Đề Cương Phần Tử Tự Động

Tổng hợp lý thuyết ôn thi môn phần tửCâu 1: Trình bày khái niệm một hệ thống tự động ,các dạng sơ đồ sử dụng khi biểu diễn một hệ thống tự động hãy vẽ sơ đồ chức năng của một hệ thống tự động? Khái niệm 1 hệ thống tự động: Điều khiển là việc tổ chức 1 quá trình nào đó tiến triển theo 1 mục tiêu nhất định nhằm thực hiện 1 mục đích nhất định: ĐKTĐ là quá trình ĐK mà ko có sự tham gia trực tiếp của con người. HT ĐKTĐ là tập hợp tất cả các thiết bị trong 1 hệ thống đảm bảo điều khiển 1 quá trình nhất định do con người tạo ra. Sơ đồ khối của HTĐKTĐ điển hình: Sơ đồ cấu trúc và hoạt động của hệ thống :phần tử khuếch đại( BDK) thực hiện tín hiệu sai lệch có công suất rất nhỏ thành tín hiệu điều khiển có công suất lớn để điều khiển con chạy của điện trở công suất cấp nhiệt cho lò điện

ĐTĐK CCCH

BKĐ BĐK

* Sơ đồ cấu trúc và hoạt động của hệ thống :

1

Thiết bị điện tử thông minh

Tín hiệu mong muốn

Đáp ứng đầu ra có thểđo được

BiếnĐ K

Hệ thống vật lý

ĐT ĐK

TH

Đặt

Động cơ, các phần

tử đốt nóng

PTCH Bộ

ĐK

phần tử khuếch đại( BDK) thực hiện tín hiệu sai lệch có

công suất rất nhỏ thành tín hiệu điều khiển có công suất lớn

để điều khiển con chạy của điện trở công suất cấp nhiệt cho

lò điện

phần tử chấp hành (CCCH) là điện trở công suất lớn có thể thay đổi giá trị điện trở qua đó làm thay đổi dòng điện và thay đỏi nhiệt độ

x(t) tín hiệu đầu vào, E(t) tín hiệu ai lệch, u(t) tín hiệu điều khiển, y(t) tín hiệu đầu ra,

Câu 2: Trình bày cách phân loại phần tử tự động.Theo chức năng khuyếch đại,phần tử tự động đc chia thành các loại khuyếch đại nào?

Trình bày cách phân loại phần tử tự động:

* Theo chức năng làm việc:

- Phần tử cảm biến (sensor) : dùng để biến đổi các đại lượng

từ dạng này sang dạng khác Thường từ đại lượng không

điện sang đại lượng điện, thường nằm ở hệ thống đo lường kiểm tra

2

- Phần tử khuếch đại : tăng cường tín hiệu, với một sự biến thiên nhỏ của tín hiệu đầu vào sẽ dẫn đến sự biến thiên của tín hiệu ra.

-Phần tử chấp hành : là các phần tử dùng để tác động trực tiếp lên các đối tượng điều khiển để điều chỉnh các thông số

và trạng thái của đối tượng theo yêu cầu đã định

- Phần tử so sánh: so sánh tín hiệu đặt nhiệt độ đầu vào và tínhiệu đầu ra được điều khiển

Câu 3:Trình bày các đặc trưng cơ bản của phần tử tự

động,các loại sai số đc sử dụng khi nghiên cứu PTTĐ?

Các đặc trưng cơ bản của PTTĐ:

* Hệ số biến đổi : là tỉ số giữa đương lượng đầu ra và đương lượng đầu vào hay là tỉ số giữa sự biến thiên đương lượng đầu

ra ∆y và sự biến thiên đương lượng đầu vào ∆x

y '

giá trị của K và K* phụ thuộc vào dạng đặc tính của phần tử và

* Theo chức năng KĐ, PTTĐ được chia ra:

- KĐ điện tử: bao gồm các phần tử KĐ dựa trên sự chuyển động của điện tử trong chân không hoặc sự khuếch tán của điện tử - lỗ trống trong chất bán dẫn.

- Các phần tử KĐ trong đó thực hiện biến đổi năng lượng khác từ 1 nguồn cung cấp khác thành năng lượng của tín hiệu đầu ra dưới tác động của tín hiệu đầu vào (KĐ máy điện).

