Đề cương thiết bị cảm biến

Chuyển đổi điện trở, điện cảm, điện dung, nhiệt điện, quang điện + Tổ hợp thiết bị đo: ● Với 1 thiết bị cụ thể một kênh: ➔ Chuyển đổi sơ cấp: Biến tín hiệu cần đo thành tín hiệu điện ➔

Căn cứ vào điều kiện cân bằng: Dụng cụ bù ko lệch (zero); dụng cụ bù lệch (vi sai) 

Căn cứ vào quan hệ lượng ra, lượng vào: thiết bị đo trực tiếp, thiết bị đo gián tiếp, thiết bị đo kiểu hợp bộ 

+ Chuyển đổi đo lường 

● Chuyển đổi chuẩn hóa: biến đổi tín hiệu điện phi tiêu chuẩn thành tín hiệu điện tiêu chuẩn (U = 0 - 10V, I = 4 - 20mA) (Bộ phân áp, phân dòng, biến điện áp, biến dòng, các mạch khuếch đại) 

● Chuyển đổi sơ cấp: (S: Sensor): biến tín hiệu không điện sang tín hiệu điện, ghi nhận thông tin giá trị cần đo. 

(Chuyển đổi điện trở, điện cảm, điện dung, nhiệt điện, quang điện) + Tổ hợp thiết bị đo: 

● Với 1 thiết bị cụ thể (một kênh): 

➔ Chuyển đổi sơ cấp: Biến tín hiệu cần đo thành tín hiệu điện 

➔ Mạch đo: thu nhận, xử lý, khuếch đại thông tin, (nguồn, mạch khuyếch đại, biến đổi A/D, D/A, các mạch phụ, ) 

➔ Chỉ thị: thông báo kết quả cho người quan sát (chỉ thị ghi số chỉ thị 

cơ điện, chỉ thị tự ghi, ) 

● Với hệ thông đo lường nhiều kênh 

Câu 2: Trình bày các phương pháp đo cơ bản: 

- Phương pháp đo biến đổi thẳng: 

 + Đại lượng cần đo X qua các khâu biến đổi thành con số Nx 

+ Đơn vị đo của đại lượng đo X0 được biến đổi thành con số N 0 

+ So sánh giữa đại lượng đo và đơn vị đo (Phép chia Nx/N 0​) 

+ Kết quả đo: Ax = X/X 0​ = Nx/N​0 

- Phương pháp đo kiểu so sánh 

+ Sơ đồ cấu trúc 

 Trong đó:  

X: tín hiệu cần đo  

  X​k​: tín hiệu phản hồi (là tín hiệu so sánh có giá trị tỷ lệ với đại lượng mẫu)  

  N​x​: thông số quy đổi giá trị độ lớn của tín hiệu cần đo  

  BĐ: bộ biến đổi  

  D/A: bộ chuyển đổi tín hiệu số sang tương tự  

  A/D: bộ chuyển đổi tín hiệu tương tự sang số  

SS: bộ so sánh   

● Đại lượng cần đo X và đại lượng mẫu X0 được biến đổi thành một đại lượng Vật 

lý nào đó để thuận tiện cho việc so sánh 

● Quá trình so sánh X và tín hiệu X K​ (Tỉ lệ với X 0​) diễn ra trong suốt quá trình đo, khi 2 đại lượng bằng nhau, đọc kết quả X K​ sẽ có được kết quả đo 

● Phần tử so sánh thực hiện việc so sánh đại lượng đo X với đại lượng tỉ lệ với mẫu X​K​:  ΔX = X - X​ K   

So sánh đồng thời 

● So sánh cùng lúc nhiều giá trị của đại lượng đo X và đại lượng mẫu X K​, căn cứ vào các giá trị bằng nhau suy ra giá trị của đại lượng đo 

Câu 3: Sai số của phép đo - bản chất, ý nghĩa, phân loại 

- Bản chất: Sai số của phép đo là hiệu số giữa giá trị thực và giá trị đo được của đại lượng đo. 

