CH

1
CHÖÔNG 6 CAÛM BIEÁN ÑO LÖÔØNG

• 6.1 Ñaëc tính toång quaùt
• 6.2 Caûm bieán daïng ñieän trôû
• 6.3 Caûm bieán daïng ñieän caûm
• 6.4 Caûm bieán daïng hoå caûm
• 6.5 Caûm bieán daïng ñieän dung
• 6.6 Caûm bieán daïng ñieän aùp
• 6.7 Caûm bieán daïng doøng ñieän

2
6.1 Ñaëc tính toång quaùt

• 6.1.1 Ñònh nghóa
• Caûm bieán ( sensor) thieát bò thu nhaän söï
  thay ñoåi caùc ñaïi löôïng vaät lyù . Chuyeån
  sang ñaïi löôïng (tín hieäu) ñieän coù theå ño
  ñöôïc hoaëc ghi laïi
• a device that detects a change in a physical
  stimulus and turns it into a signal which can be
  measured or recorded
• boä chuyeån ñoåi ( transducer ) chuyeån ñoåi
  naêng löôïng töø heä thoáng naày sang heä thoáâng
  khaùc coù cuøng daïng hoaëc daïng khaùc.
• a device that transfers energy from one system
  to another in the same or in the different form'.
  
• Cho neân caûm bieán vaø boä chuyeån ñoåi thöôøng
  ñöôïc duøng trong boä phaän daàu vaøo cuûa heä
  thoáng ño löôøng vaø ñieàu khieån.

3

• 6.1.2 Ñoä chính xaùc
• Caùc caûm bieán coù ghi ñoächính xaùc hoaëc sai
  soá khi ñöôïc cheá taïo. Giaù trò kinh teá phuï
  thuoäc vaøo ñoä chính xaùc naày.
• Ñoä chính xaùc thay ñoåi theo thôøi gian söû
  duïng
• 6.1.3 Taàm ño
• Taàm hoaït ñoäng cuûa caûm bieán trong vuøng
  tuyeán tính cuûa ñaëc tuyeán caûm bieán.
• Trong tröôøng hôïp taàm hoïat ñoäng cuûa caûm
  bieán trong vuøng phi tuyeán , phaûi söû duïng
  phöông phaùp tuyeán tính hoùa töøng ñoaïn .
  Nghóa laø chia taàm hoaït ñoäng ra nhieàu taàm
  ño.
• Khi söû duïng phaûi bieát roû taàm ño cuûa caûm
  bieán , ñeå traùnh sai soá do taàm ño gaây ra.
• 6.1.4 Ñoä nhaïy
• Moåi taàm ño cuûa caûm bieán coù moät ñoä nhaïy
  S ( ñoä doác cuûa ñoïan thaúng ñaëc tuyeán cuûa
  caûm bieán )
• Heä soá khueách ñaïi cuûa maïch chuyeån ñoåi (
  transducer) hoaëc cheá bieán tín hieäu ño
  (signal conditioning ) phuï thuoäc vaøo ñoä nhaïy
  cuûa caûm bieán.

4

• 6.1.5 Ngöôõng ñoä nhaïy
• Möùc ñoä nhoû nhaát cuûa söï thay ñoåi ñaïi
  löôïng ño maø caûm bieán ghi nhaän ñöôïc.
• Thí duï caûm bieán nhieät ñoä coù ñoä nhaïy S
  40 µV/ o C vaø ngöôõng ñoä nhaïy
• 0,5 o C
• 6.1.6 ïKhaû naêng chòu ñöïng
• Moãi caûm bieán coù khaû naêng chòu ñöïng
  toái ña trò soá ñaïi löôïng ño.
• Neâáu ño quaù trò soá naày caûm bieán seõ bò
  hoûng hoaëc bieán daïng .
• 6.1.7 Tính treã ( hysteresis )
• Söï thay ñoåi trò soá cuûa caûm bieán ñoái vôùi
  ñaïi löôïng ño gia taêng trò soá vaø suy giaûm
  trò soá coù söï khaùc nhau . ( ñaëc tuyeán cuûa
  caûm bieán khi ñaïi löôïng ño taêng vaø khi ñaïi
  löôïng ño giaûm khoâng truøng nhau )
• 6.1.8 Tính moûi meät
• Sau thôøi söû duïng lieân tuïc coù moät soá caûm
  bieán coù ñaùp öùng bò suy giaûm, khi ñoù phaûi
  cho nghæ hoïat ñoäng ñeå coù söï hoài phuïc ( nhö
  caûm bieán ñieän trôû bieán daïng,caûm bieán
  quang ...)