- Các phần tử KĐ dựa trên các hiệu ứng điện từ (KĐ từ).

y

x1

x2

Ngưỡng nhạy là sự thay đổi giá trị tối thiểu của đương lượng

đầu vào mà không gây ra sự thay đổi của đương lượng đầu ra

* Sai số: là sự thay đổi của đương lượng ra khi đương lượng vào không thay đổi

y

% b

x1, x2 : ngưỡng độ nhạy

Câu 4:Trình bày khái niệm chế độ làm việc động học của phần tử tự động.Biểu diễn các dạng phản ứng đầu ra PTTĐ khi đầu vào có thay đổi đột biến về mức giá trị.khái niệm giá trị thiết lập và thời gian thiết lập?

* Chế độ làm việc động học của PTTĐ:

Chế độ động học là quá trình chuyển tiếp PTTĐ và hệ thống tự động từ 1 trạng thái thiết lập này vào 1 trạng thái thiết lập khác, khi đó giá trị đầu vào x và đầu ra y thay đổi theo thời gian

* 3 dạng cơ bản phản ứng đầu ra PTTĐ:

* Thời gian thiết lập là khoảng thời gian cần thiết để giá trị tín hiệu y đạt tới giá trị thiết lập ttl

Ytl=y0(1-e-t/T)

T- hằng số thời gian của phần tử

, độ lớn khoảng tg này phụ thuộc vào quán tính phần tử và dặc trưng bởi hằng số tg T

Câu 6: Trình bày cấu tạo của cảm biến dịch chuyển dùng biến trở,nguyên tắc hoat động và sai số của cảm biến vị trí dùng biến trở

• Dây quấn : Dây điện trở là các hợp kim Niken, Crom,

Constantin có đường kính 0.02 ÷ 0.1 mm Điện trở dây thay đổi từ vài chục ôm đến MΩ Dây được bọc lớp êmay các điện nên có thể quấn từng vòng sát nhau

• Con chạy : chế tạo bằng hợp kim Iridi hoặc Berin để có độ đàn hồi và tiếp xúc tốt

Platin-• Có 1 đầu trượt gọi là tiếp điểm trượt, có thể chuyển động tịnh tiến hoặc xoay hoặc kết hợp cả 2.

*Nguyên lý làm việc :

- Cơ sở hoạt động: Dựa vào biểu thức điện trở (đối với dây

dẫn)

R- điện trở dây ρ - điện trở suất

l - chiều dài dây S - tiết diện dây

Với ρvà S không thay đổi, điện trở của cảm biến tỷ lệ với độ dàil: R~l

Trường hợp con chạy dịch chuyển quay:

R ϕ0, r ϕ

ϕ0 – Góc toàn phần điện trở xoay.

trượt

Điện áp đầu ra cảm biến:

Trường hợp con chạy dịch chuyển thẳng:

R l, r X

R- điện trở toàn phần của cảm biến,

l - chiều dài biến trở

r - điện trở của một phần cuộn dây, trên

đó con chạy

dịch đi một khoảng

Điện áp đầu ra cảm biến:

* Nguyên nhân gây sai số:

Sai số gây ra do sự ko ổn định các tham số điện của biến trở vàokhoảng 0.03 – 0.1% Sai số nhiệt độ thường ko quá 0.01 – 1 độ C

Do làm việc với trở kháng tải: đặc tính tĩnh của cảm biến biến trở phụ thuộc vào điện trở tải RH và có sai lệch với đặc tính tĩnh khi ko tải

- Biểu thức tính sai số:

Sai số tuyệt đối:

Sai số tương đối:

Câu 7:Nguyên tắc hoạt động của cảm biến điện cảm,cấu trúc,biểu thức qquan hệ,đầu vào,đầu ra,ưu nhược điểm và phạm vi sử dụng

Cảm biến điện cảm :

Khái niệm: Cảm biến điện cảm là những cảm biến hoạt động dựa trên sự thay đổi giá trị điện cảm của cuộn dây quấn xung quanh một lõi sắt từ do sự thay đổi trở kháng trong mạch từ của cảm biến

* Cấu tạo :

2 0

nắp sắt từ Nắp này không tiếp xúc vật lý với lõi sắt mà cách nhau bởi 1 khe hở không khí như trên hình

Nguyên lý làm việc :

Dựa trên sự thay đổi giá trị điện cảm L của cuộn dây quấn xung quanh 1 lõi sắt từ do sự thay đổi trở kháng trong mạch từ của cảm biến Sự dịch chuyển cần đo tại đầu vào cảm biến gây ra sựthay đổi tham số của mạch từ và mạch điện sẽ dẫn đến 1 sự thayđổi đại lượng đầu ra- dòng điện I, điện áp U

