CHUYÊN ĐỀ VẬT LÝ 11

BÀI 7. CẢM BIẾN
NỘI DUNG THUYẾT TRÌNH

MỞ ĐẦU

KHÁI NIỆM

PHÂN LOẠI

NGUYÊN TẮC
HOẠT ĐỘNG

1

MỞ ĐẦU
Trò chơi 1: Kể tên các thiết bị điều khiển từ xa có trong hình sau. Bạn có 30 giây
suy nghĩ
a)
b)
c)
d)
e)
g)
h)
i)
k)
l)

Tủ lạnh
Bếp điện
Điều hoà
Nồi cơm điện
Loa đài
Laptop
Khoá thông minh
Lò nướng
Camera
Máy gọi đồ

MỞ ĐẦU
Trò chơi 2: Kể tên các thiết bị điện tử mà bạn thường sử dụng trong đời sống hằng
ngày. Bạn có 30 giây suy nghĩ.
 Câu trả lời: Các thiết bị điện tử mà bạn thường sử dụng trong đời sống
hằng ngày là:
+ Ti-vi
+ Điện thoại
+ Máy vi tính, laptop
+ Máy giặt
+ Máy quạt
+ Đèn điện
+ Máy hút bụi
+ Lò vi sóng
+ Lò nướng
+ Máy lạnh

MỞ ĐẦU
Câu hỏi: Ứng dụng của cảm biến trong một số lĩnh vực khoa học hay cuộc sống?

Cảm biến siêu âm là thiết bị điện tử
đo khoảng cách của một đối tượng
mục tiêu bằng cách phát ra sóng
siêu âm, sau đó âm thanh phản xạ
được chuyển đối thành tín hiệu điện.

MỞ ĐẦU
Câu hỏi: Ứng dụng của cảm biến trong một số lĩnh vực khoa học hay cuộc sống?

Điện thoại thông minh ngày nay có
thể nhận diện được khuôn mặt và mở
khóa màn hình với vài thao tác đơn
giản. Đây là ứng dụng của cảm biến
tiệm cận trong lĩnh vực công nghệ và
đời sống. Các cảm biến này được
tích hợp thêm các pin, tia hồng
ngoại.

KHÁI NIỆM VÀ PHÂN LOẠI CẢM BIẾN
1. Khái niệm

Cảm biến là thiết bị điện tử cảm nhận trạng thái hay
quá trình vật lí, hóa học, sinh học và biến đổi thành tín
hiệu điện để thu thập thông tin về trạng thái hay quá
trình đó.

KHÁI NIỆM VÀ PHÂN LOẠI CẢM BIẾN
2. Phân loại
a) Dựa trên nguyên tắc hoạt động

Cảm biến chuyển đổi trực tiếp các dạng tín
hiệu thành tín hiệu điện.
Cảm biến chuyển đổi các dạng tín hiệu thành
sự biến đổi của một đại lượng vật lí.

KHÁI NIỆM VÀ PHÂN LOẠI CẢM BIẾN
2. Phân loại

a) Dựa trên nguyên tắc hoạt động
• Cảm biến chuyển đổi các dạng tín hiệu thành sự thay đổi điện trở:
ĐIỆN ÁP

CÁC DẠNG
TÍN HIỆU

CẢM BIẾN
DÒNG ĐIỆN

• Cảm biến chuyển đổi các dạng tín hiệu thành sự thay đổi điện trở:
CÁC DẠNG
TÍN HIỆU

ĐIỆN ÁP
CẢM BIẾN

MẠCH ĐIỆN
DÒNG ĐIỆN

KHÁI NIỆM VÀ PHÂN LOẠI CẢM BIẾN
2. Phân loại
b) Dựa trên phạm vi sử dụng
Lĩnh vực y tế
Lĩnh vực môi trường
Thiết bị cảm biến đo đường huyết

Lĩnh vực công nghiệp
Lĩnh vực nông nghiệp
Thiết bị cảm biến nồng độ bụi
trong không khí

