Đại lượng nhiệt độ

Trang 7

• Thang đo nhiệt độ tuyệt đối.

• Dạng của hàm F chỉ phụ thuộc vào thang đo nhiệt độ Việc lựa chọn hàm F sẽ quyết định thang đo nhiệt độ Đặt F() = T chúng ta sẽ xác định T như là nhiệt độ nhiệt động học tuyệt đối

và hiệu suất của động cơ nhiệt thuận nghịch sẽ được viết như sau:

Thang đo nhiệt độ

) ( F

= η

Trình bày và giải thích

Trang 8

• Thang Kelvin: Năm 1852, Thomson Kelvin xác định

bằng một độ Kelvin và quan hệ giữa nhiệt độ Celsius

và nhiệt độ Kelvin được xác định bằng biểu thức:

T(0C) = T(0K) – 273,15

Trang 9

• Thang Celsius: T(0C) = T(0K) – 273,15

• Năm 1742 Andreas Celsius là nhà vật lý Thụy Điển đưa ra thang nhiệt độ bách phân Trong thang này

Celsius và Fahrenheit được cho theo biểu thức:

9

5 32

) F (

T )

C (

Trang 10

C (

T 5

9 )

F (

Trang 11

Điện trở kim loại thay đổi theo nhiệt độ

Nhiệt độ Kelvin ( 0 K) Celsius ( 0 C) Fahrenheit ( 0 F)

Điểm 0 tuyệt đối 0 -273,15 -459,67

Trang 12

Nhiệt độ được đo và nhiệt độ cần đo

Nhiệt độ đo được

- Nhiệt độ đo được nhờ một điện trở hay một cặp

nhiệt, chính bằng nhiệt độ của cảm biến và kí hiệu

là TC Nó phụ thuộc vào nhiệt độ môi trường TX và

vào sự trao đổi nhiệt độ trong đó Nhiệm vụ của

người thực nghiệm là làm thế nào để giảm hiệu số

TX – TC xuống nhỏ nhất.

Trang 13

Nhiệt độ đo được

- Có hai biện pháp để giảm sự khác biệt giữa TX và

TC:

+ Tăng trao đổi nhiệt giữa cảm biến và môi

trường đo.

+ Giảm trao đổi nhiệt giữa cảm biến và môi

trường bên ngoài.

Trang 14

Đo nhiệt độ trong lòng vật rắn

- Thông thường cảm biến được trang bị một lớp vỏ bọc bênngoài Để đo nhiệt độ của một vật rắn bằng cảm biến nhiệt

độ, từ bề mặt của vật người ta khoan một lỗ nhỏ đường kínhbằng r và độ sâu bằng L Lỗ này dùng để đưa cảm biến vàosâu trong chất rắn Để tăng độ chính xác của kết quả phảiđảm bảo hai điều kiện:

Trang 15

Đo nhiệt độ trong lòng vật rắn

+ Chiều sâu của lỗ khoan phải bằng hoặc lớn hơn gấp 10 lầnđường kính của nó (L≥ 10r)

+ Giảm trở kháng nhiệt giữa vật rắn và cảm biến bằng cáchgiảm khoảng cách giữa vỏ cảm biến và thành lỗ khoan.khoảng cách giữa vỏ cảm biến và thành lỗ khoan phải đượclấp đầy bằng một vật liệu dẫn nhiệt tốt

Trang 16

Bản chất của dòng điện trong kim loại Thuyết electron về tính dẫn điện của kim loại

Chuyển động của e khi chưa có điện trường ngoài

Trang 17

Bản chất của dòng điện trong kim loại Thuyết electron về tính dẫn điện của kim loại

5:16 PM Chuyển động của e khi có điện trường ngoài 17

- Điện trường do nguồn điện ngoài sinh ra đẩy khí electron trôi ngược chiều điện trường tạo ra dòng điện

E

Quan sát và giải thích

Trang 18

trong khoảng không

gian giữa các ion bên

trong vật thể kim loại

Bản chất của dòng điện trong kim loại

Trang 19

▪ Khi nhiệt độ càng cao → các ion dao động càng mạnh

→ sự mất trật tự càng tăng → vận tốc chuyển động

nhiệt của electron tăng → khả năng va chạm giữa ion

dương với electron càng lớn Chính sự va chạm giữa

electron với các ion dương nằm mất trật tự trong mạng

tinh thể là nguyên nhân gây ra điện trở

→ Vậy điện trở sẽ tăng lên khi nhiệt độ tăng

Bản chất của dòng điện trong kim loại

Trang 21

▪ R(t) = R 0 (1 + A.t + B.t 2 + C.t 3 +…)

▪ R 0 : điện trở được xác định ở một nhiệt độ nhất

định.