2 0

+ Đơn giản, chắc chắn trong cấu trúc

+ Làm việc tin cậy, ko có tiếp xúc trượt, công suất đầu ra lớn,

Câu 8:Cấu trúc,nguyên tắc hoạt động của cảm biến điện dung,ưu nhược điểm và phạm vi sử dụng của cảm biến điện dung

Cảm biến điện dung:

Khái niệm: Cảm biến điện dung là những phần tử cảm biến hoạtđộng dựa trên sự thay đổi điện dung của tụ điện theo các đặc tính của nó như: Khoảng cách giữa 2 bản tụ, diện tích các bản tụhay tính chất điện môi giữa các bản tụ

2

0

.

w S

R U

µω

=

Nguyên lý hđ, công thức tính điện dung :

Dựa trên sự thay đổi điện dung của tụ điện nó sẽ thay đổi khi

có sự thay đổi của diện tích giao nhua giữa 2 bản cực or sự thay đổi khoảng cách or sự thay đổi chất điện môi nằm trong khe hở

ε: hằng số điện môi của chất điện môi

ε0 : hằng số điện môi của ko khí

S: diện tích tiếp xúc giữa 2 bản cực D: khoảng cách giữa 2 bản cực

Từ công thức này ta thấy rằng để thay đổi điện dung của tụ điện

ta có thể thay đổi S, d, ε

* Ưu, nhược:

+ Đơn giản về cấu trúc, kích thước, khối lượng nhỏ, độ nhạy cao, ko có tiếp xúc, tác động nhanh cao, ko có ảnh hưởng của mạch đầu ra lên phép đo

*Nhược điềm:

- Mức công suất tín hiệu đầu ra tương đối thấp, đặc trưng ko ổn định khi thay đổi tham số mt xung quanh, có ảnh hưởng của điện dung ký sinh

Đặc tính không ổn định, thay đổi theo môi trường

Cảm biến áp điện:là phần tử cảm biến hoạt động dựa trên hiệu ứng áp điện

-Hiệu ứng áp điện thuận là khả năng của 1 vật liệu tạo ra điện tích trên bề mặt khi có tác động của 1 tải cơ học

-Hiệu ứng áp điện nghịch là sự thay đổi ứng suất cơ học or kích thước vật lý của mẫu vật liệu dưới tác động của điện trường

nghịch là sự thay đổi ứng suất cơ học hoặc kích thước vật lý củamẫu vật liệu dưới tác động của điện trường

- Áp điện dọc: trong trạng thái ko có tác động, các điện tích

trong phần tử cảm biến áp điện đc bù trừ lẫn nhau và cảm biến trung hòa về điện Nếu tác động 1 lực F theo chiều trục X của

cảm biến thì trên các mặt vuông góc với trục X xuất hiện điện tích Q trái dấu nhau.

- Áp điện ngang: lực nén theo trục Y thì trên các mặt vuông gócvới trục X cũng sẽ xuất hiện điện tích nhưng dấu ngược lại

Công thức tính điện tích áp điện phụ thuộc vào lực tác động:Q=Kd.F

K d là chỉ số đánh giá hiệu ứng áp điện

* Độ nhạy của cảm biến áp điện:

-Khi không có tải:

-Khi có tải :

* Phạm vi ứng dụng, ưu nhược điểm:

Dùng để đo lực tác động

*Ưu điểm

+ Đơn giản về cấu trúc, kích thước nhỏ

+ Độ tin cậy cao, khả năng đo được các đại lượng thay đổi rất nhanh

* Nhươc điểm

- Độ nhạy ko cao, điện trở đầu vào mạch đo lớn, tín hiệu đầu ra nhỏ

Câu 10: Trình bày cấu trúc,nguyên lý hoạt động,ưu nhược điểm và phạm vi ứng dụng của cảm biến tiệm cận kiểu điện cảm

Cảm biến tiệm cận kiểu điện cảm:

Khái niệm: Cảm biến tiệm cận là loại cảm biến không tiếp xúc, dùng để phát hiện vật thể dựa trên những mối quan hệ vật lý giữa cảm biến và vật thể cần phát hiện

