Bài giảng Đo lường - Cảm biến - Chương 8: Một số loại cảm biến khác

Đo lường - cảm biến Một số loại cảm biến khác Nội dung • Đo độ ẩm • Đo độ pH • Đo thành phần khí • Bài tập Đo lường – Cảm biến Độ ẩm • Độ ẩm được định nghĩa là lượng hơi nước có trong không khí hoặc chất khí • Độ ẩm tương đối RH: là lượng hơi nước trong không khí so với lượng hơi nước bão hòa tại cùng một nhiệt độ. • Độ ẩm tuyệt đối: tỉ số giữa khối lượng hơi nước và thể tích không khí hoặc chất khí Đo lường – Cảm biến 4Cảm biến độ ẩm • Cảm biến độ ẩm loại điện dung – Hằng số điện môi thay đổi tỉ lệ thuận với độ ẩm tương đối trong môi trường – Hiệu ứng nhiệt không đáng kể – Điện dung thay đổi từ 0.2-0.5 pF cho mỗi 1% RH thay đổi • Cảm biến độ ẩm dạng điện trở – Đo sự thay đổi trở kháng – Quan hệ với độ ẩm theo nghịch đảo hàm mũ – Chủ yếu dùng polymer dẫn điện, muối, – Vỏ ceramic để tránh hiện tượng ngưng tụ 5Cảm biến độ ẩm • Cảm biến độ ẩm dựa vào độ dẫn nhiệt – Đo độ ẩm tuyệt đối – Tính độ chênh lệch giữa không khí khô và không khí chứa hơi nước – Gồm một nhiệt trở đặt trong nitơ khô và một đặt trong môi trường. Sai lệch nhiệt độ tỉ lệ với độ ấm. Honeywell ( HIH series ) Sensirion ( SHT Series ) Cảm biến độ ẩm Cảm biến độ ẩm Honeywell ( HIH series) • Packages are chemically resistant • operate in ranges of -40 °C to 85 °C ( -40 °F to 185 °F) • Response time -15 sec in slowly moving air at 25 °C • Low power design – 200 microA @ 5 Vdc • Operating volatge 4 – 5.8 v • On-chip signal processing ensures linear voltage output versus %RH. • $35 - $40 per unit price HIH-3610 Series Cảm biến độ ẩm Sensirion ( SHT Series ) • 2 sensors for relative humidity & temperature • Very easy-to-use due to calibration & digital 2-wire interface • Calibrated & digital output (2-wire interface) • Fast response time < 4 sec. • Temp. accuracy: +/- 0.5°C @ 25 °C • Low power consumption (typ. 30 µW) • Operating Voltage 2.8 - 5.5v • Cost $18 - $24 per unit price Series interface So sánh Sensirion ( SHT Series ) • Fast response time < 4 sec. • Low power consumption (typ. 30 µW) • Operating Voltage 2.8 - 5.5v • Cost $18 - $24 per unit price • 2 sensors for relative humidity & temperature • Very easy-to-use due to calibration & digital 2-wire interface • Calibrated & digital output (2-wire interface) • Temp. accuracy: +/- 0.5°C @ 25 °C Honeywell ( HIH series ) • Response time -15 sec in slowly moving air at 25 °C • Low power design – 200 microA @ 5 Vdc • Operating volatge 4 – 5.8 v • $35 - $40 per unit price • On-chip signal processing ensures linear voltage output versus %RH. Cảm biến đo pH • Gồm điện cực đo bằng màng thủy tinh và điện cực tham chiếu. Điện cực tham chiếu thường là điện cực Ag/AgCl hoặc Hg/Hg2Cl2 trong dung dịch trung tính KCl/NaCl (pH=7) • Điện cực tham chiếu thường được tích hợp vào điện cực thử (hình dưới). Điện áp giữa 2 điện cực tỉ lệ với độ pH của dung dịch đo • Điện cực đo bằng màng thủy tinh có tác dụng như một rào cản để sàng lọc ion H+ Đo lường – Cảm biến Cảm biến đo pH • Khi được nhúng vào dung dịch cần đo, ion H+ trong dung dịch sẽ đi qua lớp màng thủy tinh Si-O để trao đổi với ion muối K+/Na+ hình thành điện áp giữa hai điện cực • Điện áp Ecell được hình thành giữa điện cực tham chiếu và điện cực đo Đo lường – Cảm biến pH = -Log10[H +] Ecell = K + 0.0592 pHunknown Where pH = -Log10[H +] Ecell = K - 0.0592 Log10H + (mV) Where K = constant Cảm biến đo thành phần khí: Khí Oxy • Solid electrolyte sensor: một tế bào điện hóa (tế bào pin) được chế tạo trong đó tạo ra một sức điện động emf tại hai điện cực dựa trên nồng độ oxy ở hai điện cực tại nhiệt độ và áp suất không đổi. Đo lường – Cảm biến emf = RT 4F ln pO2 1 pO2 2 Trong đó, R là hằng số khí (=8.314 J/K/mol), T là nhiệt độ (K) F là hằng số Faraday (=96487 C/mol). P1 là nồng độ oxy cần đo, P2 là nồng độ oxy trong khí quyển, cả hai đều tại cùng nhiệt độ. Ứng dụng • Hệ thống thông gió y tế: điều khiển áp suất, lưu lượng khí, nhiệt độ và độ ẩm của hỗn hợp không khí và oxy Đo lường – Cảm biến Ứng dụng Đo lường – Cảm biến