- Ý nghĩa: Xác định sai số của phép đo tức là xác định độ tin cậy của kết quả đo. 

- Phân loại sai số phép đo: 

+ Theo cách thể hiện bằng số: 

● Sai số tuyệt đối: ΔX = X - Xth 

Với X là đại lượng đo, Xth là giá trị thực của đại lượng đo 

+ Theo nguồn gây ra sai số: 

● Sai số phương pháp: sai số sinh ra do sự không hoàn thiện của phương pháp đo và độ thiếu chính xác của biểu thức lý thuyết 

● Sai số thiết bị: Sai số của thiết bị sử dụng trong phép đo (cấu trúc của mạch đo và tình trạng của dụng cụ đo) 

● Sai số chủ quan: Do người sử dụng gây nên (do mắt kém, đọc lệch, cẩu thả, lơ đãng, ), không có khi sử dụng dụng cụ đo hiện số. 

● Sai số khách quan: Sai số do ảnh hưởng của điều kiện bên ngoài tác động lên đối tượng đo và dụng cụ đo vượt quá điều kiện tiêu chuẩn (dụng cụ, 

áp suất, độ ẩm). 

+ Theo quy luật xuất hiện của sai số 

● Sai số hệ thống: thành phần sai số của phép đo luôn không đổi hoặc thay đổi theo 1 quy luật xác định khi thực hiện đo nhiều lần một đại lượng cần 

Câu 4: Trình bày cấu trúc của các loại dụng cụ đo và đặc điểm của chúng 

- Dụng cụ đo biến đổi thẳng: 

 Đặc điểm:  

+ Cấu trúc đơn giản, tin cậy 

+ Giá thành rẻ 

+ Vận hành, bảo trì, bảo dưỡng đơn giản và chi phí thấp 

+ Không đòi hỏi tay nghề cao 

+ Độ chính xác thấp (thường có cấp chính xác cỡ 1 - 2,5) 

- Dụng cụ đo kiểu so sánh 

 Đặc điểm: 

+ Có cấu trúc phức tạp hơn so với dụng cụ đo biến đổi thẳng 

+ Hiện nay thường dùng vi xử lý bên trong 

+ Là giá trị sai số cực đại mà dụng cụ đo mắc phải 

+ Cấp chính xác được quy định bằng sai số tương đối quy đổi của dụng cụ và 

được Nhà nước quy định cụ thể:  

với ΔXm là sai số tuyệt đối cực đại;  Xm là giá trị lớn nhất của thang đo 

Từ cấp chính xác của thiết bị đo lường sẽ đánh giá được sai số của kết quả đo. Thường cấp chính xác của dụng cụ đo được ghi ngay trên dụng cụ hoặc ghi trong sổ tay kĩ thuật của dụng cụ đo. 

- Phân biệt sự khác nhau giữa sai số của phép đo và cấp chính xác của dụng cụ 

đo. 

- Là sai số khi thực hiện trong một       

hoặc một vài phép đo 

- Xảy ra tùy vào dụng cụ đo và quá       

trình thực hiện phép đo 

- Thay đổi theo từng phép đo 

- Là sai số khi thực hiện bằng tất       

cả các phép đo bằng 1 dụng cụ       nào đó 

- Là giá trị sai số cực đại của       dụng cụ đo 

- Được quy định bởi nhà nước  

CHƯƠNG II:  

Câu 6: Cảm biến là gì? Nêu các phân loại bộ cảm biến? 

