Giáo trình Đo lường cảm biến (Phần 2)

Hình 8.1 Quan hệ giữa điện trở và độ chiếu sáng của cảm biến quang dẫn 
 5 
 gi÷a ®iÖn trë vµ ®é räi lµ phi tuyÕn 
 TÕ bµo quang dÉn cã ®é nhËy cao cho phÐp ®¬n gi¶n hãa trong c¸c øng 
dông nhng cã mét sè nhîc ®iÓm: 
 ®Æc tÝnh ®iÖn trë- ®é räi phi tuyÕn 
 Thêi gian håi ®¸p t¬ng ®èi lín 
 Th«ng sè kh«ng æn ®Þnh do giµ hãa 
 ®é nh¹y phô thuéc nhiÖt ®é 
 øng dông cña tÕ bµo quang dÉn 
 + ®iÒu khiÓn r¬le 
®iÒu khiÓn trùc tiÕp ®iÒu khiÓn qua transzitor 
Hình 8.2 Ứng dụng của tế bào quang dẫn 
 Khi cã th«ng lîng ¸nh s¸ng chiÕu lªn tÕ bµo quang dÉn, ®iÖn trë R gi¶m xuèng 
®¸ng kÓ ®ñ ®Ó cho dßng ®iÖn I ch¹y qua tÕ bµo. Dßng ®iÖn sö dông trùc tiÕp hoÆc th«ng 
qua khuÕch ®¹i ®Ó ®ãng më r¬le 
+ Thu tÝn hiÖu quang: tÕ bµo quang dÉn cã thÓ ®îc sö dông biÕn xung quang thµnh 
xung ®iÖn. Sù ng¾t qu·ng cña xung ¸nh s¸ng chiÕu lªn tÕ bµo quang ®iÖn sÏ ®îc ph¶n 
¸nh thµnh xung ®iÖn cña m¹ch ®o,vì vËy c¸c th«ng tin mµ xung ¸nh s¸ng mang tíi sÏ 
®îc thÓ hiÖn trªn xung ®iÖn.Ngêi ta øng dông m¹ch ®o nµy ®Ó ®Õm vËt hoÆc ®o tèc ®é 
quay cña ®Üa. 
8.2.2 Photodiot 
- TiÕp xóc giữa P vµ N t¹o nªn vïng nghÌo h¹t dÉn vì ë ®ã tån t¹i mét ®iÖn trêng 
vµ hình thµnh hµng rµo thÕ Vb. Khi đã dßng ®iÖn ®Æt lªn chuyÓn tiÕp I=0 
- Nguyªn lý lµm viÖc: Khi chiÕu s¸ng lªn bÒ mÆt di«t b¸n dÉn b»ng bøc x¹ cã bíc 
sãng nhá h¬n bíc sãng ngìng <s sÏ lµm xuÊt hiÖn thªm c¸c cÆp ®iÖn tö vµ lç 
trèng. 
 6 
Hình 8.3 Cấu tạo cuả Photodiot 
 Để c¸c h¹t nµy cã thÓ tham gia vµo ®é dÉn vµ lµm tang dßng ®iÖn I cÇn ng¨n c¶n 
qu¸ tr×nh t¸i hîp chóng tøc lµ ph¶i nhanh 
chãng t¸ch cÆp ®iÖn tö, lç trèng díi t¸c dông 
cña ®iÖn trêng. ®iÒu nµy chØ cã thÓ x¶y ra ë 
vïng nghÌo vµ sù chuyÓn rêi cña c¸c ®iÖn tÝch 
®ã kÐo theo sù gia tăng dßng ®iÖn ngîc Ir. ®Ó 
®¹t ®îc ®iÒu ®ã ¸nh s¸ng ph¶i ®¹t tíi vïng 
nghÌo sau khi ®· ®i qua bÒ dµy cña chÊt b¸n 
dÉn vµ tiªu hao năng lîng kh«ng nhiÒu.Cµng 
®i s©u vµo chÊt b¸n dÉn quang th«ng cµng 
gi¶m (x)= 0.e-x thùc tÕ c¸c dièt cã líp 
b¸n dÉn rÊt máng ®Ó sö dông ¸nh s¸ng hữu hiÖu ®ång thêi vïng nghÌo ph¶i ®ñ réng ®Ó 
sù hÊp thô lµ cùc ®¹i 
- ChÕ ®é ho¹t ®éng 
 + ChÕ ®é quang dÉn 
ChuyÓn tiÕp 
Vïng nghÌo 
P 
N 
®iÖn tr-êng 
N 
P 
ChuyÓn tiÕp + 
- 
+ 
Hình 8.4 Sơ đồ thay thế Photodiot ở 
chế độ quang dẫn 
 7 
 Es nguån ph©n cùc ngîc 
 diot 
 Rm- ®o tÝn hiÖu 
 ®Æc tÝnh V«n-ampe cña 
 photodiot øng víi møc quang 
 th«ng kh¸c nhau 
 Ir=Es/Rm+Vd/Rm 
+ChÕ ®é quang thÕ: trong chÕ ®é nµy kh«ng cã ®iÖn ¸p ngoµi ®Æt vµo ®ièt. Photodiot 