Cảm biến tiệm cận thực hiện việc chuyển đổi tín hiệu đầu vào là

sự chuyển động hoặc sự xuất hiện của vật thể cần phát hiện

- Máy phát với cuộn cảm tạo ra trường điện từ biến thiên, cảm ứng với đối tượng cần phát hiện;

- Giải điều chế biến tín hiệu xoay chiều thành một chiều

Trigơ chuyển mức tín hiệu khi tiệm cận đến vị trí đối tượng cần phát hiện;

- Khuếch đại dùng để khuếch đại đến mức cần thiết;

- Hiển thị bằng phôtô điốt, chỉ thị trạng thái làm việc, kiểm tra khả năng làm việc

* Nguyên lý hoạt động:

Khi cung cấp nguồn, trên bề mặt của cảm biến điện cảm xuất hiện 1 từ trường xoay chiều tạo ra do cuộn cảm của máy phát Khi đối tượng cần phát hiện chuyển động vào vùng hđ của cảm biến thì phẩm chất của mạch dao động và biên độ dao động của máy phát sẽ giảm xuống, trigo được kích hoạt, qua bộ KĐ làm thay đổi trạng thái đầu ra của cảm biến.:

Câu 11: Trình bày cấu trúc,nguyên lý hoạt động,ưu nhược điểm và phạm vi ứng dụng của cảm biến tiệm cận kiểu điện dung

Cảm biến tiệm cận kiểu điện dung:Khái niệm: Cảm biến tiệm cận là loại cảm biến không tiếp xúc, dùng để phát hiện vật thể dựa trên những mối quan hệ vật lý giữa cảm biến và vật thể cần phát hiện

Cảm biến tiệm cận thực hiện việc chuyển đổi tín hiệu đầu vào là

sự chuyển động hoặc sự xuất hiện của vật thể cần phát hiện

thành tín hiệu điện

Cảm biến tiệm cận kiểu điện dung phát hiện đc các vật liệu kim loại có từ tính,không từ tính(nhôm đồng) và các vật liệu phi kimhoặc chất lỏng

* Cấu trúc:

Không khác nhiều so với cảm biến kiểu điện cảm, chỉ khác bề mặt hđ của nó được tạo bởi 2 điện cực kim loại

- Máy phát tạo ra trường điện từ, cảm ứng vị trí đối tượng

- Trigo đảm bảo chuyển mức tín hiệu khi tiệm cận đến vị trí đối tượng

- Hiển thị = photphodiot, chỉ thị trạng thái làm việc, kiểm tra khả năng làm việc và điều chỉnh khoảng cách phát hiện.

* Nguyên lý hđ của cảm biến loại điện dung:

Khi đối tượng cần phát hiện tiệm cận đến bề mặt của cảm biến thì gt điện dung của tụ điện này sẽ thay đổi và máy phát tạo ra dao động, biên độ dao động tăng lên với sự tiệm cận gần lại của đối tượng Dao động này sẽ đc giải điều chế, qua trigo nâng cao

độ dốc của tín hiệu, KĐ đến mức cần thiết cho các ứng dụng tiếp theo tại đầu ra cảm biến

* Ưu, nhược, phạm vi ứng dụng:

+ Làm việc được với cả vật thể kim loại và phi kim loại

Câu 12:Trình bày các đặc trưng của bộ khuếch đại,ý nghĩa của các đặc trưng đó

Hệ số hiệu dụng: tỷ số giữa công suất nhận được trên tải với công suất tiêu thụ của bộ KĐ

- Tần số giới hạn và dải thông:

Tần số giới hạn của bộ KĐ là tần số mà khi đó hệ số KĐ sẽ

giảm xuống đến 1 gt đã cho từ 1 gt KĐ danh tính

Dải thông là dải tần số nằm giữa tần số giới hạn trên và tần số giới hạn thấp

- Méo phi tuyến:

Là sự sai khác dạng tín hiệu đầu ra so với dạng tín hiệu đầu vào

do trong bộ KĐ có các phần tử phản kháng, do đặc trưng phi tuyến của phần tử KĐ

Hệ số méo :

Câu 13:Nêu cấu tạo và nguyên lý làm việc của cảm biến

nhiệt độ kiểu cặp nhiệt điện? Phương pháp bù điện trở dây nối và nhiệt độ đầu tự do khi sử dụng cặp nhiệt điện?