- Cảm biến: Là thiết bị thực hiện 1 quan hệ hàm đơn vị giữa 2 đại lượng vật lý với 

+ Theo nguyên lý chuyển đổi giữa 

Hiện tượng sinh học 

● Biến đổi sinh hóa 

● Biến đổi vật lý 

Hiện tượng hóa học 

● Biến đổi hóa học 

● Biến đổi điện hóa 

● Nhiệt độ 

● Thông lượng 

● Nhiệt dung, tỉ lệ Bức xạ 

● Kiểu 

● Năng lượng 

● Cường độ + Theo tính năng của bộ cảm biến 

● Cảm biến tích cực có đầu ra 

là nguồn áp hoặc nguồn dòng 

● Cảm biến thụ động được đặc trưng bằng các thông 

số R, L, C, M, tuyến tính hoặc phi tuyến 

+ Theo phạm vi sử dụng 

● Công nghiệp 

● Nghiên cứu khoa học 

● Môi trường, khí tượng 

● Thông tin, viễn thông 

- Thời gian đáp ứng: là đại lượng để xác định trị số của độ nhanh 

- Sai số: sai số của cảm biến mang tính chất ước định (không thể biết chính xác giá trị thực của đại lượng cần đo) 

- Giới hạn sử dụng cảm biến: trong quá trình sử dụng, cả biến luôn chịu ứng lực 

cơ hoặc nhiệt tác động, Nếu các ứng lực này vượt quá ngưỡng cho phép, chúng 

sẽ làm thay đổi các đặc trưng đặc biệt của cảm biến. 

+ Để phép đo đạt độ chính xác cao, độ nhạy của cảm biến cần phải là không đổi, nghĩa là ít phụ thuộc vào: 

● Giá trị và tần số thay đổi của đại lượng cần đo. 

● Thời gian sử dụng cảm biến. 

● Ảnh hưởng của các đại lượng vật lý khác từ môi trường xung quanh. 

+ Thông thường nhà sản xuất cung cấp giá trị độ nhạy của seri cảm biến tương ứng với những điều kiện làm việc nhất định. 

+ Đơn vị đo của độ nhạy phụ thuộc vào nguyên lý làm việc của cảm biến và các đại lượng liên quan. 

+ Độ nhạy S phụ thuộc vào : 

Vật liệu, kích thước, kiểu lắp ráp của cảm biến. 

Các thông số ảnh hưởng tới đáp ứng của cảm biến (tần số nguồn nuôi, nhiệt độ môi trường, tần số biến thiên của đại lượng cần đo…). 

- Độ nhạy của cảm biến ở chế độ tĩnh – tỷ số chuyển đổi tĩnh. 

+ Đặc trưng tĩnh của cảm biến.  

● Là đường chuẩn cảm biến, trong đú các giá trị s i​ ở đầu ra tương ứng  

với các giá trị không đổi m i​ của đại lượng đo ở chế độ làm việc danh định. 

● Một điểm Q i​(m​i​,s​i​) trên đặc trưng tĩnh xác định một điểm làm việc của 

cảm biến ở chế độ tĩnh.   

● Trong chế độ tĩnh, độ nhạy S chính là độ đốc của đặc trưng tĩnh ở điểm   làm việc đang xét.  

● Nếu đặc trưng tĩnh không phải là tuyến tính, độ nhạy trong chế độ tĩnh 

phụ thuộc điểm làm việc.  

+ Tỷ số chuyển đổi tĩnh r i​ : r​i​=(s/m)​Qi 

- Độ nhạy của cảm biến ở chế độ động. 

● Trong chế độ động, đại lượng đo biến thiên tuần hoàn theo thời gian.   

m(t) = m​0​ + m​1​coswt 

m​0​=const; m​1​ - biên độ; w tần số góc của biến thiên đại lượng đo.  

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

s(t) = s​0​ + s​1​ cos(wt +ϕ) 

s​0​ ~ m​0​ (xác định điểm làm việc Q 0​ trên đường cong chuẩn ở chế độ tĩnh.  

s​1​ ~ m​1​; ϕ - gúc lệch pha gữa đại lượng đầu vào và đại lượng đầu ra.  

S=(s​i​/m​i​)​Qi​ Độ nhạy trong chế độ động phụ thuộc vào tần số đại lượng đo, S = S(f)  

Câu 9: Giải thích khái niệm về độ nhanh và thời gian đáp ứng của cảm biến. 