ho¹t ®éng gièng nh mét nguån dßng. Ngêi ta ®o thÕ hë m¹ch vµ dßng ng¾n m¹ch Voc 
vµ Isc. ®Æc ®iÓm ë chÕ ®é nµy lµ kh«ng cã dßng tèi do kh«ng cã nguån ®iÖn ph©n cùc 
ngoµi do ®ã cã thÓ gi¶m nhiÔu vµ cho phÐp ®o quang th«ng nhá 
- S¬ ®å sö dông photodiot : tïy thuéc môc ®Ých sö dông photodiot ngêi ta chän 
chÕ ®é lµm viÖc cho nã 
 + chÕ ®é quang dÉn 
S¬ ®å t¸c ®éng nhanh 
Hình 8.5 Đặc tính V-A của Photodiot 
ứng với mức quang thông khác nhau 
Hình 8.6 Sơ đồ ứng dụng của Photodiot 
ở chế độ quang dẫn 
 8 
V0=(R1+R2).Ir 
®iÖn trë t¶i cña diot nhá 
vµ b»ng (R1+R2) /k 
K- hÖ sè khuÕch ®¹i ë tÇn sè 
 lµm viÖc, C2 cã t¸c dông bï trõ ¶nh hëng cña tô ký sinh Cp1 víi ®iÒu kiÖn R1 
Cp1=R2C2 
+ ChÕ ®é quang thÕ 
 S¬ ®å tuyÕn tÝnh 
 V0=Rm.Isc 
- 
+ 
Eb 
Ir 
Vo 
R2 R1 
CP1 
C2 
R1+R2 
- 
+ 
Isc 
Vo 
Rm 
R=Rm 
Hình 8.7 Sơ đồ ứng dụng của Photodiot ở chế độ quang thế 
 9 
 8.2.3 Phototranzitor 
- Phototranzitor lµ tranzitor silic lo¹i NPN vïng bazo cã thÓ ®îc chiÕu s¸ng, 
kh«ng cã ®iÖn ¸p ®Æt lªn bazo, chØ cã ®iÖn ¸p ®Æt lªn C, chuyÓn tiÕp B-C ph©n 
cùc ngîc(h×nh a) 
-Nguyªn lý: khi chuyÓn tiÕp B-C ®îc chiÕu s¸ng nã ho¹t ®éng ho¹t ®éng gièng 
photodiot ë chÕ ®é quang dÉn víi dßng ngîc: 
Hình 8.8 Cấu tạo Phototranzitor 
 Ir=I0+Ip 
 trong ®ã: I0- dßng ®iÖn ngîc trong tèi 
 Ip- dßng quang ®iÖn khi cã th«ng lîng ¸nh 
 s¸ng chiÕu qua bÒ dµy X 
 →Dßng Ir ®ãng vai trß lµ dßng bazo g©y nªn dßng colector Ic=(+1) 
Ir=(+1) I0 +(+1) Ip 
 - hÖ sè khuÕch ®¹i dßng cña transzitor khi ®Êu chung emitor 
b a 
 10 
 + cã thÓ coi Phototranzitor nh tæ hîp gåm mét photodiot vµ 1 tranzitor(h×nh 
b). Photodiot cung cÊp dßng quang ®iÖn t¹i bazo, cßn tranzitor cho hiÖu øng 
 KhuÕch ®¹i . C¸c ®iÖn tö vµ lç trèng ph¸t sinh trong vïng bazo(díi t¸c dông 
cña ¸nh s¸ng) sÏ bÞ ph©n cùc díi t¸c dông cña ®iÖn trêng trªn chuyÓn tiÕp B-C 
- S¬ ®å dïng Phototranzitor: Phototranzitor cã thÓ dïng lµm bé chuyÓn m¹ch 
hoÆc lµm phÇn tö tuyÕn tÝnh. ChÕ ®é chuyÓn m¹ch phototranzitor cã u ®iÓm so 
víi photodiot lµ cho phÐp ®iÒu khiÓn trùc tiÕp dßng qua t¬ng ®èi lín.Ngîc l¹i ë 
chÕ ®é tuyÕn tÝnh, phototranzitor cã u ®iÓm lµ cho ®é khuÕch ®¹i nhng ®é tuyÕn 
tÝnh cña photodiot tèt h¬n 
- + phototranzitor chuyÓn m¹ch 
Hình 8.9 Các sơ đồ ứng dụng Phototranszitor 
a 
b 
c d 
 11 
Th«ng tin sö dông d¹ng nhÞ ph©n: cã hay kh«ng cã bøc x¹, ¸nh s¸ng lín h¬n 
hay kh«ng lín h¬n ¸nh s¸ng ngưìng 
 H×nh a: ®iÒu khiÓn trùc tiÕp r¬le 
 H×nh b: Sau khi khuÕch ®¹i ®iÒu khiÓn r¬le 