Cảm biến nhiệt độ kiểu cặp nhiệt điện:

*Cấu tạo:

1 Vỏ bảo vệ; 2 Mối hàn; 3 Dây điện cực; 4 Sứ cách điện

5 Bộ phận lắp đặt; 6 Vít nối dây; 7 Dây nối; 8 Đầu nối dâyNguyên lý hđ:

Một cặp nhiệt điện gồm 1 cặp dây kim loại không giống nhau được ghép với nhau ở một đầu( đầu cảm biến hay đầu nóng) và kết thúc ở đầu kia( đầu tham chiếu hay đầu nguội) được duy trì

ở một nhiệt độ không đổi đã biết( nhiệt độ tham chiếu) Khi một

sự chênh lệch nhiệt độ tồn tại giữa đầu nóng và đầu lạnh thì mộtsức điện động được tạo ra và nó gây ra 1 dòng điện trong

mạch.Khi đầu tham chiếu được nối với một dụng cụ đothì chỉ sốcủa đồng hồ đo sẽ chỉ tỉ lệ với độ chênh lệch nhiệt độ đầu nóng

và đầu lạnh

* Mạch bù điện trở dùng dây nối:

Trong thực tế, nhiệt độ tại đầu tự do ko phải= 0 độ C mà là

nhiệt độ môi trường và có thể bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ cần đo

=> Để đảm bảo nhiệt độ đo được phản ánh đúng nhiệt độ cần đo

ta phải sử dụng pp bù nhiệt

Cầu bù gồm 3 điện trở R1, R2, R3 làm = Mangani có hệ số

nhiệt điện trở =0, Rd làm= đồng Khi nhiệt độ đầu tự do = 0, cầu cân bằng Ucd=0, điền áp tại đầu vào U=EAB(T)

Giả sử nhiệt độ đầu tự do tăng lên T0, khi đó t điện trở Rd tăng lên, cầu mất cân bằng Ucd khác 0 Thực hiện điều chỉnh R* để

EAB(T*,T0)=Ucd Điện áp tại đầu vào thiết bị đo lúc này ko phụ thuộc vào nhiệt độ đầu cần đo

* Mạch bù nhiệt độ đầu tự do:

Mắc thêm 2 đoạn dây bù C, D từ đầu ra cảm biến nhiệt độ tới thiết bị đo.

Câu 1:Nêu nguyên lý chế tạo nhiệt điện trở kim loại RTD và

nhiệt điện trở bán dẫn Thesmistor? So sánh ưu nhược điểm của 2 loại cảm biến này?

* Nhiệt điện trở kim loại RTD:

Dựa trên nguyên lý nhiệt độ thay đổi thì điện trở thay đổi, khi

đó sẽ có dòng chạy qua điện Được chế tạo = kim loại ( Platin, Nikel, Đồng, Vonfram)

• Quan hệ R-T phi tuyến

Câu 2:Nêu các đặc trưng chính như dải đo,hệ số điện trở nhiệt và đặc tính tĩnh của 1 số cảm biến RTD thông dụng? Nguyên lý và sơ đồ tổng quát theo phương pháp nguồn dòng

để đo nhiệt độ dùng của các cảm biến này?

* Đặc trưng của platin:

- Dải nhiệt độ làm việc khá rộng từ -2000C →10000C

Trong thực tế người ta thường sử dụng nhiệt điện trở Platinđược chế tạo dưới dạng chuẩn Pt100 để làm cảm biến đo nhiệt độ từ 00C-1000C Khi đó :

Rt=R0(1+αt), α ≈ 3,9.10-3/0C

* Đặc trưng của Nikel:

Dải nhiệt độ làm việc: 1950C-2600C;

- Hệ số nhiệt điện trở cao, trong khoảng 00C-1000C thì

-Điện trở ở 1000Clớn gấp 1,617 lần điện trở ở 00C Do độ nhạy nhiệt cao nên cho phép chế tạo cảm biến với kích thước nhỏ

- Dễ bị oxy hoá khi ở nhiệt độ cao làm giảm sự ổn định hệ số nhiệt

Điện trở suất của Ni cao gấp 5 lần Cu

* Đặc trưng của Cu :

- Dải nhiệt độ làm việc: 500C-1800C;

- Quan hệ giữa điện trở và nhiệt độ: Rt=R0(1+αt),

α là hệ số nhiệt của Cu Ở khoảng nhiệt độ 00C-1000C: α

=3,9.10-3/0C

R0 - điện trở tại nhiệt độ 00C

Khi chưa biết R0 có thể sử dụng biểu thức:

Rt1 và Rt2 là điện trở của cảm biến ứng với nhiệt độ t1 và

t2,

τ =1/α - hằng số, τ = 234

Câu 7: (3đ-1) Nêu nguyên lý đo chất lưu? Cấu tạo và

nguyên ý làm việc của cảm biến đo mức dựa trên cảm biến điện dung?