5
6. 2 CAÛM BIEÁN DAÏNG ÑIEÄN TRÔÛ
6.2 .1 BIEÁN TRÔÛ ÑO LÖÔØNG

• Moät bieán trôû goàm moät ñieän trôû coá ñònh
  Rn, vaø treân ñieän trôû coù moät tieáp ñieåm
  goïi laø con chaïy. Ñieän trôû R giöõa con chaïy
  vaø moät trong hai ñaàu coá ñònh cuûa bieán trôû
  .
• Ñaïi löôïng ño vò trí vaø ñoä dòch chuyeån.
• Nguyeân lyù hoaït ñoäng ñaïi löôïng ño laøm
  dòch chuyeån con chaïy.
• Ñoä phaân giaûi cuûa bieán trôû phuï thuoäc vaøo
  trò soá ñieän trôû voøng daây quaán maø con chaïy
  tieáp xuùc.
• Sai soá phuï thuoäc vaøo trò soá sai soá cuûa
  bieán trôû vaø heä soá nhieät cuûa vaät lieäu
  laøm ñieän trôû.
• ÖÙng duïng ño vò trí vaø ñoä dòch chuyeån ñeå ño
  ñaïi löôïng thöù caáp nhö löïc, aùp suaùât,
  phöông höôùng gioù thoåi . Qua vaïât theå trung
  gian nhö ño aùp suaát duøng oáng Bourdon C.

Hình nhöõng daïng bieán trôû a) Bieán trôû
thaúng b) Bieán trôû goùc c) Bieán trôû
heùlice
6
Hình caùc vaïât theå trung gian duøng ñeå gaén
bieán trôû ño löôøng ñeå ño aùp suaát.
7
6.2 .2 ÑIEÄN TRÔÛ BIEÁN DAÏNG ( STRAIN GAGE )

• Nguyeân lyù söï bieán daïng cuûa ñieän trôû
  töông öùng söï bieán daïng cuûa vaät theå laép
  ñaët ñieän trôû bieán daïng.
• Söï bieán daïng laøm thay ñoåi ?L coù öùng suaát
  
• Theo suaát ñaøn hoài Young Y
• s söï neùn hoaëc caêng ( kg/m2 )
• Heä soá bieán daïng ( gage factor )

Ñieän trôû bieán daïng a) Kim loaïi b) Baùn
daãn
Hôïp kim Thaønh phaàn Heä soá GF
Constantan 45 Ni, 55 Cu 2,1
Isoelastic 52 Fe, 36 Ni, 8 Cr, 4 (Mn, Mo) 3,5
Karma 74 Ni, 20 Cr, 3 Cu, 3 Fe 2,1
Nichrome V 80 Ni, 20 Cr 2,5
Platine tungsteøne 92 Pt, 8 W 4,1
8
Thí duï ñieän trôû bieán daïng coù e 1x 10-6
, trò soá ñieän trôû ban ñaàu R 120 O vaø GF
2,1 ( vaät lieäu baèng nhoâm ). Xaùc ñònh trò soá
ñieän trôû thay ñoåi ?R

• ÖÙng duïng Caùc daïng vaät theå trung gian
  ñöôïc duøng ñeå daùn ñieän trôû bieán daïng J ño
  löïc F vaø momen xoaén cuûa ngaåu löïc cuûa truïc
  quay truyeàn ñoäng töø ñoäng cô ñeán taûi vaø ño
  aùp suaát duøng maøng moûng( diaphragm ).
• Sai soá Do trò soá ñieän trôû thay ñoåi theo
  nhieät ñoä moâi tröôøng. Caàn phaûi buø nhieät
  duøng theâm 1 ñieän trôû bieán daïng thay ñoåi
  theo nhieät ñoä moâi tröôøng hoïat ñoäng

9
6.2 .3 NHIEÄT ÑIEÄN TRÔÛ

• Nhieïât ñieän trôû kim loaïi
• (Resistance Temperature Detector RTD )
• Heä soá nhieät döông
• Bieåu thöùc ñieän trôû theo nhieät ñoä cuûa caûm
  bieán