- ​Độ nhanh t r​ – là khoảng thời gian tính từ thời điểm đại lượng do thay đổi đột ngột tới thời điểm đại lượng đầu ra y của cảm biến chỉ còn khác giá trị cuối cùng của nó một lượng quy định ε % (t​r​ đặc trưng cho tốc độ của quá trình quá độ). 

- Thời gian đáp ứng là đại lượng được sử dụng để xác định giá trị  

số của độ nhanh.   

t​đm​ ​- thời gian trễ khi tăng: s tăng từ 0-10%   

t​m​ - thời gian tăng: s tăng từ 10-90% biến thiên tổng cộng 

​t​đc​ - thời gian trễ khi giảm: s giảm từ giá trị ban đầu đến khi giảm được 10% 

​t​c​ - thời gian giảm: s giảm từ 10-90% biến thiên tổng cộng 

Câu 10: Trình bày sự khác biệt giữa cảm biến tích cực và cảm biến thụ động Ví dụ  minh họa. 

- Cảm biến tích cực: là các cảm biến 

hoạt động như một máy phát, đáp 

ứng (s) là điện tích, điện áp hay 

dòng.   

- Cảm biến thụ động: là các cảm biến hoạt động như một trở kháng trong 

đó đáp ứng (s) là điện trở, độ tự cảm 

hoặc điện dung. 

- Cảm biến tích cực (có nguồn) hoạt 

động như một nguồn áp hoặc 

nguồn dòng và có mô hình như một 

mạng hai cửa có nguồn. 

- Về nguyên lý, cảm biến tích cực 

thường được chế tạo dựa trên hiệu 

ứng vật lý biến đổi một dạng năng 

lượng nào đó thành năng lượng 

2 Hiệu ứng nhiệt điện 

-> Đo nhiệt độ T1 khi biến trước nhiệt 

độ T2 (thường chọn T2=0 độ C) 

3 Hiệu ứng hỏa điện 

-> Đo thông lượng của bức xạ á/s 

4 Hiệu ứng áp điện 

-> Chế tạo các cảm biến quang 

5 Hiệu ứng quang điện 

-> Chế tạo các cảm biến quang 

6 Hiệu ứng quang - điện - từ 

-> Đo các đại lượng quang biến đổi 

tín hiệu thành tín hiệu điện 

- Cảm biến thụ động có một trong các thông số chủ yếu nhạy với đại lượng cần đo (y có thể là điện trở, độ tự cảm, điện dung,…). 

- Trở không phụ thuộc vào kích thước hình học của mẫu và các tính chất điện của vật liệu (điện trở suất ủ, độ từ thấm μ, hằng 

số điện môi,…). 

- Thông số hình học hoặc kích thước của trở kháng có thể thay đổi nếu cảm biến có chứa phần tử chuyển động hoặc biến dạng 

Câu 11: ​Vai trò của mạch giao diện đối với thiết bị cảm biến trong hệ thống đo lường ?  Trình bày minh họa một loại mạch giao diện mà anh hay chị biết rõ nhất về ý nghĩa  của nó. 

• Mạch giao diện có tác dụng chuẩn hóa tín hiệu đo lường. 

Bộ khuếch đại thuật toán (mạch tích hợp) là bộ khuếch đại dòng một chiều có  

hai đầu vào và một đầu ra chung, thường gồm hàng trăm tranzito và các điện trở, tụ điện ghép nối với nhau . 

Các đặc tính cơ bản của bộ khuếch đại thuật toán:  

- Bộ khuếch đại có hai đầu vào: một đầu đảo (-), một đầu không đảo (+).  

- Điện trở vào rất lớn, cỡ hàng trăm MΩ đến GΩ.  