 H×nh c: ®iÒu khiÓn cæng logic 
 H×nh d: ®iÒu khiÓn thyristor 
8.3 Sợi quang 
 Sợi quang ứng dụng hiện tượng phản xạ toàn phần khi ánh sáng được chiếu từ 
môi trường trong xuốt có hệ số chiết quang n1 lớn (như nước, thủy tinh, chất dẻo trong 
xuốt) qua mặt phân cách sang một môi trường trong xuốt khác có chiết suất n2 nhỏ 
hơn(như không khí). Hiện tượng phản xạu toàn phần xảy ra khi góc tới (hình )lớn hơn 
góc phản xạ toàn phần 0 
Hình 8.10 Truyền ánh sáng trong sợi quang 
 Sợi quang thông thường có dạng trụ với lõi bằng vật liệu thạch anh hoặc thủy 
tinh đa thành phần hoặc nhựa tổng hợp trong suốt với chiết suất lớn hơn nhiều so với 
không khí. Bên ngoài lõi là một màng vỏ làm bằng chất có chiết suất nhỏ hơn. Như 
trên hình 8.10 ánh sáng đi vào sợi quang qua mặt đầu của sợi quang và phản xạ toàn 
phần liên tục giữa mặt phân cách lõi và màng vỏ rồi ra ngoài ở mặt đầu kia của sợi. 
Những tia sáng không phản xạ toàn phần được thì xuyên ra ngoài sợi quang và gây ra 
tổn hao năng lượng ánh sáng truyền. 
 Các sợi quang được chế tạo để sợi có bị uốn thì phần lớn ánh vẫn được truyền 
dọc theo sợi. 
 12 
Hình 8.11 Cảm biến quang học dùng sợi quang kiểu ánh sáng xuyên a, và ánh 
sáng phản xạ b 
 Hình 8.11 là sơ đồ lắp cảm biến quang học dạng sợi quang. Trên đó SQ: sợi 
quang, ĐT: đối tượng, TQ: Transzitor quang. 
 Đường kính sợi quang cỡ 1mm.Ưu điểm của loại này là có thể cảm nhận những 
vật có kích thước nhỏ tới 1mm. Cảm biến chịu tốt các rung động, va đập vì đầu sợi 
quang không có mạch điện, thiết bị nào cả. Do sợi quang có đường kính nhỏ nên có 
thể luồn lách và đặt ở những nơi rất hẹp. 
8.4 Sơ lược về áp dụng cảm biến quang 
 Cảm biến quang được sử dụng rất phổ biến trong công nghiệp để phát hiện sự 
có mặt của vật, đếm số sản phẩm. 
 Phát hiện vật thể bóng loáng, gồ ghề 
 13 
Chương 9.CẢM BIẾN VỊ TRÍ VÀ DỊCH CHUYỂN 
 Mục tiêu :Trang bị cho sinh viên kiến cơ bản về các phương pháp đo vị trí, làm 
quen với một số thiết bị vị trí có trên thị trường 
9.1 Cảm biến điện cảm 
Cảm biến vịt rí kiểu cảm ứng ( hay còn gọi là cảm biến điện cảm)làm việc dựa trên 
nguyên lý cảm ứng điện từ. Vật cần đo vị trí hoặc dịch chuyển được gắn vào một 
phần tử của mạch từ gây nên sự biến thiên từ thông qua cuộn đo. Cảm biến điện cảm 
được chia ra: cảm biến tự cảm và hỗ cảm. 
 Cảm biến tự cảm có khe từ biến thiên 
- Cảm biến tự cảm đơn: trên hình 1.10 trình bày sơ đồ nguyên lý cấu tạo của 
một số loại cảm biến tự cảm đơn. 