Trò soá ñieän trôû ôû ToC
Trò soá ñieän trôû ôû 0 oC
Rt Rref ( 1 a?T )
Heä soá nhieät
Khoaûng nhieät ñoä thay ñoåi töø 0 oC ñeán t
oC

• Söû duïng trong vuøng tuyeán tính cuûa ñaëc
  tuyeán, heä soá nhieät ít thay ñoåi
• Ñònh nghóa heä soá nhieät
• 
  
• ñieän trôû suaát cuûa vaät lieäu caûm bieán

10
Baûng caûm bieán nhieät ñieän trôû kim loaïi
thöôøng duøng trong coâng nghieäp
Lo?i RTD T?m do nhi?t d? oC H? s? nhi?t Alpha (a) O/Co
Platinum -184 to 815 0.0039
Nickel -73 to 149 0.0067
Copper -51 t0 149 0.0042
Tungsten -73 to 276 0.0045
Thí duï Tính trò soá ñieän trôû baïch kim ôû
nhieät ñoä 70oC khi trò soá ñieän trôû ôû 0oC
laø 100 O vaø heä soá nhieät a70oc 0.00392.
11

• 2. Nhieïât ñieän trôû baùn daãn
• ( Thermistor - negative temperature coefficient
  NTC)
• Heä soá nhieät aâm
• Bieåu thöùc ñieän trôû theo nhieät ñoä cuûa caûm
  bieán.
• Vaät lieäu baùn daãn ( oxid kim loaïi hoaëc
  silicon ).
• Taàm ño nhieät ñoä - 50oC ñeán 150oC
• Ñaëc tuyeán khoâng tuyeán tính.
• Bieåu thöùc trò soá ñieän trôû T ( O K ), ß (
  haèng soá phuï thuoäc vaøo vaät lieäu baùn daãn,
  trò soá thay ñoåi töø 3000 O K ñeán 4000 O K

• Thí duï Tính nhieät ñoä ño T ( O C), khi trò
  soá ñieän trôû ôû 27O C laø 1025 O coù ß 3140
  O K vaø trò soá ñieän trôû taïi nhieât ñoä ño
  laø 2330 O . ( nhieät ñoä K nhieät ñoä C 273 )

12
Extra wires for RTD provide better accuracy in
temperature measurement

• Maïch ño duøng cho caûm bieán ñieän trôû kim
  loaïi vaø baùn daãn thöôøng duøng caàu
  Wheatstone.
• Caûm bieán ñieän trôû thöôøng ñöôïc duøng ôû
  daïng 3 daây hoaëc 4 daây ñeå buø hoaëc boå chính
  söï thay ñoåi ñieän trôû daây daãn theo nhieät
  ñoä moâi tröôøng, khi caûm bieán ño ñaët caùch xa
  maïch ño vaø maïch cheá bieán tín hieäu ( caàu
  Wheatstone signal conditioning circuit , khi
  ñoù ñoä chính xaùc ñöôïc taêng leân.
• Veõ maïch caàu Wheatstone duøng cho caûm bieán
  RTD 3 daây.

13
Hình löu löôïng keá duøng caûm bieán nhieät
ñieän trôû a) Nguyeân lyù caáu taïo oáng ño löu
löôïng. b) Söï phaân boá nhieät ñoä veà hai
phía daây ñieän trôû ñoát noùng c) Maïch ñun
noùng vaø maïch ño.
Hình caûm bieán ñieän trôû RTD thöôøng ñöôïc
duøng ôû daïng 3 daây
14

• 6.2 .4 ÑIEÄN TRÔÛ QUANG
• ( photoresistor )
• Nguyeân lyù hoaït ñoäng cuûa ñieän trôû quang
  Chaáât baùn daãn tieáp nhaän quang thoâng F kích
  thích söï ion hoùa caùc haït taûi mang ñieän tích
  laøm gia taêng söï daãn ñieän chaát baùn daãn.
  Ñaây laø hieäu öùng quang ñieän cuûa chaát baùn
  daãn.
• Caùc chaát baùn daãn thöôøng ñöôïc duøng laøm
  ñieän trôû quang Vaät lieäu ña tinh theå CdS,
  CdSe, CdTe, PbS, PbSe, PbTe.
• Vaät lieäu ñôn tinh theå Ge vaø Si nguyeân chaát
  hoaëc pha theâm vaøo Au, Cu, Sb, Zn, SbIn, AsIn,
  PIn, CdHgTe.
• Hieäu öùng quang ñieän coøn phuï thuoäc vaøo ñoä
  daøi soùng ? cuûa quang thoâng ( vuøng phoå cuûa
  baùn daãn ).
• Söï daãn ñieän coøn phuï thuoäc vaøo nhieät ñoä
  moâi tröôøng. Khi duøng laøm caûm bieán ño ñaïi
  löôïng quang caàn phaûi buø cho söï thay ñoåi
  nhieät ñoâï moâi tröôøng ( temperature
  compensation ).