Câu 12: Trình bày ý nghĩa sử dụng, nguyên lý làm việc của cảm biến dạng on-o  

- Thường được sử dụng là các bộ cảm biến cơ điện, có chức năng cung cấp thông tin về điện (0 hoặc 1) ở mỗi lần tác động Bên trong các cảm biến này có hệ thống tiếp điểm, mỗi lần tác động sẽ làm cho các tiếp điểm mở hoặc đóng lại. 

- Khi cơ cấu thừa hành (trục động) bị tác động, lũ xo chốt sẽ trữ năng lượng, đến vị trí đóng lũ xo chốt sẽ giải phúng năng lượng 

- Ưu điểm: đơn giản và tin cậy 

- Cụng tắc vị trí có ưu điểm là đơn giản và tin cậy Nhược điểm của nó là lắp đặt phức tạp do phải điều chỉnh tiếp xúc đối tượng với công tắc, tần số đóng cắt của công tắc thấp, số lần đóng cắt bị giới hạn, do đóng bằng tiếp điểm nên không tránh khỏi sự xuất hiện của hồ quang. 

Câu 13: Cảm biến tiệm cận kiểu điện cảm - ý nghĩa sử dụng, đặc điểm cấu tạo và  nguyên lý làm việc 

- Cảm biến tiệm cận điện cảm. 

+ Công dụng : Trong vùng khoảng cách ngắn, cảm biến tiệm cận điện cảm 

thường được dùng để phát hiện đối tượng bằng kim loại. 

+ Cấu tạo và nguyên lý chung : Gồm một cuộn dây xác định độ cảm ứng của một 

bộ dao động LC Điện từ trường của bộ dao động lan rộng một vùng xung 

quanh nó Khi một vật bằng kim loại đến gần, năng lượng của bộ dao động bị tiêu hao để tạo nên vũng xoáy cảm ứng bên trong vật dẫn này, do đó hệ số tiêu 

hao của cuộn dây tăng lên, đến một trị số nào đó bộ dao động không dao động được nữa, tín hiệu được ghi nhận. 

+ Mạch điện đầu ra.  

- ​Nguyên lý làm việc: Khi vật đến gần, điện dung của cảm biến thay đổi Tần số của bộ dao động LC hay RC thay đổi theo Mạch điện cho ta tín hiệu về sự thay đổi tần số (trường hợp tần số được giữ cố định thi biên độ tín hiệu sẽ thay đổi). 

Câu 16: Trình bày ý nghĩa sử dụng, đặc điểm cấu tạo và nguyên lý làm việc của cảm  biến điện trở: 

- Ý nghĩa sử dụng: Loại cảm biến này có đặc điểm cấu tạo và nguyên lý đơn giản, giá thành vừa phải, tín hiệu đo lớn và đặc biệt là không đòi hỏi mạch điện đặc biệt để xử lý tín hiệu Đại lượng đầu vào của cảm biến là các di chuyển cơ (thẳng hoặc quay) 

- Cấu tạo: 

+ Gồm 1 điện trở cố định Rn, trên đó có một tiếp xúc điện có thể di chuyển được gọi là con chạy Con chạy được liên kết cơ học với vật chuyển dộng cần khảo sát Giá trị của điện trở Rx giữa con chạy và 1 đầu điện trở Rn là hàm phụ thuộc vào vị trí của con chạy, cũng là vị trí của vật chuyển động. 

+ Điện trở được cấu tạo dạng cuộn dây hoặc băng dẫn. 

+ Các con chạy phải đảm bảo tiếp xúc điện tốt, điện trở tiếp xúc phải nhỏ và ổn định. 

- Nguyên lý làm việc: Khi x biến đổi dẫn đến điện trở cảm biến thay đổi theo Điện 

áp đầu ra cũng thay đổi theo điện trở cảm biến Qua Ura đo được, ta xác định được di chuyển x. 

Câu 17: Đặc điểm của cảm biến điện trở và các mạch đo ứng dụng 

Câu 18: Cảm biến tự cảm - đặc điểm cấu tạo, nguyên lý làm việc là ý nghĩa ứng dụng.  Phân tích tính ưu việt của cảm biến tự cảm mắc theo kiểu vi sai. 