1 
3 1 
2 2 
 XV 
R 
2 3 
1 
δ 
a) b) c) 
Hình 9.1 Cảm biến tự cảm đơn 
1, lõi sắt từ 2, cuộn dây 3, phần động 
Cảm biến tự cảm đơn gồm một cuộn dây quấn trên lõi thép cố định (phần tĩnh) 
và một lõi thép có thể di động dưới tác động của đại lượng đo (phần động), giữa phần 
tĩnh và phần động có khe hở không khí tạo nên một mạch từ hở. 
Sơ đồ hình 9.1a: dưới tác động của đại lượng đo XV, phần ứng của cảm biến di 
chuyển, khe hở không khí δ trong mạch từ thay đổi, làm cho từ trở của mạch từ biến 
thiên, do đó hệ số tự cảm và tổng trở của cuộn dây thay đổi theo. 
Sơ đồ hình 9.1b: khi phần ứng quay, tiết diện khe hở không khí thay đổi, làm 
Xv 
 14 
cho từ trở của mạch từ biến thiên, do đó hệ số tự cảm và tổng trở của cuộn dây thay 
đổi theo. 
Hệ số tự cảm của cuộn dây cũng có thể thay đổi do thay đổi tổn hao sinh ra 
bởi dòng điện xoáy khi tấm sắt từ dịch chuyển dưới tác động của đại lượng đo Xv 
(hình 9.1c). 
Ta thấy tổng trở Z của cảm biến là hàm tuyến tính với tiết diện khe hở không 
khí s và phi tuyến với chiều dài khe hở không khí δ. 
Hình 9.2 Sự phụ thuộc giữa L và Z với chiều dày khe hở không khí δ 
Đặc tính của cảm biến tự cảm đơn Z = f(Δδ) là hàm phi tuyến và phụ thuộc tần 
số nguồn kích thích, tần số nguồn kích thích càng cao thì độ nhạy của cảm biến càng 
cao (hình 9.2). 
- Cảm biến tự cảm kép lắp theo kiểu vi sai: Để tăng độ nhạy của cảm biến và 
tăng đoạn đặc tính tuyến tính người ta thường dùng cảm biến tự cảm kép mắc theo 
kiểu vi sai (hình 4.3). 
x
V
a) b) c) 
Hình 9.3 Cảm biến tự cảm kép mắc theo kiểu vi sai 
xv 
xv 
Z, L 
L=f() 
Z5000Hz=f() 
Z5000Hz=f() 
 
 15 
 Đặc tính của cảm biến tự cảm kép vi sai có dạng như hình 9.4 
L 
L = f(δ) 
L1 - L2 = f(δ) 
δ 
L2 = f(δ) 
Hình 9.4 Đặc tính của cảm biến tự cảm kép mắc kiểu vi sai 
 Cảm biến tự cảm có lõi từ di động 
Cảm biến gồm một cuộn dây bên trong có lõi từ di động được (hình 4.5). 
1 
2 
XV 
l0 lf 
l 
Hình 9.5 Sơ đồ nguyên lý cảm biến tự cảm lõi sắt từ 
1, cuộn dây 2, lõi sắt từ 
Dưới tác động của đại lượng đo XV, lõi từ dịch chuyển làm cho độ dài lf của 
lõi từ nằm trong cuộn dây thay đổi, kéo theo sự thay đổi hệ số tự cảm L của cuộn 
dây. Sự phụ thuộc của L vào lf là hàm không tuyến tính, tuy nhiên có thể cải 
thiện bằng cách ghép hai cuộn dây đồng dạng vào hai nhánh kề sát nhau của một 
cầu điện trở có chung một lõi sắt. 
9.2Cảm biến hỗ cảm 
 16 
Cấu tạo của cảm biến hỗ cảm tương tự cảm biến tự cảm chỉ khác ở chỗ có 
thêm một cuộn dây đo (hình 4.6). 
Trong các cảm biến đơn khi chiều dài khe hở không khí (hình 4 . 6 a) hoặc 
tiết diện khe không khí thay đổi (hình 4 . 6 b) hoặc tổn hao do dòng điện xoáy 
thay đổi (hình 4 . 6 c) sẽ làm cho từ thông của mạch từ biến thiên kéo theo suất 
điện động e trong cuộn đo thay đổi. 
- Cảm biến đơn có khe hở không khí: 
1 
3 1 2 
x
V 
 ~ 
Hình 9.6 Cảm biến hỗ cảm 1, cuộn sơ cấp 2, gồn từ 3, lõi từ di động 4, 
cuộn thứ cấp (cuộn đo) 
W2 - số vòng dây của cuộn dây đo. 
