bài 7:

cảm
biến

,

i. khái niêm
biên
.
. và phân loai cam

/

.

- Cảm biến là thiết bị điện tử cảm nhận trạng
thái hay quá trình vật lí, hoá học, sinh học và
biến đổi thành tín hiệu điện để thu thập thông
tin về trạng thái hay quá trình đó. Cảm biến có
thể được phân loại theo nhiều cách khác nhau
tuỳ theo mục đích của người sử dụng.
-Dựa trên nguyên tắc hoạt động có thể chia cảm biến
thành: cảm biến chuyển đổi trực tiếp các dạng tín hiệu
thành tín hiệu điện (Hình 7.1) (ví dụ: cặp nhiệt điện,
micro áp điện,...) và cảm biến chuyển đổi các dạng tín
hiệu thành sự biến đổi của một đại lượng vật lí (Hình
7.2) (ví dụ: điện trở quang, điện trở nhiệt,...). Thông
qua mạch điện, sự biến đổi của đại lượng vật lí này sẽ
được chuyển thành tín hiệu điện để điều khiển các
thiết bị.

,

Phạm vi sử dụng

-Dựa trên phạm vi sử dụng, cảm biến có thể được phân
loại theo ứng dụng khác nhau như: y tế (cảm biến đo
nhịp tim, cảm biến đo nồng độ oxygen trong máu, cảm
biến đo đường huyết,...); môi trường (cảm biến đo độ
pH của nước, cảm biến đo nồng độ bụi, cảm biến đo
nồng độ khí độc,...); công nghiệp (cảm biến nhiệt độ,
cảm biến áp suất,...); nông nghiệp (cảm biến đo độ ẩm
của đất, cảm biến ánh sáng, cảm biến đo độ mặn...).
Hình 7.3 là một số loại cảm biến được ứng dụng trong
các lĩnh vực khác nhau.
Hiệu quả kinh tế
Dựa trên hiệu quả kinh tế, cảm biến có thể được đánh giá và
phân loại theo các tiêu chí như giá thành, năng lượng tiêu thụ,
độ chính xác, độ bền và hiệu quả kinh tế đem lại từ việc sử
dụng cảm biến trong đời sống và sản xuất. Ví dụ trong nông
nghiệp, sử dụng cảm biến để đo mức độ amoni trong đất –
hợp chất được vi khuẩn đất chuyển thành nitrit và nitrat. Sử
dụng dữ liệu này với dữ liệu thời tiết, giúp người trồng trọt đạt
năng suất tối đa với lượng phân bón tối thiểu .

a) Cảm biến đo nồng độ oxygen trong máu ứng
dụng trong y tế

01

b) Cảm biến đo độ ẩm của đất ứng dụng trong công
nghiệp

/

c) Cảm biến phát hiện khói ứng dụng cảnh báo cháy nổ

d) Cảm biến siêu âm ứng dụng đo khoảng cách

/

,

,

/

ii. ,nguyên
tăc hoat đông
cua
cam bien su
.
,
,,.
dung .dien tro
và điên tro
.
,,. phu thuôc. ánh sáng
nhiêt .
.
1.Điện trở phụ thuộc ánh sáng ( điện trở
quang)
Điện trở quang là một linh kiện điện tử mà điện trở của
nó phụ thuộc mạnh vào ánh sáng (Hình 7.4). Khi ánh
sáng có bước sóng thích hợp chiếu vào điện trở
quang, một số electron sẽ bị bứt ra khỏi nguyên tử để
trở thành electron tự do. Kết quả là làm điện trở của nó
giảm. Ánh sáng càng mạnh thì điện trở giảm càng
nhiều. Trong sơ đồ mạch điện, điện trở quang được kí
hiệu như Hình 7.5.

nhưng khi được chiếu sáng, điện trở
của nó có thể giảm xuống còn vài
trăm ôm. Sự thay đổi của điện trở
theo cường độ sáng là mối quan hệ
không tuyến tính như chỉ ra trên
Hình 7.6.
Khi điện trở quang được nối vào
mạch điện thì sự thay đổi điện trở
này sẽ làm thay đổi dòng điện và
điện áp trên nó. Tức là, điện trở
quang đã biến đổi tín hiệu ánh sáng
thành tín hiệu điện.
Với những tính chất như trên, điện
trở quang có thể được sử dụng như
là một cảm biến để đo cường độ
sáng hoặc được sử dụng trong các
ứng dụng điều khiển các thiết bị từ
xa bằng bức xạ điện từ.

—physics

2. Điện trở nhiệt
Điện trở nhiệt (Hình 7.7) là một loại linh kiện điện tử
mà điện trở của nó thay đổi rõ rệt khi nhiệt độ thay đổi.
Trong mạch điện, điện trở nhiệt được kí hiệu như Hình
7.8.
Điện trở nhiệt được chia thành hai loại: điện trở nhiệt
có hệ số nhiệt âm (viết tắt là NTC - Negative
Temperature Coefficient) và điện trở nhiệt có hệ số
nhiệt dương (viết tắt là PTC – Positive Temperature
Coefficient). Sự khác nhau cơ bản giữa NTC và PTC là
điện trở của NTC giảm theo chiều tăng của nhiệt độ
trong khi điện trở của PTC lại tăng theo nhiệt độ. Điện
trở nhiệt NTC thường được dùng phổ biến cho các
ứng dụng đo lường và kiểm soát nhiệt độ trong khi
điện trở nhiệt PTC thường được dùng trong mạch điện
bảo vệ trạng thái quá nhiệt của thiết bị. Nhìn chung mối
quan hệ của điện trở và nhiệt độ của điện trở nhiệt là
không tuyến tính

Hình 7.7 . Điện trở nhiệt

Hình 7.8 . kí hiệu điện
trở nhiệt

Tương tự như điện trở quang, trong mạch điện khi điện trở của
điện trở nhiệt thay đổi sẽ làm dòng điện và điện áp của nó thay đổi.
Như vậy, điện trở nhiệt đã biến sự thay đổi nhiệt độ thành tín hiệu
điện. Chính vì vậy, nó có thể được sử dụng để làm cảm biến nhiệt.
Với ứng dụng này người ta hay dùng điện trở nhiệt loại NTC. Sự
phụ thuộc của điện trở nhiệt loại NTC vào nhiệt độ được chỉ ra như
trong hình 7.9

Hình 7.9 . đồ thị sự phụ thuộc của điện trở
nhiệt NTC vào nhiệt độ

3. Sử dụng điện trở quang và điện trở nhiệt để làm
cảm biến
Từ tính chất của điện trở quang và điện trở nhiệt, chúng
ta có thể sử dụng chúng để làm cảm biến ánh sáng và
cảm biến nhiệt độ. Vì các loại linh kiện này chỉ tạo ra sự
thay đổi điện trở khi có ánh sáng chiếu vào (đối với điện
trở quang) hoặc khi có sự thay đổi nhiệt độ (đối với điện
trở nhiệt) trong khi các mạch điện có sử dụng cảm biến
lại cần tín hiệu điện áp để đo lường hay điều khiển các
thiết bị. Chính vì vậy, ta cần một mạch điện để biến sự
thay đổi điện trở thành sự thay đổi điện áp. Hình 7.10 là
sơ đồ một mạch điện đơn giản được thiết kế cho mục
đích này.

Thanks for your listening
!
11b5