Chương 1. KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ CẢM BIẾN Mục tiêu :Trang bị cho sinh viên các khái niệm cơ bản về cảm biến, các thông
số cơ bản khi sử dụng cảm biến và phương pháp chuẩn cảm biến
1.1 Kh¸i ni ệm chung 1.1.1Vai trò của cảm biến trong đo lường và điều khiển Các bộ cảm biến đóng vai trò cực kỳ quan trọng trong lĩnh vực đo lường và điều
khiển. Chúng cảm nhận và đáp ứng theo các kích thích thường là các đại lượng không
điện, chuyển đổi các đại lượng này thành các đại lượng điện và truyền các thông tin về
hệ thống đo lường điều khiển, giúp chúng ta nhận dạng đánh giá và điều khiển mọi
biến trạng thái của đối tượng.
1.1.2 Các đặc trưng cơ bản 1.1.2.1 Độ nhạy của cảm biến
Khái niệm Đối với cảm biến tuyến tính, giữa biến thiên đầu ra Δs và biến thiên đầu
vào Δm có sự liên hệ tuyến tính:
.Δs = S.Δm
(1.1)
Đại lượng S xác định bởi biểu thức S =
được gọi là độ nhạy của cảm biến
Trường hợp tổng quát, biểu thức xác định độ nhạy S của cảm biến xung
quanh giá trị mi của đại lượng đo xác định bởi tỷ số giữa biến thiên Δs của đại
lượng đầu ra và biến thiên Δm tương ứng của đại lượng đo ở đầu vào quanh giá trị
đó:
S =
(1.2)
m=m
i
Để phép đo đạt độ chính xác cao, khi thiết kế và sử dụng cảm biến cần làm
sao cho độ nhạy S của nó không đổi, nghĩa là ít phụ thuộc nhất vào các yếu tố sau:
- Giá trị của đại lượng cần đo m và tần số thay đổi của nó.
- Thời gian sử dụng.
- Ảnh hưởng của các đại lượng vật lý khác (không phải là đại lượng đo)
của môi trường xung quanh.
Thông thường nhà sản xuất cung cấp giá trị của độ nhạy S tương ứng với
những điều kiện làm việc nhất định của cảm biến.
* Độ nhạy trong chế độ tĩnh và tỷ số chuyển đổi tĩnh Đường chuẩn cảm biến, xây dựng trên cơ sở đo các giá trị si ở đầu ra tương
ứng với các giá trị không đổi mi của đại lượng đo khi đại lượng này đạt đến chế
độ làm việc danh định được gọi là đặc trưng tĩnh của cảm biến. Một điểm Qi(mi,si)
trên đặc trưng tĩnh xác định một điểm làm việc của cảm biến ở chế độ tĩnh.
Trong chế độ tĩnh, độ nhạy S xác định theo công thức (1.3) chính là độ
đốc của đặc trưng tĩnh ở điểm làm việc đang xét. Như vậy, nếu đặc trưng tĩnh
không phải là tuyến tính thì độ nhạy trong chế độ tĩnh phụ thuộc điểm làm việc.
Đại lượng ri xác định bởi tỷ số giữa giá trị si ở đầu ra và giá trị mi ở đầu vào
Δs
Δm
Δs
Δm
6
được gọi là tỷ số chuyển đổi tĩnh:
i Q i m S r
(1.4)
Từ (1.4), ta nhận thấy tỷ số chuyển đổi tĩnh ri không phụ thuộc vào điểm làm
việc Qi và chỉ bằng S khi đặc trưng tĩnh là đường thẳng đi qua gốc toạ độ.