Khi làm việc với dòng xoay chiều i = I m sin ωt , ta có: 
e = -W2*d*Φt = -W2*W1*µoS di 
 dt δ dt 
Ta nhận thấy công thức xác định độ nhạy của cảm biến hỗ cảm có dạng tương 
tự như cảm biến tự cảm chỉ khác nhau ở giá trị của E0 và L0. Độ nhạy của cảm 
biến hỗ cảm Sδ và SS cũng tăng khi tần số nguồn cung cấp tăng. 
- Cảm biến vi sai: để tăng độ nhạy và độ tuyến tính của đặc tính cảm biến 
~ 
2 4 4 
3 
a b 
~ 
xv 
1 2 
xv 
xv 
~ 
 17 
người ta mắc cảm biến theo sơ đồ vi sai (hình 9.6 d,đ,e). Khi mắc vi sai độ nhạy của 
cảm biến tăng gấp đôi và phạm vi làm việc tuyến tính mở rộng đáng kể. 
- Biến thế vi sai có lõi từ: gồm bốn cuộn dây ghép đồng trục tạo thành hai 
cảm biến đơn đối xứng, bên trong có lõi từ di động được (hình9.7). Các cuộn thứ 
cấp được nối ngược với nhau sao cho suất điện động trong chúng triệt tiêu lẫn nhau. 
~ ~ 
Hình 9.7 Cảm biến hỗ cảm vi sai 
1, cuộn sơ cấp 2, cuộ thứ cấp 3, lõi từ 
Về nguyên tắc, khi lõi từ ở vị trí trung gian, điện áp đo Vm ở đầu ra hai 
cuộn thứ cấp bằng không. Khi lõi từ dịch chuyển, làm thay đổi mối quan hệ giữa 
cuộn sơ cấp với các cuộn thứ cấp, tức là làm thay đổi hệ số hỗ cảm giữa cuộn sơ 
cấp với các cuộn thứ cấp. Khi điện trở của thiết bị đo đủ lớn, điện áp đo Vm gần 
như tuyến tính với hiệu số các hệ số hỗ cảm của hai cuộn thứ cấp 
9.3Cảm biến điện dung. 
 Mét sè hình d¸ng cña c¶m biÕn ®iÖn dung thưêng gÆp 
Hình 9.8 Mét sè hình d¸ng cña c¶m biÕn ®iÖn dung thưêng gÆp 
Nguyªn lý lµm viÖc cña c¸c c¶m biÕn ®iÖn dung dùa trªn sù t¸c ®éng t¬ng hç gi÷a 
hai ®iÖn cùc t¹o thµnh mét tô ®iÖn.®iÖn dung cña nã sÏ thay ®æi díi t¸c ®éng cña 
®¹i lưîng ®Çu vµo. 
- C¶m biÕn ®iÖn dung chia thµnh hai nhãm chÝnh: c¶m biÕn m¸y ph¸t vµ c¶m biÕn 
th«ng sè 
 1 
2 
2 
3 
 18 
- C¶m biÕn ®iÖn dung m¸y ph¸t ®¹i lîng ra lµ ®iÖn ¸p m¸y ph¸t, ®¹i lîng vµo lµ di 
chuyÓn th¼ng, di chuyÓn gãc cña b¶n ®iÖn cùc ®éng cña cña c¶m biÕn. Lo¹i nµy 
thêng dïng ®o c¸c ®¹i lîng c¬ häc 
 U=q/c=(q)/(S) 
- C¶m biÕn ®iÖn dung th«ng sè cã ®¹i lîng ra lµ sù thay ®æi ®iÖn dung cña c¶m biÕn ®¹i 
lîng ®¹i lîng vµo vµo lµ sù di chuyÓn. 
 c=(S)/ 
9.4Cảm biến Hall. 
Cảm biến Hall là một mảnh bán dẫn mỏng có kết cấu đặc biệt. Khi có 
dòng điện I chạy dọc theo tấm bán dẫn, đồng thời có từ cảm B tác động lên tấm 
này thì trên hai cực ngang của nó xuất hiện suất điện động Hall. 
EH = kH.I.B.sin 
I: dòng điện dọc theo cảm biến 
B: từ cảm xuyên qua cảm biến  
góc lệch giữa I và B 
kH: hệ số Hall 
Cảm biến Hall được dùng rộng rãi trong các thiết bị đo từ, cảm biến tiếp 
cận, có dải đo từ 1  106 Gauss. 