* Nguyên lý đo mức chất lưu:

Khi đo liên tục: thông qua biên độ hoặc tần số của tín hiệu đo

có thể xác định thể tích chất lưu còn lại trong bình chứa

Khi đo theo ngưỡng: cảm biến đưa ra tín hiệu dạng nhị phân cho biết thông tin về tình trạng hiện tại mức ngưỡng chất lưu

* Cấu tạo, nguyên lý hđ cảm biến đo mức kiểu điện dung:

- Khi chất lỏng là chất cách điện, có thể tạo ra 1 tụ điện bằng 2 điện cực hình trụ nhúng trong chất lỏng hoặc 1 điện cực kết hợpvới điện cực thứ 2 là thành bình chứa = kim loại Chất điện môi giữa 2 điện cực chính là chất lỏng ở phần điện cực bị ngập và

ko khí ở phần ko có chất lỏng Việc đo mức chất lưu đc chuyển thành đo điện dung của tụ điện, điện dung này thay đổi theo mức chất lỏng có trong bình chứa Trong trường hợp chất lưu làchất dẫn điện để tạo tụ điện dùng 1 điện cực bên ngoài phủ lớp cách điện

* Phạm vi áp dụng:

PP này đạt đc độ tuyến tính trong khoảng đo lớn, dùng để đo mức chất lỏng dễ bay hơi, dễ nổ và ăn mòn, khoảng đo lớn 0 – 5m

Câu 3: Nêu nguyên lý đo và các đặc trưng của phương pháp

đo đọ ẩm? So sánh ưu nhược điểm của một số cảm biến đọ

ẩm thông dụng(kiểu điện trở, kiểu điện dung, kiểu so sánh nhiệt độ điểm sương)

Các pp đo độ ẩm:

* Đo độ ẩm kiểu phương pháp nhiệt độ điểm sương:

Hệ thống được bố trí cho nguồn sáng phát xạ qua gương chuẩn

ở 1 góc 45 độ 1 transistor quang thu ánh sáng phản xạ, sau đó nhiệt độ của gương chuẩn đc điều khiển thông qua 1 tín hiệu điện Hệ thống thực hiện làm lạnh bề mặt gương xuống dưới nhiệt độ xung quanh cho đến khi xảy ra quá trình ngưng tụ Việc ngưng tụ trên mặt gương làm ánh sáng phát ra từ nguồn sáng bị tán xạ, làm giảm đột ngột mức tín hiệu của transistor quang Nhiệt độ bề mặt gương chính là điểm sương được đọc thông qua 1 cảm biến nhiệt độ RTD hoặc Thermistor

Ưu

/ nhược :

Ưu điểm:

- Độ ổn định và độ chính xác rất cao:

- Độ ổn định, tin cậy cao

- Thời gian đáp ứng ngắn

- Dải đo rộng: đo độ ẩm tương đối và có thể được dùng để đo

độ ẩm nhiều loại khí gas ở các áp suất khác nhau

* Cảm biến đọ ẩm loại điện dung:

Cảm biến loại này bao gồm 1 tấm đế trên đó có 1 lớp phủ mỏng

= polyme hoặc oxit kim loại đc đặt giữa các điện cực dẫn điện

Bề mặt cảm biến phủ 1 điện cực kim loại có nhiều lỗ trống để tránh khỏi sự nhiễm bẩn và ngưng tụ Tấm đế làm = thủy tinh, silicon Sự tăng lên của hằng số điện môi của cảm biến gần như

tỷ lệ với độ ẩm tương đối của mt xung quanh

- Hoạt động đơn giản

- Thời gian đáp ứng nhanh, khoảng vài giây

- Kích thước nhỏ, hệ số nhiệt thấp, ít chịu ảnh hưởng của nhiệt

độ môi trường, có khả năng làm việc ở nhiệt độ cao đến 2000C

Nhược điểm: - Khoảng cách từ phần tử cảm biến tới mạch

chuẩn hóa tín hiệu bị hạn chế, khoảng dưới 3m

Phạm vi áp dụng: được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp, thương mại và các ứng dụng đo lường thời tiết từ xa