▪ t 2 , t 3 : các phần tử được chú ý nhiều hay ít tùy theo

yêu cầu chính xác của phép đo.

▪ A, B, C: các hệ số tùy theo vật liệu kim loại và diễn

tả sự liên hệ giữa nhiệt độ và điện trở một cách rõ

ràng.

Trang 22

Với R 0 là điện trở ở nhiệt độ T 0

F là hàm đặc trưng cho vật liệu và F=1 khi T=T 0 .

Có 3 loại điện trở thường sử dụng hiện nay là: điện trở kim loại, điện trở silic và điện trở chế tạo bằng hỗn hợp các oxit bán dẫn.

( )T R0F(T T0)

R = −

Trang 23

Trang 24

◼ Trường hợp điện trở kim loại, hàm trên có

dạng:

◼ Trong đó T đo bằng °C

◼ T0=0⁰C và A, B, C là các hệ số thực

nghiệm.

◼ Khi độ biến thiên của nhiệt độ nhỏ điện

trở có thể coi như thay đổi theo hàm

tuyến tính:

0 1 AT BT CT R

Trang 25

◼ Với gọi là hệ số nhiệt của điện trở

hay còn gọi là độ nhạy nhiệt ở nhiệt độ T.

◼ Độ nhạy nhiệt phụ thuộc vào vật liệu và nhiệt độ

1

R

R T

Trang 26

Nhiệt điện trở dây quấn

Nhiệt điện trở màng mỏng

Các loại cảm biến nhiệt điện trở kim loại

Trang 27

Nhiệt điện trở Platin

o Có thể chế tạo với độ tinh khiết rất cao (99,999%) do đótăng độ chính xác của các tính chất điện

o Có tính trơ về mặt hoá học và tính ổn định cấu trúc tinhthể cao do đó đảm bảo tính ổn định cao về các đặc tínhdẫn điện trong quá trình sử dụng

Trang 28

Nhiệt điện trở Platin

▪ Platin là vật liệu cho nhiệt điện trở được dùng rộng rãi trong công nghiệp.

▪ Có 2 tiêu chuẩn đối với nhiệt điện trở platin, sự khác nhau giữa chúng nằm ở mức độ tinh khiết của vật liệu.

▪ Ở cả 2 tiêu chuẩn đều sử dụng phương trình

Callendar - Van Dusen:

Trang 29

Ứng dụng với nhiệt điện trở platin

• ADT70 là IC do hãng Analog Devices sản xuất, cung

cấp sự kết hợp lý tưởng với Pt1000, ta sẽ có dải đo nhiệt độ rộng

• Các thông số thiết bị ADT70:

• Sai số: 1 0 C

• Điện áp hoạt động: 5V hoặc 5V

• Nhiệt độ hoạt động: -40 đến 125 0 C (dạng 20-lead

DIP, SO packages)

Trang 30

Sơ đồ khối ADT70

Ứng dụng với nhiệt điện trở platin

Trang 32

Nhiệt điện trở Nickel

▪ Nhiệt điện trở nickel so với platin rẻ tiền hơn và có

hệ số nhiệt độ lớn gần hai lần (6,18.10 -3 0 C -1 ).

▪ Tuy nhiên dải đo chỉ từ -60 0 C đến +250 0 C, vì trên

350 0 C nickel có sự thay đổi về pha.

▪ Cảm biến nickel 100 thường dùng trong công nghiệp điều hòa nhiệt độ phòng:

R(t) = R 0 (1 + A.t +B.t 2 +D.t 4 +F.t 6 )

Trang 33

nhất là luôn luôn không đổi

dấu, không triệt tiêu.

o Có đủ độ bền cơ, hóa ở nhiệt

độ làm việc.

o Dể gia công và có khả năng

ỨNG DỤNG NHIỆT KẾ ĐIỆN TRỞ KIM LOẠI

Trang 34

◼ Vật liệu thường chế tạo bằng Pt và Ni Ngoài

ra còn dùng Cu, W.