Vuøng phoå söû duïng ñoái vôùi caùc vaät lieäu
ñieän trôû quang khaùc nhau
15

• Öu ñieåm ñoä nhaïy cao, caùch maéc ñôn giaûn
  vaø ñaùp öùng nhanh vôùi söï thay ñoåi cuûa aùnh
  saùng ( ñaùp öùng vôùi tín hieäu xung aùnh saùng)
  .
• Khuyeát ñieåm ñaëc tuyeán cuûa söï thay ñoåi
  ñieän trôû theo cöôøng ñoä saùng hoaëc chieáu ñoä
  khoâng tuyeán tính.Chæ ñöôïc söû duïng trong
  khoaûng nhoû tuyeán tính, thí duï trong khoaûng
  ño 10 100 lux .
• ÖÙng duïng
• Bieán trôû ño löôøng coù con chaïy laø nguoàn
  saùng di chuyeån laøm thay ñoåi ñieän trôû lôùp
  quang daãn.
• Ño toác ñoä baèng ñóa quay ñuïc loå vaø caûm
  bieán quang.
• Xaùc ñònh soá saûn phaåm duøng phöông phaùp ñeám
  soá xung aùnh saùng thay ñoåi.
• Caûm bieán phaân tích phoå trong quang phoå keá
• ( spectrometer )

Söï thay ñoåi cuûa ñieän trôû quang döôùi taùc
ñoäng cuûa nguoàn saùng
Hình caáu taïo bieán trôû con chaïy daïng quang
Hình ño toác ñoä duøng caûm bieán quang
16
6. 3 CAÛM BIEÁN DAÏNG ÑIEÄN CAÛM

• Nguyeân lyù hoaït ñoäng ñieän caûm L thay ñoåi
  do ñaïi löôïng ño laøm thay ñoåi töø trôû R cuûa
  maïch töø cuûa cuoän daây
• n soá voøng
  daây quaán cuûa cuoän daây
• lf chieàu daøi cuûa maïch töø, l0 khe hôû
  khoâng khí, µo ñoä töø thaåm cuûa khoâng khí, µf
  ñoä töø thaåm cuûa maïch töø vaø Sf So thieát
  dieän maïch töø.
• Ñieän caûm vi sai coù öu ñieåm hôn ñieän caûm
  ñôn vì khoaûng tuyeán tính roäng hôn nhôø söï
  keát hôïp L vaø L( ñaïi löôïng ño taùc ñoäng
  vaøo daãn ñeán L taêng thì L giaûm ( hoaëc L
  giaûm thì L taêng ).
• ñieän caûm vi sai choáng nhieåu toát hôn.
• Caûm bieán ñieän caûm ño ñaïi löôïng dòch
  chuyeån, vò trí, toác ñoä quay
  

17
ÖÙng duïng Caûm bieán ñieän caûm ño vaän toác
Caûm bieán loaïi nam chaâm di ñoänga) Caáu
taïo b) Noái giöõa caùc cuoän daây ño
18
6.4 CAÛM BIEÁN DAÏNG HOÅ CAÛM 6.4.1Caûm Bieán
bieán aùp vi sai

• (Linear Variable Differential Transformer
  (LVDT)
• Caáu taïo 1cuoän sô caáp , 2 cuoän thöù caáp
  vaø loûi ( noøng ) di ñoäng veà 2 phía.
• Nguyeân lyù hoaït ñoäng ñaïi löôïng ño laøm
  thay ñoåi vò trí loûi daãn ñeán heä soá hoå caûm
  M vaø M do töø trôû cuûa maïch töø thay ñoåi (
  Mtaêng thì M giaûm hoaëc ngöôïc laïi ).
• ñieän aùp ngoû ra Vm cuûa 2 cuoän thöù caáp thay
  ñoåi töông öùng vôùi M M theo vò trí cuûa
  loûi.

