0.8 Cảm biến

KHÁI NIỆM CHUNG

Khái niệm

Cảm biến là các phần tử nhạy cảm dùng để biến đổi các đại lượng đo lường, kiểm tra hay điều khiển từ dạng này sang dạng khác thuận tiện hơn cho việc tác động của các phần tử khác. Cảm biến là một thiết bị chịu tác động của đại lượng cần đo m không có tính chất điện và cho một đặc trưng mang bản chất điện (như điện tích, điện áp, dòng điện, trở kháng) kí hiệu là s có s = F(m). Cảm biến thường dùng ở khâu đo lường và kiểm tra.

Các loại cảm biến được sử dụng rộng rãi trong tự động hóa các quá trình sản xuất và điều khiển tự động các hệ thống khác nhau. Chúng có chức năng biến đổi sự thay đổi liên tục các đại lượng đầu vào (đại lượng đo lường - kiểm tra, là các đại lượng không điện nào đó thành sự thay đổi của các đại lượng đầu ra là đại lượng điện, ví dụ: điện trở, điện dung, điện kháng, dòng điện, tần số, điện áp rơi, góc pha,...

Căn cứ theo dạng đại lượng đầu vào người ta phân ra các loại cảm biến như: cảm biến chuyển dịch thẳng, chuyển dịch góc quay, tốc độ, gia tốc, mô men quay, nhiệt độ, áp suất, quang, bức xạ,...

Các thông số cơ bản của cảm biến

a) Độ nhạy $S=\frac{\mathrm{\Delta Y}}{\mathrm{\Delta X}}$

Với: +X: gia số đại lượng đầu vào.

+Y: gia số đại lượng đầu ra.

Trong thực tế còn sử dụng độ nhạy tương đối: $S_0=\frac{}{}$

Với: Y là đại lượng ra.

X là đại lượng vào.

Cảm biến có thể là tuyến tính nếu S0=const hoặc là phi tuyến nếu S0= var. Cảm biến phi tuyến có độ nhạy phụ thuộc vào giá trị đại lượng vào (X).

b) Sai số

Sự phụ thuộc của đại lượng ra Y vào đại lượng đầu vào X gọi là đặc tính vào ra của cảm biến. Sự sai khác giữa đặc tính vào ra thực với đặc tính chuẩn (đặc tính tính toán hay đặc tính cho trong lí lịch) được đánh giá bằng sai số.

Phân làm hai loại sai số

+ Sai số tuyệt đối $\mathrm{\Delta X}=X\text{'}-X$

X': giá trị đo được; X: giá trị thực.

+ Sai số tương đối $a=\frac{\mathrm{\Delta X}}{X}$

Các nguyên nhân ảnh hưởng tới sai số

Có nhiều nguyên nhân khách quan và chủ quan ảnh hưởng tới sai số, trong thực tế người ta đưa ra các tiêu chuẩn và các điều kiện kĩ thuật để hạn chế mức độ ảnh hưởng này trong phạm vi cho phép.

Sai số ở giá trị định mức do yếu tố của bên ngoài gọi là sai số cơ bản. Nếu yếu tố của bên ngoài vượt ra khỏi giới hạn định mức thì xuất hiện sai số phụ. Để giảm sai số phụ phải giảm độ nhạy của cảm biến với yếu tố ngoài hoặc hạn chế ảnh hưởng của chúng bằng màn chắn hay môi trường khác.

c) Các yêu cầu của cảm biến

Muốn có độ nhạy cao, sai số nhỏ, cảm biến cần có các tính chất sau:

+ Có dải thay đổi đại lượng vào cần thiết.

+ Thích ứng và thuận tiện với sơ đồ đo lường, kiểm tra.

+ Ảnh hưởng ít nhất đến đại lượng đầu vào.

+ Có quán tính nhỏ.