9.5Cảm biến tiếp cận 
- C¶m biÕn tiÖm cËn ®îc sö dông ®Ó ph¸t hiÖn sù cã mÆt hay kh«ng cã mÆt cña 
®èi tượng b»ng kü thuËt c¶m biÕn kh«ng cã tiÕp xóc c¬ häc. 
- C¶m biÕn tiÖm cËn sö dông nguyªn lý thay ®æi ®iÖn c¶m hay ®iÖn dung cña 
phÇn tö m¹ch ®iÖn khi cã mÆt hoÆc kh«ng cã mÆt ®èi tîng. C¶m biÕn nµy cã cÊu 
tróc tư¬ng ®èi ®¬n gi¶n, kh«ng ®ßi hái tiÕp xóc c¬ häc nhng tÇm ho¹t ®éng bÞ 
h¹n chÕ víi kho¶ng c¸ch tèi ®a 100mm 
- HiÖn nay c¸c c¶m biÕn tiÖm cËn dùa trªn nguyªn lý vi sãng vµ quang häc cã 
tÇm ho¹t ®éng lín vµ ®îc sö dông réng r·i trong thùc tÕ 
9.5.1 C¶m biÕn tiÖm cËn ®iÖn c¶m 
 19 
- CÊu t¹o: 1 bé c¶m biÕn tiÖm cËn ®iÖn c¶m gåm 4 khèi chÝnh: 
• Cuén d©y vµ lâi Ferit 
• M¹ch dao ®éng 
• M¹ch ph¸t hiÖn 
• M¹ch ®Çu ra 
- Nguyªn lý lµm viÖc: M¹ch dao ®éng ph¸t dao ®éng ®iÖn tõ tÇn sè radio. Tõ tr-êng 
biÕn thiªn tËp trung tõ lâi s¾t sÏ mãc vßng ®èi tîng kim lo¹i ®Æt ®èi diÖn víi nã. Khi 
®èi tîng l¹i gÇn sÏ cã dßng ®iÖn Foucault c¶m øng trªn bÒ mÆt ®èi tîng t¹o nªn mét t¶i 
lµm gi¶m biªn ®é tÝn hiÖu dao ®éng. Bé ph¸t hiÖn sÏ ph¸t hiÖn ra sù thay ®æi tr¹ng th¸i 
biªn ®é m¹ch dao ®éng...M¹ch bÞ ph¸t hiÖn sÏ ë vÞ trÝ ON ph¸t tÝn hiÖu lµm m¹ch ra ë 
vÞ trÝ ON. Khi môc tiªu rêi khái 
 Trêng cña bé c¶m biÕn biªn ®é m¹ch dao ®éng t¨ng lªn trªn gi¸ trÞ ng-ìng vµ 
bé ph¸t hiÖn trë vÒ vÞ trÝ OFF lµ vÞ trÝ b×nh th-êng 
 20 
HiÖu sè biªn ®é t¸c ®éng vµ kh«ng t¸c ®éng cña bé t¸c ®éng t-¬ng øng víi sù 
trÔ víi c¶m biÕn. Nã t¬ng øng víi ®iÓm ph¸t hiÖn vµ ®iÓm nh¶ cña c¶m biÕn ®èi diÖn 
bÒ mÆt ®èi tîng. 
- Ph¹m vi cña c¶m biÕn tiÖm cËn ®iÖn c¶m liªn quan ®Õn kho¶ng c¸ch giữa bÒ 
mÆt cña c¶m biÕn vµ ®èi tîng cã liªn quan ®Õn h×nh d¸ng cña lâi vµ d©y quÊn. 