KHÁI NIỆM VÀ PHÂN LOẠI CẢM BIẾN
2. Phân loại
b) Dựa trên phạm vi sử dụng

Cảm biến đo áp suất

Cảm biến đo độ PH đất

KHÁI NIỆM VÀ PHÂN LOẠI CẢM BIẾN
2. Phân loại
d) Dựa trên hiệu quả kinh tế

1
2
3
4

•

Giá thành

•

Năng lượng tiêu thụ

•

Độ chính xác và độ bền

• Hiệu quả kinh tế đem lại từ việc sử dụng
cảm biến trong đời sống và sản xuất

NGUYÊN TẮC HOẠT ĐỘNG CỦA CẢM BIẾN SỬ DỤNG
QUANG ĐIỆN TRỞ VÀ NHIỆT ĐIỆN TRỞ

1. Điện trở phụ thuộc ánh sáng (quang điện trở)
a) Cấu tạo
Điện trở phụ thuộc ánh sáng là
điện trở thuần được chế tạo bằng
vật liệu có tính quang dẫn, có chỉ
số giảm khi được chiếu sáng.

NGUYÊN TẮC HOẠT ĐỘNG CỦA CẢM BIẾN SỬ DỤNG
QUANG ĐIỆN TRỞ VÀ NHIỆT ĐIỆN TRỞ

1. Điện trở phụ thuộc ánh sáng (quang điện trở)
b) Nguyên tắc hoạt động của cảm biến sử dụng điện trở phụ
thuộc ánh sáng
Khi có ánh sáng thích hợp chiếu vào điện trở quang thì điện trở
của nó giảm, ánh sáng càng mạnh, điện trở của điện trở quang
càng nhỏ.
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 đó, tức là điện
trở quang đã biến đổi tín hiệu ánh sáng thành tín hiệu điện.

NGUYÊN TẮC HOẠT ĐỘNG CỦA CẢM BIẾN SỬ DỤNG
QUANG ĐIỆN TRỞ VÀ NHIỆT ĐIỆN TRỞ

1. Điện trở phụ thuộc ánh sáng (quang điện trở)
c) Ứng dụng
- Trong mạch dò sáng tối để
đóng ngắt đèn chiếu sáng trong
mạch báo trộm.
- Trong việc điều khiển độ sáng
màn hình của điện thoại thông
minh, máy tính xách tay máy tính
bảng, trong máy đo cường độ
sáng…

NGUYÊN TẮC HOẠT ĐỘNG CỦA CẢM BIẾN SỬ DỤNG
QUANG ĐIỆN TRỞ VÀ NHIỆT ĐIỆN TRỞ

2. Điện trở nhiệt

a. Định nghĩa:
Là linh kiện điện tử có giá trị điện trở thay đổi một cách rõ
rệt dưới tác dụng của nhiệt.
b. Phân loại: gồm hai loại điện trở nhiệt:
+ Điện trở nhiệt hệ số dương PTC
+ Điện trở nhiệt có hệ số âm NTC

Điện trở giảm khi nhiệt độ tăng

c. Nguyên tắc hoạt động:
Hoạt động dựa trên nguyên tắc khi nhiệt độ môi trường
cần đo thay đổi thì giá trị của điện trở nhiệt sẽ tăng hoặc
giảm theo một quy luật xác định cảm biến sẽ đưa ra một tín
hiệu điện gửi đến bộ xử lí để biểu thị giá trị nhiệt độ tương
ứng.

Điện trở tăng khi nhiệt độ tăng

NGUYÊN TẮC HOẠT ĐỘNG CỦA CẢM BIẾN SỬ DỤNG
QUANG ĐIỆN TRỞ VÀ NHIỆT ĐIỆN TRỞ

2. Điện trở nhiệt
d. Ứng dụng:

Sử dụng trong các thiết bị gia dụng cần kiểm
soát nhiệt độ như biết cảm ứng, nồi hơi, nồi
cơm điện, lò vi sóng, lò nướng, ấm siêu tốc,
trong các phần mạch bảo vệ quá nhiệt của bộ
cấp nguồn điện, trong bộ phận đo lường và
bù nhiệt tự động hóa của máy in, máy
photocopy.