☞ Cảm biến tự cảm có khe từ biến thiên. 

có khe hở không khi tạo nên một mạch từ hở. 

Bỏ qua điện trở của cuộn dây và từ trở của lõi thép ta có: 

Trong đó:   

W- số vòng dây.  

ọ - chiều dài khe hở không khí.  

s - tiết diện thực của khe hở không khí.  

Đặc tính của cảm biến tự cảm đơn Z = f(∆𝛔) là hàm phi tuyến và phụ thuộc tần số    nguồn kích thích, tần số nguồn kích thích càng cao thì độ nhạy của cảm biến càng cao  

* Cảm biến tự cảm kép lắp theo kiểu vi sai. 

Để tăng độ nhạy của cảm biến và tăng đoạn đặc tính tuyến tính người ta thường  dựng cảm biến tự cảm kép lắp theo kiểu vi sai  

☞ Cảm biến tự cảm có lõi từ di động. 

• Dưới tác động của đại lượng đo X V​ lõi từ dịch chuyển ⇒ độ dài l f​ của lõi từ (phần 

nằm trong cuộn dây) thay đổi, kéo theo sự thay đổi hệ số tự cảm của cuộn dây.  

• Sự phụ thuộc của L vào l f​ là hàm không tuyến tính, có thể cải thiện bằng cách ghép hai cuộn dây đồng dạng vào hai nhánh kề nhau của một cầu điện trở có chung một lõi sắt.  

Trong các cảm biến đơn, khi chiều dài khe hở không khí hoặc tiết diện khe hở 

khụng khớ thay đổi, hoặc tổn hao do dũng điện xoáy thay đổi sẽ làm cho từ thông của mạch từ biến thiên kéo theo sức điện động e trong cuộn đo thay đổi. 

Sức điện động cảm ứng trong cuộn dây đo W 2​: 

  Trong đó W​2​ - số vũng dõy của cuộn dõy đo. 

Khi làm việc với dòng xoay chiều i = I m​ sint , ta có: 

Với các giá trị W 2​, W​1​, à​0​, ự và I là hằng số, ta có: 

  Hay 

Độ nhạy của cảm biến với sự thay đổi của chiều dài khe hở không khí ọ (s = const): 

  Còn độ nhạy khi tiết diện khe hở không khí s thay đổi (ọ = const):   

Khi điện trở của thiết bị đo đủ lớn, Um gần như tuyến tính với hiệu số các hệ số hỗ cảm của hai cuộn thứ cấp.   

• Cảm biến cảm ứng gồm: nam châm và cuộn dây.  

• Từ thông phi móc vòng qua cuộn dây biến thiên sẽ sinh ra sức điện động cảm ứng : 

• Có hai loại cảm biến cảm ứng thường gặp: 

 Cảm biến cảm ứng có cuộn dây di chuyển.  

 Cảm biến cảm ứng có lõi sắt từ di chuyển 

Câu 21: Trình bày đặc điểm mạch đo ứng dụng của cảm biến điện cảm. 

Câu 22: Cấu tạo, nguyên lý làm việc và ý nghĩa sử dụng của cảm biến tụ điện Phân  tích tính ưu việt của cảm biến tụ kép vi sai so với loại cảm biến tụ điện đơn. 

☞ Cơ sở nguyên lý: Dựa trên sự tác động tương hỗ giữa hai điện cực tạo thành một 

tụ điện có điện dung thay đổi dưới tác động của đại lượng đầu vào.  

Đại lượng vào là sự di chuyển, đại lượng ra là sự thay đổi điện dung của cảm biến. 

☞ Độ nhạy và độ tuyến tính của tụ kép vi sai cao hơn tụ đơn và lực tương hỗ giữa  

các bản cực triệt tiêu lẫn nhau do ngược chiều nhau.  

Chương III: 

Câu 23: Trình bày đặc điểm mạch đo ứng dụng của cảm biến tụ điện. 