2 1

3

2 1

3

ỨNG DỤNG NHIỆT KẾ ĐIỆN TRỞ KIM LOẠI

Trang 35

◼ Có vỏ bọc tốt chống được va chạm mạnh và rung động

tinh hoặc gốm và đặt trong vỏ bảo vệ bằng thép

Cấu tạo điện trở công nghiệp dùng Pt

ỨNG DỤNG NHIỆT KẾ ĐIỆN CÔNG NGHIỆP

Trang 36

◼ Dùng để đo nhiệt độ trên bề mặt của vật rắn.

◼ Được chế tạo bằng phương pháp quang hóa và sử dụng vật liệu làm điện trở là Ni, Fe – Ni, hoặc Pt.

◼ Chiều dày của lớp kim loại cỡ vài μm và kích thước nhiệt kế cỡ 1cm2.

ỨNG DỤNG NHIỆT KẾ ĐIỆN BỀ MẶT

Trang 37

Đặc trưng chính:

◼ Độ nhạy nhiệt:

~5.10-3/0C đối với trường hợp Ni và Fe – Ni

~4.10-3/ đối với trường hợp Pt

Trang 38

• ZMR 500 là thiết bị ổn áp dương tính, được thiết kế

cho những trường hợp dòng tĩnh đặc biệt thấp, đặc biệt lý tưởng cho những trường hợp đòi hỏi mức

Trang 39

• Với cảm biến silic có đặc điểm: tuyến tính, sự

chính xác, phí tổn thấp, có thể được tích hợp

trong 1 IC cùng với bộ phận khuếch đại và các

yêu cầu xử lí tín hiệu khác.

• Hệ thống trở nên nhỏ gọn, mức độ phức tạp

cao hơn và chạy nhanh hơn.

• Cảm biến silic với lợi điểm là sự nhỏ gọn của

mạch điện tích hợp và dễ sử dụng.

Đặc điểm

Trang 40

Cấu tạo

Trang 42

Mạch đo nhiệt độ sử dụng KTY81-110.

Mạch ứng dụng

Trang 43

Mạch đo nhiệt độ sử dụng LM35

R2

V5V

Trang 45

Tiêu chuẩn IEC 751 yêu cầu dây nối đến cùng

đầu nhiệt điện trở phải có màu giống nhau

(đỏ hoặc trắng) và dây nối đến 2 đầu phải

khác màu.

Các kỹ thuật nối dây đo

Trang 46

Kỹ thuật hai dây Kỹ thuật ba dây

Kỹ thuật bốn dây

Các kỹ thuật nối dây đo

Trang 48

• PIR (Passive Infrared sensor) cảm biến thụ

động dùng nguồn kích thích là tia hồng ngoại.

Cảm biến D203s (còn gọi là PIR)

Giới thiệu

Trang 50

Cấu tạo

của cảm

biến dò

tia nhiệt

Vật liệu pyroelictric được kẹp giữa 2 bản cực,trên 2

Giải thích

Trang 51

Kính Fresnel

Giải thích

Trang 52

Giải thích

Trang 53

Kính Fresnel

▪ Như vậy, người ta đã chế tạo các thấu kính phẳng haimặt nhưng vẫn có khả năng hội tụ ánh sáng

▪ Bằng cách ghép những phần mặt cong nhỏ liên tụcvới nhau → tạo ra thấu kính có tiêu cự giống nhưthấu kính ban đầu

▪ Thấu kính có tính chất như vậy được gọi là thấu kínhFresnel

Giải thích

Trang 54

Kính Fresnel Giải thích

Trang 57

Giải thích nguyên lý cảm biến D203S

Khi có vật đi ngang qua, tín hiệu tại 2 cảm biến đượckhuếch đại để có biên độ đủ cao đưa vào mạch so áp đểtác động vào 1 thiết bị điều khiển hay báo động

Giải thích

Trang 58

Giải thích

Trang 59

Một số sơ đồ mạch dịch chuyển

Giải thích

Trang 60

Giải thích

Trang 61

Một số sơ đồ mạch dịch chuyển

Giải thích

Tiêu đề	Kỹ Thuật Cảm Biến Và Đo Lường Cảm Biến Nhiệt Độ Kỹ Thuật Đi Dây
Trường học	Trường Đại học Công nghiệp Thành phố Hồ Chí Minh
Chuyên ngành	Kỹ Thuật Cảm Biến Và Đo Lường Cảm Biến Nhiệt Độ Kỹ Thuật Đi Dây
Thể loại	Giáo trình
Năm xuất bản	2014
Thành phố	TPHCM

Định dạng
Số trang	62
Dung lượng	3,4 MB