- Nh÷ng yÕu tè ¶nh hëng ®Õn tÇm(ph¹m vi) cña c¶m biÕn 
• KÝch th-íc vµ h×nh d¸ng lâi, cuén d©y, vËt liÖu lâi 
• VËt liÖu vµ kÝch th-íc ®èi tîng 
• §iÒu kiÖn ®iÖn tõ xung quanh 
• NhiÖt ®é m«i trêng xung quanh 
9.5.2 C¶m biÕn tiÖm cËn ®iÖn dung 
- C¶m biÕn tiÖm cËn ®iÖn dung: sù cã mÆt cña ®èi tîng lµm thay ®æi ®iÖn dung 
cña c¸c b¶n cùc c¶m biÕn. C¶m biÕn tiÖm cËn ®iÖn dung còng gåm 4 bé phËn 
 + C¶m biÕn(c¸c b¶n cùc c¸ch ®iÖn) 
 + M¹ch dao ®éng 
 + Bé ph¸t hiÖn 
 + M¹ch ®Çu ra 
- ®Æc ®iÓm: c¶m biÕn tiÖm cËn ®iÖn dung kh«ng ®ßi hái ®èi tîng lµ kim lo¹i. ®èi 
tîng ph¸t hiÖn cã thÓ lµ chÊt láng, vËt liÖu phi kim, thñy tinh, nhùa. Tèc ®é 
chuyÓn m¹ch t¬ng ®èi nhanh, cã thÓ ph¸t hiÖn c¸c ®èi tùîng kÝch 
 th-íc nhá, ph¹m vi c¶m nhËn lín 
C¶m biÕn 
VËt ph¸t hiÖn 
 21 
 - H¹n chÕ cña c¶m biÕn tiÖm cËn ®iÖn dung lµ chÞu ¶nh h-ëng cña ®é Èm vµ 
bôi. C¶m biÕn tiÖm cËn ®iÖn dung cã vïng c¶m nhËn lín h¬n vïng c¶m nhËn cña c¶m 
biÕn tiÖm cËn ®iÖn c¶m. VÝ dô víi èng 18mm c¶m biÕn ®iÖn dung cã vïng c¶m nhËn lµ 
10mm, vïng c¶m nhËn cña c¶m biÕn tiÖn cËn ®iÖn c¶m lµ 8mm. Víi èng 30mm vïng 
c¶m nhËn cña c¶m biÕn tiÖm cËn ®iÖn dung lµ 25 mm, ®iÖn c¶m lµ 15mm 
 - §Ó bï ¶nh h-ëng cña m«i trêng c¸c c¶m biÕn tiÖm cËn ®iÖn dung th-êng cã 
chiÕt ¸p ®iÒu chØnh 
 22 
Chương 10 ĐO LƯU LƯỢNG VẬN TỐC LƯU CHẤT VÀ MỨC 
10.1 Đo lưu lượng bằng chênh lệch áp suất 
- Mét trong nh÷ng nguyªn t¾c phæ biÕn ®Ó ®o lu lîng chÊt láng, khÝ vµ h¬i lµ 
nguyªn t¾c thay ®æi ®é gi¶m ¸p suÊt qua èng thu hÑp. ¦u ®iÓm cña c¸c dông cô 
nµy lµ ®¬n gi¶n ch¾c ch¾n kh«ng cã tiÕng ån, dÔ chÕ t¹o hµng lo¹t, ®o ®îc ë bÊt 
kú m«i trêng, nhiÖt ®é vµ ¸p suÊt nµo, gi¸ thµnh thÊp 
- Kh¶o s¸t nguyªn lý dßng ch¶y trong mét èng dÉn cã ®Æt thiÕt bÞ thu hÑp. Khi cã 
dßng chÊt láng ch¶y qua lç thu hÑp th× tèc ®é cña nã t¨ng lªn so víi tèc ®é tríc 
lç thu hÑp. Do ®ã ¸p suÊt dßng ch¶y ë cöa ra cña lç thu hÑp gi¶m xuèng t¹o nªn 
sù chªnh lÖch ¸p suÊt phÝa tríc vµ phÝa sau lç thu hÑp. Sö dông ¸p kÕ vi sai ®o ®-
îc sù chªnh lÖch ¸p suÊt nµy tõ ®ã ®o ®îc lu lîng nµy 
- Tèc ®é dßng ch¶y sau èng thu hÑp lín h¬n tríc èng do ®ã ¸p suÊt sau èng lín 
h¬n 
- L-u l-îng phô thuéc vµo tèc ®é nªn còng phô thuéc vµo ®é chªnh lÖch ¸p suÊt 
 d: ®-êng kÝnh lç thu hÑp; - hÖ sè l-u l-îng - mËt ®é dßng ch¶y 
10.2 Đo mức bằng cảm biến điện dung 
2
2
1
2
221
vvpp 



)(
2
4
)(2
4
21
2
21
2
pp
d
Q
pp
d
G









 23 
- Sö dông sù phô thuéc ®iÖn dung cña phÇn tö nh¹y c¶m cña bé chuyÓn ®æi vµo 
møc chÊt láng 