- Đặc điểm: 

Thông thường mạch đo dùng với cảm biến điện dung là các mạch cầu không cân 

bằng cung cấp bằng dòng xoay chiều Mạch đo cần thoả mãn các yêu cầu sau:  

+ Tổng trở đầu vào tức là tổng trở của đường chéo cầu phải thật lớn.  

+ Các dây dẫn phải được bọc kim loại để tránh ảnh hưởng của điện trường ngoài.  + Không được mắc các điện trở song song với cảm biến.  

+ Chống ẩm tốt. 

+ Cảm biến có tổn hao điện môi thay đổi (mạch đo dùng đo góc tổn hao tan𝝈 của 

tụ trong mạch xoay chiều) dùng để xác định các tham số vật lý của vật liệu nào 

• Môi trường đo có nhiệt độ thực T x​, khi đo chỉ nhận được nhiệt độ T c​ (nhiệt độ của 

phần tử nhạy cảm của cảm biến) T x​ gọi là nhiệt độ cần đo, T c​ gọi là nhiệt độ đo 

được. 

• Điều kiện để đo đúng nhiệt độ: phải có sự cân bằng nhiệt giữa môi trường đo và 

cảm biến Tuy nhiên, do nhiều nguyên nhân, nhiệt độ cảm biến không bao giờ đạt tới nhiệt độ môi trường T x​, do đó tồn tại một chênh lệch nhiệt độ T x​ - T​c​ nhất định. 

• Độ chính xác của phép đo phụ thuộc vào hiệu số T x​ - T​c ​, hiệu số này càng bé, độ 

chính xác của phép đo càng cao. 

• Khi đo cần phải:  

- Tăng cường sự trao đổi nhiệt giữa bộ cảm biến và môi trường đo.  

- Giảm sự trao đổi nhiệt giữa bộ cảm biến và môi trường bên ngoài. 

Câu 25: Nguyên lý hoạt động của nhiệt kế giãn nở dựa vào sự giãn nở của vật liệu khi  tăng nhiệt độ Nhiệt kế loại này có ưu điểm kết cấu đơn giản, dễ chế tạo. 

• Nguyên lý hoạt động : vật liệu giãn nở khi tăng nhiệt độ.  

• Ưu điểm: kết cấu đơn giản, dễ chế tạo. 

* Phân loại 

1 Nhiệt kế giãn nở dùng chất lỏng 

- Cấu tạo và nguyên lý :   + Bình nhiệt (1), ống mao dẫn (2) và chất lỏng (3) (thuỷ ngân có hệ 

số giãn nở nhiệt α = 18.10 -5​/​o​C). 

Vỏ nhiệt kế bằng thuỷ tinh có α = 2.10 -5​/​o​C Bình nhiệt được đặt tiếp xúc với môi trường đo. 

+ Thang đo chia độ trên vỏ theo dọc ống mao dẫn.  

+ Dải nhiệt độ làm việc từ 50 - 600 o​C tuỳ theo vật liệu chế tạo vỏ bọc. 

2 Nhiệt kế giãn nở dùng chất rắn. 

☞ Nhiệt kế gốm - kim loại(Dilatomet):  

• Thanh gốm (1) đặt trong ống kim loại (2), một đầu thanh gốm liên kết với ống kim loại, đầu A nối với hệ thống truyền động tới bộ phận chỉ thị.  

• Hệ số giãn nở nhiệt của kim loại và của gốm là α k​ và α​g​.   

Do α​k​ > α​g​, khi nhiệt độ tăng một lượng dt, thanh kim loại giãn thêm một lượng dl k​, thanh gốm giãn thêm dl g​ với dl k​ > dl​g​, làm cho thanh gốm dịch sang phải.  

Dịch chuyển của thanh gốm phụ thuộc dl k​ - dl​g​ do đó phụ thuộc nhiệt độ.  