* Cảm biến độ ẩm loại điện trở:

Xác định độ ẩm qua sự thay đổi trở kháng của phần tử hút ẩm VD: polyme dẫn điện, muối hay các tấm màng đc gia công đặc biệt

Sự thay đổi trở kháng liên hệ với độ ẩm theo quy luật hàm mũ ngược

Các cảm biến loại điện trở thường bao gồm điện cực làm = kim loại hiếm đc đặt trên tấm đế chế tạo = kỹ thuật quang trở và các điện cực dây cuốn trên nhựa plastic hoặc sợi thủy tinh Tấm đế được phủ = muối hoặc polyme dẫn điện

- Hoạt động đơn giản - Có khả năng sử dụng từ những

vị trí lắp đặt xa

Nhược điểm: - Thời gian đáp ứng khá dài: khoảng 10s

- Dễ bị hư hỏng trong điều kiện có hóa chất ăn mòn cao

Câu 4: Nên nguyên lý chế tạo các cảm biến đo áp suất?

Nguyên lý làm việc của cảm biến áp suất, kiểu biến dạng màng chắn và lò xo ống?

a. Áp suất

Đơn vị:

- Pascal (Pa): 1Pa=1N/m2, - bar (1 bar = 105 Pa),

ngân (mmHg)

* Nguyên lý đo áp suất chung:

- Áp suất tĩnh: đo áp suất tĩnh thực chất là xđ lực tác dụng lên 1 diện tích bên của vật chứa chất lưu

- Khi dòng chảy va đập vuông góc với 1 mp, áp suất động

chuyển thành áp suất tĩnh, áp suất tác dụng lên mp là áp suất tổng Áp suất động được đo thông qua đo chênh lệch giữa áp suất tổng và áp suất tĩnh

Nguyên lý chung của cảm biến áp suất dựa trên phép đo biến dạng: dựa trên cơ sở sự biến dạng đàn hồi của phần tử nhạy cảm

với tác động của áp suất Các phần tử biến dạng thường dùng là ống trụ, lò xo, xi phông, màng mỏng.

* Cảm biến áp suất kiểu biến dạng màng:

Khi áp suất tác dụng lên 2 mặt của mảng khác nhau gây ra lực tác dụng len màng làm cho màng biến dạng

Màng dùng để đo áp suất được chia ra màng đàn hồi và màng dẻo

- Màng đàn hồi dùng để đo áp suất lớn, có dạng phẳng hoặc có uốn nếp được chế tạo bằng thép hoặc đồng thau mỏng

- Màng dẻo dùng để đo áp suất nhỏ, được chế tạo từ vải, cao su

có tính co giãn đàn hồi cao

• Màng đàn hồi phẳng:

R - bán kính của màng; h - độ dày của màng.

Với màng phẳng, độ phi tuyến khá lớn khi độ võng lớn, do

đó thường chỉ sử dụng trong một phạm vi hẹp của độ dịch

Màng đàn uốn nếp có đặc tính phi tuyến nhỏ hơn màng phẳng nên có thể sử dụng với độ võng lớn hơn màng phẳng

* Cảm biến áp suất kiểu lò xo ống:

Lò xo ống là 1 ống kim loại uốn cong, 1 đầu giữ cố định còn 1 đầu tự do, khi đưa chất lưu vào trong ống, áp suất tác dụng lên thành ống làm ống bị biến dạng và đầu tự do dịch chuyển

-Đối với các lò xo ống thành mỏng, biến thiên góc uốn y dưới tác dụng của áp suất p trong ống lò xo xđ bởi công thức:

p - áp suất cần đo; a,b - các bán kính trục ôvan tiết diện ống;

Như vậy nếu sử dụng 1 thiết bị đo lực tại đầu ra lò xo ống thì sẽ xác định được áp suất luồng khí chảy trong lò xo ống.

Câu 5: Nêu các đặc trưng của pp đo lưu lượng? Cấu tạo và nguyên lý làm việc của lưu lượng kế tuốc bin?