Bieán aùp vi sai a) Loaïi dòch chuyeån
thaúng,b) Dòch chuyeån goùc, c) Sô ñoà maïch
ñieän töông ñöông.
Bieán aùp vi sai thöïc teá coù maïch cheá bieán
tín hieäu

• Heä soá hoå caûm M phuï thuoäc vaøo n1 soá voøng
  daây cuoän sô caáp vaø n2 soá voøng daây cuoän
  thöù caáp R töø trôû cuûa maïch töø

19

• ÖÙng duïng cuï theå cuûa LVDT ño caùc ñaïi
  löôïng
• nhö löïc, aùp suaát, söï bieán daïng .qua
  trung gian cuûa ñaïi löôïng dòch chuyeån
• Öu ñieåm khoaûng ño tuyeán tính roäng, choáng
  nhieåu toát vaø ñoä chính xaùc cao.

Tín hieäu ra cuûa cuoän thöù caáp 1( sec.1
output) vaø tín hieäu ra cuoän thöù caáp 2 (
sec.2 output) Sau cuøng laø tín hieäu ra ôû 2
ñaàu cuoän thöù caáp 1 vaø 2 noái vôùi nhau (
sec.1 sec.2 )
20

• 6.4.2 Microsyn
• Caáu taïo maùy ñieän nhoû, goàm coù stator
  boán cöïc quaán 4 cuoän daây sô vaø thöù caáp vaø
  rotor baèng vaät lieäu saét töø.
• Nguyeân lyù hoïat ñoäng ñaïi löôïng ño laøm
  rotor quay goùc ?? , khi es sin ?t. ñoù ñieän
  aùp phaàn thöù caáp Vm coù ñieän aùp phuï thuoäc
  goùc quay.

vm 4a??? sin ?t.

• Khoaûng ño ? 10o.
• Sai soá tuyeán tính 0,5 ñeán 1

• 6.4. 3 Maùy töï ñoàng boä(Self Synchrodetor)
• Caáu taïo goàm coù 2 maùy phaùt vaø thu ñöôïc
  noái vôùi nhau töông öùng 3 cuoän daây stator,
  cuoän daây rotor ñöôïc cung caáp tín hieäu
  Ecos?t.
• Nguyeân lyù hoaït ñoäng khi ñaïi löôïng ño
  quay rotor moät goùc ?t thì cuoän daây rotor
  cuûa maùy thu coù ñieän aùp caûm öùng töông öùng
  laøm quay rotor moât goùc ?r ?t ( maùy thu
  töï ñoâng boä vôùi maùy phaùt) .
• Caûm bieán naày ñöôïc duøng ño vaø ñieàu khieån
  goùc quay töø xa

caáu taïo cuûa sel - syn
21
6.4.4 - Caûm bieán doøng ñieän xoaùy ( doøng
Foucault ,eddy current )

• Nguyeân lyù hoaït ñoäng caûm bieán laø moät
  cuoän daây ñöôïc cung caáp doøng ñieän taàn soá
  voâ tuyeán ( lôùn hôn 500 kHz, radio frequency )
  noù seõ taïo ra moät töø tröôøng xung quanh cuoän
  daây. Caùc vaät lieäu kim loaïi töø tính hoaëc
  khoâng töø tính trong vuøng töø tröôøng naày
  phaùt sinh doøng ñieän xoaùy theo ñònh luaät
  Lenz, taïo ra töø thoâng caûm öùng choáng laïi
  töø thoâng cuûa cuoän daây nhö maïch töông
  ñöông.Heä soá hoå caûm M phuï thuoäc vaøo vò trí
  cuûa ñoái töôïng vaø vaät lieäu ( ñieän trôû
  suaát ,ñoä töø thaåm vaø kích thöôùc hình hoïc ).
  
• Ñaïi löôïng ño khoaûng caùch, vò trí vaø doø
  tìm kim loaïi.
• Sai soá phuï thuoäc nhieàu vaøo ñieàu kieän
  moâi tröôøng ( ñoä aåm, nhieät ñoä vaø töø
  tröôøng nhieåu )

Caûm bieán doøng ñieän xoaùy vaø maïch töông ñöông

• Khi coù ñoái töôïng ( R2 vaø L2 ) vaø M
• M K K, heä soá gheùp phuï
  thuoäc vò trí ñoái töôïng
• Cuoän daây cuûa caûm bieán seõ thay ñoåi sang
  trò soá R1eq vaø L1eq theo bieåu thöùc