☞ Nhiệt kế kim loại - kim loại:  

• gồm hai thanh kim loại (1) và (2) có hệ số giãn nở nhiệt khác nhau liên kết với nhau theo chiều dọc.  

• Giả sử ỏ 1​ > ỏ 2​ , khi giãn nở nhiệt hai thanh kim loại cong về phía thanh (2). 

• Dựa vào độ cong của thanh kim loại để xác định nhiệt độ.  

• Dùng để đo nhiệt độ dưới 700 o​C. 

Câu 26: Trình bày nguyên lý chung trong chế tạo cảm biến nhiệt điện trở    (RTD – Resistance Temperature Detector). 

• Là loại cảm biến cú điện trở thay đổi theo sự thay đổi nhiệt độ.  

• Nguyên lý chung: dựa vào sự phụ thuộc điện trở suất của vật liệu theo nhiệt độ.   

• Phân loại:  

​-​ ​RTD không đốt nóng : dũng điện chạy qua rất nhỏ không làm tăng nhiệt độ của điện trở và nhiệt độ của nó bằng nhiệt độ môi trường (dùng để đo nhiệt độ và đo các đại lượng di chuyển). 

​- RTD đốt nóng : dòng điện chạy qua rất lớn làm nhiệt độ của nó tăng lên cao hơn nhiệt độ mụi trường nờn cú sự tỏa nhiệt ra môi trường xung quanh.  

(dùng để đo lưu lượng, lưu tốc dòng chảy, phân tách các chất hóa học,…). 

Câu 27: Nhiệt kế điện trở kim loại - đặc điểm cấu tạo, nguyên lý hoạt động và phạm vi  ứng dụng 

* Đặc điểm cấu tạo:  

- Nhiệt kế công nghiệp: các nhiệt kế phải có vỏ bọc tốt chống được va chạm mạnh 

và rung động, điện trở kim loại được cuốn và bao bọc trong thuỷ tinh hoặc gốm và đặt trong vỏ bảo vệ bằng thép Để giảm tổn hao nhiệt dẫn, chiều dài của nhiệt điện trở phải lớn hơn đường kính dày gấp nhiều lần (ít nhất là 200 lần). 

- Nhiệt kế bề mặt: chúng thường được chế tạo bằng phương pháp quang hoá và sử dụng vật liệu làm điện trở là Ni, Fe-Ni hoặc Pt Chiều dày lớp kim loại cỡ vài cm và kích thước nhiệt kế cỡ 1cm2  

* Phạm vi ứng dụng:  

- Nhiệt kế công nghiệp: Để sử dụng cho mục đích công nghiệp 

- Nhiệt kế bề mặt: dùng để đo nhiệt độ trên bề mặt của vật rắn  

*Nguyên lý hoạt động: dựa trên sự thay đổi điện trở (trở kháng) của vật liệu theo nhiệt 

độ 

Câu 28: Trình bày cơ sở nguyên lý trong chế tạo cảm biến cặp nhiệt ngẫu 

(Thermocouple) 

Phương pháp đo nhiệt độ bằng cảm biến nhiệt ngẫu dựa trên cơ sở hiệu ứng 

nhiệt điện Người ta nhận thấy rằng khi hai dây dẫn chế tạo từ vật liệu có bản chất hoá học khác nhau được nối với nhau bằng mối hàn thành một mạch kín và nhiệt 

độ hai mối hàn là t và t 0​ khác nhau thì trong mạch xuất hiện một dòng điện Sức điện động xuất hiện do hiệu ứng nhiệt điện gọi là sức điện động nhiệt điện Nếu một đầu của cặp nhiệt ngẫu hàn nối với nhau, còn đầu thứ hai để hở thì giữa hai cực xuất hiện một hiệu điện thế Hiện tượng trên có thể giải thích như sau: 

Trong kim loại luôn luôn tồn tại một nồng độ điện tử tự do nhất định phụ thuộc bản chất kim loại và nhiệt độ Thông thường khi nhiệt độ tăng, nồng độ điện tử tăng.