NGUYÊN TẮC HOẠT ĐỘNG CỦA CẢM BIẾN SỬ DỤNG
QUANG ĐIỆN TRỞ VÀ NHIỆT ĐIỆN TRỞ

VIDEO TÌM HIỂU ĐIỆN TRỞ NHIỆT

NGUYÊN TẮC HOẠT ĐỘNG CỦA CẢM BIẾN SỬ DỤNG
QUANG ĐIỆN TRỞ VÀ NHIỆT ĐIỆN TRỞ

3. Sử dụng quang điện trở và nhiệt điện trở để làm cảm biến
- Khi sử dụng các điện trở này để làm cảm biến thì
cần mạch điện để biến đổi sự thay đổi của điện trở
thành sự thay đổi của điện áp.
+ Sơ đồ mạch điện đơn giản gồm: R là điện trở xác
định, Rs là điện trở cảm biến, E là nguồn điện không
đổi.
+ Khi RS thay đổi thì điệu áp URs trên nó và UR trên R
cũng thay đổi theo.
+ Ứng với mỗi sự thay đổi cường độ sáng hoặc nhiệt
độ thì sẽ có sự thay đổi tương ứng của điện áp trên
cảm biến hoặc điện trở R. Do đó, có thể sử dụng một
trong hai điện áp này để làm tín hiệu ra cho mạch
điện cảm biến.

NGUYÊN TẮC HOẠT ĐỘNG CỦA CẢM BIẾN SỬ DỤNG
QUANG ĐIỆN TRỞ VÀ NHIỆT ĐIỆN TRỞ
Câu hỏi 1: Tại sao điện trở quang và điện trở nhiệt có thể được sử dụng để làm
cảm biến? Bạn có 30 giây để suy nghĩ.
Câu trả lời:

Vì các linh kiện này chỉ tạo ra sự thay đổi điện trở khi khi có ánh sáng
chiếu vào (đối với điện trở quang) hoặc khi có sự thay đổi nhiệt độ (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 thiết bị nên ta cần một mạch điện để biến
sự thay đổi điện trở thành điện áp.

NGUYÊN TẮC HOẠT ĐỘNG CỦA CẢM BIẾN SỬ DỤNG
QUANG ĐIỆN TRỞ VÀ NHIỆT ĐIỆN TRỞ
Câu hỏi 2: Trình bày nguyên tắc hoạt động của cảm biến sử dụng điện trở phụ
thuộc ánh sáng và điện trở nhiệt. Bạn có 30 giây để suy nghĩ.
 Câu trả lời:
- Ứng với mỗi sự thay đổi cường độ sáng (đối với điện trở quang) hoặc sự thay đổi
nhiệt độ (đối với điện trở nhiệt) sẽ có một sự thay đổi tương ứng của điện áp trên
cảm biến hoặc trên điện trở R.
- Sử dụng một trong hai điện áp này để làm tín hiệu ra cho mạch điện của cảm biến.
Tín hiệu ra này có thể được sử dụng để làm tín hiệu đo lường hoặc điều khiển thiết
bị thông qua mạch điện tử thích hợp.

NGUYÊN TẮC HOẠT ĐỘNG CỦA CẢM BIẾN SỬ DỤNG
QUANG ĐIỆN TRỞ VÀ NHIỆT ĐIỆN TRỞ
Câu hỏi 3: Phân biệt sự giống và khác nhau giữa điện trở quang và điện trở
nhiệt? Bạn có 30 giây để suy nghĩ.
Điện trở nhiệt

Điện trở quang

Giống nhau Đều có tác dụng thay đổi điện trở khi có tác động từ môi trường ngoài như thay

đổi ánh sáng hoặc nhiệt độ vào nó. Gián tiếp làm thay đổi dòng điện và điện áp
của mạch điện.
Khác nhau
Khi ánh sáng có bước sóng thích hợp
Khi nhiệt độ qua điện trở nhiệt
chiếu vào điện trở quang, sẽ có cácthay đổi thì điện trở của nó có thể tăng
electron bứt ra khỏi nguyên tử, dẫn đếnhoặc giảm tuỳ thuộc vào đó là loại
điện trở của điện trở quang giảm. Ánhđiện trở nhiệt NTC hay PTC. Điện trở
sáng càng mạnh thì điện trở càng nhỏ.
NTC khi nhiệt độ tăng thì điện trở
giảm còn điện trở PTC khi nhiệt độ
tăng thì điện trở tăng.