PP đo lưu lượng:

Lưu lượng là lượng vật chất chảy qua tiết diện ngang của 1 ống trong 1 đơn vị thời gian: lưu lượng thể tích(m3/s), lưu lượng khối (kg/s)

* Nguyên lý hoạt động của các lưu lượng kế dựa trên cơ sở:

- Đếm trực tiếp thể tích chất lưu chảy qua thiết bị đo trong 1 khoảng thời gian xác định t

- Đo độ giảm áp qua tiết diện thu hẹp trên dòng chảy, lưu lượng

Bộ phận chính là 1 tua bin hướng trục nhỏ 2 đặt theo chiều

chuyển động của dòng chảy Phía trước tuabin có đặt bộ chỉnh dòng chảy 1 để san phẳng dòng rối và loại bỏ dòng xoáy

Chuyển động quay của tuabin qua bộ bánh răng- trục vít 3

truyền tới thiết bị đếm 4

Tốc độ quay của lưu lượng kế tỷ lệ với tốc độ dòng

S: tiết diện dòng chảy

Đường kính tuabin từ 50-300mm đo được lưu lượng 50-300

tích(m3/s), lưu lượng khối (kg/s)

* Nguyên lý hoạt động của các lưu lượng kế dựa trên cơ sở:

- Đếm trực tiếp thể tích chất lưu chảy qua thiết bị đo trong 1 khoảng thời gian xác định

- Đo vận tốc chất lưu chảy qua thiết bị đo khi lưu lượng là hàm của vận tốc

- Đo độ giảm áp qua tiết diện thu hẹp trên dòng chảy, lưu lượng

với đồng hồ chỉ thị 4 Khi chất lưu có tính dẫn điện chảy qua ống, trong chất lưu xuất hiện 1 sứcđiện động cảm ứng:

B - cường độ từ trường ; V - tốc độ chất lưu chảy trong ống; Q - lưu lượng chất lưu trong ống; d - đường kính trong của ống.

B = const  E ~ Q

* Nguyên lý hđ, phạm vi áp dụng:

Nguyên lý của lưu lượng kế điện từ dựa trên định luật cảm ứng điện từ: khi có 1 dây dẫn chuyển động trong từ trường, cắt các đường sức của từ trường thì trong dẫy dẫn xuất hiện 1 sức điện động cảm ứng tỷ lệ với tốc độ chuyện động của dây dẫn

Dùng để đo lưu lượng của chất lỏng có độ dẫn điện không nhỏ hơn 10-5-10-6 (Siemen/m) Lưu lượng kế điện từ với đướng kính ống 10-1000mm có thể đo lưu lượng 1-2500(m3/h) với vận tốc dòng chảy 0,6-10(m/s) với độ chính xác 1-2,5%

Câu 8 (3đ-1) Nêu nguyên lý đo mức chất lưu ? Cấu tạo và nguyên lý làm việc của thiết bị đo mức kiểu phao nổi.

* Nguyên lý đo mức chất lưu:

Khi đo liên tục: thông qua biên độ hoặc tần số của tín hiệu đo

có thể xác định thể tích chất lưu còn lại trong bình chứa

Khi đo theo ngưỡng: cảm biến đưa ra tín hiệu dạng nhị phân cho biết thông tin về tình trạng hiện tại mức ngưỡng chất lưu

* Cấu tạo, nguyên lý hđ cảm biến kiểu phao nổi:

(**Chỉ vẽ cái đầu tiên**)

Phao nổi 1 nổi trên mặt chất lưu đc nối với đối trọng 5 = dây mềm 2 qua các ròng rọc 3 và 4 Khi mức chất lưu thay đổi, phao

1 nâng lên hoặc hạ xuống làm quay ròng rọc 3, 4, cảm biến vị trí 6 gắn với trục quay của ròng rọc sẽ cho tín hiệu tỷ lệ với mứcchất lưu

Câu 9: (3đ-1) nêu nguyên lý đo mức chất lưu, cấu tạo và nguyên lý làm việc của cảm biến đo mức kiểu siêu âm

* Nguyên lý đo mức chất lưu:

Khi đo liên tục: thông qua biên độ hoặc tần số của tín hiệu đo

có thể xác định thể tích chất lưu còn lại trong bình chứa

Khi đo theo ngưỡng: cảm biến đưa ra tín hiệu dạng nhị phân cho biết thông tin về tình trạng hiện tại mức ngưỡng chất lưu

* Cấu tạo, nguyên lý hđ cảm biến kiểu siêu âm:Khoảng cách từ vị trí đặt cảm biến siêu âm tới bề mặt chất lỏng:

v- tốc độ sóng siêu âm,

t 1 ,t 2 – thời điểm phát, nhận sóng