0.8 Cảm biến  (Page 4/8)

Cảm biến điện trở

Khái niệm

Cảm biến điện trở có đại lượng đầu vào là các đại lượng cơ: chuyển dịch cơ học thẳng hoặc chuyển dịch góc quay (hình minh họa), áp lực, độ biến dạng,...

Còn đại lượng đầu ra là điện trở hoặc sự thay đổi điện trở của cảm biến. Theo kết cấu cảm biến điện trở có các loại:

- Cảm biến điện trở dây quấn.

- Cảm biến điện trở tiếp xúc.

- Cảm biến điện trở biến dạng (tenzô).

Cảm biến điện trở dây quấn

Nguyên lí loại này hoàn toàn giống một biến trở trong phòng thí nghiệm. Nếu cơ cấu đo (phần tử chuyển dịch) được liên hệ về cơ với tiếp điểm động (con trượt biến trở), thì sự chuyển dịch của tiếp điểm động sẽ phụ thuộc chuyển dịch của cơ cấu đo (lượng vào) dẫn đến điện trở đầu ra của cảm biến (lượng ra) thay đổi tương ứng. Tiếp điểm động có thể chuyển động thẳng hoặc quay (hình minh họa).

Cấu tạo: Các bộ phận chính của cảm biến gồm:

+ Khung của cảm biến thường bằng vật liệu cách điện, chịu nhiệt như ghetinắc, técxtôlít, sứ hoặc kim loại có phủ lớp cách điện, cách nhiệt bên ngoài. Tiết diện ngang của khung có thể không đổi (cảm biến tuyến tính) hoặc thay đổi (cảm biến phi tuyến).

+ Dây điện trở : làm bằng kim loại ít bị ôxy hóa có điện trở ít thay đổi theo thời gian và theo nhiệt độ như côngstăngtan, vonfram, maganin,... Bên ngoài dây được phủ một lớp sơn cách điện hoặc lớp oxit và một lớp sơn để gắn chặt dây quấn với khung. Độ lớn của dây quấn phụ thuộc vào độ chính xác yêu cầu của cảm biến. Đối với cảm biến có độ chính xác cao, dây có đường kính từ 0,03mm đến 0,1 mm, loại có độ chính xác thấp thì đường kính dây từ 0,1mm đến 0,4 mm.

+ Tiếp điểm: được làm bằng kim loại có tính dẫn điện tốt, chịu mài mòn và có điện trở tiếp xúc nhỏ, bề rộng tiếp xúc trên cuộn dây bằng 2 đến 3 lần đường kính dây. Dải này được tạo ra bằng cách dùng giấy nhám mỏng đánh bóng trên cuộn dây. Lực ép lên tiếp điểm bằng 0,5g đến 15 g.

Cảm biến tuyến tính

Thường được nối một cách đơn giản bằng ba cách như hình minh họa

Ở chế độ không tải hoặc khi điện trở vào của mạch lớn hơn nhiều so với điện trở của cảm biến R0 thì điện áp ra UR0 phụ thuộc vào chuyển dịch x hoặc góc $j$ theo phương trình sau mà không phụ thuộc vào trị số điện trở R0:

- Cảm biến thẳng: UR0 = $\frac{U_0}{R_0}\text{.}r=\frac{U_0}{l}\text{.}x=s\text{.}x$

- Cảm biến quay : UR0 = $\frac{U_0}{R_0}\text{.}r=s\text{.}\varphi$

Trong đó: s = $\frac{U_0}{l}$ gọi là độ nhạy của cảm biến, trên đặc tính góc hình 7-5, góc $\alpha$ có : tg $\alpha$ = s = $\frac{U_0}{l}$ .

Chú ý: nếu nối cảm biến theo sơ đồ a) và b) hình minh họa trên thì cực tính điện áp ra của cảm biến không thay đổi, nếu nối theo sơ đồ c) có thể thay đổi được điện áp ra lớn nhất giảm còn U0/2 nhưng ở cực tính điện áp ra vẫn bằng U0, có nghĩa là độ nhạy cảm biến tăng lên hai lần. Tuy nhiên cấu tạo cảm biến theo sơ đồ này sẽ phức tạp hơn. Ngoài các loại như hình minh họa a,b,c còn dùng sơ đồ kiểu cảm biến kép góc quay.