BẠN CÓ BIẾT?
Cảm biến là thiết bị có đặc tính thay
đổi khi có một yếu tố tác động lên nó.
Phần cảm biến là phần tử phát hiện/
nhận biết và đáp ứng kích thích của
môi trường, cảm nhận sự biến thiên
của yếu tố tác động lên nó. Bộ xử lí
phần tử chuyển đổi đáp ứng của phân
tử cảm biến thành tín hiệu điện, tín
hiệu này sẽ hiển thị lên thiết bị đầu ra.

BẠN CÓ BIẾT?
- Sự thay đổi nhiệt độ của không khí trong
lồng ấp trứng tác động vào cảm biến sẽ khiến
bộ xử lí bật hoặc tắt bộ phận làm nóng nhờ
đó mà giữ cho trứng được ấp ở nhiệt độ thích
hợp.
- Cảm biến tiệm cận Schneider được ứng
dụng rộng rãi trong công nghiệp với các tính
năng như: phát hiện vật thể không cần tiếp
xúc, điều khiển các thiết bị đóng ngắt tự
động.

TRÒ CHƠI: AI LÀ TRIỆU PHÚ?

Luật chơi:
- Gồm 10 câu hỏi, mỗi câu hỏi gồm 4 đáp án A, B, C, D.
- Khi câu hỏi hiện ra, MC sẽ đọc câu hỏi và đáp án, bạn nào trả
lời đúng sẽ được một phần quà may mắn từ chương trình.
- Chú ý: Nếu suy nghĩ quá lâu hoặc trả lời sai sẽ mời bạn khác
trả lời.

Câu 1: Cảm biến là thiết bị dùng để biến đổi đại lượng nào sau đây?
 A. Đại lượng điện.

 B. Đại lượng dòng điện.

 C. Đại lượng vật lí, hoá học.

 D. Đại lượng điện áp.

Câu 2: Nhiệt điện trở có hệ số âm là gì?
 A. NTC

 B. ATC

 C. RLC

 D. PVC

Câu 3: Điện trở quang là điện trở có:
 A. Ánh sáng càng mạnh, điện trở càng tăng

 B. Ánh sáng càng mạnh, điện trở càng tăng

 C. Ánh sáng càng yếu, điện trở càng giảm

 D. Ánh sáng càng mạnh, điện trở càng giảm

Câu 4: Điện trở biến đối theo nhiệt có mấy loại?
 A. 1

loại

 B. 2

loại

 C. 3

loại

 D. 4

loại

Câu 5: Điện trở nhiệt được sử dụng thêm cảm biến nào sau đây?
 A. Cảm biến đo khoảng cách

 B. Cảm biến đo cường độ ánh sáng

 C. Cảm biến nhiệt

 D. Cảm biến đo gia tôc

Câu 6: Có mấy cách để phân loại cảm biến?
 A. 4 cách

 B. 3 cách

 C. 5 cách

 D. 2 cách

Câu 7: Thiết bị cảm biến nồng độ bụi trong không khí được
ứng dụng trong lĩnh vực nào?
 A. Y tế

 B. Công nghiệp

 C. Nông nghiệp

 D. Môi trường

Câu 8: Trong các ứng dụng sau đây, đâu là ứng dụng của
quang điện trở?
 A. Điều khiển độ sáng màn hình thiết bị

 B. Giúp điều chỉnh nhiệt độ của lò vi sóng

 C. Kiểm soát nhiệt độ của nồi cơm điện

 D. Cảm nhận được tín hiệu điều khiển ra vào

Câu 9: Điện trở phụ thuộc ánh sáng được chế tạo bằng vật
liệu gì?
 A. Vật liệu có tính dẫn điện

 B. Vật liệu có tính quang dẫn

 C. Vật liệu có khả năng ăn mòn kim loại

 D. Vật liệu có tính đàn hồi

Câu 10: Ta đã biết rằng, điện trở nhiệt có hệ số âm NTC. Vậy NTC
được hiểu là gì? (Dựa vào video đã xem ở phần Điện trở nhiệt)
 A. thuận nhiệt trở

 B. nhiệt điện trở

 C. nghịch nhiệt trở

 D. biến trở nhiệt