- CÊu t¹o: phÇn tö nh¹y c¶m ®iÖn dung ®îc thùc hiÖn díi d¹ng c¸c ®iÖn cùc hình 
trô trßn ®Æt ®ång trôc hay c¸c ®iÖn cùc ph¼ng ®Æt song song víi nhau. CÊu t¹o 
cña c¸c phÇn tö thô c¶m ®iÖn dung ®îc x¸c ®Þnh theo tÝnh chÊt hãa lý cña chÊt 
láng. Víi chÊt láng c¸ch ®iÖn(cã ®iÖn dÉn suÊt nhá h¬n 10-6 simen/m) ta cã c¸c 
s¬ ®å c¶m biÕn nh hình díi ®©y 
C¶m biÕn ®o møc chÊt láng c¸ch ®iÖn 
 Hình 10.2 Cảm biến đo mức chất lỏng cách 
- H×nh a: phÇn tö thô c¶m gåm 2 ®iÖn cùc ®ång trôc 1 vµ 2 cã phÇn nhóng ch×m 
vµo chÊt láng. C¸c ®iÖn cùc t¹o thµnh 1 tô ®iÖn h×nh trßn, gi÷a hai ®iÖn cùc ®iÒn 
®Çy chÊt láng cã chiÒu cao h, H-h lµ kh«ng gian chøa hçn hîp h¬i khÝ. ®iÖn 
dung cña tô ®iÖn h×nh trô ®-îc x¸c ®Þnh b»ng ph-¬ng tr×nh: 
h 
H 
1 
2 
3 
d 
D 
a 
h 
H 
2 
1 
b 
)/ln(
0
2
dD
H
c


 1 
 Trong ®ã: + : h»ng sè cña ®iÖn m«i ®iÒn ®Çy gi÷a 2 
 ®iÖn cùc 
 + 0: h»ng sè ®iÖn m«i cña ch©n kh«ng 
 H: chiÒu cao ®iÖn cùc 
 + D, d: ®-êng kÝnh ngoµi vµ trong cña ®iÖn cùc 
- Víi tô h×nh trô trßn h×nh a cã h»ng sè ®iÖn m«i kh¸c nhau, ®iÖn dung cña tô lµ: 
 c=c0+ c1+c2 
 ë ®©y c0: ®iÖn dung cña c¸ch ®iÖn xuyªn qua n¾p 
 c1: ®iÖn dung giữa hai ®iÖn cùc cã chøa chÊt 
 láng 
 c2: ®iÖn dung cña kh«ng gian chøa h¬i vµ khÝ 
VËy 
- ®èi víi h¬i vµ khÝ r=1 cßn c0= h»ng sè nªn 
 Ph-¬ng tr×nh ®Æc tÝnh tÜnh cña phÇn tö nh¹y ®iÖn dung ®èi víi m«i tr-êng c¸ch 
®iÖn 
- ®Ó ®o møc c¸c chÊt láng dÉn ®iÖn (cã ®iÖn dÉn suÊt >10-4 simen/m) ngêi ta sö 
dông phÇn tö thô c¶m cã c¸ch ®iÖn ngoµi(h×nh b), phÇn tö thô c¶m lµ c¸c ®iÖn 
cùc kim lo¹i 1 cã phñ líp c¸ch ®iÖn 2 vµ nhóng ch×m vµo chÊt láng. ®iÖn cùc thø 
2 lµ thµnh bÓ chøa (nÕu lµ kim lo¹i) hay lµ ®iÖn cùc riªng. 
- ®iÖn dung toµn phÇn cña phÇn tö nh¹y c¶m ®îc tÝnh b»ng 
 trong ®ã 
 c0: ®iÖn dung cña c¸ch ®iÖn xuyªn qua n¾p 
)/ln(
)(2
)/ln(
2 00
0
dD
hH
dD
h
cc rL





])1(1[
)/ln(
2 0
0
H
h
dD
H
cc L 

 

21
21
0
cc
cc
cc


 2 
 c1: ®iÖn dung gi÷a ®iÖn cùc 1 vµ bÒ mÆt chÊt láng trªn giíi h¹n cã c¸ch 
®iÖn 
 c2: ®iÖn dung cña tô ®iÖn t¹o bëi mÆt chÊt láng trªn mÆt giíi h¹n c¸ch 
®iÖn vµ thµnh bÓ 
 3 
 TÀI LIỆU THAM KHẢO 
1. Lê Văn Doanh - Phạm Thượng Hàn - Nguyễn Văn Hoà – Võ Thạch Sơn – Đoàn 
Văn Tân,(2002), Các Bộ cảm biến trong kỹ thuật Đo lường và điều khiển; NXB Khoa 
học kỹ thuật; 
2. Th.s Hoàng Minh Thông, Giáo trình cảm biến công nghiệp, NXB Khoa học kỹ 
thuật; 
 3. Phạm Công Hoà, Kỹ thuật cảm biến , NXB Khoa học kỹ thuật 
4. Ngô Văn Ky, Kỹ thuật đo, Trường Đại Học Bách Khoa Thành phố Hồ Chí Minh, 
1993.